代號：

01510

頁次：

2

－

1

113 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、回答下列問題： （每小題 4 分，共 20

分）

•  請以剪切應力（  rz ）為縱坐標，剪切速率（  dvz/dr ）為橫坐標，畫出 下列各流體之圖形：

• ⑴ 膨脹性流體（ Dilatant fluid ） ； ⑵ 賓漢流體（ Bingham fluid ） 。

•  請寫出無因次群 Nusselt number 之數學式與物理意義。

•  如何從實驗中得到填充吸收塔之負載點（ Loading point ）和溢流點 （ Flooding point ）？

•  請說明共沸蒸餾（ Azeotropic distillation ）之意涵。

•  請計算利用下列分離程序，分離純化二成份混合物時之自由度 （ degree of freedom ） ：

• ⑴ 液 -液萃取（ Liquid-liquid extraction ） ； ⑵ 氣體吸收（ Gas absorption ） 。

• 二、牛頓流體（ Newtonian fluid ）以穩態且層流（ Laminar flow ）流經一長為 L 、寬為 W 、厚為 2B 之水平雙平板，如下圖所示，若其產生之壓力差為 P1-P2 ，求其剪切力分布（ Shear stress profile ）  yz(y) 與速度分布（ Velocity distribution ） vz(y) 各為何？（ 20 分）

流體

z

2B

y

V2

V1



,



座號：

• 三、密度為 0.873 g/cm 3 的苯以 2.4×10 -3 m 3 /s 之流率，由泵（ Pump ）自低於泵 2.8 m 處之暴露於大氣之儲槽，泵經內徑為 0.045 m 之鋼管，提升至高於 泵 6.2 m 之 320500 Pa 表壓力之密閉容器中，設吸入管線之摩擦勢能為 15.5 J/kg ，而輸出管線之摩擦勢能為 35.5 J/kg ，泵效率η =80% ，試求：

•  泵之制動馬力。 （ 8 分）

•  泵所提升之壓力。 （ 6 分）

•  若苯蒸氣壓為 129 mmHg ，淨正吸入高差（ NPSH ）為多少公尺 (m) ？ （ 6 分）

• 四、某一熱油其比熱為 2.305 kJ/kg ． K ，以 2500 kg/h 之流率流入雙套管 （ Double pipe ）熱交換器，其流入和流出的溫度分別為 380 K 和 340 K ； 用來冷卻之水其比熱為 4.187 kJ/kg ． K ，以 2000 kg/h 之流率流入交換器， 且流入之溫度為 278 K ，若總熱傳送係數為 480 W/m 2 ． K ，計算：

•  水出口溫度。 （ 4 分）

•  若為逆流時之熱傳送面積。 （ 8 分）

•  若為順流時之熱傳送面積。 （ 8 分）

五、計算下列分子擴散問題：

•  O2 和 N2 氣體混合物含在管中，條件為 300 K 與 1 atm ，長 1.5 m 管子的 一端點 1 ， O2 分壓為 0.7 atm ，另一端點 2 ， O2 分壓為 0.2 atm 。若 O2 與 N2 進行等莫耳逆流擴散，計算穩定狀態下 O2 之通量為何？假定 O2-N2 混 合物之擴散係數（ Diffusivity ）為 0.585  10  4 m 2 /s 。 （ 10 分）

•  一萘球半徑 10 mm ，在 318 K 和 1 atm 之靜止空氣中行質量傳送，萘 球在 318 K 之蒸氣壓為 0.555 mmHg ，萘在空氣 318 K 下之擴散係數 為 6.92  10  6 m 2 /s ，計算萘之蒸發速率為何？（ 10 分）

代號：

01520

1 － 1

113 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。

• 一、  石油的轉化主要有那兩種目的？（ 6 分）

•  請舉出五種重要的轉化方法，並針對每一種方法做說明。 （ 25 分）

• 二、  工業上製造硫酸主要有那兩種方法？（ 4 分）

•  請分別寫出這兩種方法所有步驟的化學反應方程式。 （ 6 分）

• 三、  塗料是一種流動性的混合物質，請寫出五種組成塗料的成分。 （ 10  請敘述這五種成分各自的功用。 （ 15 分）

• 分）

• 四、目前市面上主流的全彩顯示器是 TFT-LCD （液晶顯示器）與 OLED （有 機發光二極體） ，這兩種顯示技術有著根本的不同，請分別就發光原理、 材料結構及顯示特性，詳述這兩種技術的差異性。 （ 24 分）

