108 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 25 類科技師（含第二次食品技師）考試暨 普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

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。

•  本科目得以本國文字或英文作答。

• 一、若水在一半徑為

i r 的圓管中，其流速 U(r) 與最大流速 max U 的關係式是 1/ 7 i i max ) r r r ( U U(r) -= （ for turbulent flow ） ，試推導出水的平均流速 avg U 與 max U 的關係式。 （ 20 分）

• 二、甲水槽的內部壓力為 10 psig ，乙水槽的內部壓力為 20 psig ，若甲槽的液位比甲槽高 30 英尺，假設水流經連結甲水槽與乙水槽之間水管的摩擦力可被忽略，試算甲水槽 的水是否可流向乙水槽。 （ 25 分）

• 三、一不銹鋼圓管外直徑為 6.0 公分，表面包覆以 5.0 公分的發泡棉，熱導係數為 0.55 瓦 特 /( 公尺· ℃ ) ，其外再表面包覆以 4.0 公分的軟木，熱導係數為 0.05 瓦特 /( 公尺· ℃ ) 。 若不銹鋼圓管的表面溫度為 150 ℃ ，軟木層的表面溫度為 30 ℃ ，計算不銹鋼圓管每 公尺長的導熱量為多少瓦特？（ 25 分）

• 四、若在空氣流體流經一個水平的淺水盤（ pan ）時所產生的邊界層中（ boundary layer ） ， 在 x 的水平方向得到下列 Nusselt number （ Nu ）與 Reynolds number （ Rex ）和 Schmit number （ Sc ，為 kinematic viscosity 與 mass diffusivity 的比值）的關係式為：

當過渡區（ transition ）發生在 Rex = 3 × 10 5 時，空氣的流速為每秒 15 英尺， kinematic viscosity 為每秒 1.81 × 10 -4 平方英尺，水在空氣中的擴散係數（ mass diffusivity ） D 值 為每秒 2.81 × 10 -4 平方英尺，熱擴散係數（ thermal diffusivity ） α 值為每秒 2.37 × 10 -4 平方英尺，空氣的密度為每立方英尺 0.0735 磅（ lbm ） ，空氣的比熱（ heat capacity ） 為 0.24 Btu/(lbm)( ℉ ) ，求取：

•  在距離水盤前端 x = 4.5 英尺的 k 值（ mass transfer coefficient ） for water film 。 （ 15 分）

•  利用 Colburn Analogy 的原理，預測此處 x = 4.5 英尺的熱傳係數（ heat transfer coefficient for convection ） 。 （ 15 分）

（請接背面）

01510

代號：

座號：

全一頁

01520

108 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 25 類科技師（含第二次食品技師）考試暨 普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

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。

•  本科目得以本國文字或英文作答。

氣體常數

R = 8.314 J/(mol K)= 8.314 × 10 -5 (bar m 3 )/(mol K)= 83.14 (bar cm 3 )/(mol K)

• 一、丙烷（ propane ）的 P -V -T 性質可以凡德瓦爾（ van der Waals ）狀態方程 式（ equation of state ）表示，即 2 V a b V RT P --= ，其中參數 a 及 b 可以臨

界性質常數估算： c c P R T a 64 27 2 2 = 及 c c P RT b 8 = 。丙烷的 Tc = 369.8 K 及

Pc = 42.46 bar 。請估算丙烷在溫度 600 K 及摩爾體積 175 cm 3 ． mol -1 下的：

• 二、碳和水蒸氣在高溫反應時，系統中發現有下列氣體存在： C(s) 、 O2(g) 、 H2O(g) 、 H2(g) 、 CO(g) 、 CO2(g) 、 CH4(g) 及 C2H6(g) 。

•  請寫出一組獨立化學反應式（ an independent set of chemical reactions ） 代表此反應系統。 （ 15 分）

•  請問此反應系統之自由度（ degrees of freedom ）為何？（ 10 分）

座號：

• 三、一渦輪機（ turbine ）為絕熱恆穩態操作（ adiabatic, steady state operation ） 係以高溫高壓水蒸氣來產生動力。若渦輪機入口為溫度 650 ℃及壓力 800 kPa 之水蒸氣，而出口水蒸氣之壓力為 101.325 kPa ，請問：

•  渦輪所可能作最大的軸功（ w s, shaft work ） 。 （ 13 分）

•  若渦輪的效率（ efficiency = 實際 w s / 最大 w s, reversible process ）僅為 0.75 ，請估算出口水蒸氣之溫度（ 6 分）及熵（ entropy ） 。 （ 6 分）

可用水蒸氣數據如下：

• 四、有一雙成分系統的氣液平衡可由 sat i i i i P x y P γ = 關係式表示，其中 t i P sa 為成 分純物質蒸氣壓，可由安東尼方程式（ Antoine equation ）表示如下：

T 之單位為 K (Kelvin) ，飽和蒸氣壓單位為 kPa ；活性係數（ activity coefficients ）表示為 T A Ax Ax 0.00523 2.771 , ln ln 2 1 2 2 2 1 -= = = γ γ ， T 之單位為 K 。

