民國115年 高考三級 化學工程 反應工程及單元操作
第6題
設計板塔以純水吸收空氣中濃度為20 mol%SO2，已知進入塔內純水與 空氣流量分別為6000 kg / hr m 與150 kg / hr m ，以逆流方式在…
題目
設計板塔以純水吸收空氣中濃度為20 mol%SO2，已知進入塔內純水與 空氣流量分別為6000 kg / hr m 與150 kg / hr m ，以逆流方式在板效率 為60%的塔板（tray）上進行氣液接觸，要求離開板塔時空氣中SO2 濃 度降為2 mol%。假設板塔操作溫度與壓力定為293 K 與1 atm。 求離開板塔時水中SO2 濃度為多少mol%？（5 分） 圖五中操作線為何？（5 分） 參考圖五估算理論板數與實際板數。（10 分） 圖五
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、物料平衡基準：以不含 SO2 的空氣為基準 G_s。空氣 150 kg/hr ÷ 29 = 5.17 kmol/hr；水 6000 kg/hr ÷ 18 = 333.3 kmol/hr。入塔 Y1 = 0.2/0.8 = 0.25，出塔 Y2 = 0.02/0.98 = 0.0204，故吸收量 = 5.17×(0.25−0.0204) = 1.19 kmol/hr。
- 二、液體出口濃度：X1 = 1.19/333.3 = 3.56×10⁻³（mol SO2/mol H2O），換算莫耳分率 x1 ≈ 3.55×10⁻³，即約 0.36 mol%。因液量遠大於氣量，液體濃度甚稀，屬稀薄溶液吸收。
- 四、理論板數：以 Henry 定律 y* = m·x 估算（293 K、1 atm 下 SO2 之 H ≈ 38 atm，m ≈ 38），吸收因子 A = L/(mG) = 64.5/38 = 1.70。以 Kremser 式 N = ln{[(y1−mx2)/(y2−mx2)](1−1/A)+1/A}/lnA ≈ 2.9，故理論板約 3 板；考生仍應以圖五平衡曲線作階梯法核對。
- 五、實際板數與限制：板效率 E = 0.6，採整體效率法 N_actual = N_theo/E = 3/0.6 = 5 板。題目未附圖五，且流量單位（kg/hr 或 kmol/hr）若有不同，結果將明顯改變；若平衡關係非直線，應改以圖解法逐板計算，不得逕行套用 Kremser 式。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。