• 五、依用途區分，一般將通用高分子材料分為那五類？（ 10 分）

座號：

代號：

01530

頁次：

2

－

1

113 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。

• 考慮一 100liters 定容批次反應器（ batch reactor ） ，通入 80%A 以及 20% 惰 性氣體並且加壓至 10atm ，此氣相反應於恆溫 127℃ 反應。 （每小題 10 分， 共 20 分）

2A → 3B

•  假設理想氣體定律，請問初始 A 的濃度多少 mol/liter ？

•  假設此反應為不可逆反應，而且反應是二級反應，反應速率常數 k 為 0.5 （ liter/mol·min ） ，請問反應進行多少分鐘，轉化率可達 85% ？

氣體常數 R = 8.314 J/mol·K ， R = 0.082 liter·atm/mol·K

• E 公司評估開發新製程 A → B + C ，研發實驗室取得此反應數據如下表。 已知公司現有兩只反應器， 4 liters 塞流反應器（ plug-flow reactor ， PFR ） 以及 4 liters 連續攪拌槽反應器（ continuous-stirred tank reactor ， CSTR ） ： （每小題 10 分，共 30 分）

•  請預估 CSTR 串聯 PFR ， A 的出口轉化率。

•  請預估 PFR 串聯 CSTR ， A 的出口轉化率。

•  請問如何評估那種組合比較好，為什麼？

進料莫耳流速為 FA0 = 2 mol/min

座號：

• E 公司打算使用填充床反應器，依據下列氣相催化反應生產產品 C ： A+ B ⇌ C ，此為放熱反應。身為化學工程師，必須有能力設計反 應器，考量安全，找出適當的操作條件，請列出相關的公式，說明如何 取得反應溫度、壓力及轉化率的方法？（ 20 分）

• 考慮催化反應 A+B ⇋ C+D ，由微分反應器（ differential reactor ）取得 的數據，物種 A 消失速率在不同分壓的實驗整理如下：

•  吸附在觸媒表面的物種為何？如何判斷此反應是否為可逆反應？ （ 20 分）

•  根據上面的實驗關係圖，假設適當的速率決定步驟，導出此反應的速 率定律。 （ 10 分）

代號：

01540

頁次：

4 － 1

113 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、考慮一個如圖一所示之液位控制系統。

•  由於液體具腐蝕性，故絕不可讓液體滿溢出水槽，則控制閥應該選用 air-to-open （ ATO ）還是 air-to-close （ ATC ）？理由為何？（ 5 分）

•  若液位傳送器（ transmitter ）為線性元件，當量測液位高度為 0.5 m 時， 傳送出 1 V 電壓訊號，量測液位高度為 13 m 時，傳送出 5 V 電壓訊 號，則此傳送器之增益（ gain ）為何？（ 5 分）

•  液位控制器應選用直接作用（ direct acting ）還是反向作用（ reverse acting ）的控制器？若使用比例控制器，控制器增益（ controller gain ） 可設定為正值或負值，應如何設定？請說明理由。 （ 10 分）

圖一

座號：

二、考慮四個程序分別具有如下列轉移函數（ transfer function ）所示之程序 動態：

若程序原本處於穩態，在時間 = 0 時給予程序輸入一個單位階梯變化 （ unit step change ） ，請指出各程序之輸出應答分別對應到圖二所示曲線 (a) 、 (b) 、 (c) 、 (d) 、 (e) 之何者？並說明理由。 （每小題 5 分，共 20 分）

圖二

• 三、有一控制系統之方塊圖（ block diagram ）如圖三所示，其中 KC 為比例控 制器之增益。

•  請寫出閉環路轉移函數（ closed-loop transfer function ） ( ) ( ) 與 ( ) ( ) 。 （ 14 分）

•  請計算可使此閉環路系統穩定之 KC 值的範圍。 （ 10 分）

•  令 KC = 1.2 ，若設定點 r 發生單位階梯變化（ unit step change ） ，系統 達穩態時，控制變數 y 之偏差（ offset ）為何？（ 6 分）

