moea_joint_essay 103年 [機械] 熱力學與熱機學、流體力學與流體機械

第二題

📖 題組：
二、若甲烷(CH4)和空氣燃燒後，其產物乾燥分析為 CO2：10.00 %、O2：2.38 %、CO：0.52 % 及 N2：87.10 % (假設空氣中 N2與 O2體積佔比為 3.76︰1，空氣分子量為 28.84)，試求：（各小題 5 分，共 15 分）

📝 此題為申論題，共 3 小題

小題 (二)

此燃燒反應以質量為計量標準的空氣－燃料比。(計算至小數點後第2位，以下四捨五入)

空氣-燃料比 (AFR) = (空氣莫耳數 × 空氣分子量) / (燃料莫耳數 × 燃料分子量)。

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1 莫耳甲烷燃燒所供應的空氣莫耳數為 n_air = 2.202 + 8.280 = 10.482 莫耳。空氣質量 = 10.482 × 28.84 = 302.30 g 燃料 (CH4) 質量 = 1 × (12.01 + 4×1.008) = 16.04 g

甲烷(CH4)和空氣燃燒後的燃燒反應方程式。

利用乾燥產物的體積百分比假設 100 莫耳的乾產物，透過碳、氫平衡求出燃料莫耳數及水分莫耳數，最後寫成以 1 莫耳甲烷為基準的方程式。

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假設產生 100 莫耳乾產物，包含 10 mol CO2, 2.38 mol O2, 0.52 mol CO, 87.10 mol N2。由碳(C)原子平衡：n_C = 10 + 0.52 = 10.52 莫耳。故反應消耗的 CH4 為 10.52 莫耳。

此燃燒反應實際供應之空氣量為理論空氣量的幾倍。(計算至小數點後第1位，以下四捨五入)

計算甲烷完全燃燒的理論需氧量，再與實際供應的氧氣量做比例。

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甲烷(CH4)完全燃燒方程式：CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O 燃燒 1 莫耳 CH4 的理論需氧量為 2 莫耳。實際供應的氧氣量為 2.202 莫耳。

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