化學工程 111 年化工熱力學考古題

蒸汽通過減壓閥（Throttling）為絕熱（adiabatic）過程。蒸汽在1 MPa 和 300℃時進入噴嘴。該蒸汽的比焓為3052 kJ/kg，比熵為7.125 kJ/(kg-K)。 噴嘴出口處的蒸汽壓力為0.3 MPa。蒸汽在0.3 MPa 的熱力學性質如下表。 （20 分） T[℃] 320 310 300 290 280 比焓h kJ/kg 3100 3089 3069 3049 3028 比熵s kJ/(kg-K) 7.774 7.729 7.704 7.668 7.632 下列～子題可以線性內插，請問減壓後蒸汽： 比焓增加、減少、不變？ 溫度為多少？ 比熵增加、減少、不變？ 該減壓過程是否可逆？

在小壓力和溫度範圍內，流體的變化方程式可以寫成 Pv RT =1- BP RT 3 P 為壓力，T 為溫度，v 為莫爾體積，B 是常數。焓的變化方程式為 p P v dh c dT v T dP T                  cp為莫爾恆壓比熱（molar isobaric heat capacity）：（20 分） 求流體的焦耳-湯姆遜（Joule-Thompson）係數ቀ ∂T ∂Pቁ h。 大部分氣體分子之間有吸引力，請問：焦耳-湯姆遜係數為正或負？常數ܤ 為正或負？

某雙成分液體在溫度T 下的無量綱（dimensionless）過量比吉布斯混合 自由能（molar excess Gibbs free energy of mixing） g ex RT =3x1x2 求成分1 莫爾分率為0.5 時的無量綱：（20 分） 過量比吉布斯混合自由能。 吉布斯混合自由能。 比吉布斯混合自由能對莫爾分率x1 一次微分。 比吉布斯混合自由能對莫爾分率x1 二次微分。 成分1 莫爾分率為0.5 時該流體是否會分相？

在25℃和1 個大氣壓下形成氣相水的標準生成自由能為-228.6 kJ/mol， 氣相水的標準生成焓為-136.6 kJ/mol。在這些條件下，所有組分都可以被 認為是理想的氣體。氫氣和氧氣及水的理想氣體恆壓熱容（constant volume heat capacity）為7R/2、7R/2 及4R。請計算1 莫爾氣相水生成 在：（20 分） 25℃下的平衡常數。 1000℃下的反應熱。 1000℃下的平衡常數。

1 莫爾含有90 mol%氮氣和10 mol%二氧化碳的氣體被分離成0.9 莫爾純 二氧化碳和含有0.9 莫爾氮氣和0.01 莫爾CO2的混合氣體，請問：（20 分） 減碳後混合氣中氮的莫爾組成是多少？ 每莫爾減碳後混合氣與每莫爾原來混合氣體的單位莫爾熵差異多 少？ 減碳後混合氣與原來混合氣體的總熵差異多少？ 分離過程需要最少功為多少焦耳？