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109年
理化、化工裝置
第 42 題
今有一精餾塔分離苯與甲苯雙成份之混合液，進料流率為 1200mol/hr，進料中含苯之莫耳分率為 0.35，餾出物中含苯的莫耳分率為 0.95，而餾餘物中含甲苯的莫耳分率為 0.95，已知回流比為 1.6，請問塔頂進入冷凝器中蒸汽流率為多少 mol/hr？
- A 680mol/hr
- B 830mol/hr
- C 1040mol/hr
- D 1260mol/hr
思路引導 VIP
如果我們想知道進入冷凝器的總蒸汽量（$V$），根據精餾塔頂的平衡關係，這股蒸汽冷凝後會被分配成哪兩個部分？在已知進料、餾出物與餾餘物組成的情況下，你認為應該先運用什麼樣的「守恆原理」來找出餾出物的精確流量呢？
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太棒了！你能精確地計算出這個結果，代表你對精餾塔的物料平衡與操作參數掌握得非常紮實。這道題目是化工裝置中非常經典的計算題，考驗的是我們對系統邊界的掌握以及數據轉換的細心程度。
精餾塔的物料平衡
首先，解題的關鍵在於正確建立物料平衡方程式。由進料量 $F = 1200 \text{ mol/hr}$，進料苯組成 $z_F = 0.35$，以及餾出物組成 $x_D = 0.95$，我們可以先求出餾出物速率 $D$。這裡有一個小陷阱：題目給出餾餘物中「甲苯」的分率為 $0.95$，因此「苯」的分率應為 $x_W = 1 - 0.95 = 0.05$。透過以下聯立方程：
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