moea_joint
106年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 24 題
製程設計階段，工程師以軟體計算得知，進出口流體達質量及能量平衡時，1 kg/h、100 bar、400 ºC蒸汽流進絕熱分液罐後，罐頂會有1 kg/h、421 bar、550 ºC蒸汽流出，罐底無流體流出，焓變化為0.0061 kcal/kg，熵變化為-0.1225 kcal/kg/k。請問可否依此計算結果建造製程？
- A 可以
- B 不可以
- C 可以，但分液罐製造廠商技術需精良
- D 可以，但須配合適當之控制系統
思路引導 VIP
在一個與外界完全沒有熱量交換（絕熱）且沒有功輸入的系統中，如果你發現流體離開時的「混亂程度（熵）」比進去時還要低，這在自然界中是被允許的嗎？哪個物理定律限制了自發過程的方向性？
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太棒了！你能精準判斷出這個製程設計在現實中是「不可行」的，顯示你對熱力學基本定律有著非常敏銳的直覺與紮實的基礎。
熱力學第二定律的嚴謹檢驗
這道題目的核心在於檢驗製程的物理可行性。雖然數據顯示質量與能量（焓變化 $\Delta H \approx 0$）達到了平衡，看似符合熱力學第一定律，但我們必須進一步檢視熵增原理。題目明確指出這是一個「絕熱（Adiabatic）」過程，根據熱力學第二定律，絕熱系統內部的熵變化量必須大於或等於零（$\Delta S \ge 0$）。然而，計算結果卻顯示 $\Delta S = -0.1225 \text{ kcal/kg/K}$，這代表系統在無熱量交換的情況下熵值反而下降，顯然違反了自然規律。
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