•  在溫度 345 K 及液態濃度 x 1 = 0.25 ，請估算系統壓力及氣相（ vapor phase ）中的成分平衡摩爾分率。 （ 13 分）

•  在溫度 375 K 及液態濃度 x 1 = 0.75 ，請估算系統壓力及氣相中的成分 平衡摩爾分率。 （ 12 分）

01530

108 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 25 類科技師（含第二次食品技師）考試暨 普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

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。

• 一、針對三大類反應器：批次反應器（ batch reactor ） ， 連續混流反應器 （ mixed reactor or CSTR ）及塞流反應器（ tubular reactor or PFR ） ，寫出其優點、 缺點與適用範圍。 （ 20 分）

• 二、有一反應使用反應物 A 製造產物，此反應為一階反應，此反應在連續混流 反應器中進行，反應流體體積流率 v 固定為 v 0 ，若 V 為反應器之體積， τ 為空間時間（ space time ） ， [A] 與 x A 分別為反應物 A 之濃度與轉化率，試 推導下列關係式並說明所用符號之物理意義： （每小題 8 分，共 32 分）

•  V 與 x A 之關係式

•  τ 與 x A 之關係式

•  V 與 [A] 之關係式

•  τ 與 [A] 之關係式

三、有一複合反應如下：

C A 1  → k ， （所欲產物） ， 2.5 1 A C k C r =

D A 2 → k ， （非所欲產物） ， A D k C r 2 =

操作時應該提高 A 的濃度還是降低 A 的濃度才能得到較多的 C ？又應如 何調整參數及選擇反應器？（ 20 分）

座號：

四、欲使用反應物 A 與 B 如下： B 於液相中反應生成所欲產物 R ， ，其反應式與速率式

然而，反應物 A 與 B B 同時會進行下列反應：

為有利於所欲產物 R 之生產 之生產，考慮下列數種反應器及其組合 考慮下列數種反應器及其組合：

回答下列問題： （每小題 每小題 14 分，共 28 分）

•  請自上圖中選擇並畫出其中四種反應器或其組合 之進料位置，並以 ①②③④ 此類推） 。 請自上圖中選擇並畫出其中四種反應器或其組合， ①②③④ 標示其優劣順序（ ① 為最佳 ，標示反應物 A 與 B 為最佳， ② 次之，依

•  針對所畫四種反應器 產，為何 ②③④ 依次較不利於 針對所畫四種反應器（或其組合） ，說明為何 ① 最有利於產物 依次較不利於 R 之生產。 最有利於產物 R 之生

01540

108 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 25 類科技師（含第二次食品技師）考試暨 普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

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。

•  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。

• 一、圖一為一壓力控制系統。請問  本壓力控制系統目的是什麼？  請以圖 形表示程序本身包括那些部分。  繪出本控制系統塊解圖（ Block Diagram ）。  請標示 DV （ Disturbance Variable ）、 SP （ Set Point ）、 MV （ Manipulated Variable ）、 CV （ Controlled variable ）分別在圖一的 位置。（ 20 分）

vp

3 (

t

)

P

3 (

t

)

P

1 (

t

)

P

4 (

t

)

vp

4 (

t

)

vp

1 (

t

)

PT

11

PC

11

• 二、考慮圖二之液位系統：其中 q 為體積流率， h 為液高， R 為出料阻抗 （ Resistance ） （ R= Ch 1/2 ， C 為常數） 。槽截面積 A = 3 ft 2 ；某一穩態操 作時 qos =16 cfm （ cubic feet per minute ） ， h s = 4 ft 。當進料流率 q ( t ) 由 16 cfm 增為 20 cfm 時，請求出本系統在此穩態操作附近之線性化動態模 式及 h ( t ) 。 （ 20 分）

座號：

三、請寫出圖三所示之時域（ time domain ）之工作方程式（ working equations ） 。

其中 PI 為比例積分控制器，其轉移函數為 ) 2 1 3(1 ) ( s s GPI + = ； s s R 2 ) ( = ；

PI

四、試以圖四來執行一比例積分控制器 ) 1 (1 K E(s) M(s) (s) G c c s I τ + = = 。

•  請證明圖四之方塊圖即是在執行上式。 （ 10 分）

•  如何在個人電腦內以圖四方塊圖之設計寫一軟體控制器？（ 10 分）

R(s)

M(s)

Kc

C(s)

MI(s)

1

s

I

τ

1

E(s)

五、在圖五中若 1 5s 2 (s) GP + = 且閉迴路控制要求為 1 0.5s 1 R(s) C(s) + = ，請設計一

PI 控制器 ) s 1 (1 K (s) G c c I τ + = ，請求其 c K 與 I τ 。 （ 20 分）

C(s)

R(s)

E(s)

M(s)

G

p

(s)

G

c

(s)

108 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 25 類科技師（含第二次食品技師）考試暨 普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

