代號：

01510

頁次：

2

－

1

111 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 31 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、請求解一冪次流體（ power-law fluid ）流經一半徑為 R ，長度為 L 之水平 圓管之流場及體積流率。進口及出口之壓力分別為 及 。對於冪次流 分）

二、手術室內一裝置可將血冷卻，由盤繞線管（ coiled tube ）沉浸在冰浴（ ice bath ）中組成。此裝置將流速為 0.006 m 3 /h 之血由 40 ℃冷卻至 30 ℃。盤 繞線管之內徑（ inside diameter ）為 2.7 mm ，外徑（ outside diameter ）與 內徑相近，管壁之熱阻力可忽略，管外側與冰浴間之熱傳係數（ heat transfer coefficient ）為 450 W/m 2 ∙ K 。管內之流動為層流（ laminar flow ） 時， Nu=1.86(RePr D L ) 1/3 ；為紊流 （ turbulent flow ） 時 ， Nu=0.023 Re 0.8 Pr 1/3 ， 其中 Nu 為紐塞數（ Nusselt number ） ， Re 為雷諾數（ Reynolds number ） ， Pr 為普朗特數（ Prandtl number ） ， D 為內徑， L 為管長。血之物性如下： 密度 3 1000 / kg m   ，熱傳導度（ thermal conductivity ） 0.5 / k W m  ．K , 比熱 4.0 / Cp kJ kg  ． K ，運動黏度（ kinematic viscosity ） 7 2 7 10 / v m s    。 請問盤繞線管所需長度為何？（ 25 分）

座號：

三、一將半鹹水（ brackish water ）純化之逆滲透（ reverse osmosis ）裝置有 900,000 個中空纖維 （ hollow fiber ） ， 容許水經由中空纖維擴散 （ diffusion ） ， 但鹽無法經其擴散。中空纖維管外徑（ outside diameter ） 85 μm ，內徑 （ inside diameter ） 42 μm ，長 3 ft 。每 24 小時流經中空纖維管之平均量 為 2,000 gal ，進料壓力為 400 psig 。請問中空纖維管進口端至出口端之 壓力降為多少？ 對於層流（ laminar flow ）而言，泛寧磨擦係數（ Fanning friction factor ） f 與雷諾數（ Reynolds number ） Re 間之關係式為 f = 16/Re ； 對於紊流 （ turbulent flow ） 而言， f =0.046 R e -0.2 。半鹹水之密度為 1.012 g/cm 3 ， 黏度（ viscosity ）約為 1 cp 。單位換算： 1 ft = 12 in. ， 1 in. = 2.54 cm ， 1 lb = 0.45359 kg ， 1 poise = 0.0672 lb/ft∙s ， 1 ft 3 =7.481 gal=28.316 L ， 1 g/cm 3 = 62.428 lb/ft 3 ， g = 9.8 m/s 2 = 32.174 ft/s 2 。 （ 25 分）

四、考慮一氣體吸收之問題，在液膜經垂直壁往下流動中，氣體中 A 成份被 液膜吸收，液面（座標為 0 x  ）之 A 成份濃度為 0 A C 。液膜與垂直壁接 觸處座標為 x  ；氣體與液膜開始接觸處之座標為 z = 0 。系統之統治 方程式及邊界條件為：

B.C. 1 ：

A 0, C 0 at z  

B.C. 2 ：

0, at x  A 0 C A C 

B.C. 3 ： , at x  A C / 0 x   

考量氣體與液膜接觸時間很短的情況下，系統之統治方程式及邊界條件 可轉變為：

B.C. 1 ： A

0, C 0 at z  

B.C. 2 ： 0, at x  A 0 C A C 

B.C. 3 ： , at x   C 

A 0

請利用變數轉換 max / 4 / v z D x AB   ，求解轉變後之方程式及邊界條件。 （ 25 分）

代號：

01520

頁次：

3 － 1

111 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 31 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。

