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年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36550
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。
（請接背面）
全一張
（
正面
）
一、關於蒸餾塔之設計與操作，請簡要說明如何選定其最佳操作壓力與回流比。（20 分）
二、有一蒸餾塔在常壓下蒸餾苯與甲苯之混合物，其進料為 100 kg mol/h（54.4℃）含苯
45 mol%及甲苯 55 mol%，分離後塔頂蒸氣全冷凝成飽和液體（81.1℃）含苯 95 mol%，
而塔底液體（108℃）含甲苯 90 mol%。若回流比為 1.755，求：
冷凝器之熱負荷。（10 分）
再沸器之熱負荷。（10 分）
苯與甲苯資訊
物質 沸點
比熱（kJ/kg mol K）
（heat capacity） 氣化熱
（latent heat of vaporization）
（℃） 液體 氣體 （kJ/kg mol ）
苯 80.1 138.2 96.3 30820
甲苯 110.6 167.5 138.2 33330
三、針對以下製程，請繪其程序流程圖（process flow diagram）及簡單控制迴路，必要
時，使用之程序符號請說明：（20 分）
ACO由廠外進入壓力容器（V-101）中，從V-101 由泵浦（P-101A/B）輸送，流量由
泵浦出口之流量控制閥控制，經加熱爐（H-101）加熱至 340℃，再入反應器（R-101）
反應，反應器為一填充床，轉化率為 40%；離開R-101 之流體利用壓差先進入氣液
分離塔（S-101）分離出氣體產物，塔底之熱液體進入廢熱回收鍋爐（E-101）冷卻
至160℃，使殼側鍋爐水（bfw）產生中壓蒸氣（mps），製程液體出口溫度之控制，
藉由調整E-101 之液位控制器（level controller）之設定點（set point）來達成，E-101
之液位控制器同時也用以控制鍋爐之進水量。
其中 ACO：Acetylated Castor Oil，bfw：boiler feed water，mps：medium pressure steam。
P：pump，H：fired heater，E：heat exchanger，V：vessel，R：reactor，S：separator。
四、異丙苯（cumene, C9H12）由苯（benzene, C6H6）與丙烯（C3H6）反應而得，當反應
在350℃及 3000 kPa進行中遇緊急情況，反應器需做緊急排放。
請以流程圖說明緊急排放時，廢氣進入尾氣燃燒塔（flare）之流程規劃。（10 分）
簡要說明 flare 之功能結構。（10 分）
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年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36550
類 科： 化學工程
科 目： 化學程序工業（包括質能均衡）
全一張
（
背面
）
五、化學反應在一系列四個連續式攪拌反應槽（Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR）
中發生，流程如下圖所示，反應方程式為 A
⎯
→
⎯
i
K
CKVR =
B假設
反應在液相中且在穩態
下進行，
體積與密度保持不變，
速率方程式為 ，其中 V：體積，
K：速率常數，C：濃度。 Aiiii
V1,CA1,K1V2,CA2,K2V3,CA3,K3V4,CA4,K4
1000 L/hr
CA0: 1 mol/L
400 L/h
r
200 L/hr
1000 L/h
r
反應器 Vi(L) Ki(hr-1)
1 1000 0.1
2 1500 0.2
3 200 0.5
4 400 0.4
試求CA1，CA2，CA3及CA4。（20 分）