化學工程 94 年程序設計考古題

蒸餾（distillation）程序是化學工業中重要的單元操作之一，蒸餾之方法有二，即簡 單蒸餾（simple distillation）和精餾（rectification 或fractionation），請簡述其操作不 同處，並以簡圖示意之。又者，簡單蒸餾的程序中，微分蒸餾（differential distillation）和平衡蒸餾（equilibrium distillation）之操作方式不同處何在？（20 分）

利用觸媒反應器，經由甲醇（methanol）製備甲醛（formaldehyde），其反應方程式 如下： CH3OH→HCHO + H2 假設反應器之單程轉化率（single-pass conversion）為75％。在多單元操作程序 （multiple-unit process）中，反應物甲醇從反應產物（甲醛和氫氣）中被分離出來。 當甲醛的產率為 900 公斤/小時，試求在下列兩種程序操作中，所需的甲醇進料（莫 耳/小時）為何？（氫原子量=1克/莫耳，氧原子量=16 克/莫耳，碳原子量=12 克/莫 耳） 不具回流之操作程序。（10 分） 將未回收之反應器甲醇完全回流至反應器再予反應。（10 分）

某化工廠中的更新設備，有下列三種選擇： 設備名稱 甲 乙 丙 材質名稱 碳鋼 不銹鋼 鎳合金 設備成本 $7,000 $13,000 $16,000 設備年限 四年 七年 八年 年維修費用 $2,000 $1,500 $1,200 假設年複利率為12％，且不考慮物價波動，則甲、乙和丙三種設備選擇中，在考量 最低資本和操作成本支出以獲得最大的利潤，以那一種材質為佳？（20 分） 94 年專門職業及技術人員 高等考試建築師、技師考試暨普通考 試不動產經紀人、地政士、記帳士考試試題 類 科： 化學工程技師 全一張 （背面）

苯乙烯（styrene）的生產程序，是由乙苯（ethylbenzene）以鐵為觸媒所製備之可逆 反應式如下： C6H5CH2CH3⇔C6H5CHCH2 + H2 反應在高溫和低壓時，平衡向右有利於苯乙烯的生成。然而，副反應（side reaction） 於高溫時變得明顯；假設乙苯之氫解產生甲苯（toluene）和甲烷（methane）是唯一 之副反應： 請簡述程序（process）在化學工業中的意義。（5 分） 試建構苯乙烯程序之簡單流程圖（flow diagram）。（10 分） 苯乙烯製造程序中之乙苯進料經常伴隨著蒸汽（steam），把蒸氣當作稀釋劑，使 得平衡向右，有利於苯乙烯之生成，並且壓制副反應及延長觸媒壽命。試說明蒸 汽對中之流程圖的改變。（5 分）

含正戊烷（n-pentane）60 莫耳百分率和正己烷（n-hexane）40 莫耳百分率的混合溶 液置於半連續式（semi-continuous）的蒸餾器（still）中，正戊烷在液相和氣相的莫 耳分率，分別以x 和y 表示，其平衡關係式如下： bx ax y + = 1 當x = 1 時，y 的值為何？並求出a 和b 的關係式。（5 分） 假設在蒸餾之初，與混合溶液平衡之正戊烷在氣相的莫耳分率為y = 0.82，試求 出a 和b 的數值。（5 分） 假設a 和b 保持定值，試問正戊烷在殘留液體中的莫耳分率為0.5 時，殘留液體 的總莫耳數與原總莫耳數之比值為何？（10 分）