申論題

七、一座在恆穩狀態（steady state）由二氧化碳與氫氣的反應生產甲醇的工廠，其二氧 化碳與氫氣在工廠進料中含有 0.400 mole%氮氣，而氮氣不會參與反應。工廠中有 兩套主要單元，一是反應器，另一是反應器之後的冷凝器。該冷凝器大約可將所有 的甲醇產物及水副產物冷凝下來集中輸出工廠，而大約所有的二氧化碳、氫氣與氮 氣等氣體則會從冷凝器另一端流出，預備回流（recycle）到反應器前，與工廠進料 （含 0.400 mole%氮氣）混合後再輸入反應器。但為了防止氮氣在系統內的累積， 一部分的回流氣體在與工廠進料混合前必須排出（purge）系統。混合後的氣體在輸 入反應器前的莫耳分率分別是 28.0 mole% CO₂, 70.0 mole%H₂及 2.00 mole%N₂，輸 入反應器的氫氣其反應轉化率（conversion of hydrogen based on that at reactor inlet） 是 60.0%。如果該工廠甲醇生產速率是 155 kmole/h，試問工廠進料的總莫耳流速及 各成分的莫耳分率，並計算反應器前、後、冷凝器後的回流、及排出（purge）系統 流中各總莫耳流速及各成分的莫耳分率。（20 分）