化學工程 105 年程序設計考古題

在工業規模下，要在下列系統中，分離各個產品要用那些操作方法？並說明選擇該 法的理由及其操作之特性。（每小題5 分，共30 分） 99 mol%苯，1 mol%水 苯與環己烷 乙醇與水（請說明以10 mol%乙醇水溶液製備成無水酒精之案例） 甲烷與氫 綠藻細胞與水 二氧化碳（10 mol%）與空氣

一氣體流含水溶性氣體成分A 及空氣。此氣體流經過一填充塔，以水洗吸收成分A。 A 對水之平衡關係符合亨利定律，y = 0.06 x（其中y 為A 之氣相莫耳分率，x 為A 之液相莫耳分率）。假設氣體流不帶走水分，A 為稀薄成分。本塔之終端條件為： 頂 底 x 0 0.08 y 0.001 0.009 請敘述一般填充塔之基本構造並說明填充物的形式及其功能。（5 分） 請計算本分離操作之傳送單元數NTU（Number of Transfer Unit）。（10 分） 若液側及氣側之傳送單元高度（height of transfer unit）Hx 與Hy，分別為Hx = 0.24 m 及Hy = 0.36 m，請計算填充區所需之高度。（10 分） 請敘述填充塔泛溢（flooding）現象，及其與所謂超重力操作之關係。（5 分）

一橡膠工廠中，萘流量為5 kg/min，需自21℃加熱至44℃。萘之熱含量為2000 J/kg-℃。 今欲使用一對流式（counter-current）套管熱交換器，以98℃之熱油加熱，熱油之出 口溫為60℃，總包熱傳係數（total heat transfer coefficient）為380 W/m2-℃，試問： 所對應之傳熱面積（m2）為何？（10 分） 若熱油之熱含量為2700 J/kg-℃，則熱油之流量為何？（10 分） 假設使用同向流式操作（co-current），所對應之傳熱面積（m2）為何？（5 分） 氣相流體及液相流體之加熱裝置有何分別？（5 分）

氯氣由以下反應生產： 4HCl + O2 → 2Cl2 + 2H2O 其中氧氣是由空氣供應，氧在空氣中之莫耳分率為21%。 若進料中之空氣量，超過使HCl 完全反應所需量之30%，則反應後之氣體成分為何？ （5 分） 反應器的材料選擇上有何建議？（5 分）