高考申論題 111年 [化學工程] 化學程序工業(包括質能均衡)

第一題

📖 題組：
四、四氯化碳的生產過程是經由一反應 CH4 + 4Cl2 → CCl4 + 4HCl 假設此反應為不可逆，並且進行完全反應。整個生產流程如圖 2，試計算出：（每小題 12 分，共 24 分）圖2：四氯化碳的生產流程

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

支流 6 的CCl4 莫耳流量（kg．mole/hr）。

這題考查帶有再循環迴路 (Recycle Stream) 的穩態程序物質平衡。解題時不要被內部循環流（支流 3 的 HCl）干擾，應優先劃定「整體系統 (Overall System)」為控制體積，直接透過新鮮進料與化學反應方程式的計量比例，計算最終產物的生成量。

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【解題關鍵】利用「整體系統之物質平衡（Overall Material Balance）」及化學反應計量比直接計算產物生成量，不受內部再循環流干擾。【解答】計算：

支流 8 的 HCl 莫耳流量（kg．mole/hr）。

本題為穩態連續製程的物質平衡計算。首先從『整體系統（Overall System）』的觀點來看，穩定狀態下進料生成的產物量必等於系統排出的產物量。透過反應式判斷出甲烷與氯氣的莫耳數符合完全反應的計量比，直接以反應計量關係即可求得產生的 HCl 總量，即為從支流 8 排出的產品流量。

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【解題關鍵】利用「整體系統（Overall System）物質平衡」與化學反應計量關係，穩態下反應生成的產物量即為離開系統的產品量。【解答】計算基準：以 1 小時 (hr) 的運作時間為計算基準。