代號：

01510

頁次：

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1

114 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）、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。

•  本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。

• 一、化學工程中，圓管內流體的流動行為是重要的輸送現象。今有一密度為  ，承受靜壓（ static pressure ）為 p 的牛頓流體（ Newtonian fluid ） ，在長 度為 L 、半徑為 R 的 ' 長 ' 垂直圓管中，呈現穩定層狀流動 （ laminar flow ） 。 因為 ' 長 ' 管道，假設不存在 ' 端部效應（ end effects ） ' ，即不考慮管道入 口和出口處的流體是否與管道表面平行。

•  請使用圓柱坐標系統（ cylindrical coordinates ），建立垂直圓管的動量 平衡關係，並推導出此系統的流體速度分布方程式 （ equation of velocity distribution ） ；流體在圓管中半徑位置（ r ）與流體在軸向方向流速（ U ） 的數學關係。 （ 10 分）

•  請計算此垂直圓管的體積流量（ volume rate of flow, Q ） 。 （ 10 分）

• 二、半導體製造廠使用管型高溫爐（ tubular furnace ）以進行矽晶圓的氧化、 擴散和退火等處理。管型高溫爐，爐管的外管徑為 100 cm ，管外再包覆 兩種絕熱材料，以維持操作環境的安全。第一層包覆為 150 mm 厚的 A 層，材料之熱傳導率（ thermal conductivity ）為 0.15 W/m  ℃；第二層包 覆為 250 mm 厚的 B 層（材料的熱傳導率為 1.50 W/m  ℃） 。高溫爐的爐 管外表溫度為 1200 ℃，包覆體與外界接觸面的溫度為 50 ℃。

•  請計算當熱傳導處於穩定狀態（ steady-state ） ，上述系統的兩包覆層間 的溫度為多少℃。 （ 10 分）

•  假設兩包覆層間接觸不良，存在每公尺爐管 0.1 ℃ /W 的「接觸熱阻」 （ contact resistance ） ，請計算每公尺爐管的熱損失為多少 W ？（ 10 分） 備註： ln(50)= 3.912 ； ln(65)= 4.174 ； ln(90)= 4.500 。

座號：

• 三、單一球體在層流至中度亂流（ turbulent flow ）範圍內的外部強制對流 （ forced convection ）熱傳分析，可使用經典的 Ranz-Marshall 經驗關係 式描述，公式如下：

式中 Nu 為納塞數（ Nuselt number ） ； Re 為雷諾數（ Reynold number ） ； Pr 為普朗特數（ Prandtl number ） 。公式反映出流體慣性與導熱性之綜合 效應，廣泛應用於顆粒乾燥、流體化床反應、氣泡與液滴之傳熱等化工 單元操作中。

•  請分別寫出式中 Nu 、 Re 、 Pr 三參數的定義（ definition ） ，並說明參數 的物理意義。 （ 6 分）

• 當流體為靜止時，請由熱量傳送基本學理，導證單一球體在無窮盡流

•  體中， Nu = 2.0 。 （ 14 分）

• 四、在質量傳送的研究中，考慮一球形液滴 B 漂浮於氣體 A 中，此系統常用 於探討氣體於液體界面間的溶解與擴散現象。假設液體 B 不發生蒸發， 且氣體 A 可溶於液體中，但兩者之間無化學反應。此時，質量傳遞僅受 分子擴散控制，氣體 A 自氣相擴散至液滴表面，並進一步進入液相內部， 最後達到穩態分布。

•  請依上述情形，推導出此球形系統在不穩定（ unsteady state 質量傳送（ mass transfer ）關係式（ 與 r 的關係） ：

• ）狀態下的 CA

式中 CA 為液滴內 A 成分的濃度； DAB 為 A 對 B 的擴散係數 （ diffusivity ） ； r 為液滴的半徑方向距離。 （ 15 分）

•  寫出此系統之初始條件（ initial condition, IC ）與邊界條件（ boundary condition, BC ） 。 （ 5 分）

3

－

3

• 五、 IC 晶圓廠所排放含有毒物質的廢氣可利用填充吸收塔處理，以避免空氣 的污染。今有一股含有 95 莫耳百分比（ mole% ）空氣與 5 莫耳百分比硫 化氫（ H2S ）氣體，自吸收塔底部（直徑 50 公分的圓柱形填充塔）進入。 塔頂的噴嘴將某溶劑均勻分布至填料上，以吸收硫化氫。硫化氫被溶劑 吸收後，含硫化氫的溶劑由塔底排出，而被處理後的氣體則由塔頂排出。 已知進入塔內的廢氣中有 90% 的 H2S 被溶劑吸收。若氣體進入塔底的流 量為 50 kmole/h ，進入口溶劑流量為 90 kmole/h ，請計算或說明：

