109年 專技高考 化學工程技師｜歷屆考題全文（機器抽取）
109年專門職業及技術人員高等考試建築師、32類科技師(含第二次食品技師)、大地工程技師考試分階段考試(第二階段考試)暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試、109年第二次專門職業及技術人員特種考試驗光人員考試化學工程技師類科歷屆試題，含輸送現象與單元操作、化工熱力學、化學反應工程（亦稱化工動力學）等 6 科。
共 6 份考卷｜資料來源：依政府資料開放授權條款（OGDL）第 1 版利用，資料集：考選部歷屆試題（data.gov.tw dataset 170565），109 年。
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輸送現象與單元操作
下載：題目
官方不公布申論答案
01510
1 － 1
109 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 32 類科技師 （含第二次食品技師） 、大地工程技師考試分階段考試 （第二階段考試）暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試、 109 年第二次專門職業及技術人員特種考試驗光人員考試試題
等
別：高等考試
類
科：化學工程技師
科
目：輸送現象與單元操作
考試時間：
2 小時
※注意：
可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
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今有一賓漢塑性流體（ Bingham plastic fluid ）在一半徑 R 的水平圓管中 流動，壓力梯度為（ -dp/dL ） ，試說明賓漢塑性流體特性，並推導該塑性 流體在圓管中的速度分布。 （ 20 分）
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以殼管式熱交換器（ shell and tube heat exchanger ）冷凝苯蒸汽，殼側與 管側均為單程。熱交換器中有 24 支外徑 1 in 的 16 BWG 不鏽鋼管，其 厚度為 0.065 in ，長度為 18 ft ，其熱傳導度為 9.4 Btu/hr-ft-℉ 。飽和苯蒸 汽以 5000 lb/hr 流量在 1 atm 壓力下於殼側被冷凝，苯的正常沸點為 176.2℉ ，其蒸發潛熱為 170 Btu/lb 。冷卻水在管中流動，進口與出口溫 度分別為 95℉ 與 149℉ 。單位換算： 1 ft = 12 in 。試計算：
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基於管外側面積的總包熱傳係數為何？（ 10 分）
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若苯蒸汽冷凝的熱傳係數為 300 Btu/hr-ft 2 -℉ ，管內水的熱傳係數為 何？（ 10 分）
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有一長 30 m 內直徑 0.0254 m 的光滑管，某流體以 2.2 m/s 的平均速度在 管中輸送，其黏度為 25 厘泊（ cp ） ，密度為 800 kg/m 3 。當雷諾數（ Re ） 介於 2100 與 10 5 間，摩擦因子經驗式為 f = 0.0791 (Re) -0.25 。今因生產條 件改變，改輸送黏度降為 12.5 厘泊（ cp ）密度相同的流體。試問在相同 的流速下，克服光滑管中流體摩擦損失所需泵功率變化為何？（ 20 分）
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有一直徑 0.1 mm 小水滴，懸浮在 30 ℃， 101.3 kPa 相對濕度 20% 的靜止 空氣中。小水滴的溫度亦為 30 ℃，其飽和蒸汽壓為 4.25 kPa 。水蒸汽在 空氣中的擴散係數 DAB 為 0.28 cm 2 /s ，水的密度 0.99 g/cm 3 。試計算水滴 初始蒸發速率及小水滴完全蒸發所需時間。 （ 20 分）
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自半導體實驗室所排放含有機溶劑蒸汽之廢氣可以藉由填充吸收塔處 理。若廢氣（含 4 mol% 丙酮與 96 mol% 空氣）以 25 m 3 /min 體積流量自 吸收塔底部進入，水以 100 kg/min 流量自塔頂流入。吸收塔操作溫度維 持 295 K 、壓力 1.013 kPa 。假設丙酮在氣相與液相間平衡關係遵循亨利 定律，亨利常數為 0.265 。已知氣流出口丙酮蒸汽降為 0.5 mol% 。若 Ls 與 Gs 分別是液相與氣相不含丙酮之莫耳流量，試計算 (Ls/Gs)actual 與 (Ls/Gs)minimum 的比值為何？液體出料中丙酮的濃度為何？（ 20 分）
座號：
化工熱力學
