地特三等申論題
114年
[化學工程] 化學程序工業(包括質能均衡、分析化學、儀器分析)
第 二 題
📖 題組：
某一硫酸工廠使用連續進料的攪拌槽將 85（w/w%）溫度為 60℉的硫酸水溶液及溫度為 100℉的水混合產生 30（w/w%）溫度為 140℉的稀硫酸水溶液應用於金屬表面處理製程，請計算：
某一硫酸工廠使用連續進料的攪拌槽將 85（w/w%）溫度為 60℉的硫酸水溶液及溫度為 100℉的水混合產生 30（w/w%）溫度為 140℉的稀硫酸水溶液應用於金屬表面處理製程，請計算：
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (二)
若每小時需產製 5000 磅重的硫酸水溶液，則此混合之每小時反應熱為何？（請利用下圖資訊計算）（14 分）
思路引導 VIP
這是一道結合「質量平衡」與「能量平衡」的經典題型。首先要根據第(一)題的比例，將目標產量(5000磅)按比例分配，求出每小時進料的85%硫酸與純水各自的質量。接著，重點在於判讀題目提供的「焓濃度圖 (Enthalpy-concentration chart)」。你需要根據溫度與濃度，分別查出兩股進料與一股出料的比焓值 ($H$)。最後帶入穩態能量平衡方程式 $Q = \Delta H = \Sigma(m_{out}H_{out}) - \Sigma(m_{in}H_{in})$，求出系統的熱量變化，即為混合反應熱。
小題 (一)
一磅重初始硫酸水溶液需多少磅重的純水與其混合？（6 分）
思路引導 VIP
看到本題，首先要辨識出這是無化學反應的單純混合程序，屬於基本的質量平衡（Mass Balance）計算。解題時應設立未知數（如純水重量），並利用「硫酸成分的質量守恆」建立方程式，因為加入的是純水，硫酸的絕對質量在混合前後不變。最後求解出所需的水重。