高考申論題 112年 [化學工程] 化學程序工業(包括質能均衡)

第一題

📖 題組：
芳香烴及非芳香烴之分離程序，工業上經常使用萃取蒸餾技術，請回答下列問題：

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

何謂「萃取蒸餾」？（11 分）

看到「萃取蒸餾」，應立刻聯想到用於分離沸點相近或共沸混合物的方法。答題結構需涵蓋：定義核心機制（加入高沸點溶劑改變相對揮發度）、程序特徵（需搭配溶劑回收塔），並務必呼應題意，以「芳香烴與非芳香烴之分離」作為具體實例來佐證，方能穩拿11分的完整配分。

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【破題】「萃取蒸餾」(Extractive Distillation) 是一種特殊蒸餾技術，主要應用於分離相對揮發度極接近 1.0 或是會形成共沸物，導致常規物理蒸餾無法有效分離的液體混合系統。【論述】

請列舉芳香烴萃取蒸餾分離常使用之三種溶劑。（9 分）

本題測驗石化工業中BTX（苯、甲苯、二甲苯）分離的關鍵技術。作答時應從芳香烴萃取分離製程（如 Sulfolane process, Morphylane process 等）切入，列舉能顯著改變相對揮發度且對芳香烴具高選擇性的極性溶劑，並附上簡略特性說明以確保獲取滿分。

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在工業上，芳香烴與非芳香烴的萃取蒸餾分離程序中，常使用的溶劑需具備對芳香烴高親和力、高選擇性及高沸點等特性。最常使用的三種溶劑如下：

環丁碸（Sulfolane，四氫噻吩-1,1-二氧化物）：為目前工業上最廣泛使用的萃取溶劑（如 UOP 開發的 Sulfolane 製程）。其特徵為對芳香烴具有極高的溶解度與選擇性，且熱穩定性佳、沸點高（約285°C），在汽提塔中極易與芳香烴產物分離。