下載：題目
官方不公布申論答案
109 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 32 類科技師 （含第二次食品技師） 、大地工程技師考試分階段考試 （第二階段考試）暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試、 109 年第二次專門職業及技術人員特種考試驗光人員考試試題
等
別：高等考試
類
科：化學工程技師
科
目：化工熱力學
考試時間：
2 小時
※注意：
可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
註：通用氣體常數值為 = 8.314 J / (K mol) R
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一莫爾理想氣體原處於 300 K 及 0.1 MPa ，現在恆壓下利用可逆過程加 熱至 400 K ，然後在恆溫下利用可逆過程壓縮回原來體積，請問這兩步 過程的每一步的內能變化（ change in internal energy, U ） 、焓變化 （ change in enthalpy, H ） 、熵變化 （ change in entropy, S ）所需熱（ Q ） 及功（ W ）為何？如果第二步為不可逆，而且由於不可逆額外產生的 熵 gen S 為 1J/K ，請計算內能變化、焓變化、熵變化所需熱（ Q ）及功 （ W ）的數值。該理想氣體的定壓比熱（ constant pressure heat capacity ） 為 30 J/(K mol) P C 。 （ 25 分）
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根據熱力學純物質的焓變化公式為 / P P dH C dT V T V T dV ， P C 為 定 壓 比 熱 ， 請 推 導 附 合 一 下 狀 態 方 程 的 流 體 / ( ) 1 ( ) / ( ) PV RT B T P RT ， ( ) B T 為第二維里係數。現假設第二維里係 數與溫度無關 ( ) B T B ，請求該流體焦耳 -湯姆遜係數 ( / ) H T P （ Joule-Thomson coefficient ）與第二維里係數 B 及 P C 的關係。如果雙成分 液體混合物的過剩吉伯氏自由能為 1 2 / ( ) 4 ex G RT x x ，過剩吉伯氏自由能 與成分活性係數的關係為 , , , / ( ) / j ex i i T P n j i nG RT n ln ，請問 1 0 x 、 0.5 、 1 時，成分 2 的活性係數 2 為何？（ 25 分）
座號：
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汞在一大氣壓 101.325 kPa 的沸點為 357 ℃，其蒸發潛熱為 59.2 kJ/mol ， 請估算汞在沸點為 100 ℃時壓力為何？有二元系統 A B ＋ ，在 B 的濃度為 0 0.05 B x ， B 遵循亨利定律（ Henry's Law ） ， A 遵循拉烏爾定律 （ Raoult's Law ） ，在某一溫度，液體中 B 的濃度 0.025 B x ，測得泡點壓力 為 1035 mmHg ，飽和汽體中 B 的濃度為 0.058 B y ，請估算液體中 的濃 度 0.04 B x 時的泡點壓力及飽和汽體中 B 的濃度 B y 。 （ 25 分）
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今有氣相反應 ( ) ( ) ( ) A g B g C g ＋ ，在 1 atm 、 100 ℃測得平衡濃度為 0.172 A y ， 0.414 B C y y ，在 1 atm 、 200 ℃測得平衡濃度為 0.642 A y ， 0.179 B C y y 。請估算反應在 100 ℃的平衡常數、在 200 ℃的平衡常數、 在 100 ℃到 200 ℃範圍的反應熱、在 150 ℃的平衡常數以及使用等莫爾 ( ) ( ) A g B g ＋ 作為原料時在 150 ℃、 10 atm 的平衡轉化率。 （ 25 分）
化學反應工程（亦稱化工動力學）
下載：題目
官方不公布申論答案
01530
109 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 32 類科技師 （含第二次食品技師） 、大地工程技師考試分階段考試 （第二階段考試）暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試、 109 年第二次專門職業及技術人員特種考試驗光人員考試試題
等
別：高等考試
類
科：化學工程技師
科
目：化學反應工程（亦稱化工動力學）
考試時間：
2 小時
※注意：
可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
請回答下列問題：