•  離開塔頂廢氣中 H2S 的莫耳分率。 （ 7 分）

•  離開塔底溶劑中 H2S 的莫耳分率。 （ 8 分）

•  在填充塔的吸收操作中，說明何謂負載（ loading ）現象。 （ 5 分）

代號：

01520

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114 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）、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、某煉油廠其原油蒸餾單元產出的重質殘油（ Atmospheric Residue ）比例過 高，導致經濟效益下降。作為研發工程師，請提出一個整合性的升級方 案，能將此重質殘油轉化為高價值的石化原料。

•  請繪製簡要的方塊流程圖，說明方案中應包含的關鍵單元操作（例如： 裂解、分離、轉化等） ，並標示主要產物（如輕質烯烴、芳香烴等）的 流向。 （ 10 分）

•  詳細說明所選擇的核心轉化單元（例如：流體化催化裂化、延遲焦化 或加氫裂解）之化學反應原理、所使用的催化劑、操作條件（溫度、 壓力）以及其優缺點。 （ 10 分）

•  此方案在工業實踐中可能面臨的挑戰為何？（例如：催化劑結焦、設 備腐蝕、能耗過高）請提出兩個可行的解決對策。 （ 5 分）

• 二、氯鹼工業是基礎無機化學品工業的骨幹，其產物（氯氣、氫氧化鈉、氫 氣）廣泛應用於水處理、造紙、半導體清洗與氫能經濟。

•  請寫出 ⑴ 隔膜法、 ⑵ 水銀法與 ⑶ 離子交換膜法電解食鹽水的主要化學 反應式（陽極、陰極個別反應與總反應） 。 （ 9 分）

•  為何離子交換膜法被視為現代氯鹼工業的主流技術？請從 ⑴ 反應機 理、 ⑵ 產品純度、 ⑶ 能耗與 ⑷ 環境影響角度，比較隔膜法及水銀法的 優劣。 （ 10 分）

•  隨著氫能經濟崛起，氯鹼工廠副產的氫氣從「廢熱」變成「寶藏」 。請 說明如何將氯鹼工廠整合到區域性的氫能供應鏈中，並分析此舉對工 廠營運與減碳目標的潛在效益。 （ 6 分）

座號：

• 三、聚醯亞胺因其優異的熱穩定性、機械強度及化學阻抗，被廣泛應用於柔 性顯示器基板與高階光電元件。

•  請說明聚醯亞胺主要的兩種： 「一步法」與「二步法」合成路徑。為何 在工業生產高品質薄膜時， 「二步法」是較為可行的選擇？（ 15 分）

•  在「二步法」中，前驅物聚醯胺酸溶液在塗布成膜後，需要經過熱亞 胺化過程。 ⑴ 請說明此過程中所發生的化學結構變化（可以繪圖輔助 說明） ， ⑵ 解釋升溫程序的控制為何對最終薄膜的機械與電學性質至 關重要。 （ 10 分）

• 四、在半導體製程中，化學機械平坦化是實現多層金屬布線的關鍵技術，而 CMPslurry （研磨漿料）是其中核心的特用化學品。

•  一個用於銅導線 CMP 的 Slurry 通常包含那些主要化學成分？請詳述 ⑴ 研磨顆粒、 ⑵ 氧化劑、 ⑶ 絡合劑、 ⑷ 表面活性劑每一成分在平坦化 過程中所扮演的「化學性」與「機械性」角色。 （ 15 分）

•  隨著製程節點進入 3 奈米以下，對於 ⑴ 缺陷控制、 ⑵ 材料選擇、 ⑶ 平 坦化效率， CMPSlurry 面臨了那些更嚴苛的要求。若作為特用化學品 公司的研發人員，應從那些方面著手進行下一代 Slurry 的配方設計。 （ 10 分）

