108 高普考普通考試 化學工程 工業化學概要 考古題詳解

核心觀念

本題評量高分子化學與常見民生／工程塑膠材料之英文縮寫、化學名稱、俗稱及其代表性物性與工業用途之對應關係。

在《工業化學概要》考科中，高分子聚合材料常依據其分子結構所展現之光學性、阻隔性、熱性質、摩擦係數與彈性耐磨性，衍生出專屬之工業與民生用途：

1. PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，壓克力）：具優異之透光率（約 $92\%$，優於一般玻璃）與耐候性。
2. PET（聚對苯二甲酸乙二酯，聚酯）：具高抗張強度、質輕及優異之氣體阻隔性（特別是 $\text{CO}_2$ 阻隔）。
3. PS（聚苯乙烯）／EPS（發泡聚苯乙烯）：剛硬且脆，發泡後內部充滿密閉氣室，具優良之隔熱保溫與緩衝性能。
4. PTFE（聚四氟乙烯，鐵氟龍）：具極強之 $\text{C}-\text{F}$ 鍵，展現極低之表面能、極小之摩擦係數、耐高溫及抗化學腐蝕性。
5. PU（聚氨酯）：由異氰酸酯與多元醇反應而成，分子具軟硬段結構，具高彈性、高耐磨損性與減震吸衝能力。

解題方法

此類樹脂與用途配對題，標準解題切入點為**「英文縮寫 $\rightarrow$ 中文化學名稱／商業俗稱 $\rightarrow$ 材料特徵物性 $\rightarrow$ 典型終端應用」**：

1. 先由縮寫還原化學全名與台灣常見商業俗稱。
2. 根據該樹脂的物性優勢（如：光學透明度、氣體阻隔、發泡隔熱、低表面能防沾黏、耐磨彈性），連結題目所給的專屬製品。
3. 採用「關鍵特徵優先鎖定」策略（如 PTFE 對應不沾鍋、PET 對應寶特瓶），快速收斂候選項目後逐項確證。

選項分析

（一）PMMA 配對 （2）廣告看板、招牌

• 化學名稱與俗稱：聚甲基丙烯酸甲酯（Poly(methyl methacrylate)），商業通稱「壓克力」（Acrylic glass、Plexiglass）。
• 物性與成型：為無定形熱塑性塑膠，透光率高達 $92\%$，具有極佳的耐紫外線照射與戶外耐候性，易於熱彎成型、雷射切割與著色加工。
• 用途確立：因透光佳、耐戶外風吹雨淋且質輕不易碎裂，廣泛用作戶外廣告看板、店面招牌、展示燈箱、汽車尾燈罩及採光罩。

（二）PET 配對 （5）寶特瓶

• 化學名稱與俗稱：聚對苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate），紡織業稱「聚酯纖維（特多龍）」，容器業即通稱「寶特瓶」材料（塑膠回收標誌 1 號）。
• 物性與成型：由對苯二甲酸（PTA）與乙二醇（EG）縮合聚合而成，成型後透明度高、抗拉伸強度大，且對二氧化碳與氧氣之阻隔性顯著優於 PE、PP。
• 用途確立：能承受碳酸飲料內部氣體壓力並防止氣體逸散，故為盛裝碳酸飲料、礦泉水、茶飲之「寶特瓶」最核心材料。

（三）PS 配對 （4）免洗餐具、隔熱材料

• 化學名稱與俗稱：聚苯乙烯（Polystyrene），未發泡時稱「硬膠」（GPPS / HIPS，塑膠回收標誌 6 號）；經低沸點碳氫化合物（如戊烷）發泡後即為「發泡聚苯乙烯」（Expanded Polystyrene, EPS，俗稱「保麗龍」）。

核心觀念

本題評量高分子化學（聚合物化學）中常見泛用塑膠與工程塑膠之「英文縮寫辨識」、「單體化學組成」與「高分子化學式（重複單元）表示法」：

1. 高分子化學式之表示原則：高分子是由許多重複單元（Repeating Unit）鍵結而成之長鏈分子，化學式一般以括號括起其基本重複組成，並於右下角以下標 $n$（代表聚合度，Degree of Polymerization）表示。
2. 聚合反應類型：

