106 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 全一張 （正面）

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、回答下列問題： （每小題 6 分，共 30 分）

• 請試述旋風分離器（ cyclone ）之構造並說明其捕集粒子（ particles ）之機制。

• 試由（ a ）速度分布及（ b ）壓降與平均速度之定性關係等比較牛頓流體於管內流動 時層流（ laminar flow ）與紊流（ turbulent flow ）兩者之差異。

• 對於板式塔（ plate column ） ，何謂總括板效率（ overall plate efficiency ）及莫非效率 （ Murphree efficiency ）？並比較這兩效率值。

• 何謂鰭片效率（ fin efficiency ）？於熱交換器中，鰭片皆添置於熱傳係數較低的那 一側，試說明其原因。

• 於設計或操作填充式吸收塔（ packed towers for absorption ）時，何謂最小之液 -氣比（ minimum liquid-gas ratio, (L/G)min ）？一般操作其合適之液 -氣比約為 (L/G)min 之多少倍呢？

• 二、於攪拌操作，影響攪拌翼（ impeller ）所需功率（ power ） P[J/s] 的主要變數有：攪拌 翼的直徑 D [m] 、攪拌翼之轉速（角速度） n [1/s] 、液體的密度ρ [kg/m 3 ] 、液體的黏 度μ [kg/m.s] 及重力加速度 g [m/s 2 ] 等。試推導決定該攪拌系統功率之無因次群 （ dimensionless groups ）。（ 10 分）

• 三、考慮一牛頓液體（黏度為 3 cp 、密度為 900 kg/m 3 ）以平均速度 0.05 m/s 流入內徑為 0.1 m 之圓管中，於該管路系統中有一總長為 15 m 、內徑為 0.02 m 之側管（ bypass ） ， 於側管區段直徑 0.1 m 之主管長度為 10 m 。假設所有管子均為水平置放且側管之流 體入口及出口處因收縮及擴張的摩擦損失（ frictional loss in contraction and expansion ） 可忽略，試估算有多少比率之進料液體會流經側管。 （ 20 分）

備註：管內流體為層流（ laminar flow ）流動時，其范寧摩擦係數（ Fanning friction coefficient ）與雷諾數之關係為 f = 16/Re ，而為紊流（ turbulent flow ）流動時， 則 f = 0.05 Re -1/5 。

0.05 m/s

主管

10 m

內徑＝

0.1m

0.02m

側管

(bypass)

總長＝

15 m

座號：

106 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 全一張 （背面）

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

四、考慮一半徑為 R 且內部有熱產生之長圓柱體（ cylindrical rod ） ，其單位體積內之熱產 生速率，   3 J /s.m  q ，隨徑向而變化可表示為 R r   q ，其中  為常數，若圓柱周遭環 境流體之溫度為 T ∞ ，圓柱表面與流體間之熱對流係數（ heat transfer coefficient ）為 h ， 而圓柱內部之熱傳導係數（ thermal conductivity ）為 k ，試推導圓柱體內之溫度分布。 （ 20 分）

R

r

T

∞

h

• 五、將液體霧化成微細液滴分散於氣相中，提高蒸發速率是增濕操作方式之一。現有直 徑 Do 之微細水滴分散於壓力 P 及溫度 T 之空氣中，於該氣相中水蒸氣的分壓為 Pw ， 而該溫度下之水飽和蒸氣壓為 Psat ，若水蒸氣分子於氣相中之擴散係數（ diffusion coefficient ）為 DAB ，試預估該液滴全部蒸發所需的時間。假設空氣不溶於水滴，且 水滴蒸發過程中，氣相中水蒸氣的分壓及液滴表面之溫度皆維持於上述之條件。 （ 20 分）

備註：推演過程中，液體之分子量及密度請分別以 M 及  之符號表示。

Do

Pw

水滴

空氣

P

T

單位及轉換（ Unit and Conversion factors ）供參考

力 ：

1 N =1 kg.m/s 2

黏度：

1 cp = 1x10 -3 kg/m.s

壓力：

1 atm = 1.01325x10 5 N/m 2

重力加速度：

1 g = 9.8 m/s 2

能量：

1J = 1 N.m

附件

106 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： 01520 全一頁

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、如果某流體的狀態可以表示為 P ( V － b ) ＝ RT ；其中 P 、 V 、 T 分別代表壓力、莫耳體 積和溫度， b 為常數。請計算此流體在溫度 T 1 及壓力 P 1 時的剩餘焓 H R （ residual enthalpy ） 。 （ 20 分）

