化學工程 114 年化學程序工業考古題

煤炭為能源工業原料之一，請說明利用煤炭依序製備合成氣、甲醇、二甲 基醚、汽油之相關化學反應式及所使用之觸媒。（25 分）

石油腦重組反應之蒸餾物中含有鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯和乙苯， 請問如何分離鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯和乙苯等四成分？（12 分）

請回答下列有關化學工業程序流程圖和生產製程相關問題。 請問繪製管件及儀表圖（pipe & instrument diagram, P&ID）比程序流 程圖（process flow diagram, PFD）多加入了那些資料？（12 分） 請說明「清潔生產製程」與「傳統生產製程」在原料、能源、回收和 工業污染（廢水、廢氣和廢棄物）等方面之差異性。（10 分）

酚及丙酮皆為重要之石化中間物，請說明以丙烯及苯作為進料，同時製備 酚及丙酮之相關化學反應式及所使用之觸媒。（25 分）

請說明如何以「電透析法」和「逆滲透法」去除廢水中溶解性無機物。 （12 分）

質能均衡探討化學工業程序中進料與出料間的質量及能量變化關係，請 回答下列質能均衡相關問題。有一蒸餾塔用來提高酒精的濃度，未蒸餾 前之酒精中含乙醇10%，其流率為2.4 kg/s。蒸餾後塔頂之酒精中含乙醇 40%，其流率為0.4kg/s。試求塔底的酒精溶液離開時濃度為多少？（15 分）

何謂永續航空燃油（Sustainable Aviation Fuel）？請分別列舉四項可作為 永續航空燃油之生產原料及其採用之方法。（25 分）

請說明如何量測廢水中的化學需氧量（COD）和總有機碳量（TOC）。 （18 分）

請回答下列有關儀器分析問題。 濾紙色層分析某化合物時，溶劑前沿的移動距離為5 公分，化合物色 點的移動距離為3 公分，其阻滯因數（Rf）值應為何？（5 分） 某物質經過20 cm 長的層析管柱，所得圖譜中的尖峰底部寬度為8 秒， 滯留時間為40 秒，則該層析管之理論板數（N）和理論板高（H）為 多少？（10 分）

一混合物進料（F）包含正丁烯（40 mol%）及丁烷（60 mol%）流經固定 床反應器，部分正丁烯轉化為異丁烯，而丁烷不參與反應。為了提昇正丁 烯轉化率，所以反應器出口端之部分物流（R）將回流至反應器進口端（與 原始進料F 匯合），且整體程序產物出口端（P）／回流物流（R）之莫爾 比值為9.0。（假設產物出口端之正丁烯濃度為X%、異丁烯濃度為Y%） 說明F 與P 之關係式。（5 分） 說明R 與P 之關係式，並列出整體程序之丁烷守恆關係式。（10 分） 以上述參數分別表示反應器進、出口端之異丁烯莫爾數。（10 分）

ABS 是一種常見的熱塑性塑膠，請問由那三種單體聚合成ABS？這三種 單體各自賦予ABS 什麼特性？（15 分）

請回答下列有關化學工業安全與污染防治問題。 請描述如何以氣提法去除廢水中的氨氮？（5 分） 請描述如何以離子交換法去除廢水中的NH4+和NO3–？（4 分） 請寫出添加硫酸鋁、氯化鐵和石灰去除廢水中磷酸鹽的化學反應式。 （6 分）

一蒸餾裝置採連續式操作，進料為含45%甲醇和55%乙醇的混合液，速 率為每小時500 公斤。蒸餾後從塔頂獲得餾出物含70%甲醇和30%乙 醇，而從塔底獲得的餾餘物含15%甲醇和85%乙醇。試求塔頂餾出物和 塔底餾餘物的流率每小時各為多少公斤？（16 分）

下圖為2-methyl-1-pentene 之1H NMR 之圖譜，2.97、2.08、2.96、2.06 和 2.00 為五個NMR 峰的積分值，請回答下列有關分析化學之問題。 請畫出2-methyl-1-pentene 之化學結構，並指出下圖a、b、c、d、e 這 五個NMR 峰各為2-methyl-1-pentene 化學結構中那個氫之吸收峰？ （10 分） 下圖a、b、c、d、e 這五個NMR 峰當中，何者受屏蔽效應（shielding effect）之影響最大？（3 分） 下圖a、b、c、d、e 這五個NMR 峰當中，何者位於最高場（upfield） 之位置？（3 分）

含30%重量百分率酒精的酒精水溶液進入分餾塔進行精餾，欲得到95% 重量百分率酒精之酒精水溶液的塔頂產物，而殘餘液中酒精的重量百分 率不得超過5%，試回答下列問題： 每公斤的進料可獲得多少公斤的塔頂產物？（7 分） 若迴流比為3，進料的比焓為40 Kcal/Kg，迴流的比焓為−20 Kcal/Kg， 塔頂蒸氣的比焓為160 Kcal/Kg，塔底產物的比焓為10 Kcal/Kg，每公 斤的進料須由冷凝器移出多少Kcal 熱量？（10 分） 每公斤進料再沸器需提供多少Kcal 熱量？（10 分）

請回答下列有關石油化學工業之問題。 汽油辛烷值（octane number）之定義為何？（5 分） 油品的辛烷值與其分子結構有關，正戊烷和正辛烷當中，何者的辛烷 值較高？（3 分） 1-戊烯和正戊烷當中，何者的辛烷值較高？（3 分） 如何提升汽油之辛烷值？（6 分） 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5