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普考申論題 112年 [化學工程] 化工機械概要

第 三 題

📖 題組:
關於結晶,請回答下列問題:
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (三)

畫圖說明適用之連續式結晶器。(10 分)

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看到「連續式結晶器」,應優先聯想到工業上應用最廣且最具代表性的「導流筒擋板型結晶器(DTB Crystallizer)」或「奧斯陸結晶器(Oslo Crystallizer)」。作答時,先以簡明圖示(或文字結構圖)勾勒設備的主體構造,接著依據流體力學與熱力學原理,條列說明各部件的功能(如導流筒促進混合、擋板控制粒徑)及連續過飽和度的操作機制。

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【破題】工業上最典型且廣泛使用的連續式結晶器為「導流筒擋板型結晶器(Draft-Tube Baffle Crystallizer, 簡稱 DTB 結晶器)」。其設計能有效控制過飽和度並分級晶體大小,適合大規模連續生產。 【論述】 一、設備構造簡圖(以 DTB 結晶器為例)

小題 (一)

何謂結晶?(5 分)

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看到名詞解釋題,應直指核心物理機制。對於「結晶」,需強調其為「相變化」過程,並點出發生的必要條件(過飽和狀態)以及在化工製程中的主要目的(分離與純化)。

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「結晶」係指物質由液體狀態(如水溶液或熔融液)或氣態中,因相變化而析出形成具有規則幾何排列之固體晶體的單元操作過程。 在化工製程中,其特徵與應用包含: (1) 發生條件:系統必須產生驅動力,即達到「過飽和狀態」(Supersaturation)。常見的操作方法包括冷卻降溫(降低溶解度)、蒸發溶劑(提高濃度)、真空閃蒸或加入第三成份(如脫析結晶)。

小題 (二)

說明工業上使用的結晶法。(5 分)

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看到結晶法,核心觀念是思考「如何使溶液產生過飽和度」。請依據物理機制切入,聯想改變溫度的「冷卻法」、減少溶劑的「蒸發法」、兩者結合的「真空閃蒸法」,以及改變系統性質的「鹽析法」,並補充各自的適用條件。

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【破題】工業上結晶操作的核心在於使溶液達到「過飽和狀態」,實務上主要依據改變溫度、減少溶劑量或改變系統性質等物理化學機制來實現。 【論述】 一、冷卻結晶法 (Cooling Crystallization)

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