• 二、將 1 莫耳理想氣體進行可逆壓縮，由 1 大氣壓及 300 K 壓縮到 800 K 。如果在此壓縮 過程，理想氣體的壓力 P 和莫耳體積 V 遵循 PV 1.5 = constant ，且其定壓熱容 CP 和絕 對溫度 T 的關係為 T R CP      4 10 6 3.85 。

• 800 K 的壓力。 （ 5 分）

座號：

• 15 分）

• 三、氣體進行等熵膨脹（ isentropic expansion ） ，溫度 T 對壓力 P （ isentropic coefficient ， s  ） ， s P T           。請以溫度 T 、氣體莫耳體積 V 、壓力 P

定壓熱容 CP ，表示等熵係數。 （ 15

• 的變化率定義為等熵係數 s 、 分）

• 四、研究發現胰島素可以微溶於水中，且在水溶液及晶體中，胰島素通常以六聚體形式存 在。在 10 ℃和 25 ℃時，胰島素在水中的溶解度分別為 0.122 mg/mL 和 0.182 mg/mL ； 胰島素的分子量為 34800 Da 。

• （ heat of fusion ） 。 （ 15 分）

• 37 ℃時的水中溶解度。 （ 10 分）

• 五、在 100 ℃和 1 atm 狀態下，醋酸和乙醇在反應器中，進行液相酯化反應為乙酸乙酯和 水，反應式如右： CH3COOH （ l ） +C2H5OH （ l ）  CH3COOC2H5 （ l ） +H2O （ l ）。

在 298.15 K 下，反應物及產物的標準生成焓（ ΔH o f ， standard enthalpy of formation ） 及標準生成熱（ ΔG o f ， standard Gibbs energy of formation ）如下表所示：

如果反應初始進料為各 1 莫耳的醋酸和乙醇，請計算在反應平衡後，反應器內所有 成分的莫耳分率。如果在你的計算過程之中，有任何假設，請將這些假設標示清楚。 （ 20 分）

（請接背面）

106 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： 01530 全一頁

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。

• 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。

• 一、考慮一在批式反應器（ batch reactor ）內進行之液態反應： R1 + 2R2 → P ，其反應速率 對 R1 與 R2 而言皆為一階。令 X 為時間 t 時 R1 的轉化率（ fractional conversion ） ，求 X 隨時間變化的關係。 （ 25 分）

• 二、以一階液態反應為例，證明在其他條件都相同的情況下，連續操作之完全攪拌反應 器（ continuous stirred tank reactor ）所需體積較栓流反應器（ plug flow reactor ）者為 大。 （ 25 分）

三、考慮液態並聯反應：

其中 P 為所欲獲得的產物。若可選擇連續操作之完全攪拌反應器（ continuous stirred tank reactor ）或栓流反應器（ plug flow reactor ）進行反應，亦可以任何方式將 R1 與 R2 加入反應器，則應選擇何種反應器？如何將 R1 與 R2 加入其中？（ 25 分）

• 四、氣相反應 I 與 II 於溫度 T 及壓力 P 下之反應速率 r 1 與 r 2 分別為 B 2/3 A 2 2 2 A 1 1 ) ( , ) ( C C k r C k r   ，其中 k 1 與 k 2 為反應速率常數， k 2 > k 1 ， C A 與 C B 為 反應物的濃度。提高溫度對那個反應的影響較大？降低溫度對那個反應的影響較 大？提高壓力對那個反應的影響較大？降低壓力對那個反應的影響較大？（ 25 分）

（請接背面）

座號：

106 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 全一張 （正面）

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、 ① ～ ⑤ 號標示之管件名稱與功能各為何？（ 20 分）

