高考申論題
105年
[化學工程] 輸送現象與單元操作
第 三 題
📖 題組:
以麥泰(McCabe-Thiele)圖解法估計蒸餾塔所需之板數,假設由塔頂流出的蒸氣完全凝結成飽和液體後,部分由塔頂回流塔內,其餘移出作為產物;流至塔底的液體經再沸器加熱後,蒸氣由塔底送回塔內,液體移出作為產物。 本法需假設那些條件?(5分) 如何估計板數?(15 分) 畫出以下進料條件時的進料線:過熱蒸氣、飽和蒸氣、氣-液混合物、飽和液體、過冷液體。(5 分) (二)與(三)作圖時需敘明理由,否則不予計分。
以麥泰(McCabe-Thiele)圖解法估計蒸餾塔所需之板數,假設由塔頂流出的蒸氣完全凝結成飽和液體後,部分由塔頂回流塔內,其餘移出作為產物;流至塔底的液體經再沸器加熱後,蒸氣由塔底送回塔內,液體移出作為產物。 本法需假設那些條件?(5分) 如何估計板數?(15 分) 畫出以下進料條件時的進料線:過熱蒸氣、飽和蒸氣、氣-液混合物、飽和液體、過冷液體。(5 分) (二)與(三)作圖時需敘明理由,否則不予計分。
📝 此題為申論題,共 3 小題
小題 (三)
畫出以下進料條件時的進料線:過熱蒸氣、飽和蒸氣、氣-液混合物、飽和液體、過冷液體。(5 分)
思路引導 VIP
看到進料線(q-line)作圖題,核心是寫出進料線方程式並定義「q值(進料熱狀態參數)」。根據五種不同進料的熱力學狀態,判斷其 q 值的範圍,進而推導出直線斜率(q/(q-1)),最後描述這些直線在 x-y 圖上通過 (zF, zF) 點的幾何走向作為作圖理由。
小題 (一)
本法需假設那些條件?(5分)
思路引導 VIP
看到 McCabe-Thiele 圖解法的假設,首要聯想即是「等莫耳溢流(Constant Molal Overflow, CMO)」。接著需進一步展開推導 CMO 成立背後的物理與熱力學條件(如莫耳蒸發熱相等、絕熱系統等),採條列式寫出以利閱卷者給分。
小題 (二)
如何估計板數?(15 分)
思路引導 VIP
看到麥泰法求板數,應直覺想到利用物料平衡建立「操作線」與相平衡建立「平衡線」。解題關鍵在於依序畫出平衡曲線、對角線、精餾段操作線、進料線(q線)及提餾段操作線,最後在操作線與平衡線之間畫階梯求得理論板數。答題時需依規定明確交代各操作線的端點、斜率來源及其代表的物料平衡物理意義。