化學工程 92 年化學程序工業考古題

說明下列名詞： B 階段樹脂(B stage resin) （4 分） 工程塑膠（4 分） 玻璃轉移點（4 分） 界面聚合（4 分） ABS 樹脂（4 分）

水處理程序中, 經常需要使用離子交換樹脂, 以移除水中雜質離子. 請用化學反應式, 表達典型陽離子交換樹脂上之交換反應. (6 分) 請說明樹脂之最大容量 (maximum capacity) 與有效容量 (effective capacity) 之間 差異; 又容量的單位為何？（6 分） 對於弱酸性樹脂而言, 其容量 (capacity) 與溶液pH 之間關係為何? 請繪示意圖表 達之。（6 分） 由樹脂堆積成的樹脂床 (resin bed)，請繪製該樹脂床的穿透曲線 (breakthrough curve) 之示意圖，請標示出該曲線橫座標與縱座標的名稱或符號，並請在該圖上 標出此樹脂床的穿透容量 (breakthrough capacity)，穿透點 (breakthrough point) 以 及總容量 (total capacity)。 (7 分)

有兩個CSTR 串接在一起，如圖所示： 假設兩個反應器體積相同，操作溫度亦相同。圖中z 代表A 之濃度，反應A→B， 在反應器中反應速率可表為： i i kz r = 。試寫出z1 及z2 對z0 的關係。又，如z2 希望達 到0.5z0，試求反應器之體積V。（25 分）

某程序的出入增益值（即Y/X）甚高，如圖a 所示。圖b 則是針對要降低此程序的增 益值，所做的安排。試解釋圖b 的安排究竟如何能達成增益值的降低？又，如欲使 入出增益值逼進1（即Y/X=1）時，請提出您對Ka 值的建議。（25 分）

工業廢氣處理時，對粒狀污染物的處理常以靜電集塵進行，請說明其原理。（20 分）

使用觸媒以加速化學反應，為工業化學程序之重要一環。而有支撐的金屬觸媒 (supported metal catalyst) 為重要的一類。 一般反應物在金屬觸媒表面進行化學吸附 (chemisorption) 作用，請說明化學吸附 之特色。（6 分） 如果同時有許多反應物，則會彼此競爭，對於金屬觸媒而言，請為下列氣體排序： CO, CO2, O2 and N2（i.e. 何者吸附力最強, 何者次之,…等。）（6 分） 積碳為金屬觸媒應用時的致命傷之一，請寫下至少一個導致積碳的化學反應式。 （6 分） 請說明除積碳外，其他會讓金屬觸媒失去活性的可能兩個機制。（7 分）

若流体在半徑為R 的圓管截面的速度分布為： ) 1( R r u u M − = 式中，r 為距中心線的距 離，uM 為流體在中心線的速度。又，流體在管中之溫度弧線表為： ) 1( 0 R r T T + = 。 今欲將流體之bulk temperature 表成 0 T Tb α = ，試求α 值。（25 分）

如下圖。圖中，反應器出口之濃度須以反應器入口的流量加以調節。另外，反應器 入口之溫度則擬調節蒸氣流量來控制。圖中且擬增設流量控制器FC 一個。請在答案 紙上重新繪製此圖，同時，請在圖中將各儀器加以連結以構成完整的控制系統圖， 並繪製block diagram 說明一構連完成的系統。（25 分） K=30 x y 圖a X y － ＋ Ka K=30 圖b 九十二年公務人員升官等考試試題 代號： 科 別： 化學工程 全一張 （背面） 39061

醱酵槽中之菌體濃度、碳源濃度、溶氧濃度、pH 值、離子濃度、槽內上部空間(head space)之氣體如O2,CO2 等組成濃度的量測對醱酵產程的管理或控制是必要的。請列舉 適用於醱酵產程之上述程序變數之量測或感測器，並說明何者能做線上(on-line)量測 而可用於電腦控制程序中？（20 分）

使用堆積床 (packed bed) 進行化學工業程序操作時，例如氣體吸收，蒸餾等： 堆積物 (packing) 的作用為何？（6 分） 選擇堆積物需要考慮那些因素？（7 分） 何謂泛溢點 (flooding point)？請解釋之。（6 分） 如果出現溝流 (channeling) 現象，將不利於質傳作用，請問有何對策？（6 分）

簡要回答下面各題： 何為逆滲透? 請舉例說明其使用場合。（5 分） BW.14 與BW.18 兩種管子，其單位長度之重量何者較重？（5 分） 圓形管中流体之Nusselt Number (Nu)與流體之流速成如下的關係： n u u N ∞ 。則，式中n 之值為多少？（5 分） 請列舉四種固液分離操作。（5 分） 何謂負壓？請舉例說明其使用場合。（5 分）

工業上常以下圖之方式量測儲液槽的液位，請簡要說明此一液位量測之原理以及其 優點。（25 分）

硫酸鋁是由粉碎的Al2O3 礦石加硫酸製成，其反應式如下： Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O 此礦石含55.4%（重量百分比）Al2O3，其他為不純物。硫酸溶液，含H2SO4 77.7%， 其他為水。欲製造純硫酸鋁1798 公斤，則加入反應槽此礦石1080 公斤與硫酸溶液 2510 公斤，請問：（20 分） 兩種原料，何者為過量者？ 過量原料者，有百分之多少的原料反應掉？ 非過量原料，其轉化率有多少%？(Al: 26.98, S: 32.06, O: 16, H:1.008)

氨是重要的化學原料之一，其合成反應為: N2 + 3 H2 → 2 NH3 + 22 Kcal 請寫出該反應式平衡常數 (equilibrium constant) 公式；又高溫對NH3 合成效果如 何？又高壓效果如何？請說明之。（7 分） 工業上生產氨，常以碳氫化合物+空氣+水為原料，經觸媒反應而得，其中反應之 一為蒸汽重組 (steam reforming) 反應，請以CH4 為例寫下該反應式。（6 分） 氨是工業上生產硝酸的原料，本程序第一步驟是氨氧化得到NO，請寫下反應式， 而最常使用的氧化觸媒為何金屬？（6 分） 氨與有機物反應生成胺 (amine)，何謂一級胺，二級胺與三級胺？（6 分）

某個動態程序承受一個呈正弦波狀之負荷所干擾。輸入負荷之頻率為5(min)-1，振幅 為10 個單位。設動態程序之轉換函數為： 1 5.0 ) ( ) ( + = s s L s y τ 如欲使此項干擾在送到下一個製程單元之前可以降到原輸入時振幅的百分 之一，請 問此動態程序之時間常數應設為多少？（25 分） F, 0z F, 2z F, 1z V V

簡要回答下面的問題： 程序熱整合 (Process Heat Integration)（5 分） Air-to-open 及 Air-to-close 控制閥（5 分） 一般奈米材料中的「奈米」所指顆粒之尺寸範圍是多少? （5 分） 一般所謂光觸媒中所指的「光」是指什麼？（5 分） 何謂P&ID Diagram？（5 分）

Living Polymerization 可用以合成特用化學品。描述此聚合技術之特性。並以陰離子 聚合(anionic polymerization)為例說明之。（20 分）