普考申論題
112年
[化學工程] 工業化學概要
第 一 題
📖 題組：
一、惰化處理（Inerting）在工廠或儲油設施中，是一常會使用的程序。一般採用氮氣/空氣置換管線或儲槽原有的物質。請回答下列各子題：
一、惰化處理（Inerting）在工廠或儲油設施中，是一常會使用的程序。一般採用氮氣/空氣置換管線或儲槽原有的物質。請回答下列各子題：
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
此種處理使用的時機與目的。（10 分）
思路引導 VIP
看到「惰化處理」，應直覺聯想「燃燒三要素」與「化學品安定性」。作答時，請將「時機」與「目的」分開論述：「時機」從工廠操作的週期（如開停爐、歲修動火、日常儲運）切入；「目的」則從工安（防火防爆）與品管（防氧化防腐蝕）雙管齊下進行條列。
小題 (二)
依原先用來儲存甲烷液體的儲槽準備做惰化處理。首先將儲槽降至常壓 1.01×105 pa，回溫到室溫 25℃，使槽內僅剩下常壓常溫的氣體甲烷。然後在槽內導入液氮至槽底，讓揮發上升的氮氣以柱狀流的方式將甲烷推出。假設揮發的氮氣可以很迅速的在槽內達到常溫常壓。儲槽的體積是 7000 m3，液氮的密度是 807 kg/m3。請問最少需要多少 kg 液氮？多少 m3液氮？本題牽涉到的氣體均可視為理想氣體。氣體常數：R = 8.314 pa·m3/mol·K。（15 分）
思路引導 VIP
本題重點在於「柱狀流（Plug flow）」的物理意義，意味著氣體無混合，所需的常溫常壓氮氣體積恰好等於儲槽體積。算出氣態氮體積後，帶入理想氣體方程式求得莫耳數，再進一步換算為液氮的質量與體積。