圖三

KC

1

4

1

s



1

0.5

s



1

2

1

s



Y

(

s

)

L

(

s

)

R

(

s

)

• 四、以連續環圈法（ continuous cycling method ）調諧控制器參數。當比例控 制器的比例帶（ proportional band ）設定為 50 % 時，系統產生持續震盪 的應答，如圖四所示。請利用 Ziegler-Nichols （ ZN ）調諧法則計算比例 積分（ PI ）控制器之參數值。 ZN 調諧法則： = 0.45 ， = 1.2 / ， 其中 與 分別為極限增益（ ultimate gain ）與極限週期（ ultimate period ） 。 （ 10 分）

Time

7.2 min

• 五、考慮一個如圖五所示的串聯攪拌槽加熱系統，其中蒸汽流量（ ws ）可藉 由控制閥進行調整。

•  設計一個比率控制（ ratio control ） ，能夠將進料流量（ w ）與蒸汽流量 的比率維持在 0.5 ，請說明控制架構並繪製其示意圖（ schematic diagram ） 。 （ 8 分）

•  欲透過調節蒸汽流量來控制第二個槽之出口溫度 （ T 2 ） ， 而進料入口溫度 （ T 0 ）視為擾動。若溫度 T 2 和 T 0 都可被測量，試設計一個結合前饋控制 （ feedforward control ）與回饋控制（ feedback control ）之系統，以改善單 獨使用回饋控制之效果，請說明控制架構並繪製其示意圖。 （ 12 分）

T

0

w

T

1

w

w

T

2

代號：

01550

頁次：

2

－

1

113 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。

• 得以本國文字或英文作答。

• 四氧化二氮（ N2O4 ）氣體可反應分解成二氧化氮

N2O4(g)= 2 NO2(g)

與反應相關的物質在標準狀態下之莫耳生成自由能（  Gf 0 ） 、 莫耳生成熱 （  Hf 0 ）與定壓下之比熱（ Cp ） ，如下表所示：

利用上表所提供的熱力學性質，回答下列問題：

• 計算在 25 ℃下，此化學反應之平衡常數為何？（ 5 分）

• 計算在 25 ℃， 1 大氣壓下，含有四氧化二氮與二氧化氮混和氣體之平 衡組成。 （ 5 分）

• 計算在 100 ℃下，此化學反應之平衡常數為何？（ 10 分）

• 計算在 100 ℃， 10 大氣壓下，含有四氧化二氮與二氧化氮混和氣體之 平衡組成。 （ 10 分）

• 一個體積為 1 立方公尺的鋼瓶內部裝有空氣，溫度在 300 K 時，壓力為 1 大氣壓。請計算以不同程序，使用真空幫浦將鋼瓶內的空氣排出所需 耗費之最小功。

• 在抽真空過程，鋼瓶溫度保持在 300 K ，且排出的氣體之溫度為 300 K ， 壓力為 1 大氣壓。 （ 10 分）

• 在絕熱條件下進行抽氣，且排出的氣體之溫度與壓力與鋼瓶內之溫壓 相同。 （ 10 分）

座號：

• 在 15 ℃時，氧氣在水中的溶解度約為 20 mg/L 。若溶於湖水中的氧氣 與空氣中的氧氣達到平衡，請估算在 1 大氣壓 15 ℃時，湖水中溶氧的 逸壓（ fugacity ） 。 （ 5 分）

• 根據能量守恆定律，宇宙的總能量從古至今皆未曾改變，僅不同形式 的能量互相轉換，如燈泡將電能轉為光能與熱能。既然用電並沒有真 正消耗能源，請問人類為什麼必須節約用電以面臨能源問題？請用熱 力學定律說明之。 （ 10 分）

• 以 1 莫耳的正辛烷、 12.5 莫耳的氧氣與 50 莫耳的氮氣被裝填入一具引 擎內，此時引擎內的溫度為 25 ℃，壓力為一大氣壓。相關化學物質的熱 力學莫耳生成熱（  Hf 0 ）與定容下比熱（ CV ） ，如下表所示：

