免費開始練習
高考申論題 105年 [化學工程] 輸送現象與單元操作

第 二 題

📖 題組:
各種分離方法都是利用被分離的成分間性質的差異性進行分離,請寫出以下分離方法各是利用什麼性質的差異:(每小題3分,共24分)
📝 此題為申論題,共 8 小題

小題 (二)

液相萃取(liquid extraction)

思路引導 VIP

看到分離程序題型,應直覺聯想該單元操作的相態變化、驅動力與平衡條件。液相萃取涉及液-液兩相系統,其核心分離原理在於溶質對不同溶劑的親和力不同,即「溶解度」或「分配係數」的差異。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

「液相萃取」主要是利用混合物中各成分在兩種互不相溶(或部分互溶)的液相溶劑中,具有不同的溶解度(Solubility)分配係數(Distribution coefficient)之差異來進行分離。 實務應用為引入另一種液體溶劑(萃取劑),使特定溶質選擇性地從原溶液(萃餘相)轉移至萃取劑(萃取相)中而達到分離目的。

小題 (一)

蒸餾(distillation)

思路引導 VIP

看到「蒸餾」,應直覺聯想到氣液平衡(VLE)原理。思考混合物中不同成分在受熱時的行為差異,核心在於點出「揮發度」或「沸點」的不同。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

「蒸餾(distillation)」是利用混合物中各成分之揮發度(volatility)沸點(boiling point)的差異進行分離。 補充說明:在相同溫度與壓力下,各成分的蒸汽壓不同(即相對揮發度差異)。揮發度較高(沸點較低)的成分易汽化而富集於氣相,揮發度較低(沸點較高)的成分則較多留在液相中,藉由建立氣液兩相並進行質量傳遞來達到分離目的。

小題 (三)

氣體吸收(gas absorption)

思路引導 VIP

看到氣體吸收,應直覺聯想到「氣體混合物與液體溶劑接觸」的單元操作。思考氣體分子為何會轉移到液相中,其核心物理化學性質的差異即為各成分的「溶解度」。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

利用氣體混合物中各成分在特定液體溶劑中溶解度(Solubility)的差異進行分離。

小題 (四)

乾燥(drying)

思路引導 VIP

看到乾燥(drying),應聯想其為熱傳與質傳並行的單元操作,目的在於移除固體中的液體(通常為水)。思考液體與固體在受熱時的行為,核心分離依據在於液體具揮發性而固體不具揮發性。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

「乾燥(drying)」主要是利用被分離成分間揮發度(Volatility)蒸氣壓(Vapor pressure)的差異進行分離。 其物理機制與特徵包含: (1) 固體物料本身為非揮發性,而其內部或表面附著的液體(水分或溶劑)具有較高的揮發度。

小題 (五)

篩分(screening)

思路引導 VIP

看到「篩分」,直覺聯想日常生活中使用的篩網或工業用震動篩。篩網的孔徑固定,能讓小顆粒通過、阻擋大顆粒,因此分離的根本依據是顆粒幾何尺寸的不同。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

「篩分(screening)」是利用固體顆粒間的大小(粒徑,Particle size)差異進行分離。 補充說明:藉由特定孔徑的篩網,使小於孔徑的微粒通過篩網(篩下物),而大於孔徑的微粒被截留於篩網上(篩上物),從而達到固體分級與分離的目的。

小題 (六)

脫附(desorption)

思路引導 VIP

看到脫附(desorption),應立即聯想到它是吸附(adsorption)的逆操作,屬於固-流分離技術。思考的核心在於不同流體分子與固體表面之間作用力(如凡得瓦力或化學鍵)的大小不同,以及改變溫度或壓力條件時平衡狀態的變化。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

脫附(desorption)主要是利用混合物中各成分對固體吸附劑表面之「親和力(affinity)」或「吸附力」的差異。 補充說明:實務上,脫附是吸附的逆過程,藉由改變操作條件(如升高溫度或降低壓力),利用各成分在不同熱力學條件下「平衡吸附量」的差異,使親和力較弱或揮發性較高的吸附質從固體表面釋放,以達到分離或吸附劑再生的目的。

小題 (七)

吸附(adsorption)

思路引導 VIP

看到「吸附」,應直覺聯想流體混合物與固體表面接觸時發生的現象。核心概念在於固體吸附劑表面對不同成分的「親和力」差異,並可進一步細分為分子間作用力(物理吸附)、化學鍵(化學吸附)或分子大小與孔徑的匹配(分子篩)。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

「吸附(adsorption)」是利用流體(氣體或液體)混合物中,各成分對特定固體吸附劑表面親和力(Affinity)的差異來進行分離。具體的性質差異包含: (1) 分子間作用力(凡得瓦力)強弱的差異(物理吸附)。 (2) 形成化學鍵結能力的差異(化學吸附)。

小題 (八)

結晶(crystallization)

思路引導 VIP

看到「結晶」,應聯想其分離程序的驅動力為過飽和度。產生過飽和並使特定成分選擇性析出的關鍵,在於各成分在特定溶劑與溫度下的「溶解度」差異,或是在熔融狀態下的「凝固點/熔點」差異。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

「結晶」主要是利用物質間的溶解度 (Solubility)差異進行分離(例如溶液冷卻或蒸發溶劑時,溶解度較低或隨溫度下降變化較大的成分會先達到過飽和而形成固體析出);另外在熔融結晶(Melt crystallization)操作中,則是利用物質間的凝固點 / 熔點 (Freezing point / Melting point)差異來進行分離。

🏷️ 相關主題

單元操作:物性差異於分離技術之應用
查看更多「[化學工程] 輸送現象與單元操作」的主題分類考古題