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110年公務人員高等考試三級考試試題
類 科
：
化學工程
科 目
：
化學程序工業
（
包括質能均衡
）
考試時間
：
2
小時
座號
：
※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。
代號：
38650
頁次：
2
－
1
一、一製造氯化乙烷（C2H5Cl）之程序，以乙烯與氯化氫為反應物，如下圖
所示。（原子量：Cl：35.5, H：1, C：12）
乙烯之進料流量為 4000 kg/h，反應器唯一之出料為液化之氯化乙烷。在
穩定狀態下：
請寫出反應方程式。（4分）
氯化氫進料之莫耳流量及重量流量。（8分）
氯化乙烷之莫耳流量及重量流量。（8分）
二、一體積為 2 m3之連續攪拌反應槽（CSTR），進料為 1200 kg/h 之反應物
A，其濃度為 8 kg-mol/m3，溫度為 20℃。反應式為
AB
反應器出口之 A濃度為 3.6 kg-mol/m3溫度為 60℃。此反應為放熱反應，
反應熱為-17000kcal/kg-molA。反應物及產物之比熱均為 0.75 kcal/kg ℃，
其比重均為 800 kg/m3。（每小題 10 分，共 30 分）
在穩定狀態下，從此一反應器每小時需移除的熱量（kcal/h）為多少？
反應器之夾套冷卻器（cooling jacket），有 20℃冷卻水進入。此冷卻水
離開夾套冷卻器之溫度為 45℃。請問冷卻水之流量（kg/h）為多少？
（水之比熱為 1 kcal/kg ℃）
夾套冷卻器之熱傳面積為 4 m2，冷卻水與反應器內物質之平均溫度差
（∆TLM）可視為 25 ℃。求此一冷卻裝置之總和熱傳係數（kcal/m2-℃-h）。
代號：
38650
頁次：
2
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2
三、一硫酸生產製程，以黃鐵礦（pyrite，主要成分為 FeS2）為原料。反應式
如下：（每小題 10 分，共 20 分）
FeS2+ 2.5 O2FeO + 2 SO2（反應 1）
2 FeS2+ 5.5 O2Fe2O3+4 SO2（反應 2）
此二反應同時進行，均以空氣（N279 mol%，O221 mol%）燃燒黃鐵礦。
燃燒後之氣體（flue gases）之組成分析顯示，
SO2：10.2 mol%，O2：7.8 mol%，N282.0 mol%
反應 1與反應 2進行的比例（以 FeS2在此兩反應中被消耗的量來比）
相對於黃鐵礦而言，空氣之過量比（excess）是多少？
四、化學氣相沈積法常被用在電子工業中形成薄膜。常見的一個化學氣相沈
積的反應是以矽甲烷（SiH4）形成多晶矽薄膜，其反應之機制如下：
SiH4(g)⟺SiH2(g)+ H2(g)
SiH2(g)+ Site ⟺SiH2(ads)
SiH2(ads)→Si(s)+ H2(g)
其中(g)表示氣相，ads 表示吸附相，s表示固相。雙箭頭表示達到平衡。
根據實驗觀察，此一反應會受到氫氣的抑制。在 SiH4濃度高時，反應對
於SiH4而言，為零級反應（zero order），而當 SiH4濃度低時，反應對於
SiH4而言，為一級（first order）反應。
請將此反應機制，按照基本反應（elementary reaction）推導出反應速
率以符合實驗之觀察。（20 分）
請描述此一程序中需注意的工安與環保問題，及其處理方式。（10 分）