化學工程 95 年化學程序工業考古題

利用蒸餾塔分離混合物，若分離出的產品純度不足時，有什麼操作或設計的改進以 達到需要的純度？（12 分） 若蒸餾塔無法達到我們欲要求的煉量時，有什麼操作或設計的改進以達到需要的 煉量？（8 分）

苯製成環己醇（cyclohexanol）有二種方法，一種是先氫化成環己烷，再氧化成環己醇； 另一種是先部分氫化成環己烯，再生成環己醇，試說明此二種製程之優缺點。（20 分）

一典型之蒸餾操作如下圖所示。其中I 是蒸餾塔，II 是冷凝器。進料、塔頂產物及 塔底產物之組成如下表所示，試求D/F 之重量比？（10 分）若進料量F 為已知 ，且P、R 與D 之組成相同，能否求得P 與R？並請說明理由。（10 分）

請各舉一個程序，分別說明 汽－液、液－液、固－液、汽－固、固－固在化學工程 程序上的應用。（15 分）

正庚烷經催化劑作用，脫氫環化生成甲苯，其反應式如下： C7H16 Æ C6H5CH3 + 4H2 假設在下圖的狀況下，反應可達35 %的理論量值。試問每產生1000 公斤甲苯須多 少熱量？（20 分） 已知 Cpm(C7H16)25-480℃ = 2.34 kJ/(kg)(K) Cpm(C6H5CH3)25-480℃ = 2.59 kJ/(kg)(K) Cpm(H2) 25-480℃ = 14.9 kJ/(kg)(K) 反應式 △H0, [kJ/g mol] (A) C6H5CH3(g) + 9O2(g) Æ 7CO2(g) + 4H2O(g) -3947.9 (B) C7H16(g) + 11O2(g) Æ 7CO2(g) + 8H2O(g) -4853.5 (C) H2(g) + 1/2O2(g) Æ H2O(l) -285.84 (D) H2O(l) Æ H2O(g) 44.01 假設(i)所有成分在25oC 下均為氣相。 (ii)系統所作的功(W)=0。 Cpm＝恆壓熱容量（heat capacity at constant pressure） Q＝熱傳量（heat transferred）

在重組石油腦之二甲苯蒸餾物中含有乙苯、鄰二甲苯、對二甲苯與間二甲苯，如何 分離此二甲苯異構物？（20 分）

說明超臨界流體及舉二個實際化學工程上的運用。（10 分）

25 ℃下，400 cm3的三氯甲烷（chloroform）與200 cm3的丙酮-水（acetone-water）混 合物相混合，其中丙酮佔10 %。溶質在兩溶劑間的溶解度比會為一特定的常數，則 稱之為分配係數（distribution coefficient），丙酮-三氯甲烷-水（acetone-chloroform- water, A-C-W）系統中的分配係數為1.72。 試問混合後，有多少百分比的丙酮會由水中轉移至三氯甲烷中？（20 分） 物質 密度 g/cm3 Acetone (A) 0.793 Chloroform (C) 1.489 Water (W) 1.000 C7H16 480℃ C6H5CH3 + H2 + C7H16 480℃ Q 95 年公務人員高等考試一級暨二級考試試題 類 科： 化學工程 全一張 （背面）

請解釋下列名詞： 微胞現象（Micelles）（5 分） 塑膠抗氧化劑（Antioxidants）（5 分） MTBE 添加劑（5 分） CMP（Chemical Mechanical Polishing）（5 分）

解釋下列泵浦的特性或適用場所：（15 分） 離心泵浦（centrifugal pump） 往復式泵浦（positive displacement） 噴射（jet or eductor）

有一攪拌良好的批式反應器，外層以電熱包包裹加熱，反應器內已經放入液相反應 物，但是反應溫度須從初始溫度25 ℃ 加熱至250 ℃後，才能達到我們所需要的 反應速率，請利用下列數據計算此程序需要多少加熱時間？（20 分） 反應物： 質量 = 1.50 kg 比熱Cv = 0.900 cal / (g ℃) 反應器： 質量 = 3.00 kg 比熱Cv = 0.120 cal / (g ℃) 加熱速率： Q = 500.0 (J/s) 可忽略加熱期間反應的產生及相轉移的發生。可忽略攪拌器對系統所造成的能量變 化。 Cv = 恆容熱容量（heat capacity at constant volume） 1 cal = 4.184 J

製備硫酸之基本反應為 2 2 O SO 2 1 + SO3，△H = -97.9KJ 此反應之平衡常數（Kp）與反應速率（r）在不同溫度下相對應之值如下表。 溫度（℃） Kp r 400 400 1 500 50 50 600 10 70 800 1 100 工業上實際之程序為使用V2O5 為觸媒，在450℃左右進行。試說明在此溫度下操作 及使用觸媒之理由。（20 分）

一個蒸餾塔的塔頂為75%苯（benzene）及25%甲苯（toluene）的混合物，現要設計 一個操作在750 mmHg 下的全冷凝器（total condenser）。假設此混合物液相時為理 想溶液，請問操作溫度應該多少？（計算時請寫出你的理論依據，才知道你的觀念 及想法是否正確）。安東尼方程式，苯及甲苯的常數如下： C t B A Ps + − = log A B C 苯 6.90565 1211.033 220.790 甲苯 6.95334 1343.943 219.377 上式中溫度t 為℃，Ps 為mmHg。（40 分）

在氫氣存在下，催化脫氫的反應稱為加氫重組反應（hydroforming）。二次世界大 戰時，就用此法製造甲苯進而製造炸藥。甲苯、苯及其他芳香物都可用此法從輕油 中產生。下圖表示，將甲苯與其物質分離後，冷凝並繼續冷卻。每100 公斤進料中 有27.5 公斤是分離塔頂餾出的甲苯與水的混合物，其中含水9.1 %。 其他數據如下： 物流 Cp [J/(g)(℃)] 沸點 (K) 氣化潛熱 (kJ/g) 水 (l) 4.2 373.2 2.26 水 (g) 2.1 - - 甲苯 (l) 1.7 383.8 0.264 甲苯 (g) 1.3 - - 進料物質 2.1 - - Cp＝恆壓比熱（heat capacity at constant pressure） 問進料物質經過冷凝器出來的溫度？（10 分） 每小時需要的冷卻水公斤數?（10 分） 燃燒爐 22,000 kg/day 進料物質 16℃ ＋H2O 冷却器 93℃,100 kPa 150℃,100 kPa 分離器 H2O 54℃ 冷凝器 冷却器 H2O 18℃ 甲苯 38℃

以Xanthomonas sp.利用連續式培養生產黃原膠（xanthan）時，其多醣體收率取決於 所使用之制限基質（limiting substrate）之性質。若制限基質為葡萄糖，細胞生長量 與黃原膠產量分別為1.1 和2.7 克/升，若制限基質改為氮源，則兩者分別為1.6 和 7.0 克/升。請說明獲致此結果之理由。（20 分） 酒精（wt%） 水（wt%） F 35 65 D 85 15 W 5 95 Kp I R D F II W P