化學工程 113 年化學程序工業考古題

就工業壓力容器的安全規範，回答下列問題：（每小題6 分，共18 分） 可燃性氣體儲槽應以什麼方式標示？ 液化氣體的儲槽四周應設置什麼？ 請列舉3 種我國法規中，所稱的「特定高壓氣體」。

乙酸甲酯（CH3COOCH3）水解屬於化學平衡反應，傳統製程設計無法提 昇其反應轉化率，近年來則採行催化蒸餾技術，可大幅促進水解反應之 進行。 請列出乙酸甲酯水解之化學反應式。（6 分） 請分別說明催化蒸餾技術及其適用特殊條件。（14 分）

何謂ESG 與其包括方向？（9 分） 列舉2 項説明關於ESG 對化工生態系統發展的面向。（12 分）

實驗室進行碳氫化合物裂解反應之測試，利用庚烷（C7H16）、辛烷（C8H18） 及氫氣作為進料，完成氣相（gas phase）裂解反應，其中庚烷/辛烷之進 料莫爾（mole）比為2/3。反應器出口端全部氣體之莫爾百分率分別為： 丙烷（C3H8）18%、丁烷（C4H10）58%、戊烷（C5H12）24%。請計算辛 烷/氫氣之進料莫爾比。（20 分）

某一操作程序單元可將煤（Coal）與濕空氣作用產生高H2濃度的氣體，如下圖。 氣化 反應器 Stream 1: Coal C, H, S, O, Ash Stream 2 Stream 4 Stream 3 H2O Air(O2 and N2) Ash C H2O Dry Gas (mol%) H2 (29.8%) CH4 (6.0%) CO (11.1%) CO2 (7.4%) H2S (4.5%) N2 (41.2%) H2O 此程序分析得知如下的進出料訊息：（每小題15 分，共30 分） Stream 1：煤的進料為1000 kg/h，煤的（wt%）組成為：C(51.60%)、 H(13.40%)、S(19.20%)、O(8.96%)、Ash（灰）(6.84%)。 Stream 4：氣化後的氣體（含水份），但以乾燥分析得到（mol%）：H2(29.8%)、 CH4(6.0%)、CO(11.1%)、CO2(7.4%)、H2S(4.5%)、N2(41.2%)。 Stream 2：濕空氣中H2O 占5.4 mol%，而乾空氣中，O2 與N2 的（mol%） 比率21：79。 Stream 3：反應器底部包含Ash、C 及H2O。 計算煤中C 的轉化率（Conversion）。 此操作中空氣是否過量（Excess）？並說明理由。

石油煉製程序中，欲分離芳香烴（苯、甲苯、二甲苯）及非芳香烴（環 己烷、甲基環戊烷、甲基環己烷）時，鑒於上述碳氫化合物之沸點相近， 工業上經常先使用液/液兩相萃取單元，再繼續進行蒸餾單元。 請說明液/液兩相萃取單元之萃取相（Extract）及萃餘相（Raffinate） 主要組成。（8 分） 請列舉液/液兩相萃取單元常用之四種溶劑。（12 分）

環氧乙烯的生產過程中，是由部分氧化乙烯得到，其發生的反應式為： 2 C2H4 + O2 → 2C2H4O C2H4 + 3O2 → 2CO₂ + 2H2O 反應器的進料為20% C2H4，其餘為空氣。在反應操作於240℃時，乙烯的 轉化率為25%，但僅其中60%產生環氧乙烯。 已知各成份的比熱值Cp（J/mol-K）為： C2H4 C2H4O O2 N2 CO₂ H2O 33.8 18.0 29.9 14.7 19.0 34.1 各成份的標準生成熱（Standard Heat of Formation）（kcal/mol）為： C2H4 C2H4O CO₂ H2O 12.50 -12.58 -94.05 -57.80 當反應器的進料為1000 kg mol/h： 計算乙烯在上述2 個反應式的反應量。（13 分） 若此反應過程需移除57,000 kJ/h，計算反應器的進料溫度。（18 分）

軌道阱（Orbitrap）質譜儀屬於較為先進的質譜技術，請說明其工作原 理。（10 分） 與傳統質譜儀相比，軌道阱質譜儀主要的改善為何？有什麼優勢？ （10 分） 軌道阱質譜儀所應用的傅立葉轉換技術對於光譜結果有何改善？（10分）

紫外光可見光吸收光譜中的價電子躍遷，其中的價電子主要包括那三種 價電子？依分子軌域理論，其價電子躍遷有那四種類型？（10 分）

雙鹼基化合物B 的pKb1 = 4.00 和pKb2 = 6.00。請估計在pH 7.00 時以 BH22+形式存在的離子莫爾分率？（10 分）

試預測CH2ClCH2OCH3 有幾個氫核磁共振光譜信號，若按n+1 規則，每 一吸收峰的多重峰數目及相對面積各多少？（10 分）

一蒸餾塔每小時可分離10000 lb 50%苯及50%甲苯的混合物。若由塔頂 冷凝器所回收的產物含有95%苯，而由塔底回收的含有96%的甲苯。 蒸汽由塔頂進入冷凝器的速率為每小時8000 lb。部分產物回到塔內作回 流之用，其餘的由他處抽取使用。若塔頂回流的組成（V）與所抽取的產 物（D）和回流（R）之組成皆相等，試求出回流量與產物的抽取量之比 為何？（20 分）

以衛星太空艙內之空氣為系統，若其在20℃裝有4.00 kg 之空氣（空氣 內能為8.00×105 J/kg）。由太陽輻射之能量將以熱之型式進入空氣系統內 而直至其內能為10.04×105 J/kg 為止。試求出有多少熱傳入空氣系統中？ （10 分）