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 二 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 (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。
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。
打破酒精共沸分離技術
💡 透過特殊分離技術打破氣液平衡之共沸點限制，以獲取高純度產物。
- 恆沸蒸餾：加入挾帶劑形成低沸點三元共沸物，由塔頂除去水分。
- 萃取蒸餾：加入高沸點溶劑改變相對揮發度，純酒精由塔頂餾出。
- 分子篩吸附：利用3A沸石孔徑差異篩分水分子，為現今工業主流。
- 變壓與膜分離：藉由壓力改變共沸組成或利用薄膜選擇性滲透分離。