代號：

01530

頁次：

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114 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）、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。

•  本科目得以本國文字或英文作答。

• 某催化反應系統 CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O （簡化為 CO₂ 氫化反應） 。此 反應在等壓下測得之初速率數據如下 ( 在相同 H₂ 過量且活性不變條件下） ：

[CO₂] (mol·L⁻¹):

0.10

0.20

0.40

ro (mol·L⁻¹·s⁻¹):

1.2×10⁻³

2.4×10⁻³

4.8×10⁻³

•  請判定對 CO₂ 的反應級數並寫出反應速率式。 （ 8 分）

•  若在 473 K 時 k = 0.012 L·mol⁻¹·s⁻¹ ，於 523 K 測得 k = 0.035 L·mol⁻¹·s⁻¹ ， 請計算活化能 Ea （ J·mol⁻¹ ）與前指因子比（ pre-exponential factor ） A₂/A₁ （假設 Arrhenius 適用） 。 （ 12 分）

•  詳述在工業化操作上，如何在兼顧選擇性與反應速率下選擇操作溫度。 （ 5 分）

可逆一階氣相反應： A ⇌ R

於理想混合式反應器（ CSTR ）中操作。在 300 ℃、相同進料條件下，若 要達成 A 的轉化率 60% ，所需反應器體積為 100 L 。

•  若在 400 ℃、相同進料與相同轉化率（ 60% ）下，所需反應器體積為 何？（ 15 分）

•  請詳細敘述步驟及說明：如何找出使所需 CSTR 體積最小的操作溫度。 （ 10 分）

已知資料：

k1 = 10 3 exp (-4800/RT)

△ Cp = 5 cal/mol ． K

△ HT = -4000 cal/mol @ 300°C

K = 10 @ 300°C

進料為純 A

；總壓力固定不變

座號：

設物質 A 可能經由兩條不同反應途徑生成產物 ， 且兩途徑皆為一階 （ first order ） ：

• (a) A  B + C (k1)

• (b) A  D + E (k2)

其中 B 、 C 為可期望產物，而 D 、 E 為副產物。假設兩反應之頻率因子 （ frequency factor ）相同且與溫度無關，但 (a) 的活化能（ Ea ）大於 (b) 的活 化能（ Eb ） 。

•  在同一圖上，半定量繪製 log k 對 1/T 的圖（ Arrhenius 型式）比較相 對應之 k₁ 與 k₂ 。 （ 10 分）

•  請說明在任何反應溫度下， (a) 反應是否有可能比 (b) 反應更快（或更慢） 。 （ 10 分）

臭氧均相分解（ homogeneous decomposition of ozone ）反應：

其分解反應可被多種氣體催化，其中之一為 CO₂ 。如下表給出在 50 ℃、初 始由 O₃ 與 CO₂ 組成的混合氣體，其 ' 總壓（ Ptotal ） ' 隨時間變化的數據。

•  請判斷 Run 1 的表觀級數（ apparent order ） ，並計算 kapp 。 （ 4 分）

•  假設完整反應速率式為 d[O₃]/dt = -k [O₃]ᵃ [CO₂]ᵇ ，求指數 b 的數值， 並計算 k 。 （ 8 分）

•  若 k ，每升高 10 ℃即變為四倍，請寫出可用來求得 Ea （活化能 activation energy ）的方程式及 Ea ，且此式中僅 Ea 為未知數。 （ 8 分）

 在無 CO₂ 時，其推測反應機制（ proposed mechanism ）如下：

在穩態假設（ steady-state approximation ）下，請推導其反應速率式。 （ 10 分）

表

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114 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）、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、程序控制為工廠自動化與製程穩定運轉的重要技術手段，透過適當的控 制策略與控制器設計，可提升產品品質、一致性與生產效率。請回答下 列有關常見控制架構與控制原理的問題：

•  請解釋何謂「串級控制」 （ Cascade Control ） 。畫出其基本架構（含主、 副迴路） ，並闡述使用此種控制策略的主要優點與一項關鍵的應用限 制。 （ 5 分）

