民國110年 地方三等 化學工程 化學程序工業（包括質能均衡）
第4題
2-Methyl-1-propanol 3-Methyl-1-butanol Mole fraction of 2 in the liquid, x2 (upp…
題目
2-Methyl-1-propanol 3-Methyl-1-butanol Mole fraction of 2 in the liquid, x2 (upper curve) Mole fraction of 2 in the vapor, y2 (lower curve) Temperature Constant at 323.1 K Liquid Liquid curve Vapor curve Vapor Liquid P/kPa Vapor P1* 1.0 0.6 0.4 0.8 0.2 xT x2 y2 P2* l' p' v v' p l 工廠在生產酒精時，酒精濃度達到95.6%後就無法再經由蒸餾進行分離， 此時達到共沸點（azeotropic point）。 請問共沸點是什麼？（10 分） 請問工廠要生產99.5%的酒精，有什麼方法可以獲得高濃度的酒精？ （10 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、共沸點（azeotropic point）定義：當兩成分液體混合物在某一組成下，其液相組成與平衡氣相組成完全相同（x_i＝y_i），蒸餾不再改變組成，該點稱為共沸點；其對應溫度為共沸溫度，壓力為共沸壓力。共沸物分為最低沸點共沸（正偏差）與最高沸點共沸（負偏差）兩類。
- 二、乙醇-水系統：乙醇與水在常壓下形成最低沸點共沸物，約含乙醇 95.6 wt%（89.4 mol%），共沸溫度約 78.15℃，低於純乙醇之 78.3℃ 與純水之 100℃。因氣液兩相組成相同，普通精餾塔不論板數多少皆無法越過此組成，故 95.6% 為傳統蒸餾之極限。
- 三、共沸蒸餾（azeotropic distillation）：加入挾帶劑（entrainer）如苯、環己烷或甲苯，使其與水形成另一低沸點共沸物，自塔頂餾出並分相除去水分，塔底可得接近無水乙醇；萃取蒸餾（extractive distillation）則加入甘油、乙二醇等高沸點溶劑改變相對揮發度，同樣可突破共沸限制。
- 四、吸附與膜法：工業上常用 3A 分子篩（molecular sieve）選擇性吸附水分，通過後可得 99.5% 以上無水酒精；亦可採滲透蒸發（pervaporation）、蒸氣滲透或壓力搖擺蒸餾（pressure-swing distillation）等方法。分子篩法設備簡單、能耗較低，為目前主流。
- 五、建議與限制：量產時可先以普通精餾濃縮至近共沸組成，再串接共沸蒸餾或分子篩脫水，兼顧能耗與純度；惟挾帶劑具毒性與回收問題，分子篩需定期再生，操作上應注意安全性與成本，產品純度宜以氣相層析或密度法確認達 99.5%。
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。