• 加成聚合（Addition Polymerization）：單體雙鍵打開加成，聚合物重複單元之組成原子與單體完全相同（如 PMMA、PS、PTFE）。
• 逐步/縮合聚合（Step-growth / Condensation Polymerization）：單體官能基相互反應並脫去小分子（如酯化反應脫水得 PET），或官能基間加成重排（如異氰酸酯與多元醇反應得 PU）。

解題方法

解答本題之切入步驟如下：

1. 解碼英文縮寫：確認各樹脂的英文全名與繁體中文標準名稱。
2. 追溯單體結構：由單體結構決定其聚合途徑（雙鍵加成或官能基反應）。
3. 推導重複單元化學式：寫出具備開放鍵之重複單元結構，並標註聚合度 $n$。針對屬於廣義聚合物類別（非單一分子結構）之 PU，須以含有特徵官能基（胺基甲酸酯基）的化學通式表示。

各樹脂之個別推導分析如下：

1. PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，Poly(methyl methacrylate)）：

• 單體：甲基丙烯酸甲酯（MMA, $\text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)\text{COOCH}_3$）。
• 反應機制：單體之碳-碳雙鍵經由自由基加成聚合打開，生成飽和碳鏈骨架。
• 化學式（重複單元）： $\left[ -\text{CH}_2-\text{C}(\text{CH}_3)(\text{COOCH}_3)- \right]_n$

2. PET（聚對苯二甲酸乙二酯，Polyethylene terephthalate）：

• 單體：對苯二甲酸（TPA, $\text{HOOC}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{COOH}$）或對苯二甲酸二甲酯（DMT）與乙二醇（EG, $\text{HO}-\text{CH}_2\text{CH}_2-\text{OH}$）。
• 反應機制：二元酸（或二元酯）與二元醇進行縮合聚合反應，脫去水（或甲醇），生成含酯基鍵（$-\text{COO}-$）之聚酯主鏈。
• 化學式（重複單元）： $\left[ -\text{CO}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{CO}-\text{O}-\text{CH}_2\text{CH}_2-\text{O}- \right]_n$

3. PS（聚苯乙烯，Polystyrene）：

• 單體：苯乙烯（Styrene, $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{C}_6\text{H}_5$）。
• 反應機制：乙烯基之雙鍵加成聚合，主鏈為飽和碳鏈，側鏈為苯環取代基。
• 化學式（重複單元）： $\left[ -\text{CH}_2-\text{CH}(\text{C}_6\text{H}_5)- \right]_n$

4. PTFE（聚四氟乙烯，Polytetrafluoroethylene）：

• 單體：四氟乙烯（TFE, $\text{CF}_2=\text{CF}_2$）。
• 反應機制：四氟乙烯加成聚合，碳原子上之氫原子全部被氟原子取代。
• 化學式（重複單元）： $\left[ -\text{CF}_2-\text{CF}_2- \right]_n$

5. PU（聚胺酯／聚氨基甲酸酯，Polyurethane）：

核心觀念

本題考查有機化學工業中鹵代烴（Halogenated Hydrocarbons）的核心代表物——氟氯碳化物（Chlorofluorocarbons, CFCs，商品名常稱為冷媒、氟里昂 Freon）的物化性質、命名規則、工業合成與環境影響。涉及之核心重點包括：

1. 物化特性與應用領域：低沸點、高揮發性、高蒸發潛熱、化學惰性（不燃、無毒性）與在冷凍、發泡、溶劑之用途。
2. Freon 命名系統（加 90 法則）：利用三位數編號反推分子中碳（$C$）、氫（$H$）、氟（$F$）及氯（$Cl$）原子數。
3. 工業氟化反應（Swarts 反應）：以無水氟化氫（$HF$）在鹵化銻觸媒（如 $SbCl_5$）催化下，對四氯化碳（$CCl_4$）進行鹵素置換。
4. 環境化學與大氣光化學反應：高穩定性分子的平流層傳輸、紫外線光解產生氯自由基（$Cl\cdot$）引發之催化消耗臭氧連鎖反應，以及國際環保公約《蒙特婁議定書》（Montreal Protocol）之歷史背景。