•  請比較「開迴路控制」 （ Open-Loop Control ）與「閉迴路控制」 （ ClosedLoop Control ）的定義與優缺點。 （ 5 分）

•  請比較「回饋控制」 （ Feedback Control ）與「前饋控制」 （ Feedforward Control ）的控制原理與操作侷限性。 （ 5 分）

• （微分）三個控制單元各自

•  在 PID 控制器中， P （比例） 、 I （積分） 、 D 的主要功能為何？（ 6 分）

二、一個液位控制器採用 PI 控制模式，其輸出 ( ) 的數學式為：

其中，控制器參數設定為：比例增益 （ ProportionalGain ） =2 （ % 輸出 / % 誤差） ， 積分時間 = 4 分鐘。

系統最初處於穩定狀態 （ t < 0 ） ， 誤差 ( ) =0 ，控制器輸出穩定在偏置值 （ bias ） = 40% 。

在時間 t=0 時，因上游擾動，使得液位開始下降，產生一個大小為 +5% 的階級誤差（即 ( ) =5% for t ≥ 0 ） 。

請計算：

•  在誤差發生瞬間（ t = 0⁺ ） ，控制器輸出 為何？（ 5 分）

• ( )

•  在誤差發生 2 分鐘後（ t = 2 min ） ，控制器輸出 為何？（ 5 分）

• ( )

•  從 t = 0 開始，需要經過多少時間，控制器的輸出會達到飽和上限 100% 。 （ 6 分）

座號：

三、一間教室的自動冷氣溫控系統使用比例控制（ P control ） 。

冷氣系統的穩態增益（ steady-state gain ）為 Kp =1.5 ，表示冷氣出力每增 加 1 單位，室溫在穩態會下降 1.5 ℃。最初設定溫度為 27 ℃，因為太熱 所以現在將設定改為 25 ℃。

若控制器增益（ proportional gain ） Kc 可調整，請計算在不同 Kc 下的穩 態偏差（ offset ）與最終室溫：

請完成下列計算：

•  各案例的穩態偏差 e ss 。（ 6 分）

•  各案例的最終室溫。 （ 6 分）

•  比較那一個控制器增益能讓溫度最接近設定值。 （ 5 分）

• 四、在一個蒸餾塔中，利用回流比（ R ）和蒸汽流率（ S ）以控制餾出物（ x D ） 與底部產品（ x B ）的組成。當控制迴路被打開，以進行如上所述的控制 實驗，並收集到以下數據：

請計算此系統的相對增益矩陣（ relative gain array ）以及判斷操控變數（ R 、 S ） 與被控變數（ x D 、 x B ）之間，那一個配對方式是最佳的配對。 （ 16 分）

• 五、圖中的線路中，乙苯以 950gpm 流動，並且溫度為 445°F （密度為 42.0 lb/ft 3 ） 。 點 1 與點 2 之間的摩擦壓降為 12.4 psi 。

A

•  假設在 100% 過量容量情況，計算標示處閥（圖中 A ）的流量係數。 （ 10 分）

•  在其他條件不變的情況下，只將該閥的 Cv 改為 250 且該閥為線性。 計算閥門完全打開時通過閥門的流量。 （ 10 分）

 承  ，計算控制閥的可調範圍能力 (Valve rangeability) 。 （ 10 分）

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114 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）、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。  本科目得以本國文字或英文作答。

• 一、某工業區設置熱泵系統，從 15 ℃的廢水中吸收熱量 2000 kJ / s ，供應產生 65 ℃的製程用熱水。系統在 65 ℃實際產生 2650 kJ / s 的熱量，實際消耗電 功率為 650 kW 。 （ 20 分）

• ⑴ 計算理想卡諾熱泵的性能係數 COPCarnot 。

• ⑵ 計算實際系統的性能係數 COPActual

• ⑶ 計算總熵產生率 ∆ S gen （ kW K ） 。

• ⑷ 若採用傳統電熱水器（效率 95% ）取代熱泵，比較兩者的 CO2 排放量 差異（ kg e ） 。

= 0.5 kg e

二、水在三相點的性質為： Ttriple = 273.16 K ， Ptriple = 0.6117 kPa 。 （ 20 分）

• ⑴ 使用 Clausius-Clapeyron 方程，計算 280 K 時水的飽和蒸氣壓（ kPa ） 。

• ⑵ 使用 Clausius-Clapeyron 方程，計算 270 K 時冰的飽和蒸氣壓（ kPa ） 。

• ⑶ 計算 0 ℃到 100 ℃之間，液態水的熵變（ J /( mol · K )