•  本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。

以下題目中 R=8.314 J/(mol-K) 為理想氣體常數。

• 一、蒸汽通過減壓閥（ Throttling ）為絕熱（ adiabatic ）過程。蒸汽在 1 MPa 和 300 ℃時進入噴嘴。該蒸汽的比焓為 3052 kJ/kg ，比熵為 7.125 kJ/(kg-K) 。 噴嘴出口處的蒸汽壓力為 0.3 MPa 。蒸汽在 0.3 MPa 的熱力學性質如下表。 （ 20 分）

下列  ～  子題可以線性內插，請問減壓後蒸汽：

•  比焓增加、減少、不變？

•  溫度為多少？

•  比熵增加、減少、不變？

•  該減壓過程是否可逆？

座號：

二、在小壓力和溫度範圍內，流體的變化方程式可以寫成

P 為壓力， T 為溫度， v 為莫爾體積， B 是常數。焓的變化方程式為

c p 為莫爾恆壓比熱（ molar isobaric heat capacity ） ： （ 20 分）

•  求流體的焦耳 -湯姆遜（ Joule-Thompson ）係數 ∂ T ∂ P h 。

•  大部分氣體分子之間有吸引力，請問：焦耳 -湯姆遜係數為正或負？常數 為正或負？

• 三、某雙成分液體在溫度 T 下的無量綱（ dimensionless ）過量比吉布斯混合 自由能（ molar excess Gibbs free energy of mixing ）

求成分 1 莫爾分率為 0.5 時的無量綱： （ 20 分）

• 

• 

• 過量比吉布斯混合自由能。

• 吉布斯混合自由能。

•  比吉布斯混合自由能對莫爾分率 x

• 1 一次微分。

•  比吉布斯混合自由能對莫爾分率 x

• 1 二次微分。

•  成分 1 莫爾分率為 0.5 時該流體是否會分相？

• 四、在 25 ℃和 1 個大氣壓下形成氣相水的標準生成自由能為 -228.6 kJ/mol ， 氣相水的標準生成焓為 -136.6 kJ/mol 。在這些條件下，所有組分都可以被 認為是理想的氣體。氫氣和氧氣及水的理想氣體恆壓熱容（ constant volume heat capacity ）為 7R/2 、 7R/2 及 4R 。請計算 1 莫爾氣相水生成 在： （ 20 分）

•  25 ℃下的平衡常數。

•  1000 ℃下的反應熱。

•  1000 ℃下的平衡常數。

• 五、 1 莫爾含有 90 mol% 氮氣和 10 mol% 二氧化碳的氣體被分離成 0.9 莫爾純 二氧化碳和含有 0.9 莫爾氮氣和 0.01 莫爾 CO2 的混合氣體，請問： （ 20 分）  減碳後混合氣中氮的莫爾組成是多少？

•  每莫爾減碳後混合氣與每莫爾原來混合氣體的單位莫爾熵差異多 少？

•  減碳後混合氣與原來混合氣體的總熵差異多少？

•  分離過程需要最少功為多少焦耳？

代號：

01530

頁次：

2 － 1

111 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 31 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。

• 一、考慮氣相反應 2A→3B ，其速率定律式（ rate law equation ）為 -r A = kCA 2 ， 屬於二階反應（ second-order reaction ） 。若此反應發生在恆溫、恆容的密 閉裝置中，進行之前先注入 1 atm 的氣體 A ，後續固定在 305 K 下進行 反應；經過 5 min 後，可測得內部壓力上升至 1.40 atm 。假設 A 與 B 皆 可視為理想氣體，試求 A 的轉化率（ conversion ）與反應的速率常數（ rate constant ） 。 （ 20 分）

• 二、某放熱不可逆氣相反應： 2A+B→2C ，在絕熱流動型反應器中進行，其反 應物 A 與 B 以等莫耳方式進料（ equimolar feed ） 。下表顯示 x A 與 -r A 的數 據，其中的 -r A 為 A 的反應速率（ reaction rate ） ， x A 為 A 的轉化率 （ conversion ） 。已知 A 以 1000 mol/hr 流入反應器，若在出口處欲達到 x A = 0.9 ，試回答下列問題：

