地特三等申論題
110年
[化學工程] 化學程序工業(包括質能均衡)
第 一 題
📖 題組：
工廠在生產酒精時，酒精濃度達到 95.6%後就無法再經由蒸餾進行分離，此時達到共沸點（azeotropic point）。
工廠在生產酒精時，酒精濃度達到 95.6%後就無法再經由蒸餾進行分離，此時達到共沸點（azeotropic point）。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請問共沸點是什麼？（10 分）
思路引導 VIP
看到「共沸點」，應直覺聯想到氣相與液相組成相同的相平衡狀態（x_i = y_i）。解答此題（10分）不僅要點出定義與無法用一般蒸餾分離的特性，更強烈建議補充「乙醇-水」的最低共沸特性，以及工業上如何突破此限制（如共沸蒸餾、變壓蒸餾、分子篩脫水），藉此展現化工技師的專業廣度並確保拿滿該題分數。
小題 (二)
請問工廠要生產 99.5%的酒精，有什麼方法可以獲得高濃度的酒精？（10 分）
思路引導 VIP
看到「打破共沸物」或「無水酒精生產」，應直覺聯想化工中處理共沸混合物的特殊分離技術。解題時可從「添加第三成份的蒸餾法」（共沸、萃取）、「改變操作條件的蒸餾法」（變壓蒸餾）以及「非蒸餾分離技術」（分子篩、滲透汽化）切入，條列式列出並簡述其物理/化學原理即可拿高分。
共沸點定義與分離突破
💡 氣液相組成相同致相對揮發度為1，需特殊技術突破分離極限。
🔗 共沸系統分離障礙與突破路徑
- 1 達到共沸組成 — 液相莫耳分率等於氣相莫耳分率 (x=y)
- 2 相對揮發度等於 1 — 組分間無揮發度差異，傳統分餾失效
- 3 進入瓶頸階段 — 持續加熱亦無法改變氣液兩相成分比例
- 4 導入特殊分離 — 採變壓、共沸蒸餾或分子篩吸附突破
↓
↓
↓
🔄 延伸學習：延伸學習：了解壓力對共沸組成（VLE）的移位影響，是掌握變壓蒸餾的關鍵。
