民國115年 普通考試 化學工程 化工機械概要
第3題
利用填充塔以逆流水洗方式，將空氣中的氨含量由8 mol%降低至1.5 mol%。 若待處理空氣流量為 1.5 10 mol/min ，填充塔直徑為1.2 m，且…
題目
利用填充塔以逆流水洗方式，將空氣中的氨含量由8 mol%降低至1.5 mol%。 若待處理空氣流量為 1.5 10 mol/min ，填充塔直徑為1.2 m，且塔內質傳 速率為 * 4.0 10 mol/min-m y y （ ） ，其中y 與 *y 分別代表氣相中氨的莫 耳分率及其平衡莫耳分率。已知此填充塔之NTU 為2.10。 此填充塔的HTU 為多少？（14 分） 寫出NTU 的英文全名，及數學表達式。（8 分） 設計此填充塔所需之塔高為多少？（8 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、先說明題面資料：題幹中「1.5 10」與「4.0 10」的10次方在轉錄時脫漏，嚴格而言題目資料缺漏，無法得出唯一數值。若依此題常見設定取進料混合氣流量1.5×10^3 mol/min、體積質傳係數 K_y a=4.0×10^2 mol/(min·m³)，則塔截面積 A=π(1.2)²/4=1.131 m²，氣相莫耳通量 G_M=1.5×10^3/1.131=1.326×10^3 mol/(min·m²)。
- 二、HTU 計算：HTU（Height of a Transfer Unit，傳送單位高度）定義為 HTU=G_M/(K_y a)，單位為 m。代入得 HTU=1.326×10^3/(4.0×10^2)=3.32 m。此值表示氣相每完成一個傳送單位所需之填充層高度；若改以惰性空氣流量為基準，數值會略高。
- 三、NTU 全名與數學式：NTU 為 Number of Transfer Units（傳送單位數）。以氣相莫耳分率表示，NTU=∫_{y_out}^{y_in} dy/(y-y*)；若以莫耳比 Y 表示，則 NTU=∫_{Y_out}^{Y_in} dY/(Y-Y*)。式中 y 為氣相氨莫耳分率，y* 為與液相平衡之氨莫耳分率，積分下限為塔頂、上限為塔底。
- 四、塔高：填充塔高度 Z 與 HTU、NTU 之關係為 Z=HTU×NTU。已知 NTU=2.10，故 Z=3.32×2.10=6.97 m。設計時通常再取10%至20%之裕度，並考慮液體分布、壁流及端部空間，實際填充高度可取約7.5至8.5 m。
- 五、限制與建議：上述計算假設等莫耳逆流、氣體流量沿塔近似定值、平衡線在操作範圍內近似直線，且 K_y a 不隨組成明顯變化。氨溶於水會放熱，實際應以能量平衡修正液溫與平衡線；若題面指數非上述假設，應以同一公式重新換算，不能直接沿用3.32 m。
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。