化學工程 93 年化工熱力學考古題

1 kg/sec 之水蒸汽經由一卸壓閥（throttling valve）自10 MPa、800 K 膨脹至1 MPa， 膨脹過程為絕熱，沒有對外界作功，請問水蒸汽在卸壓閥出口之溫度？（10 分） 1 kg/sec 在10 MPa、800 K 之水蒸汽經由一渦輪機（turbine）膨脹至1 MPa，膨脹 過程為絕熱可逆，請問自渦輪膨脹過程可獲得多少機械功？（10 分） 水蒸汽之相關熱力學數據如下，1 MPa 各溫度間之熱力學性質可由內插估算。 P(MPa) T(K) H(kJ (kg)-1) S(kJ (kg)-1K-1) 10 800 3442.38 6.68563 1 800 3536.69 7.83678 700 3341.45 7.54977 600 3109.43 7.22296 500 2890.39 6.82306 460 2794.08 6.62175

製程中需要將5 kg/sec 之液態有機物自573 K 冷卻至373 K，有機物之熱容為2.5 kJ (kg)-1 K-1， 我們使用冷卻水進行冷卻，冷卻水之進料溫度為300 K，出料溫度為360 K，水之熱 容為4.2 kJ (kg)-1K-1。請問：（每小題5 分，共20 分） 使用了多少冷卻水（kg/sec）？ 在冷卻過程中，液態有機物的熵增加或減少多少？ 在冷卻過程中，冷卻水的熵增加或減少多少？ 冷卻過程之熵增加或減少多少？

苯(Benzene)之飽和蒸汽可用以下方程式表示： [ ] [ ] 36 . 52 K T 51 . 2788 8858 . 13 kPa P ln sat − − = 請估算苯在323 K 之液體汽化潛熱（enthalpy of vaporization） （10 分） 請估算苯在323 K 汽化時之熵（entropy）變化（10 分） 提示：Clausius-Clapeyron 公式如下 2 v sat RT H dT P ln d l ∆ = l v H ∆ 為液體汽化時所需之潛熱；R=8.314 kJ (kmol)-1 K-1 為氣體常數。 九十三年專門職業及技術人員 考試試題 代號：01520 類 科： 化學工程技師 全一張 （背面） 高等考試建築師、技師、民間之公證人 暨普通考試不動產經紀人、地政士

一莫耳氣體反應物A 會解離為一莫耳氣體生成物B 及一莫耳氣體生成物C。在溫度為 298 K 之封閉恆溫反應器中，置入純A，起始壓力為一大氣壓。經長時間反應達到平衡 後，分析最終氣體組成，發現A 的莫耳分率為0.25，請問：（每小題5 分，共20 分） A 之平衡分解百分率為多少？ 反應達到平衡時，總壓為多少？ 反應平衡常數為多少？ 反應之標準反應自由能（standard Gibbs free energy of reaction）是多少？ R = 8.314 kJ (kmol)-1 K-1 為氣體常數。

甲醇（methanol）與水在333 K 之平衡數據如下（x1 為飽和液相之甲醇濃度、y1 為飽 和汽相之甲醇濃度）： P(kPa) x1 y1 P(kPa) x1 y1 19.953 0.000 0.000 60.614 0.5282 0.8085 39.223 0.1686 0.5714 63.998 0.6044 0.8383 42.984 0.2167 0.6268 67.924 0.6804 0.8733 48.852 0.3039 0.6943 70.229 0.7255 0.8922 52.784 0.3681 0.7345 72.832 0.7776 0.9141 56.652 0.4461 0.7742 84.562 1.0000 1.0000 請估算：（每小題4 分，共20 分） 在333 K 及 56.652 kPa 飽和汽相中甲醇之逸壓（fugacity） 在333 K 及 56.652 kPa 飽和液相中甲醇之逸壓（fugacity） 在333 K 及 56.652 kPa 飽和液相中甲醇之活度（activity） 含60 莫耳%甲醇之進料在333 K 之泡點（bubble point）壓力 含60 莫耳%甲醇之進料在333 K 之露點（dew point）壓力