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某化工廠進行 A + B → C 反應生產 C 產物，反應採用以半批式（ semibatch ）進行，將 A 由外慢慢加入裝有 B 的批式反應容器中，請說明相較 於批式反應器，採用此種操作策略的可能原因或優點。 （至少兩項） （ 6 分） 承題 ，說明或繪圖解釋 A 和 C 兩種化合物隨著反應時間增長時，濃 度變化情形。 （ 6 分）
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化學工程師進行異相固態觸媒填充床反應器（ Heterogeneous packed bed reactor ）的設計，假設固態多孔觸媒的總重量固定，請說明使用固 態多孔觸媒不同顆粒大小可能對反應器操作與轉化率造成的影響或 優缺點。（ 8 分）
請回答下列問題：
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化學動力學中，有一經驗法則說到： 「溫度每升高 10 ℃時，反應速率增 加兩倍」 。依照 Arrhenius equation 反應速率常數 k=Ae -Ea/RT ，其中 Ea 為 反應活化能，已知兩種反應活化能分別為 40kJ/mol 和 160kJ/mol 反應； 請針對兩種不同大小活化能，計算在何種絕對溫度（ K ）下升高 10 ℃ 時，反應速率常數（ k ）值變化剛好增加兩倍。 依據計算結果說明活化 能大小對溫度升高造成反應速率常數（ k ）變化的差異。 （ 8 分）
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某化學工程師針對氣相反應 A → B + 2C ，設計完成定溫操作下達到 80% 轉化率的塞流式反應器（ PFR ） ，但計算過程中他輕忽考慮反應前後 體積差異影響，請問他實際操作時，能夠得到的轉化率是多少？（ 8 分）
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承題 ，如果考慮反應前後體積差異影響，想要設計真正能達到 80% 轉化率的塞流式反應器（ PFR ） ，請問正確反應器體積應該是原先設計 反應器體積的幾倍？（ 8 分）
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有一液體化學反應 A → B 為二級反應 2 A A r kC ，已知在一個體積為 1,000 m 3 的連續攪拌槽式反應器（ CSTR ）操作，轉化率達到 60% ；假設 在操作條件（溫度、濃度、進料流速）完全相同情況下，將體積 1,000 m 3 連續攪拌槽式反應器改為兩個 500 m 3 連續攪拌槽式反應器串聯，請問 轉化率變成多少？（ 10 分）
座號：
-
利用一個批式反應器（ batch reactor ）進行氣體解離反應 A → B + C ， 反應起始時反應器內為純 A 氣體溫度 450 ℃、壓力 2 大氣壓。已知此反 應為一級反應，反應速率常數 k 值為 0.0212 min -1 ，假設反應器體積溫度 固定，請計算反應進行 30 分鐘後反應器內壓力大小？（ 12 分）
-
化學工程師在實驗室中利用小型反應器，得到 A + B → 產物，反應的基 本動力學數據如下：
假設 CA0 = 0.05 M, CB0 = 0.5 M
已知反應速率式為： -dCA/dt = kCB CA 2 ，請利用積分法（ integral method ） 與上列動力學數據，求出速率常數（ k ）值。 （ 14 分）
- 已知有一異相觸媒反應（ Heterogeneous catalytic reaction ） A → B + C 必須在鋅氧化物固體觸媒的表面進行，假設利用微分反應器（ differential reactor ）得到下列動力學實驗數據：
依據動力學實驗數據請提出並解釋可能的反應速率式。 （ 8 分）
- 由提出的反應速率式，依據 Langmuir-Hinshelwood 原理異相觸媒反應 分為：吸附、表面反應、脫附三大步驟。請說明及推導可能的異相觸 媒反應機構，及其速率決定步驟。請注意：鋅氧化物固體觸媒的表面 活性部位以「 S 」表示，其他需要的動力學參數值可自行設定。 （ 12 分）
| 時間 t, min | 0 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 濃度 C A , mol/liter | 0.05 | 0.038 | 0.030 | 0.026 | 0.0222 | 0.002 |
| P A (atm) | 2 | 0.1 | 0.5 | 1 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| P B (atm) | 5 | 0 | 2 | 1 | 0 | 0 |
| P C (atm) | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 10 |
| -r A (mol/h · g cat) | 0.044 | 0.040 | 0.069 | 0.060 | 0.043 | 0.069 |
