高考申論題
114年
[化學工程] 化學程序工業(包括質能均衡)
第 二 題
質能均衡探討化學工業程序中進料與出料間的質量及能量變化關係，請回答下列質能均衡相關問題。有一蒸餾塔用來提高酒精的濃度，未蒸餾前之酒精中含乙醇 10%，其流率為 2.4 kg/s。蒸餾後塔頂之酒精中含乙醇 40%，其流率為 0.4 kg/s。試求塔底的酒精溶液離開時濃度為多少？（15 分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
看到穩態程序的蒸餾塔題目，首先應確立計算基準（如每秒操作），並明確定義各物流的流率與成份濃度。接著利用『總質量守恆』求出塔底總流率，再代入『成分（乙醇）質量守恆』即可輕鬆解出未知濃度。
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【解題關鍵】建立計算基準，並運用穩態系統之總質量守恆與成分質量守恆方程式（Input = Output）求解未知變數。 【解答】 計算：
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蒸餾塔質量均衡
💡 穩態系統中進料總質量與各成分質量均須符合守恆定律。
🔗 質能均衡解題四步驟
- 1 設定基準與變數 — 選定基準時間(如1s)並標示已知F、D及未知B。
- 2 總質量平衡 — 利用 F = D + B 求解未知的出料總流率。
- 3 成分質量平衡 — 建立各流道之酒精質量平衡式求解未知濃度。
- 4 最終單位檢查 — 確認計算結果並將分率轉換為百分比。
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🔄 延伸學習：延伸學習：分析含迴流(Reflux)或繞流(Bypass)之複雜系統質量均衡。
