105 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 技師、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： 01510 全一頁

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。

• 一、圓管中之流體速度分布（ velocity profile, u ( r ) ）方程式如下，請就雷諾數、流體壓縮 性、穩態與否、流體'牛頓'（ Newtonian ）性質、端效應（ end effect ） ，說明此式之 假設。 （ 15 分）

• 二、承上題，請再藉此式推導'哈根－波蘇拉定律'（ Hagen-Poiseuille law ） ，即 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ Δ = L p r Q o μ π 8 4 ， Q ：體積流量，推導過程應敘明所有必要之符號與假設。 （ 15 分）

• 三、請計算或導出下列輻射熱傳中之'視因數'（ view factor, F ） ：  非圓形'長管'內，求 F12 及 F21 （如下圖） 。 （ 10 分）

A1

90

°

A2

R

•  面積 A1 之小圓球位於較大同心半球（ A2 = 2A1 ）之下，且極長，求 F12 及 F21 （如 下圖） 。 （ 10 分） A1

A2

A3

四、請寫出下列無因次群之定義，例如：雷諾數（ Reynolds number ） μ ρ Du = ，且應寫出

D ：直徑、 u ：流速、 ρ ：密度及 μ ：黏度。  普朗特數（ Prandtl number ）  紐塞數 （ Nusselt number ）  必歐數（ Biot number ）  拖曳係數（ drag coefficient ） 。 （每小題 5 分，共 20 分）

• 五、一多孔圓球（半徑 R ）充滿揮發性物質 A ，懸浮於不含 A '無限大'之靜止氣體中， 故對流效應可忽略且 A 於無窮遠處濃度為零 （ 0 Ci, = ∞ ） ， 又因物質 A 潛熱 （ latent heat ） 極低，因而可忽略熱傳效應。若該揮發性物質 A 擴散係數（ diffusivity ）為常數 D ， 且球面（ R r = ）能維持飽和濃度 Ci,s ，請以質量守恆建立球體外部濃度（ i C ）與距 離（ r ）之微分方程式，並根據邊界條件解出該濃度函數 (r) Ci 及雪耳伍德數（ Sherwood number ） 。 （ 30 分）

（請接背面）

座號：

105 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 技師、第二次食品技師考試暨普通 代號： 01520 全一張

考試不動產經紀人、記帳士考試試題 （正面）

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。

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、壓力 350 kPa 水蒸氣 10 kg 在一水平無磨擦力之圓筒活塞（ a horizontal frictionless piston and cylinder ）中，起始體積（ initial volume ）為 8 m 3 。

•  估算圓筒活塞中水蒸氣之溫度、內能 （ internal energy ） 、 焓 （ enthalpy ） 及熵 （ entropy ） 之值。 （ 5 分）

若在定壓下加熱圓筒活塞中之水蒸氣至 600 ℃，請估算此加熱程序中：

•  需加入多少熱（ heat, Q ）至水蒸氣系統中？（ 5 分）

•  系統水蒸氣對外界做多少功（ work, W ）？（ 5 分）

 此程序中熵（ entropy ）的變化。 （ 5 分）

水蒸氣的熱力學性質如下表：

• 三、計算在溫度 650 K ，摩爾體積 135 cm 3 /mol ，氨（ ammonia ）的熱膨脹係數 α （ coefficient of thermal expansion ）值。氨的熱力學性質可以凡得瓦爾（ van der Waals ）狀態方 程式來表達， 2 V a b V RT P --= ，其中參數可用臨界點特性來估算： c c P R T a 2 2 64 27 = 及 c c P RT b 8 1 = 。氨的臨界點： Tc = 405.6 K 及 Pc = 112.8 bar 。同時，熱膨脹係數 P T V V ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ = 1 α 。 （ 20 分）

座號：

105 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 技師、第二次食品技師考試暨普通 代號： 01520 全一張

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

• 四、一參成分（ ternary ）溶液之氣液平衡可以拉午爾定律（ Raoult's law ）來表示，即 sat i i i x P y P = ，各成分純物質之蒸氣壓（ vapor pressure ） sat i P 可以下式表示， C t B A P + -= sat ln ，其中 sat P 與 t 之單位分別為 kPa 與℃，參數如下表：

•  在 60 ℃及液態組成 x 1 =0.26, x 2 = 0.35 ，估算系統壓力 P 及氣態組成 y i 。 （ 10 分）

•  在 90 ℃及氣態組成 y 1 =0.50, y 2 = 0.15 ，估算系統壓力 P 及液態組成 x i 。 （ 10 分）

• 五、一雙成分溶液的摩爾體積在一固定的溫度及壓力下可以下式表示，

•  估算在 x 1 = 0.55 時，各成分之部分摩爾體積（ partial molar volume ） 1 V 及 2 V 。 （ 10 分）

•  在此固定的溫度及壓力下，若須配製濃度 x 1 = 0.25 之雙成分溶液 5000 cm 3 ，各需 多少之純成分體積（ cm 3 ）？（ 10 分）

（背面）

技師、第二次食品技師考試暨普通 代號： 01530 全一頁

105 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 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：