解題方法

本題共四小題，應採層次分明的工科作答架構：

1. 第（一）小題：從「分子結構特性」導引出「巨觀物理化學性質」，再對應至各項「工業用途」，分項以條列呈現，切忌混在一起寫成單一段落。
2. 第（二）小題：採用國家考試標準之「加 90 法則」（Rule of 90），寫出標準推導過程後給出正確化學式。
3. 第（三）小題：寫出完備的平衡化學反應式，並清楚標示工業生產不可或缺的「催化劑」（$SbCl_5$）與「副產物」（$HCl$）。
4. 第（四）小題：切入點為大氣環境光化學機制。必須指出其致命缺點在於「在對流層過於安定」而能「擴散至平流層」，經短波紫外線光解出「氯自由基」，進而「連鎖催化分解臭氧分子」，導致地表紫外線輻射過量。

試題解析

（一）氟氯碳化物（Freon, CFC）的特性和用途

氟氯碳化物為甲烷或乙烷分子中的氫原子全數或部分被氟、氯原子取代之鹵代烷烴，其結構對應出以下優異的工程特性與用途：

• 主要特性：

1. 化學惰性極高：分子中 $C-F$ 鍵能極大（約 $485\text{ kJ/mol}$），鍵長短且極度穩定，不易燃、不助燃、抗氧化、耐酸鹼。
2. 熱力學性質優越：臨界溫度適中、蒸氣壓合適、沸點多介於室溫與低溫之間，具有極高的蒸發潛熱與冷凝效率。
3. 生理安全性：無毒、無刺激性臭味，對人體組織無腐蝕性。
4. 電氣絕緣與表面活性：介電常數低、表面張力低、黏度小、對油脂有極佳的溶解力與滲透力。

• 主要用途：

1. 冷凍冷媒（Refrigerant）：家用冰箱、冷凍機、工業冷卻器及車用空調系統之循環工質。
2. 噴霧推進劑（Aerosol Propellant）：氣壓噴霧罐、化妝噴霧、殺蟲劑及醫用氣霧劑之推進氣體。
3. 塑膠發泡劑（Foaming Agent）：聚氨酯（PU）硬泡、聚苯乙烯（PS）發泡材料成型時之膨脹成泡劑。
4. 工業精密清洗溶劑（Degreasing/Cleaning Solvent）：電子零件、半導體晶片、金屬部件及精密光學儀器之脫脂清洗劑。
5. 滅火劑原料：部分含鹵化合物作為特殊電器與密閉空間之滅火劑（如哈龍 Halon 家族）。

（二）Freon-12 和 Freon-22 的化學式推導

冷媒命名的通用國際標準編號為 Freon-XYZ（不足三位數時百位數為 0），透過「加 90 法則」反推化學式： $\text{分子編號} + 90 = C\,H\,F$

• 百位數表示碳原子數（$C$）
• 十位數表示氫原子數（$H$）
• 個位數表示氟原子數（$F$）
• 飽和烴之氯原子數（$Cl$）由烷烴通式求得： $Cl = (2C + 2) - H - F$

1. Freon-12（即 CFC-12）：

• $12 + 90 = 102 \implies C = 1,\; H = 0,\; F = 2$
• $Cl = 2(1) + 2 - 0 - 2 = 2$
• 化學式為：$CCl_2F_2$（二氯二氟甲烷，Dichlorodifluoromethane）。

2. Freon-22（即 HCFC-22）：

核心觀念

本題評量**煤炭氣化（Coal Gasification）**的基本原理、反應機制與工業氣體產物組成。

1. 煤炭氣化定義：以煤炭或焦炭（主成分為碳，$\text{C}$）為原料，在高溫下通入氣化劑（空氣、氧氣或水蒸氣），將固體燃料轉化為可燃性氣體燃料或化工合成原料氣的熱化學程序。
2. 氣化劑的差異決定產物類型：