程序控制
下載：題目
官方不公布申論答案
01540
頁次：
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109 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 32 類科技師 （含第二次食品技師） 、大地工程技師考試分階段考試 （第二階段考試）暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試、 109 年第二次專門職業及技術人員特種考試驗光人員考試試題
等
別：高等考試
類
科：化學工程技師
科
目：程序控制
考試時間：
2 小時
※注意：
可以使用電子計算器。
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不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
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下圖中的蒸餾塔可被用來分離雙成分混合物，其中 x 、 y 與 z 代表較易揮 發成分的莫耳分率， B 、 D 、 R 與 F 代表莫耳流量。我們希望能在進料流 量 F 有擾動的情況下控制穩定塔頂組成 y 。假設除了 F 能被測量以外， 所有其他流量皆可被測量且可被操縱（ manipulate ） ，另外也假設 y 可被 線上組成分析儀測量。
-
繪圖表示此蒸餾塔回饋控制系統。 （ 6 分）
-
繪圖表示此蒸餾塔前饋控制系統。 （ 5 分）
考慮下圖中具出口管線手動閥的緩衝槽。若出口流量與液位高度平方根
- 成正比，則相應動態模式可寫為 1/2 = i v dh A q C h
假設系統在操作開始時處於穩態，即 1/2 i v q q C h
-
推導轉換函數 / i H Q ，將此轉換函數改寫成具穩態增益（ steady-state gain ）及時間常數（ time constant ）的標準型式。 （ 9 分）
-
推導轉換函數 / i Q Q ，將此轉換函數改寫成具穩態增益及時間常數的 標準型式。 （ 8 分）
座號：
考慮下圖中兩個液體儲槽，兩個儲槽圓形底部直徑皆為 4 英呎。系統 I 出口閥對流量阻力造成下述關係：
其中， q 的單位為 gal/min ； h 的單位為英呎（ feet ） ，而在系統 II 中液位 （ h ）的改變並不會影響出口流量（ q ） 。假設操作開始時（ 0 t ）每一系 統皆處於穩態（ 6 ft h ， 50 gal/ min i q ） ，且在 0 t 時進口流量突然從 50 增加到 70 gal/min 。若已知 3 1USgal 0.1337 ft ，請針對每一系統回答 下列問題：
-
轉換函數 ( ) / ( ) i H s Q s 。 （ 8 分）
-
動態響應 ( ) h t 。 （ 9 分）
-
在新穩態達到時的液位高度。 （ 5 分）
若每一儲槽壁高度皆為 8 ft （ 5 分）
，那一儲槽先發生溢流現象？在什麼時間？
根據下圖中的單位步階響應（ unit step response ） ，建立下列模型：
-
利用作圖法找出一階時延（ first order plus dead time ）模型中參數。 （ 9 分）
-
利用下列史密斯（ Smith ）法關係圖找出二階（ second order ）模型中 參數。 （ 8 分）
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一個液位控制系統可以下述兩種方式組裝： 如下圖（ a ）所示以控制閥 調節輸入流量； 如下圖（ b ）所示以控制閥調節輸出流量。另外，假設 液位發送器（ transmitter ）都是直接作用的（ direct acting ） 。
-
若控制閥是空氣作動閥開（ air to open ） ，則相應比例氣動控制器的控 制動作（ control action ）為何？（ 8 分）
-
若控制閥是空氣作動閥關（ air to close ） ，則相應比例氣動控制器的控 制動作為何？（ 8 分）
圖（
a
）
圖（
b
）
如下圖所示為一回饋控制系統的方塊圖，請決定使閉環路系統穩定之 c K 值範圍。 （ 12 分）
工業化學
下載：題目
官方不公布申論答案
109 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 32 類科技師 （含第二次食品技師） 、大地工程技師考試分階段考試 （第二階段考試）暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試、 109 年第二次專門職業及技術人員特種考試驗光人員考試試題
等
別：高等考試
類
科：化學工程技師
科
目：工業化學
考試時間：
2 小時
※注意：
禁止使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