 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。

• 一、考慮一階（ first order ）催化反應 A →產物，其中 A 為氣相中的某一成分，其分壓為 p A ，催化劑為分散於液相中的固體，反應發生於其表面。假設氣 -液界面的濃度關係 可以亨利定律（ Henry's law ）描述，系統處於穩態（ steady state ） 。試以 p A 表示 A 的 反應速率。 （ 25 分）

• 二、某系統由兩個等體積的定體積流率完全攪拌反應器（ constant flow stirred tank reactor ） 之串聯組成，求反應物在該系統內的駐留時間分布（ residence time distribution ） 。 （ 25 分）

• 三、考慮液相並聯反應 R → P1 ， R → P2 ， R → P3 。已知三個反應之反應速率皆與溫度有關。 若 P1 為所欲獲得的產物，應如何選擇反應溫度？（需詳細討論，只寫出最後答案者 不予計分） （ 25 分）

四、流體化床反應器與填充床反應器各有何優、缺點？（ 25 分）

（請接背面）

座號：

105 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 技師、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： 01540 全一頁

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。

• 一、在工業規模下，要在下列系統中，分離各個產品要用那些操作方法？並說明選擇該 法的理由及其操作之特性。 （每小題 5 分，共 30 分）

•  99 mol% 苯， 1 mol% 水

•  苯與環己烷

•  乙醇與水（請說明以 10 mol% 乙醇水溶液製備成無水酒精之案例）

•  甲烷與氫

•  綠藻細胞與水

•  二氧化碳（ 10 mol% ）與空氣

• 二、一氣體流含水溶性氣體成分 A 及空氣。此氣體流經過一填充塔，以水洗吸收成分 A 。 A 對水之平衡關係符合亨利定律， y = 0.06 x （其中 y 為 A 之氣相莫耳分率， x 為

A 之液相莫耳分率） 。假設氣體流不帶走水分， A 為稀薄成分。本塔之終端條件為：

頂 底 x 0 0.08 y 0.001 0.009

•  請敘述一般填充塔之基本構造並說明填充物的形式及其功能。 （ 5 分）

•  請計算本分離操作之傳送單元數 NTU （ Number of Transfer Unit ） 。 （ 10 分）

•  若液側及氣側之傳送單元高度（ height of transfer unit ） Hx 與 Hy ，分別為 Hx = 0.24 m 及 Hy = 0.36 m ，請計算填充區所需之高度。 （ 10 分）

 請敘述填充塔泛溢（ flooding ）現象，及其與所謂超重力操作之關係。 （ 5 分）

• 三、一橡膠工廠中，萘流量為 5 kg/min ，需自 21 ℃加熱至 44 ℃。萘之熱含量為 2000 J/kg-℃。 今欲使用一對流式（ counter-current ）套管熱交換器，以 98 ℃之熱油加熱，熱油之出 口溫為 60 ℃，總包熱傳係數（ total heat transfer coefficient ）為 380 W/m 2 -℃，試問：

•  所對應之傳熱面積（ m 2 ）為何？（ 10 分）

•  若熱油之熱含量為 2700 J/kg℃，則熱油之流量為何？（ 10 分）

•  假設使用同向流式操作（ co-current ） ，所對應之傳熱面積（ m 2 ）為何？（ 5 分）

•  氣相流體及液相流體之加熱裝置有何分別？（ 5 分）

四、氯氣由以下反應生產：

其中氧氣是由空氣供應，氧在空氣中之莫耳分率為 21% 。

•  若進料中之空氣量，超過使 HCl 完全反應所需量之 30% ，則反應後之氣體成分為何？ （ 5 分）

•  反應器的材料選擇上有何建議？（ 5 分）

（請接背面）

座號：

105 年專門職業及技術人員高等考試建築師、

技師、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

※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。

一、有關 CO2 ，請寫出：

•  三種主要之 CO2 產生來源。 （ 6 分）

•  以吸收方法回收 CO2 時之兩種工業上常用之吸收劑。 （ 4 分）

•  CO2 之五種主要工業用途。 （ 10 分）

• 二、半導體封裝製程中，封裝塑膠（ epoxy molding compound ，簡稱 EMC ）是用量極大的 材料，試回答下列問題：

•  EMC 之主要成分之一是環氧樹脂，針對半導體之封裝應用，列出五種環氧樹脂之 優點或功能。 （ 15 分）

•  若單獨使用環氧樹脂作為封裝塑膠，亦有缺點，列出 3 種此類缺點。 （ 6 分）

•  EMC 中除環氧樹脂外，亦含有其他數種重要成分，請列出其中 3 種成分，並說明 各個成分的功能。 （ 18 分）

• 三、寫出煉油工業中三種主要之氫化反應，並說明三者各為何？差異為何？（ 20 分）

• 四、化學氣相沉積（ CVD ，又稱化學蒸鍍） ，是半導體工業及許多其他化學工業常用之製 程，請回答下列問題：

•  何謂 CVD ？（ 6 分）

•  CVD 之反應機制可分成五個主要步驟，寫出此五個步驟並說明之。 （ 15 分）

（請接背面）

座號：

105 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 技師、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： 01560 全一張 （正面）