•  使用一個栓流反應器（ plug flow reactor ， PFR ）進行反應時，該反應器 之體積至少應為何？（ 10 分）

•  使用一個連續攪拌槽反應器（ continuous stirred tank reactor ， CSTR ）進 行反應時，則該反應器體積至少應為何？（ 5 分）

•  串聯二個 CSTR 進行反應時，欲使兩個反應器之體積和最小，則各反 應器的體積應為何？其配置方法應為何？（ 5 分）

•  反應物流入一個 CSTR 反應後，再進入一個 PFR ，欲使兩個反應器之 體積和最小，則各反應器的體積應為何？其配置方法應為何？ （ 10 分）

座號：

• 三、有一組液相反應方程式如下，且各反應皆為基本反應（ elementary reactions ） ， k 1 與 k 2 為各反應的速率常數（ rate constant ） ，其中的 R 為主產 物（ desired product ） ， S 則為不希望生成的產物（ unwanted product ）

已知 300 K 下， k 1 = 1 L mol∙s / ，對應的活化能 ( Ea 1 ) = 1000 J/mol ； 300 K 下， k 2 = 1 L mol∙s / ，對應的活化能 ( Ea 2 ) = 3000 J/mol 。

•  寫出 R 對 S 的選擇比（ selectivity ）關係式，式中必須包含濃度與溫 度。 （ 10 分）

•  從控制濃度與溫度的觀點，說明產物中含有高比例 R 的策略。 （ 5 分）

•  針對以下 5 種操作方式，寫出每一種操作的特性，並選擇適合本題需 求之操作方式與說明原因。 （ 10 分）

• 四、以連續攪拌槽反應器（ continuous stirred tank reactor ， CSTR ）在定溫 400 K 下進行一液相基本反應（ elementary reaction ） ： A→B 。已知 A 、 B 的分子量均為 250 g/mol ，比熱均為 450 J/mol ∙ K ，密度均為 0.9 g/cm 3 ， 在 400 K 下的反應速率常數（ rate constant ）為 2 hr ，化學反應熱為 -90 kJ/mol 。若進料 A 的溫度為 300 K ，且要求出口時 A 的轉化率 （ conversion ）達到 0.95 ，並生成 500 mol/hr 的 B 產物：

•  所需反應器體積至少應為何？（ 10 分）

•  為使系統控制在恆溫狀態下，需加入或移除的熱傳速率（ heat transfer rate ）應為何？（ 15 分）

代號：

01540

頁次：

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111 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 31 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：

 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、試述下列問題： （每小題

5 分，共 20 分）

•  寫出 Second-order plus dead time system 模式，並說明此模式。

•  寫出 PID 控制的傳遞函數（ transfer function ） ，並說明此模式。

•  何謂控制變量（ controlled variable ）？

 定義 Relative Gain Array 及其用途。

• 二、何謂重整飽和（ reset windup ） ，用一個實例說明此現象，並告知如何防 止。 （ 15 分）

• 三、在一單位步階改變（ unit step change ）對下面 4 個程序。您無需解方程式 只是勾勒出響應軌跡並解釋原因，但應區分 4 個程序的響應特徵。未說 明任何原因，將不計分。 （每小題 5 分，共 20 分）

座號：

四、一平行 -反饋控制的方塊圖（ block diagram ）如圖 1 。



若方塊圖中，各個對應的傳遞函數為：

寫出此閉迴路的 ( ) ( ) C s R s 的傳遞函數（ transfer function ） 。 （ 10 分）  設計最大的 c K 值，但仍可保持系統穩定。 （ 15 分）

(

)

R s

(

)

C s





3

(

)

G

s

1

(

)

G s

(

)

d

G

s





(

)

c

G

s









(

)

D s

(

)

P s

(

)

X s

2

(

)

G

s

• 五、考慮一溫度控制的反應器，如圖 2 。此反應為 A B C   的放熱反應，而 反應器的溫度是由冷卻水閥來調控。依過去操作經驗指出：

•  反應物 A 與 B 的流量比例不易保持固定。為了得到好的產物 C ，維持 A 與 B 的流量比例是很重要的。設計一比例控制（ ratio control ） ，以 達到上述要求。 （ 10 分）