• 若要進行非破壞式拆解，應該從那一個管件開始著手進行 拆解？原因與原理為何？（ 5 分）

• 二、在工業程序中常見以下規格名詞，請說明其使用時機，並比較各小題中，兩個規格 在工程應用上的差異： （每小題 5 分，共 25 分）

• Mesh 200 與 Mesh 325 （ Mesh number ）

• Schedule 40 與 Schedule 80 （ Schedule number ）

• Bi=0.1 與 Bi=10 （ Biot number ）

• EXPLOSIVES 1.1 與 EXPLOSIVES 1.4 （通常用圖示）

• LD1 與 LD50

• 三、某新創薄膜分離公司購置一臺中型 40 吋寬幅的薄膜塗佈設備，成本為 8 萬美元，使 用 5 年後的設備剩餘價值為 5 仟美元。該塗佈設備開機運轉的操作成本為每小時 7.5 美元；一年的維護保養成本為 1 仟美元；每一批次塗佈運轉時間為 100 分鐘，塗佈 材料成本為 8 美元。如果銀行利率為 8% ，請分別計算以下薄膜塗佈成本（以美元回 答） ： （每小題 10 分，共 20 分）

• 220 塗佈批次。

• 550 塗佈批次。

（請接背面）

座號：

106 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 代號： 01540 全一張 （背面）

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

• 四、某一公司買到一個富含硫酸鎂（ MgSO4  7H2O ）結晶岩的礦源，該礦山的結晶岩成分 有高達 90wt% 的硫酸鎂（ MgSO4  7H2O ） ，其餘為非溶解性的雜礦。該公司擬設計一 溶解、過濾、結晶與二次過濾的單元程序進行硫酸鎂（ MgSO4  7H2O ）的提純。在第 一個單元中加足量的水並加熱到 43.3 ℃以溶解結晶岩，並形成硫酸鎂飽和水溶液。 再利用高溫過濾分離程序將非溶解性的礦物在 43.3 ℃高溫的環境下濾除，濾餅的組 成比例為 5kg 的飽和水溶液 /100kg 非溶解性的礦物，濾液則輸送到結晶罐並降溫到 10.0 ℃以獲得結晶。含有結晶的泥漿再輸送到第二段過濾裝置進行固液分離，飽和水 溶液則回送到高溫溶解裝置。如果擬設計的程序為每小時處理 20 公噸結晶岩的分離 純化程序，請回答以下問題： （註：在 43.3 ℃下飽和硫酸鎂水溶液含有 32wt% 的 MgSO4 ，在 10.0 ℃下含有 23wt% 的 MgSO4 ）

• process flow diagram ） ，並標示每一股管線內之已知成 分組成與條件。 （ 10 分）

• MgSO4  7H2O ）結晶固體的產率為何？（ 5 分）

• 10 分）

• / 補注水量的比例為何？（ 5 分）

106 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。

• 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。

• 一、化學機械研磨（ Chemical Mechanical polishing, 簡稱 CMP ）是半導體製程中重要的一 個步驟，請回答下列問題：

5 分）

座號：

• 質。 （ 4 分）

• 研磨漿液內所含之粒子為何須為奈米尺度？若為微米尺度會產生何種問題？（ 6 分）

• 二、有關燃料電池，請回答下列問題：

• （ 5 分）

• 三、有關配位聚合（ Coordination Polymerization ） ，請回答下列問題：

• 8 分）

，寫出此聚合反應之三個主要步驟並說明之。 （ 6 分）

• 6 分）

• 四、石油之煉製依目的之不同，可概略歸納為下列三大工程或操作：

• 回答下列問題：

• ⑴ 蒸餾

• ⑵ 加氫脫硫

• ⑶ 結晶

• ⑷ 烷化

• ⑸ 聚合

• ⑹ 加氫裂解

• ⑺ 萃取

• ⑻ 重組

• 五、有關煉油氣，請回答下列問題：

• 3 分）

5 分）

5 分）

8 分）

9 分）

• 8 分）

（請接背面）

9 分）

5 分）

8 分）

106 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 全三頁 第一頁

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：

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、現有一程序針對擾動發生步階改變（ step change ）而設定點不變的情況，採用四種回 饋（ feedback ）控制器設計：無控制（ open loop ） 、比例控制（ P control ） 、比例積分 控制（ PI control ） 、比例積分微分控制（ PID control ） 。