• 水煤氣（Water gas）：氣化劑為水蒸氣（$\text{H}_2\text{O}_{(g)}$）。屬於強吸熱反應，產物以 $\text{CO}$ 與 $\text{H}_2$ 為主，燃燒熱值高（約 $10,000 \sim 11,500\text{ kJ/m}^3$）。
• 發生爐氣（Producer gas）：氣化劑為**空氣（$\text{O}_2 + \text{N}_2$）**或微量水蒸氣與空氣的混合物。以碳的不完全燃燒為主（放熱反應），產物中含有大量不可燃的惰性 $\text{N}_2$ 與可燃的 $\text{CO}$，燃燒熱值偏低（約 $4,000 \sim 5,000\text{ kJ/m}^3$）。

解題方法

本題為非選擇題之名詞定義與反應式書寫題，解題切入點在於精確掌握「氣化劑來源」及「主要可燃／不可燃成分之物料平衡」：

（一）水煤氣部分

1. 反應機制：將高溫水蒸氣噴入熾熱紅熱的煤炭／焦炭層（約 $1000^\circ\text{C}$ 以上），碳奪取水中的氧生成一氧化碳與氫氣： $\text{C}_{(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{CO}_{(g)} + \text{H}_{2(g)} \quad \Delta H^\circ > 0\text{（吸熱）}$
2. 組成分析：

• 主成分：一氧化碳（$\text{CO}$，約 $40\% \sim 45\%$）與氫氣（$\text{H}_2$，約 $45\% \sim 50\%$）。兩者皆為優良的可燃氣體，合計佔體積 $90\%$ 以上。
• 次要／雜質成分：未完全轉化之二氧化碳（$\text{CO}_2$）、微量帶入之氮氣（$\text{N}_2$）及少量甲烷（$\text{CH}_4$）。

（二）發生爐氣部分

1. 反應機制：將乾燥空氣吹入受限燃燒的紅熱煤炭床。底層碳與氧完全燃燒生成 $\text{CO}_2$，氣體上升通過高溫還原層時，$\text{CO}_2$ 被碳還原為 $\text{CO}$（布多爾反應，Boudouard reaction），整體淨反應為碳的不完全燃燒： $2\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{(g)} \quad \Delta H^\circ < 0\text{（放熱）}$ 若考慮空氣中伴隨的氮氣（體積比 $\text{O}_2 : \text{N}_2 \approx 1 : 3.76$），反應式可寫為： $2\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} + 3.76\text{N}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{(g)} + 3.76\text{N}_{2(g)}$
2. 組成分析：

• 主成分：空氣中的氮氣不參與反應而全數留存，故氮氣（$\text{N}_2$）佔絕對多數（約 $50\% \sim 60\%$）；主要可燃成分為一氧化碳（$\text{CO}$，約 $25\% \sim 30\%$）。

核心觀念

本題測驗「環境工業化學」與「廢水生物處理」領域中，關於**附著生長型好氧生物處理法（Attached Growth / Biofilm Process）**的代表程序——旋轉生物圓盤法（Rotating Biological Contactor, 簡稱 RBC）。

1. 處理機制：利用固著於盤面之微生物膜（Biofilm），透過軸心緩慢轉動，輪流接觸水相（吸收有機污染物）與氣相（擴散吸收大氣中的氧氣），進行好氧生物分解代謝。
2. 三相傳質原理：屬於氣、液、固三相傳質系統，生物膜依靠水流剪力（Hydraulic Shear Stress）自我更新脫落，並於後續二沉池完成固液分離。

解題方法

本題為 10 分之申論題，配分通常為「操作原理 5 分、優點 5 分」。解題切入架構如下：

1. 操作原理：從「設備構造與配置」、「旋轉接觸循環過程」及「生物膜更新與泥水分離」三層次依序闡述。
2. 系統優點：以對比傳統活性污泥法（懸浮生長法）的角度切入，從「能源消耗」、「操作控制」、「抗衝擊負荷」與「污泥沉降特性」等維度條列回答。