寫出下列的反應方程式：（每小題 4 分，共 20
-
由甲醇製造 MTBE
-
由乙烯製造環氧乙烷
-
由環氧氯丙烷製造甘油
-
由苯製造異丙苯
-
由聚醋酸乙烯酯製造聚乙烯醇
請完成下列的反應方程式：（每小題
5 分，共 20 分）
C2 H 2 + CH 3 COOH
OC2 H 5
OC2 H 5
Br
Br
HNO3
O
C
OCH3
C2 H 5
NH3
CH3
H2 S 2 O7
分）
座號：
有關水泥的製造，請回答下列問題：
-
水泥的原料為何？（ 4 分）
-
在水泥製程中會加入石膏，其目的為何？（ 2 分）
-
請說明水泥的生產製程。（ 6 分）
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水泥含有四種主要礦物成分，請寫出各成分的化學式。（ 8 分）
-
LDPE 、 HDPE 、 LLDPE 、 UHMWPE 為四種聚乙烯產品。請回答下列 問題：
-
分別寫出這四種聚乙烯產品的中文名稱。（ 8 分）
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請說明 LDPE 和 HDPE 在工業上製法上的差異。（ 6
-
分）
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製造 LLDPE 的原料為何？請寫出從原料聚合成 LLDPE 的反應方程式。 （ 5 分）
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UHMWPE 的分子量為多少？請舉出兩種 UHMWPE 的用途。（ 6 分）
請回答下列有關太陽能電池的問題：
-
矽晶太陽能電池的材料有單晶矽、多晶矽和非晶矽三類，寫出這三類 在結晶構造上的差異。 （ 6 分）
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除了矽晶材料以外，導電高分子也可以用來製成太陽能電池。聚乙炔 是一種導電高分子，請說明為何聚乙炔能夠導電；並以化學方程式分 別說明為何聚乙炔摻雜碘和鈉後，其導電性質能夠大幅提升。 （ 9 分）
程序設計
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官方不公布申論答案
01560
1 － 1
109 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 32 類科技師 （含第二次食品技師） 、大地工程技師考試分階段考試 （第二階段考試）暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試、 109 年第二次專門職業及技術人員特種考試驗光人員考試試題
等
別：高等考試
類
科：化學工程技師
科
目：程序設計
考試時間：
2 小時
※注意：
可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
- 容器內若有少量氧也會引起腐蝕，今知腐蝕的速率為 0.127 mm/year ，並 且對氧的濃度是一段反應，腐蝕反應速率可以用下列反應式表示：
若容器為球型，直徑為 7.6 m ，請問氧的濃度從 21% 降到 19.5% 需要多少 時間？（ 20 分）
-
氯乙烯的容許曝露濃度值（ permissible exposure limit, PEL ）是 1 ppm ， 它揮發到空氣的速率是 7.5 g/min ，若設計稀釋的安全係數（ safety factor ） 為 5 ，請計算空氣流速需為多少才可達到所要求的 PEL 。 （ 20 分）
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在 25 ℃及 1 atm 的空氣以活性碳吸附甲基乙基酮（ methyl ethyl ketone, MEK ） ，氣體流速為 5000 m 3 /min ，含有 0.2 kg/100 m 3 ，若表面流速為 100 cm/sec ，吸附週期為 8 小時，碳的總密度為 0.8 g/cm 3 ，在折點（ break through point ）時，碳的容量為 0.04 g MEK/g carbon ，請計算需要多大的 吸附床？（ 20 分）
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在過去的幾年中，化學肥料的工廠規模有越來越大的趨勢。就廠房位置 而言，那些因素是應該考慮的？影響工廠尺寸增大的更重要因素又是什 麼？這些因素是否不論生產那種肥料類型都同等重要？請試著分析氨、 尿素以及磷肥加工廠的情況。 （ 20 分）
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在石化工廠中，若設計一反應器進行 6 6 2 6 12 C H +3H C H 的反應。氫氣過 量，反應速率對 6 6 C H 是一階反應，請問以成本考量應用栓流反應器 （ plug flow reactor ）還是連續攪拌反應器（ CSTR ）？請詳述其原因。 （ 20 分）
座號：