化學工程 92 年程序設計考古題

有兩種不同廠牌的泵（pump）A 與B，將考慮應用到某一化工程序上。此兩種泵有 不同的安裝費用、維修費用、殘餘價值與預期服務年限如下表所示。若實際利率 （effective interest rate）為10%，希望在現值（present worth）較低的考慮下，應選 擇何種泵？（25 分） A B 安裝成本 (installed cost) $18,000 $25,000 年終維修費用 (uniform end-of-year maintenance) $4,000 $3,000 殘餘價值 (salvage value) $500 $1,500 服務年限 (service life) 2 年 3 年

考慮有一化工程序其恆溫管式反應器（isothermal tabular reactor）中有兩平行化學反 應，如下式： product A k⎯→ ⎯ 1 waste A k⎯→ ⎯ 2 若進料成份A 為純質（ 0 A C ），第一式化學反應為一階反應（first order），第二式化學 反應為二階反應（second order），並定義選擇率（selectivity） ） （ ） （ converted A mol A product mol 轉化莫耳數 產品莫耳數 = S 試分析選擇率與轉化率（conversion） 0 0 ) ( A A A C C C x − = 的關係為何？（25 分）

設計環氧乙烷（ethylene oxide）的製造程序，可以考慮由乙烯（ethylene）在具有回 流的觸媒反應器中氧化，而獲得環氧乙烷，其單程反應轉化率20%，化學反應式如 下： O H C O H C

2 2 4 2 2 1 → + 考慮反應器的進料比率；氧對乙烯為2 公斤莫耳（kg mol）對1 公斤莫耳（kg mol）， 但氧可由空氣供應（若空氣中含氮與氧之比為3.76：1）。反應器的出料經由分離器 （separator）分離，純化後的產品環氧乙烷移送到下一個程序，其它氣體成份全部回 流，送回反應器繼續參與反應。若新鮮進料恆定維持氧對乙烯的公斤莫耳（kg mol） 比為2，並維持乙烯進料速率為常數。試分析計算： 比較在開始第1 程與第25 程進入反應器氣體的莫耳組成？（15 分） 比較在開始第1 程與第25 程的轉化百分比（percent conversion）？（10 分） 四、試詳述何謂反應蒸餾（reactive distillation）？程序設計選用反應蒸餾的時機為何？反 應蒸餾有何優缺點？（25 分）