化學工程 96 年程序設計考古題

有一程序，其反應如下：（40 分） A(l) + B(g) Æ C(g) + D(l) (1) , D(l) + B(g) Æ C(g) + U(l) (2) , D 為主反應的主產物，U 為不需要的副產品 熔點（0C） 沸點（0C） 原料成本 （新台幣／moles） A -30 175 48 B -100 -35 17.7 C -110 -85 D -50 215 U -40 235 如欲減少U 的產生，應該如何設計等溫操作的反應器，並應該有何操作策略。 使用理論係數比率進料（A:1 mole, B:1 mole），可得產物（D:0.8 mole,U:0.2 mole 以及少量C,A）。如果使用過量的進料A（A:5 mole, B:1 mole），可得產物 （D:0.95 mole,U:0.05 mole 以及少量C,A）。請計算此兩方法每生成1 莫耳D 各 需花費的原料成本（暫時無須考慮設備、操作及迴流成本），並評估其優劣。 如果使用過量的A，則反應器的流出物是A, B, C, D, U 的混合物。今進料中所需 的成分（A 和B），可在混合物中藉由蒸餾分離單元而加以回流出來。如果讓A 和B 保持在一起，又已知C 具有腐蝕性，在此考量下應該如何設計蒸餾程序將 A/B, C, D, U 分離出來，請針對各種可能的分離序列，畫出流程圖，並試就經濟 成本（操作成本）、產品純度、廢棄物處理量的角度分析其優點及缺點。

依據被分離物質的化學與物理性質特性，選擇適當的分離方法，可使每單位產物產 生的廢棄物為最少，且使用最少量的能源。今分析蒸餾塔操作產生廢棄物的主要途 徑為： 使用過多能源（包含熱能或電能） 塔頂產品含有清餾份的不純物 塔本身排出之廢棄流（可能含有重金屬、腐蝕性或不安定性的物質） 塔頂凝結器之凝結負荷不足，出口產品沒有完全凝結，由排氣孔逸出 潛逸散源（fugitive emission sources） 請針對上述狀況逐一說明其可能造成的環境衝擊，並逐項提出具體可行之解決辦法 以預防污染，節省能源。（40 分） 96年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、法醫師考試暨普通考試記帳士考試、96年第 二次專門職業及技術人員高等暨普通考試消防設備人員考試、普通考試不動產經紀人考試試題 代號：01540 類 科： 化學工程技師 全一張 （背面）

有一化工製程包含反應器（一級不可逆反應）、分離單元及迴流系統。反應轉換率 （conversion）和迴流（recycle flow），有密切的關係。今將此系統之總年度成本 （TAC）表示如下：TAC=(80/x)[(2000+150×ln(1/(1-x))]。 其中x 為轉換率(0<x<1)， 80/x 為迴流量的影響，2000 為迴流造成迴圈設備的成本 效應，150×ln(1/(1-x))為反應器的設備成本。 請畫出總年度成本與轉換率的關係，並找出使總年度成本最小的最適轉換率。再針 對反應轉換率、迴流量探討如何擬定操作策略，期使總年度成本最小，達到最適化 流程。（20 分）