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。

 ) ( s GCR （ 7 分）

GC

G

1

G

2

G

3

H

R

(

s

)

C

(

s

)

 ) ( s GCR 與 ) ( s GCL （ 8 分）

H

G

3

G

2

G

1

GC

G

4

C

(

s

)

L

(

s

)

R

(

s

)

• 二、  計算以下製程之振幅比（ amplitude ratio ）及相角（ phase angle ）

如果其中 M(t) = sin( ω t) ，而頻率 ω = 1 rad/min 。 （ 10 分）

•  利用在 0.1rad/s 、 0.5 rad/s 、 1 rad/s 、 2 rad/s 與 5 rad/s 此五個頻率所畫出之波第圖 （ Bode plot ） ， 求出該製程之終極增益 （ ultimate gain ） 及終極週期 （ ultimate period ） 。 （ 15 分）

• 三、下圖是用來維持一個理想 pH 值流入廢物處理廠的混合容器。酸流（ acid stream ）閥 的壓力是一個可操作變量。大部分的 pH 改變來自於廢液流（ waste stream ） 1 ，是一 個苛性鹼流（ caustic stream ） 。現在想要設置一個前饋控制器（ feed-forward controller ） 去消除此苛性鹼流對 pH 的干擾。

FFC

PHC

PHM2

PHM1

pH

Setpoint

Waste

Stream 1

Waste

Stream 2

Pv

Acid Stream

以下是一些對應此問題的數據：若沒有控制，在進口端的 pH 若改變 0.5 會導致出口 端 pH 改變 0.25 ，時間延遲（ time delay ）是 10 分鐘，而時間常數（ time constant ）是 30 分鐘。在酸流（ acid stream ）閥頂改變 1 psig 的壓力（ Pv ）會導致出口端 pH 改變 0.4 ，時間延遲（ time delay ）是 7.5 分鐘，而時間常數（ time constant ）是 25 分鐘。 請為此程序設計一個前饋控制器（ feed-forward controller ）並標示單位。 （ 15 分）

座號：

105 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 技師、第二次食品技師考試暨普通 代號： 01560 全一張 （背面）

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

四、考慮下圖閉迴圈系統，推導：

•  以 K 、 D τ 、 I τ 與 i τ 表示系統的振盪週期 T （ period of oscillation ）與阻尼係數 ζ （ damping factor ） 。 （ 10 分）

C

(

s

)

R

(

s

)

U

(

s

)

)

1

(1

s

s

K

I

D

τ

τ

1

1

s

i

τ

以下假設 1 = = I D τ τ 與 2 = i τ ，

•  若 0.5 = K 與 2 = K ，分別求阻尼係數 ζ 。 （ 5 分）

•  若 K 一直上升， T 及 ζ 是否會趨近於某一值？若有該值為何？（ 5 分）

 若 s U 1/ = ，求 2 = K 系統的靜態穩定差值（ offset ） 。 （ 5 分）

• 五、考慮下圖的溫度比例微分（ PD ）控制系統，其中 1000 = w kg/min ， 1000 ρ = kg/m 3 ， 3 1 4m = V ， 3 2 5m = V ， 3 3 6m = V ， 1 = C kcal/(kg ℃ )

w

q

psi

℃

V

3

V

2

V

1

PD

控制器

末端控制元件

（

Final control element

）

以上 ρ 為流體密度， C 為流體比熱， w 為流體流量， 1 V 、 2 V 與 3 V 分別為各槽之體積。 當控制器改變 1 psi 時，熱流量 q 改變 1250 kcal ，且進料流體溫度會變化，量測無時 間延遲。

•  畫出控制系統的方塊圖（ block diagram ） ，並在方塊中寫出傳遞函數（ transfer function ） ，每個傳遞函數均需要包含係數數值。 （ 6 分）

•  從方塊圖中，計算總傳遞函數（ overall transfer function ）關於設定點（ set point ） 改變與第三槽的溫度。 （ 6 分）

•  計算進料溫度在一單位改變（ unit step change ）時偏移（ offset ） 。假設控制器增益 （ gain ） c K 為 3 psi/ ℃，其中℃為溫度誤差（ temperature error ） ， 微分時間 （ derivative time ）為 0.5 分（ min ） 。 （ 8 分）