化學工程 91 年化工熱力學考古題

一恆壓比熱Cp 為30 kJ/(kmol K)之理想氣體在5 bar 及500 K 之狀態下進入一絕熱操 作之渦輪(turbine)。氣體離開渦輪狀態為1 bar 及400K。 請問該氣體所作的功為多少？（10 分） 若同一理想氣體在5 bar 及500K 經絕熱操作之渦輪後，出口狀態為1 bar，請估算 該氣體所可能作的最大的功為多少？（10 分） ［註：氣體常數R=8.314×10-5bar m3/(mol K)=8.314 J/(mol K)］

一恆壓比熱Cp 為30 kJ/(kmol K)之理想氣體在10 bar 及295 K 之狀態下進入一設備 (device)中，此設備與外界為沒有熱傳（絕熱）及機械功之轉移（沒有作功），並處 於穩定狀態(steady state)。一半的氣體離開設備時為355 K 及1 bar，而另一半的氣體 離開設備時為235 K 及1 bar。判斷此程序是否違反熱力學基本定律？（20 分） ［註：氣體常數R=8.314×10-5 bar m3/(mol K)=8.314 J/(mol K)］。

水蒸汽及碳之化學反應，在1 atm 及600 至1600 K 的溫度間進行，可能含有下列各 反應式 C + 2H2O = CO2 + 2H2 C + H2O = CO + H2 C + CO2 = 2CO C + 2H2 = CH4 CO + H2O = CO2 + H2 請計算此反應系統的自由度(degree of freedom)。（20 分）

對於二成份混合物（成份1 與成份2）而言，已知活性係數可表示為 2 2 1 Ax n 1 = γ 及 2 1 2 Bx n 1 = γ 。 應用等溫等壓下Gibbs-Duhem 方程式，求解A 與B 的關係。（10 分） 若純物質之蒸汽壓分別為 atm 1 P sat 1 = ， atm 8.0 P sat 2 = ，且活性係數表示式中A=B=1.5。 計算x1=0.5 時之泡點壓力(bubble point pressure)及其平衡汽相組成。（10 分） （請接背面） 九十一年專門職業及技術人員 考試試題 代號：01620 類 科： 化學工程技師 全一張 （背面） 高等考試建築師、技師、不動產估價師、 呼吸治療師、心理師暨普通考試不動產經紀人

有一汽電共生系統之鍋爐產生壓力為5 MPa、溫度為350℃的過熱蒸汽，此蒸汽導入 一蒸汽渦輪機中以行發電，假設其膨脹為等熵過程，請利用所附的蒸汽表資料回答下 列問題： 如果渦輪機出口的蒸汽壓力為2 MPa 時，請計算此出口蒸汽的溫度。（10 分） 若渦輪機出口蒸汽的壓力太低時，將造成蒸汽在膨脹過程中會有水滴出現，為了 避免此一情形出現，試問渦輪機出口蒸汽的壓力約不能低於多少MPa？（10 分） 飽和蒸汽表 P （MPa） T (℃) H1 (kJ/kg) Hv (kJ/kg) S1 (kJ/kg K) Sv (kJ/kg K) 1.00 179.91 762.81 2778.1 2.1387 6.5865 1.10 184.09 781.34 2781.7 2.1792 6.5536 1.20 187.99 798.65 2784.8 2.2166 6.5233 1.30 191.64 814.93 2787.6 2.2515 6.4953 1.40 195.07 830.30 2790.0 2.2842 6.4693 1.50 198.32 844.89 2792.2 2.3150 6.4448 1.75 205.76 878.50 2796.4 2.3851 6.3896 2.00 212.42 908.79 2799.5 2.4474 6.3409 過熱蒸汽表 P=2.0 MPa P=5.0 MPa T (℃) V (m3/kg) U (kJ/kg) H (kJ/kg) S (kJ/kg K) T (℃) V (m3/kg) U (kJ/kg) H (kJ/kg) S (kJ/kg K) 225 0.1038 2628.3 2835.8 6.4147 275 0.04141 2631.3 2838.3 6.0544 250 0.1114 2679.6 2902.5 6.5453 300 0.04532 2698.0 2924.5 6.2084 300 0.1255 2772.6 3023.5 6.7664 350 0.05194 2808.7 3068.4 6.4493 350 0.1386 2859.8 3137.0 6.9563 400 0.05781 2906.6 3195.7 6.6495 400 0.1512 2945.2 3247.6 7.1271 450 0.06330 2999.7 3316.2 6.8186 500 0.1757 3116.2 3467.6 7.4317 500 0.06857 3091.0 3433.8 6.9759 符號說明： P：壓力 T：溫度 H：熱焓 S：熵 V：比容 U：內能 上標1：飽和液相 上標v：飽和汽相