普考申論題
108年
[化學工程] 化工機械概要
第 一 題
📖 題組：
有一股廢醇溶液，流量為 2000 kg mol/h，含甲醇 80 mol%（摩爾百分比）其餘為分子量較高的醇類物質及少量的水，今欲採用蒸餾塔分離出含甲醇 99 mol%之產品（假設密度為 0.8 g/cm3），並使回收率達 95%，而其餘為廢液。若回流比為 1.2，塔頂壓力 1 大氣壓（101.3 kPa），每塔板壓差為 0.86 kPa，而總塔板數為 42（塔高為 29 m），請計算：（每小題 10 分，共 20 分） (一)塔頂與塔底之質量流率 kg mol/h？ (二)回流幫浦功率（假設效率 70%）。
有一股廢醇溶液，流量為 2000 kg mol/h，含甲醇 80 mol%（摩爾百分比）其餘為分子量較高的醇類物質及少量的水，今欲採用蒸餾塔分離出含甲醇 99 mol%之產品（假設密度為 0.8 g/cm3），並使回收率達 95%，而其餘為廢液。若回流比為 1.2，塔頂壓力 1 大氣壓（101.3 kPa），每塔板壓差為 0.86 kPa，而總塔板數為 42（塔高為 29 m），請計算：（每小題 10 分，共 20 分） (一)塔頂與塔底之質量流率 kg mol/h？ (二)回流幫浦功率（假設效率 70%）。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
塔頂與塔底之質量流率 kg mol/h？
思路引導 VIP
看到蒸餾塔分離計算題，首要任務是建立「總物料平衡」與「成分物料平衡」方程式。利用題幹給定的「甲醇回收率 95%」可直接求出塔頂產品所含的甲醇莫耳數，進而推導出塔頂總流率（D），最後由總質量守恆求得塔底流率（W）。
小題 (二)
回流幫浦功率（假設效率 70%）。
思路引導 VIP
本題重點在於計算回流幫浦的實際功率。解題時需先由進料、回收率求出塔頂產品流量，再利用回流比求得回流量(L)。計算功率時，需注意將莫耳流率轉為質量與體積流率，並判斷出幫浦主要需克服的揚程為『塔高29m』的位能差，最後套用幫浦功率公式並除以效率即可。
蒸餾塔物料平衡
💡 結合回收率、成分分率與總物料平衡方程式，系統化求解各流分量。
🔗 蒸餾塔物料平衡計算流程
- 1 進料分析 — 計算進料中甲醇的莫耳流率 (F × zF)
- 2 回收率應用 — 將進料甲醇量乘以 95% 得到產品甲醇量
- 3 塔頂流率計算 — 產品甲醇量除以產品濃度 0.99 得到 D
- 4 總平衡求底流 — 使用 F = D + W 算出塔底流率 W
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🔄 延伸學習：延伸學習：當已知各流率後，可配合回流比計算蒸餾塔內部的氣液相流率。