代號：

01550

全一頁

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

座號：

※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。

•  本科目得以本國文字或英文作答。

• 一、請描述下列工業用合成樹脂接著劑（膠合劑）的應用特性： （ 25 分）

•  水性膠水（水性高分子分散液）

•  溶劑型黏膠（ solvent-based adhesives ）

•  感壓膠（ pressure sensitive adhesive, PSA ）

•  熱熔膠（ hot melt ）

•  瞬間膠（ cyanoacrylate ，厭氧膠或稱三秒膠）

•  環氧樹脂 / 硬化劑（俗稱 A/B 膠）

•  聚氨酯（ PU ）膠

•  紫外光照射硬化型接著劑

•  聚矽氧烷（ PDMS ）

•  安全玻璃貼合膠

• 二、請說明下列工業製程常用觸媒（ catalyst ）特性及其用途： （ 20 分）

•  異相觸媒（ Heterogeneous catalyst ）

•  均相觸媒（ Homogeneous catalysts ）

•  光觸媒（ Photocatalysts ）

•  酵素（ Enzyme ）或稱生物觸媒（ Bio-catalyst ）

• 三、請說明熱塑性塑膠（ thermoplastics ）及熱固性塑膠（ thermosets ）的特性及其用途。 （ 20 分）

• 四、請描述捕捉工業煙道氣所含的二氧化碳（ CO2 ）及 CO2 再利用方法。 （ 20 分）

• 五、請說明易燃性有機材料的燃燒（ combustion ）機制。 （ 15 分）

（請接背面）

3 － 1

108 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 25 類科技師（含第二次食品技師）考試暨 普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

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。

•  本科目得以本國文字或英文作答。

• 一、某公司在某投資案中有 A 、 B 兩個選擇， A 、 B 兩方案的初期投資額， 以及隨後每一年的年度現金流量（ annual cash flow ）如附表所示。假設 年利率（ fractional interest rate, i ）為 10% ， A 、 B 兩方案的計畫生命週期 時間（ project lifetime, n ）各為 5 、 7 年，試問：

•  此公司應採用那一方案獲利較高？（ 15 分）

•  此獲利較高之方案，在年利率為多少時，其淨現值為 0 ？（ 10 分）

• 註：請先列出計算公式並計算每一年的年度貼現現金流量（ annual discounted cash flow ） ，再計算淨現值（ Net Present Value, NPV ） 。

• 二、某一化工製程經初步設計、計算之後，發現其中有兩股冷、熱流分別需 要升、降溫，其溫度變化範圍、流量、熱容量分別如表所示。

•  此兩股冷、熱流之加熱負荷或冷卻負荷 （ load of hot utility or cold utility, kW ）分別為何？（ 10 分）

座號：

•  檢視表中之溫度範圍之後，發現這兩股冷、熱流有熱整合的機會。假設 熱交換器中之冷、熱流最小允許溫差為 10 ℃ ，請利用「問題表（ problem table ） 」 的方式 ， 求出最理想的狀況下來自外部之最低熱、冷負荷值 （ loads of minimum hot and cold utilities, kW ） 。與前一小題之熱、冷負荷比較， 分別可以節省多少加熱負荷或冷卻負荷？其比例為何？（ 15 分）

• 三、苯（ benzene ）可由甲苯（ toluene ）加氫（ hydrogen ）反應製成，其中苯 還可能繼續反應產生副產物聯苯 （ diphenyl ） ， 兩個主要反應式如下所示：

製程簡圖如下所示，在此假設各分離設備都能完全分離圖中所示的各成 分，所供應的氫氣中含有 10% 的甲烷（ methane ） ：

為了盡量降低聯苯比率，因此在此一高溫氣相反應器中通常使用大量的 過量氫氣，在此假設進入反應器中的氫氣與甲苯的比例（ mole ratio ）固 定為 5 。在此反應器中，甲苯的轉化率為 X = 0 ～ 1 ；此製程中主要產品 苯的選擇率（亦即苯的淨產量 FB 與反應物甲苯在此製程中的消耗量 FT 的比例）為 S = 0 ～ 1 ，假設 S 與 X 之關係為：

 附圖的製程中，若使用過量氫氣且轉化率不高，則將浪費大量的氫氣以 及甲苯，請修正此設計以降低反應物的消耗，修正必須注意到不可以造 成甲烷在製程中累積。 （註：請於試卷中繪出修正後的流程圖） （ 15 分） ，則 此一製程所需要輸入的甲苯流量是多少？反應器的輸入與輸出甲苯

•  假設所需的苯產量為 FB = 1,000 kmol/h ，選定的反應率為 X = 0.5 流量分別是多少？（ 15 分）

• 四、一工程師擬設計一組蒸餾塔以分離一股含有 A 、 B 、 C 、 D 四成分的混合 物，經初步模擬，發現下列各種狀況之下，使用蒸餾塔分離時，塔內的 氣體流量如表所示，其中， A/BCD 表示此一蒸餾塔能完全分離 A （自塔 頂）及 BCD （自塔底） 。

•  試列出所有可能的蒸餾順序以依序分餾出 A 、 B 、 C 、 D 。 （ 5 分）

•  試分別計算各種可能的蒸餾順序所需之塔內氣體總流量。 （ 10 分）

•  依塔內氣體總流量最低之原則，選擇並繪出最佳的蒸餾順序。 （ 5 分）