選項分析

本題為非選擇題（申論簡答題），無選項分析。閱卷評分關鍵在於：

1. 能否清楚寫出圓盤「部分浸沒（約 40%）」、「轉出水面吸收空氣氧氣」的交替接觸機制。
2. 能否指出「無需外部高壓曝氣設備」與「無須污泥迴流系統」等相較於懸浮生長系統的核心優勢。

解題技巧

1. 高分口訣：「半浸緩轉、氣液交替、自淨脫落、省電易控」。
2. 常見失分陷阱：

• 誤以為 RBC 需要像活性污泥法一樣設置大型鼓風機曝氣。RBC 是利用圓盤轉出水面時，盤面附著之水膜直接從空氣吸收氧氣，不需強制打氣。
• 漏寫廢水處理最後一哩路：生物膜脫落後必須經由「二次沉澱池」分離，否則出水懸浮固體（SS）會超標。

【答案】

核心觀念

本題測驗工業化學中大宗基本化學品——**乙醇（酒精，$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$）**的兩大經典製造途徑：

1. 生化發酵法（Biochemical Fermentation）：利用醣類或澱粉原料，經酵素進行糖化與厭氧發酵脫羧反應生成乙醇。
2. 石化合成法（Petrochemical Synthesis）：以石油裂解產物乙烯（$\text{C}_2\text{H}_4$）為原料進行親電加成水合，包含「直接水合法」（氣相反應，固體磷酸觸媒）與「間接水合法」（硫酸吸收水解法）。

解題方法

本題為標準申論題（滿分 10 分），作答採「原理機制說明 $\rightarrow$ 工藝條件（觸媒／溫壓）$\rightarrow$ 平衡化學反應式」三層次開展：

1. 發酵法：依原料不同區分為「糖質原料（糖蜜）」與「澱粉質原料」。標準作答以最普遍的蔗糖／葡萄糖為代表，列出轉化酶（Invertase）水解與釀酶（Zymase）發酵兩階段反應式。
2. 合成法：必須清楚向閱卷老師展現工業演進全貌。乙烯合成乙醇分為兩條路徑：

• 直接水合法：現代主流工法，乙烯與水蒸氣在高溫高壓下經酸性載體觸媒一步合成。
• 間接水合法（硫酸法）：早期工法，乙烯先與濃硫酸形成硫酸酯，再加水水解。兩者並列說明方能取得完整分數。

解題技巧

1. 得分關鍵點：

• 反應式箭頭上務必標記觸媒（酵素或無機酸）與反應條件（溫度、壓力），工業化學若只寫無條件之純化學反應式會被扣分。
• 反應式必須完全平衡，並清楚寫出有機物結構簡式（如 $\text{CH}_2=\text{CH}_2$ 與 $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$）。

2. 常見失分陷阱：

• 誤將合成法僅簡寫為 $\text{C}_2\text{H}_4 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$ 而未指明高溫、高壓及 $\text{H}_3\text{PO}_4$ 固體酸觸媒。
• 遺漏發酵法中「蔗糖水解成單醣」的前置步驟，直接從單醣起算。
• 忽略間接水合法（硫酸法）的兩步驟（酯化與水解）機制。

【答案】

一、發酵法（Fermentation Method）

1. 製程說明： 工業發酵法多以糖蜜（含蔗糖）、澱粉（玉米、甘藷）或木質纖維素為原料。以糖蜜為例，加入酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）在厭氧條件及微酸性環境（$\text{pH} \approx 4 \sim 5$）、約 $28 \sim 35^\circ\text{C}$ 下進行：

• 水解階段：酵母菌分泌之**轉化酶（Invertase）**將雙醣水解為葡萄糖與果糖等單醣。
• 發酵階段：單醣在**釀酶（Zymase）**催化下經糖解作用（Glycolysis）轉化為丙酮酸，進一步脫羧並還原為乙醇與二氧化碳。發酵醪液乙醇濃度約達 $8 \sim 12\%$ 後終止，再經連續蒸餾與共沸蒸餾提純。

