化學工程 93 年程序設計考古題

某工廠在其連續兩座蒸餾塔Ⅰ與Ⅱ之分離程序中，蒸餾塔Ⅰ之進料（X1 桶/天）價格 為$42/桶，由蒸餾塔Ⅰ之餾出液（distillate, X3 桶/天）為X1 之40%，其價格為$53/桶， 而底部產物（bottom product, X2 桶/天）送至蒸餾塔Ⅱ再進行分離，其餾出液（distillate, X4 桶/天）為$68/桶及底部產物（bottom product, X5 桶/天）為$42/桶。若此工廠對於 由蒸餾塔Ⅱ產出之X4 需求量為200 桶/天，另需200 桶/天銷售至市場；而X4 之產量 為X2 之50%至70%之間，X5 之產量為X2 之30%至50%之間，此進料X1 處理量最 多不超過2000 桶/天，每一蒸餾塔之操作費用為每桶進料$1.25，請依上述求出最佳 進料（X1）以及最佳獲利？（25 分）

在化工程序中，何謂回流（recycle）、分流（bypass），請簡述其作用並以流程圖表 示之。（10 分） 由丙烷脫氫反應中可得丙烯，反應式如下： C3H8 → C3H6 + H2 若反應器之轉化率（once-through fraction conversion）為40%，而F5 的莫耳流率為 50 莫耳/小時。（15 分） 計算F1 至F6 之莫耳流率。 計算出整個程序之轉化率（overall fraction conversion）為何？

在程序設計中，流程圖主要由許多單元（unit）及連接單元之流體（stream）結合而成， 對於複雜的流程圖，需將流程圖分配（partitioning）成不同之單元組合，並以優先順 序（precedence ordering）排出不同單元組合之順序，以便簡化此流程圖之分析。若此 單元組合包括數個單元，則另需先設定某些流體（tearing）以分配單元組合成為個別 單元再分析之。請依照下列流程圖，求得其單元之分配及優先順序，並且找出包含最 少變數數目之設定流體，其中S13 必須是設定流體之一（如虛線所示）。（25 分） （註：A 至I 為單元，S1 至S13 為流體，每一流體所附號碼為變數數目）

何謂共沸蒸餾（azeotropic distillation）及萃取蒸餾（extractive distillation），請說明其 差異，並以流程圖表示之。（25 分） 80% C3H8 20% C3H6 純C3H8 H2 C3H6