•  有時候此冷卻系統無法提供足夠的冷源。此將造成反應器的溫度高於 原先的設計溫度。最直接的方式是暫時減少 A 與 B 進入反應器的量， 以降低反應器溫度。設計一超馳控制（ override control ）可達到上述要 求。 （ 10 分）

Cooling

water

A

B

SP

01550

1

－

1

111 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 31 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、請試述下列名詞之意涵： （每小題 5 分，共 20 分）

•  曝光顯影（ photolithography ）

•  縮合聚合（ condensation polymerization ）

•  回火玻璃（ tempered glass ）

•  水煤氣轉化反應（ water-gas shift reaction ）

• 二、光化學煙霧（ photochemical smog ）是臺灣地區空氣污染的元凶之一。

•  何謂光化學煙霧？如何形成？（ 10 分）

•  對人體的影響為何？（ 5 分）

•  如何解決的方法或策略？（ 5 分）

• 三、煤炭的利用，煉焦為重要的化學工業，焦炭是高爐煉鐵的原物料之一。

•  說明煉焦的概略程序。 （ 10 分）

•  除了焦炭主要產物，還有那些重要的副產品。 （ 5 分）

•  指出可能的污染物和處理的方法。 （ 5 分）

• 四、聚合物（ polymer ）的結晶度是重要的特性之一。

•  結晶度的大小，對聚合物的那些性質有什麼影響？（ 10 分）

•  分別說明在纖維分子、塑膠、橡膠，結晶度的特性。 （ 10 分）

• 五、電子產品為臺灣重要的產業，其中的矽晶圓（ silicon wafer ）是半導體的 起始材料。

•  什麼是矽晶圓？有什麼主要的用途？（ 5 分）

•  試述製造矽晶圓程序方法。 （ 15 分）

座號：

代號：

01560

頁次：

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111 年專門職業及技術人員高等考試建築師、 31 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、請說明 Aspen Plus ： （每小題 5 分，共 15

•  Aspen Plus 是什麼？有何用途？

•  舉出任五種 Aspen Plus 內建模型。

•  舉出任五類型產業會使用 Aspen Plus 。

二、圖一是簡單描述某塑膠單體生產方式： （每小題 8 分，共 24 分）

圖一

•  請寫出原料與產品中文名稱。

•  此生產方式會使用到那些化工單元？請寫出任四種化工單元名稱。

•  依圖一概念，繪出該生產方式的基本程序流程圖（ process flow diagram ） 。

分）

座號：

三、圖二參考上題圖一構想繪製完整程序流程圖：

圖二

(a)

(b)

P-103

P-102

•  請寫出圖二中 (a) 與 (b) 物流的中文名稱。 （ 4 分）

•  圖二中那些屬於化學反應裝置與再沸器裝置？請寫出該裝置編號。 （ 8 分）

•  編號 3 與 16 物流中主要化學成分為何？請寫出該化學式。 （ 4 分）  說明裝置編號 P-102 或 P-103 的功能。 （ 4 分）

• 四、某一直徑 1.5 米填充式蒸餾塔，內置 70 個塔盤（ tray ）與不鏽鋼材質的 規則填料（ structured packing ）如圖三所示，已知塔盤總高 30 米。假設 2010 年份設備 CE 指標值為 453.8 ，請估算該蒸餾塔的設備成本（ capital cost ） 。提供 2000 年份設備 CE 指標值為 441.9 ，填充式蒸餾塔之相關數 值包括塔盤總高 5 米，直徑 0.5 米，設備成本 1.8  10 4 美元，及成本指數 1.7 等。 （ 25 分）

圖三 填充式蒸餾塔內不鏽鋼材質的規則填料

• 五、圖四描述某製程投資案的累積現金流 （ cumulative cash flow ） 。 （每小題 8 分， 共 16 分）

•  請寫說明圖中 D 與 F 點代表何意？

•  圖中三條曲線何者折現率（ discount rate ）最大？請寫出該曲線編號， 並描述其折現率對製程操作至結束時的整體投資案獲利情形。