2. 化學反應式：

• 蔗糖水解： $\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{轉化酶}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\,(\text{葡萄糖}) + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\,(\text{果糖})$
• 酒精發酵：

核心觀念

本題考查石油化學工業中核心大宗化學品——**丙烯腈（Acrylonitrile, AN）**之工業製程技術。

1. 反應本質：丙烯的氨氧化法（Ammoxidation），又稱索夫俄法（Sohio Process）。以丙烯、氨、空氣（氧氣）為原料，在一步催化氣相反應中合成丙烯腈。
2. 反應工程特性：本反應為高度放熱之不可逆氣相催化反應，選用**流體化床反應器（Fluidized-bed Reactor）**以維持良好之等溫操作、移除大量反應熱並防止熱點（hot spots）形成。
3. 分離與純化單元操作：反應產物組成複雜，含未反應原料（特別是過量之氨）、主產物、水以及多種副產物（氫氰酸、乙腈、二氧化碳、一氧化碳、丙烯醛等）。製程利用酸中和急冷、水吸收、萃取蒸餾（以水為溶劑）及多塔分餾系統達成高純度分離。

解題方法

本題為配分 20 分的典型化工申論題，答題架構應分為四大核心區塊：化學反應式、製程方塊流程圖、反應單元與條件說明、分離純化系統步驟。

一、相關化學反應式

1. 主反應（丙烯氨氧化反應）： 丙烯與氨、氧氣在觸媒作用下脫氫並形成碳氮參鍵，為劇烈放熱反應： $CH_2=CH-CH_3 + NH_3 + \frac{3}{2} O_2 \xrightarrow{\text{觸媒},\ \Delta} CH_2=CH-CN + 3 H_2O \quad \Delta H_{298}^\circ \approx -515\text{ kJ/mol}$

2. 主要副反應：

• 氫氰酸（$HCN$）之生成（$C-C$ 鍵斷裂之氨氧化）： $CH_2=CH-CH_3 + 3 NH_3 + 3 O_2 \rightarrow 3 HCN + 6 H_2O$
• 乙腈（$CH_3CN$）之生成： $CH_2=CH-CH_3 + \frac{3}{2} NH_3 + \frac{3}{2} O_2 \rightarrow \frac{3}{2} CH_3CN + 3 H_2O$
• 深度氧化（燃燒副反應）： $C_3H_6 + \frac{9}{2} O_2 \rightarrow 3 CO_2 + 3 H_2O$ $2 NH_3 + \frac{3}{2} O_2 \rightarrow N_2 + 3 H_2O$
• 未完全氧化產物：微量生成丙烯醛（$CH_2=CH-CHO$）。

3. 急冷中和反應： 利用稀硫酸洗滌未反應的氨氣，避免其進入後續單元引發副反應或聚合： $2 NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

二、Sohio 法產製丙烯腈製程流程圖

原料進料：
丙烯 ───────┐
氨 ─────────┼──> ┌─────────────┐ 反應氣 ┌───────────┐ 氣體 ┌─────────┐
空氣 (O2) ──┘ │ 流體化床反應器 │────>│ 急冷中和塔 │────>│ 水吸收塔 │──> 塔頂廢氣 (N2, CO, CO2)
 └─────────────┘ └───────────┘ └─────────┘
 │ │ │
 (副產高壓蒸氣) (加稀 H2SO4) │ 底液 (含 AN, 水,
 │ │ ACN, HCN)
 ↓ ↓
 副產硫酸銨溶液 ┌────────────┐
 (化肥原料) │ 萃取蒸餾回收塔 │
 └────────────┘
 │
 ┌──────────────────────────────────────┴─────────────────┐
 │ 塔頂餾出物 (AN, HCN, 水) │ 塔底/側線引出
 ↓ ↓
 ┌──────────────┐ ┌────────────┐
 │ 油水分離槽 │──(水相回流) │ 乙腈回收系統 │──> 副產乙腈 (CH3CN)
 └──────────────┘ └────────────┘
 │ (有機相)
 ↓
 ┌──────────────┐
 │ 脫 氰 塔 │──> 塔頂副產回收：氫氰酸 (HCN)
 └──────────────┘
 │ 塔底
 ↓
 ┌──────────────┐
 │ 脫 水 塔 │──> 塔頂餾出殘餘水份回系統
 └──────────────┘
 │ 塔底
 ↓
 ┌──────────────┐
 │ 丙烯腈精製塔 │──> 塔頂成品：高純度丙烯腈 (AN > 99.5%)
 └──────────────┘
 │ 塔底
 ↓ 重質聚合物 / 焦油 (廢棄處理)

