普考申論題
108年
[工業安全] 安全工程概要
第 一 題
📖 題組：
有一混合氣體由甲烷、丙烷、一氧化碳三種氣體以 3：2：5 組成，其中已知甲烷燃燒下限 5.3%，上限 14%；丙烷燃燒下限 2.2%，上限 9.5%；一氧化碳燃燒下限 12.5%，上限 74%。請分別用下列兩個不同方法估算此混合氣體的燃燒上下限：
(一)勒沙特列方程式（Le Chatelier’s equation）。（10 分）
(二)鍾斯（Jones）方法（燃燒下限是 0.55Cst；燃燒上限是 3.50Cst）。Cst是此混合氣體之當量濃度（stoichiometric concentration）。（15 分）
有一混合氣體由甲烷、丙烷、一氧化碳三種氣體以 3：2：5 組成，其中已知甲烷燃燒下限 5.3%，上限 14%；丙烷燃燒下限 2.2%，上限 9.5%；一氧化碳燃燒下限 12.5%，上限 74%。請分別用下列兩個不同方法估算此混合氣體的燃燒上下限：
(一)勒沙特列方程式（Le Chatelier’s equation）。（10 分）
(二)鍾斯（Jones）方法（燃燒下限是 0.55Cst；燃燒上限是 3.50Cst）。Cst是此混合氣體之當量濃度（stoichiometric concentration）。（15 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
勒沙特列方程式（Le Chatelier’s equation）。（10 分）
思路引導 VIP
這是安全工程中最基礎的混合氣體可燃極限計算。首先要確定各成分的體積百分比（$V_i$），然後套用勒沙特列公式：$L = 100 / \sum(V_i/L_i)$。注意混合氣體總和為 100%。
小題 (二)
鍾斯（Jones）方法（燃燒下限是 0.55Cst；燃燒上限是 3.50Cst）。Cst是此混合氣體之當量濃度（stoichiometric concentration）。（15 分）
思路引導 VIP
此題難點在於求出 $C_{st}$。$C_{st}$ 的定義是：$C_{st} = (100) / (1 + \frac{O_2 \text{需求係數}}{0.21})$。首先要寫出各氣體的燃燒化學方程式，計算出混合氣體平均每莫耳需要多少莫耳的氧氣（$z$ 值）。
混合氣體爆炸界限
💡 運用勒沙特列方程式與鍾斯法精準估算混合氣體爆炸界限。
🔗 混合氣體爆炸範圍計算流程
- 1 求取組分比例 — 計算各可燃氣體占總可燃氣體之體積百分比 $P_i$。
- 2 代入勒氏方程式 — 使用各組分之 $L_i$ 與 $U_i$ 求混合上下限。
- 3 鍾斯法當量分析 — 寫出各組分反應式，求得混合當量濃度 $C_{st}$。
- 4 完成界限估算 — 乘上係數 0.55 及 3.50，得出經驗估算值。
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🔄 延伸學習：延伸學習：比較勒氏法與鍾斯法在不同氣體環境下的準確度差異。