• （ y response ） 。請指 出四條應答曲線（ A 、 B 、 C 、 D ）分別對應之控制器設計，並說明其理由。 （ 8 分） PID 控制器之輸出 包含 P 、 I 、 D 三種模式（ modes ） ：

圖二顯示擾動發生後， PID 控制器三種模式隨時間變化之曲線（ A 、 B 、 C ） 。請指 出三條曲線分別對應之控制模式（ 、 、 ） ，並說明其理由。 （ 6 分）

圖一

圖二

• 二、圖三顯示使用蒸汽加熱將蒸發器（ evaporator ）內之水蒸發，以濃縮進料流（ feed stream ） ，其回饋控制機制為調節蒸汽流率（ S ）來控制排出流之溶質質量分率（ x ） 。 如果濃度傳感器（ AT ）為直接作用（ direct-acting ） ，控制閥為失效關（ fail-close ） ， 則控制器（ AC ）應為直接作用還是反作用（ reverse-acting ）？請詳述其理由。注意 控制器之輸入誤差信號為設定值減受控變數量測值。 （ 10 分）

圖三

Overhead

D

,

x

D

=0

Steam,

S

Pressure

P

Product

x

,

B

Feed

x

F

,

F

p

AC

AT

xm

Condensate,

S

座號：

106 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 全三頁 第二頁

等 別 ：

高等考試

類 科 ：

化學工程技師

科 目 ：

程序控制

• 三、圖四為自然通風爐（ natural draft furnace ）溫度控制系統之示意圖，此傳統回饋控制 在冷油（ cold oil ）流率或溫度發生擾動變化時，可透過調節燃料氣（ fuel gas ）流來 維持熱油（ hot oil ）溫度接近設定點。但在特定擾動變化發生時，傳統回饋控制效果 變差，須採用串級控制（ cascade control ）或加入前饋控制（ feedforward control ）來 輔助原回饋控制器，但加入前饋控制不得影響原回饋控制系統之穩定性。

• 當冷油溫度發生較大擾動變化（可量測）導致控制不佳，應使用何種方式來改善？ 試述其理由，並以示意圖來說明所建議之控制架構。 （ 10 分）

• 當燃料氣供應壓力發生擾動變化（無量測，但輸往火爐之燃料氣壓力可量測）導 致控制不佳時，應使用何種方式來改善？試述其理由，並以示意圖來說明所建議 之控制架構。 （ 10 分）

圖四

四、考慮轉移函數（ transfer function ）

• 什麼是 G ( s ) 之穩態增益 （ steady-state gain ） ？時間延遲 （ time delay ） ？時間常數 （ time constant ）？極點（ poles ）？零點（ zero ）？（ 7 分）

• G ( s ) 之步階應答是否為逆應答（ inverse response ）？是否有振動（ oscillations ）？ 試述其理由。 （ 4 分）

• 當輸入 U ( s ) = 1/ s ，試推導輸出 之時域（ time domain ）表示式。已知 3.62 時， 出現最小值，其值為何？（ 9 分）

106 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 全三頁 第三頁

等 別 ：

高等考試

類 科 ：

化學工程技師

科 目 ：

程序控制

五、圖五之方塊圖為一比例積分（ PI ）控制環路，其中各元件之轉移函數為：

• 假設 ，寫出閉環路（ closed-loop ）轉移函數 和 。 （ 6 分）

• 當比例控制器之 且擾動 發生單位步階改變（ ）時，計算閉環路輸出 之穩態偏移（ steady-state offset ） 。 （ 4 分）

• 當 3 ，寫出閉環路之特徵方程式（ characteristic equation ） ，並計算 範圍以使得 PI 控制環路保持穩定（ stable ） 。 （ 10 分）

圖五

六、圖五之方塊圖代表一回饋控制環路，其中各元件之轉移函數為：

• 試計算比例控制系統之極限增益（ ultimate gain ） 和極限週期（ ultimate period ） 。 （ 10 分）

• 利用 衰退比準則（ , , ）來決定 PID 控制器參 數。 （ 6 分）

（請接背面）