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普考申論題 114年 [化學工程] 化工機械概要

第 一 題

📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

何謂邁耶理論?冷卻結晶時,要如何操作才可獲得細小顆粒晶體?(10 分)

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解題應從結晶動力學的基礎出發,首先利用『溶解度曲線』與『過飽和度曲線』清晰劃分出Miers理論的三大區域(穩定區、介穩區、不穩定區)。接著,將理論應用於實務操作,指出要獲得『細小晶體』必須『促進成核、抑制成長』,進而推導出需採取的物理操作(如急速降溫、劇烈攪拌)。

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【破題】邁耶理論(Miers' Theory)是探討溶液結晶過程中,過飽和度與成核、晶體成長之間關係的基礎動力學理論;而控制結晶顆粒大小的關鍵,在於調控「成核速率」與「晶體成長速率」的相對關係。 【論述】 一、邁耶理論(Miers' Supersaturation Theory)

小題 (二)

結晶器中有50℃飽和 NaHCO3 水溶液 230 kg,假設 50℃ NaHCO3 的溶解度為15 g NaHCO3/100 g H2O,在 20℃時為 8 g NaHCO3/100 g H2O,當溫度由 50℃降低至 20℃時,可析出多少公斤的 NaHCO3晶體?(10 分)

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看到此題,應先辨識為冷卻結晶的物質均衡問題,關鍵在於「冷卻過程中溶劑(水)的質量保持不變」。利用初始溫度的溶解度求出溶液中水與溶質的真實質量,再以最終溫度的溶解度計算殘留溶質,兩者相減即為析出晶體量。

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【解題關鍵】利用「冷卻過程中溶劑(水)質量不變」的原則,進行溶質的物質均衡計算。 【解答】 計算:

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