三、製程流程詳細說明

1. 反應單元（Reaction Section）：

• 進料配比：將氣化之丙烯、氣氨與空氣以莫耳比約 $1 : 1.05\sim 1.2 : 9\sim 10$（確保氨微過量以抑止丙烯完全燃燒，空氣提供化學計量所需之氧）。
• 反應條件：操作溫度約 $400 \sim 480\ ^\circ\text{C}$，壓力約 $0.15 \sim 0.3\ \text{MPa}$（$1.5 \sim 3\ \text{atm}$），接觸停留時間約數秒。
• 觸媒系統：採用鉍－鉬複合氧化物系觸媒（Bismuth-Molybdate，如 $\text{Bi}_2\text{O}_3\cdot n\text{MoO}_3$，現代工業多摻雜 $\text{Fe, Co, Ni, K, P}$ 等多元複合氧化物載於矽膠載體上）。
• 反應器選型：採用流體化床反應器。其傳熱係數極高，床層內密佈冷卻盤管產生高壓飽和蒸氣，精確控制反應溫度以避免熱失控引發完全燃燒。

2. 急冷與中和單元（Quench & Neutralization Section）：

• 高溫反應混合氣體離開反應器頂部後，進入急冷塔底部，由塔頂以稀硫酸溶液噴淋降溫。
• 硫酸迅速與未反應之過量殘氨作用生成硫酸銨 $(NH_4)_2SO_4$ 水溶液，自塔底抽出外售作為肥料或回收處置。
• 除氨關鍵目的：丙烯腈在鹼性環境且有游離氨存在下，極易發生自身聚合或與氨進行麥可加成（Michael Addition）生成氰乙基化副產物，中和除氨可確保下游管線與塔槽不被聚合物堵塞。

3. 吸收單元（Absorption Section）：

• 經急冷除去氨之氣流進入水吸收塔，利用低溫冷卻水由塔頂逆流淋下，將有機物（丙烯腈、乙腈、氫氰酸）充分溶解吸收為水溶液（富吸收液）。
• 不凝結性氣體（包括空氣中的大量 $N_2$、未反應殘烴及燃燒副產物 $CO$、$CO_2$）由吸收塔頂溢出，送往尾氣焚化爐（Incinerator）或廢熱鍋爐燃燒回收熱能後達標排放。

4. 回收與萃取蒸餾單元（Recovery & Extractive Distillation Section）：

核心觀念

GHS 是「化學品全球調和制度」（Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals），由聯合國建立統一的化學品危害分類與標示架構，並以標示、危害圖式及安全資料表傳達化學品的危害與安全資訊。

推行 GHS 能讓工作人員以一致方式辨識化學品危害，了解必要的防護措施，進而降低接觸、誤用及事故風險，也有助於緊急事故時採取適當處置。GHS 的作用是改善危害溝通，並不會消除化學品本身的危害。

解題方法

先辨認題目所附圖式，再說明各圖式代表的危害類別，並連結至三氯乙烯的警告訊息。圖中是「驚嘆號」與「人體胸口有星狀標記」兩種 GHS 圖式。

圖示危害訊息

• 驚嘆號圖式：表示有害或刺激性危害。三氯乙烯可能造成皮膚、眼睛或呼吸道刺激，也可能在吸入後造成暈眩、嗜睡等短期影響。