高考申論題
114年
[化學工程] 反應工程及單元操作
第 三 題
當氮氣在室溫一大氣壓下流過含有 A 液體的容器產生了含有 A 氣體的氮氣流，其中 A 氣體的莫耳濃度為其飽和莫耳濃度的 20%。將此含有氣體 A 的氮氣流以 10 mol min-1 的莫耳流速通入含有 1000 莫耳的固體 B 在同樣的溫度壓力下進行吸附。吸附過程中僅有 A 氣體被固體 B 吸附，系統溫度由熱交換器控制在室溫，假設過程中壓力沒有明顯改變，而 A 氣體在固體 B 的吸附熱和其凝結熱相似。已知每莫耳的 B 可吸附 0.05 莫耳的 A 氣體。已知 A 液體在室溫一大氣壓下的飽和蒸氣壓為 100 mmHg、蒸發熱為 30 kJ mol-1。試計算氣體 A 在固體 B 上達到吸附飽和需要多久的時間，和熱交換器需提供的熱交換功率？（15 分）
📝 此題為申論題
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面對此題，應先從物質平衡切入：利用理想氣體分壓定律與飽和蒸氣壓，求出氣體 A 的莫耳分率與進料莫耳流率；接著根據固體 B 的總量與吸附容量求出最大吸附量，兩者相除即可得飽和時間。最後進入能量平衡：利用吸附熱與凝結熱相似的特性（放熱），結合前述求得的 A 氣體吸附速率，計算出單位時間釋放的熱量，即為維持系統等溫操作時熱交換器必須移除的功率。
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【解題關鍵】本題結合物質平衡與能量平衡，透過理想氣體分壓定律求出氣體 A 的進料莫耳流率，再以吸附容量計算飽和時間，最後利用等溫操作假設，由吸附熱與吸附速率求得熱交換器需排除的熱功率。 【解答】 計算：
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