化學工程 94 年化工熱力學考古題

解釋下列各名詞，說明其意義。（每小題5 分，共20 分） 第二維里係數（second virial coefficient） 過剩性質（excess property） 拉午耳定律（Raoult’s law） 超臨界流體（supercritical fluid）

質量為120 ㎏，且cp為0.6 kJ/㎏-K的金屬，原來的溫度為500℃。將此高溫金屬浸 入400 ㎏，cp為3.0 kJ/㎏-K且原來溫度為25℃的油中淬冷，請回答下列各問題： 油的最終平衡溫度為若干（℃）？（4 分） 金屬的熵（entropy）變化為若干（kJ/K）？（8 分） 此淬冷程序為何稱為不可逆程序？請由熱力學第二定律解釋。（8 分）

某工廠有一個蒸汽管線，供應P = 0.6 MPa，t = 250℃的過熱蒸汽。此過熱蒸汽經由 閥進入原為真空且絕緣的儲槽，儲槽的體積固定不變。 已知P = 0.6 MPa 時，過熱蒸汽的性質如下： 溫度（℃） 焓（enthalpy, kJ/㎏） 內能（internal energy, kJ/㎏） 250 2957.6 2721.2 350 3166.1 2881.6 400 3270.8 2962.5 當此蒸汽填充程序達到平衡而結束時，回答下列各項： 儲槽中蒸汽的溫度為若干（℃）？（10 分） 此溫度為何與蒸汽供應管線中之蒸汽溫度不同？解釋其原因。（10 分）

當溫度為300 K時，某雙成分混合物中，成分1 及成分2 的飽和蒸汽壓分別為0.4 及 0.3 bar。利用蒸餾法分離此雙成分混合物，並分析其組成，得知平衡液相中成分1 的 莫耳分率為x1 = 47.2 mol%。此混合物的莫耳過剩自由能可表示為： GE/RT = 2 x1x2 估算此雙成分混合物在300 K 時的飽和蒸汽壓（bar）。（10 分） 估算此雙成分混合物在300 K 時是否會形成共沸物（azeotrope）？說明其原因。（10 分）

一莫耳丙烷（propane）在空氣中進行燃燒反應，生成二氧化碳及水蒸汽： C3H8 + 5 O2 = 3 CO2 + 4 H2O 若所通入的空氣為100 %過量，反應系統的壓力固定為200 kPa，水的蒸汽壓方程式為： log10 P（mmHg） = 8.07131－1730.63 /（t + 233.426） 其中t 的單位為℃ 請回答下列各問題： 此反應的生成物露點（dew point）溫度為若干（℃）？（10 分） 若將反應生成物冷卻至30℃，有多少mol%的水蒸汽會凝結？（10 分）