• ） 。

• 三、在 25 ℃下，苯和甲苯形成理想溶液。現有一混合物，苯的莫耳分率為 0.4 。 （ 20 分）

̅

• ⑴ 計算此混合物的混合熵 ∆ mix ( J mol ∙ k ) 。

• ⑵ 計算此混合物的混合吉布斯自由能 ∆ mix ( J mol ) 。

̅

• ⑶ 計算苯的化學勢與其純物質狀態的差值 μ i -μ i 0 ( J ) 。

已知： R = 8.314 J

mol ∙ k

• mol

• 。

座號：

• 下的燃燒熱。

• 四、在 80 ℃下，苯 ⑴ 和甲苯 ⑵ 的飽和蒸氣壓分別為： P 1 sat = 100 kPa ， P 2 sat = 38.5 kPa ；假設此系統形成理想溶液，氣相為理想氣體。 （ 20 分） ⑴ 計算當液相中苯的莫耳分率 x 1 = 0.3 時，系統的總壓力 P ( kPa ) 。

• ⑵ 計算相應的氣相中苯的莫耳分 y 1 。

• ⑶ 若總壓力為 70 kPa ，計算平衡時的液相組成 及氣相組成 y 1 。

• ⑷ 80 ℃、 70 kPa 下，含苯莫耳分率 x 0.3

五、已知： （ 20

分）

• CO2 在 1 大氣壓， 298.15 K 下標準生成熱為 ∆ H f,o = -393.51 ，

CH4 在 1 大氣壓， 298.15 K 下標準生成熱為 ∆ H f,o = -74.87 ，

H2O 在 1 大氣壓， 298.15 K 下標準生成熱為 ∆ H f,o = -241.8 ，

求：

• ⑴ 碳 (C) 在 1 大氣壓 1000 K

• ⑵ 甲烷 (CH4) 在 1 大氣壓 1000 K

• 下的燃燒熱。

• ⑶ 碳 (C) 在 1 大氣壓 1000 K 下的燃燒二氧化碳排（ kg e kWh ） 。

• ⑷ 甲烷 (CH4) 在 1 大氣壓 1000 K 下的燃燒二氧化碳排（ kg e kWh ） 。

• 1 = 的流體為液相、氣相或汽液共存。

代號：

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114 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）、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。 本科目得以本國文字或英文作答。

一、寫出以下 Aspen Plus® 內建模塊名稱。 （每小題 5 分，共 15 分）







二、下圖是描述某程序設計流程圖，已知 Carbonator 內主反應為 CO2 + CaO → CaCO 3 與 Calciner 內主反應為 CaCO3 →CO 2 + CaO 。 （每小題 5 分， 共 30 分）

 該程序入料為何？

•  Carbonator 內是吸熱還是放熱反應？

 Calciner 需要外部供熱能，問此處供熱方式？

 Carbonator 與 Calciner ，何者操作溫度高？

 該圖中 cyclone 裝置中文名稱。

 該程序目的為何？

座號：

• 三、關於 CO₂ methanation 程序生產合成天然氣（ synthetic natural gas ） 。 （ 30

• ⑴ 請寫出 CO₂ methanation

• 分） 中文名稱。

• ⑵ 若選擇固定床反應器內進行 CO₂ methanation ，繪出該程序簡易設計流 程圖。

• ⑶ 寫出該反應器內總反應式。

• ⑷ 若要達成該程序淨零排放（ net zero emissions ） ，則氫氣選擇方式與供 熱來源需要滿足那些條件。

• 四、下圖描述某製程投資案的累積現金流，已知年利率為 i 且 F 點對應是第 t 年。 （ 25 分）

• ⑴ 指出圖中 C 點代表意思。

• ⑵ 指出圖中有淨獲利部分。

• ⑶ 指出圖中 D 點代表意思。

• ⑷ 若定義第 n 年現金流為 CFn ，寫出淨現值（ NPV ）表示式。