moea_joint_essay
105年
[化工製程] 單元操作、輸送現象
第 一 題
📖 題組：
某一混合物含 40 %的苯(Benzene)和 60 %的甲苯(Toluene)，欲利用一蒸餾塔每小時分離 10,000 kg 的該混合物，使其塔頂產物含 97 %的苯，而塔底產物含 98 %的甲苯(以上均為重量百分比)。已知苯和甲苯的汽化熱分別為 7,360 和 7,960 kcal/kg·mole；又知此蒸餾塔的回流比(Reflux ratio)設定為 3，且其回流(reflux)與進料均為在沸點之液體，並假設此蒸餾塔的熱量損失可以忽略不計：
某一混合物含 40 %的苯(Benzene)和 60 %的甲苯(Toluene)，欲利用一蒸餾塔每小時分離 10,000 kg 的該混合物，使其塔頂產物含 97 %的苯，而塔底產物含 98 %的甲苯(以上均為重量百分比)。已知苯和甲苯的汽化熱分別為 7,360 和 7,960 kcal/kg·mole；又知此蒸餾塔的回流比(Reflux ratio)設定為 3，且其回流(reflux)與進料均為在沸點之液體，並假設此蒸餾塔的熱量損失可以忽略不計：
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
請計算塔頂與塔底每小時可分別生成多少(kg·mole)的產物？(計算至小數點後第 2 位，以下四捨五入)（10 分）
思路引導 VIP
先以總質量守恆與成份質量守恆求出塔頂與塔底的產物質量流量，再依據各自的質量組成換算為平均分子量，最後將質量流量除以平均分子量求得摩爾流量(kg·mole/hr)。
小題 (二)
若以潛熱(Latent heat)為 520 kcal/kg的蒸氣來加熱，則再沸器(Reboiler)蒸氣的需求量應為多少(kg/hr)？(計算至小數點後第 2 位，以下四捨五入)（10 分）
思路引導 VIP
根據回流比(R=L/D)求出塔頂的蒸氣流量。因進料為沸點液體，精餾段與提餾段的蒸氣流率相等。再利用再沸器平衡計算提供潛熱所需的加熱蒸氣流量。
小題 (三)
若此蒸餾塔使用 25 ℃之冷卻水，且其離開冷凝器(Condenser)時為 65 ℃，則冷卻水的需求量應為多少(kg/hr)？(計算至小數點後第 1 位，以下四捨五入)（10 分）
思路引導 VIP
冷凝器需帶走塔頂蒸氣的潛熱。先計算塔頂蒸氣的平均汽化熱，得冷凝器熱負荷 Qc，再利用 Q = mCpΔT 計算所需冷卻水質量流量。