高考申論題
115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 ㈡ 題
📖 題組：
二、苯胺（C6H5NH2）可利用硝基苯（C6H5NO2）與氫氣反應而製備，惟同時衍生水份。若生產過程中硝基苯進料（100 moles）之總轉化率（overall conversion）為 90%，而流經反應器之單程（one-pass）轉化率為 30%，新鮮氫氣進料為過量 20%（excess）。反應器出口物流（stream）經過分離器後分別獲致最終產物及反應物回流物流，反應物回流物流之組成為 23%硝基苯及 77%氫氣，此回流將與新鮮進料混合後流經反應器（題中之%視為 mole %）。
試求：
㈠硝基苯合成苯胺之化學反應式。（5 分）
㈡最終產物之各成分莫耳數。（8 分）
㈢反應物回流之莫耳數。（7 分）
二、苯胺（C6H5NH2）可利用硝基苯（C6H5NO2）與氫氣反應而製備，惟同時衍生水份。若生產過程中硝基苯進料（100 moles）之總轉化率（overall conversion）為 90%，而流經反應器之單程（one-pass）轉化率為 30%，新鮮氫氣進料為過量 20%（excess）。反應器出口物流（stream）經過分離器後分別獲致最終產物及反應物回流物流，反應物回流物流之組成為 23%硝基苯及 77%氫氣，此回流將與新鮮進料混合後流經反應器（題中之%視為 mole %）。
試求：
㈠硝基苯合成苯胺之化學反應式。（5 分）
㈡最終產物之各成分莫耳數。（8 分）
㈢反應物回流之莫耳數。（7 分）
最終產物之各成分莫耳數。（8 分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
- 畫出系統的方塊圖（包含：混合點、反應器、分離器、回流線），標記進料與出料。
- 新鮮進料硝基苯（NB）為 100 moles，總轉化率（overall conversion）為 90%。這代表「進入系統的總 NB 中，有 90% 被反應掉了」，也就是有 90 moles NB 反應，剩下的 10 moles NB 未反應且必須離開系統（進入最終產物）。
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AI 詳解
AI 專屬家教
【考點分析】 本題考查含有回流（Recycle）系統的質能均衡計算，重點在於區分「總轉化率（Overall Conversion）」與「單程轉化率（Single-pass Conversion）」，並利用控制體積（Control Volume）對整個系統做總物料平衡。 【理論/法規依據】
▼ 還有更多解析內容
物質平衡與回流系統
💡 掌握總轉化率、單程轉化率與系統控制體積之物料平衡計算。
🔗 回流系統計算標準作業程序
- 1 化學計量分析 — 寫出平衡反應式，計算過量反應物的理論進料量。
- 2 全系統平衡 — 利用總轉化率計算系統出口的產物與剩餘反應物。
- 3 反應器節點分析 — 結合單程轉化率，建立反應器進料與回流流動的關係。
- 4 求取回流量 — 利用分流組成或元素守恆公式求得最終回流莫耳數。
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🔄 延伸學習：延伸學習：學習當系統中含有惰性物質（Inert）時，必須設置吹氣（Purge）流動的原理。