考慮所有的氣體為理想氣體或理想氣體混合物，請回答下列問題：

• 若引擎內的正辛烷被點燃（爆炸）並完全反應，且此過程中引擎內部的

• 體積保持不變。考慮引擎內的物質為一系統，計算反應前後系統的內能 變化。 （由於反應發生迅速，系統散失至引擎的熱可忽略不計） （ 7 分） 利用附表所提供之生成熱，計算此反應（如下式）在標準狀態下的反 應內能變化。 （ 7 分）

• 假設所有氣體比熱（如上表所示）皆不隨溫度改變，同時將產物（即 CO2, H2O 和 N2 的混合氣體）在一大氣壓 25 ℃時的內能視為 0 kJ ，計 算此產物氣體在任一壓力 P 及溫度 T 下的內能。 （ 7 分）

• 計算 小題中，引擎內燃料爆炸後氣體的溫度與壓力。 （ 7 分）

• 爆炸後引擎內的高壓氣體因推動活塞而膨脹，且由於過程發生迅速， 可視為絕熱膨脹。若氣體末壓為一大氣壓，計算氣體末溫以及在此過 程引擎可對外作功的最大值。 （ 7 分）

代號：

01560

4 － 1

113 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。

• 一、在電價高漲的階段，某一化工廠正提出各種節能方案（包括加裝熱交換 器、泵浦以及配管，以建立換熱網路） ，表 1 為研發部所提出的三種不同 方案。公司的決策除了執行需低風險且對公司形象有益之外，必須採用 的技術是可行的。維修費和固定開支費用每年為 15% ，且在不考慮稅捐 下 ROI （ Return on Investment ）不可低於 10% 。

•  試計算各方案 ROI 。 （ 11 分）

•  方案 1 與方案 2 中，何者較優？是否要採用較優方案？為什麼？（ 7 分）

•  方案 1 與方案 3 中，何者較優？是否要採用較優方案？為什麼？（ 7 分）

座號：

• 二、圖 1 表示一過程將一流體從一儲槽輸送至另一個槽，假設 0 0 psig P  ， 2 200 psig P  ，而設計的操作流量為 200 pm F g  ，並且經過一個熱交換 器的壓降 10 psi L P   ，而設計控制閥的壓降 5 psi V P   ，其中，控制閥為 線性控制閥，流體比重為 1 。

o

P

2

P

1

P

L

P



V

P



•  若操作流體為不可壓縮，寫出此控制閥流量與閥的大小、壓力降、閥 開展及流體性質的設計方程式。 （ 5 分）

•  若正常設計操作下，控制閥是半開的閥開度，求閥的大小。 （ 6 分）

•  求閥泵頭（ Pump Head ） 。 （ 5 分）

•  求此控制閥的最大流量。 （ 9 分）

• 三、某一化學製造公司計劃要終止一條不太獲利的生產線，但這將導致 3 個 已存在的批次反應設備（反應器 A 、 B 及 C ）生產能力的閒置。化學工 程師考慮利用這閒置的設備生產 3 種新的產品（產品 1 、 2 及 3 ） ，現存 的 3 個反應器可利用的生產能力如表 2 。

每種新產品的生產所需的處理時間，如表 3 。

依據目前市場的訊息得知，產品 1 與 2 的市場需求超過了目前最大生產 能力，而產品 3 的市場需求是每週 20 批。產品 1 、 2 及 3 的每批利潤是 20 萬元、 6 萬元及 8 萬元。 （每小題 5 分，共 25 分）

•  定義出應被設計的變數。

•  寫出此計劃 3 種產品生產的最大利潤目標函數。

•  寫出產品市場需求必需滿足的限制條件。

•  寫出 3 種產品生產必需滿足的限制條件。

•  列出其他應滿足的限制條件，並說明原因。

• [ 註 ] 此問題僅需列出上述數學描述，不必求解。

四、在一操作程序，含有 2 股冷物流及 2 股熱物流，如表 4 所示。若冷熱物 流間最小允許傳熱，溫差 o min 20 C T   ，利用 Problem Table Algorithm ， 求解下列問題。

•  此程序的夾點位置為何？（ 9 分）

•  計算冷公共設施最小使用量。 （ 8 分）

•  計算熱公共設施最小使用量。 （ 8 分）