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102年 - 102 高等考試_三級_化學工程：輸送現象與單元操作#25589

科目：輸送現象與單元操作 | 年份：102年 | 選擇題數：1 | 申論題數：10

試卷資訊

所屬科目：輸送現象與單元操作

選擇題 (1)

於蒸發操作中，蒸氣再壓縮蒸發（vapor recompression evaporation）之操作方式其 能源效率常優於 10 個單元以上串聯之多效蒸發罐（multiple-effect evaporator）， 試說明其原因。

申論題 (10)

一、回答下列問題：（每小題 6 分，共 30 分） 試說明流體流過粒子床之溝流（channeling）現象，且由粒子之受力分析說明最 小流體化速度（minimum fluidization velocity）現象。
對於以重力沉降（gravitational settling）配合 Stokes 定律來量測粒子粒徑的方法， 其運用上有何限制？
說明板式蒸餾塔（plate distillation tower）之倒瀉（weeping）及泛溢（flooding） 等現象。
何謂濕球溫度（wet-bulb temperature）？如何藉由乾球及濕球溫度推求空氣之濕 度？
二、有一浮子流量計（rotameter），浮子材料之密度為 1500 kg/m3 ，以水（密度=1000 kg/m3 、 黏度=1 cp）通過時，其流量量測範圍為 20~200 m3 /hr，若改用材料密度為 2500 kg/m3 之浮子，以水通過時，則其流量量測範圍為何？假設浮子之拖曳係數（drag coefficient）不隨其材質密度而改變。（10 分）
三、在下圖所示之液體輸送系統，槽壓 1.2 大氣壓之液體經直徑 0.05 m 之圓管泵送至 1.0 大氣壓、高 25 m 之槽體中。該液體密度為 900 kg/m3 、黏度為 1.5 cp 而蒸氣壓 為 20 kPa，進料槽至泵吸入口（suction）之管長為 15 m，而泵排出口至另一槽間 的管長為 70 m，若液體輸送量設計為 24 m3 /hr，且除直管外其他管件（fittings） 之摩擦損失可忽略。流體於管內若為層流流動（laminar flow），其摩擦係數與雷 諾數的關係為 f = 16/Re；而紊流流動（turbulent flow）時，其摩擦係數與雷諾數的 關係則為 f = 0.05 Re-1/5。 若泵效率為 65%，試估算所需泵的馬力（hp）。（12 分）
試估算該泵系統之有效 NPSH（available NPSH）。（8 分）
四、有一程序於攪拌槽中進行加熱操作，進料與排出液之速率皆為 0.2 kg/sec，槽內之液 體量維持 100 kg，進料溫度維持於 25℃，於初始時（t = 0）槽內液體溫度亦為 25℃， 而夾套（jacket）中通入 100℃蒸氣以進行液體加熱，該夾套與槽內流體間之熱交換 面積為 0.8 m2 ，而總括熱傳係數（Overall heat transfer coefficient）為 500 J/m2 ·℃·sec， 且攪拌槽進料與排出液之比熱（heat capacity）皆為 4000 J/kg·℃。假設夾套內溫度 維持 100℃，攪拌槽為完全混合，其與外界（surroundings）之熱傳可忽略，試估 算： 達穩定操作時，攪拌槽排出液之溫度。（10 分）
槽內液體達 95%穩定溫度所需之加熱時間。（10 分）
五、有一厚度為 L 之有機物體置放於水泥平板面，該物體表面與大氣接觸，其表面處之 氧氣濃度為 CA,0（mole/m3 ），氧氣於該物體內擴散（有效擴散係數為 DAB）並與有 機物進行一級（first order）反應，氧氣消耗速率可表示為：rA(mole/m3 ·sec) = -kCA。 假設一維（one-dimensional）的擴散且水泥平板為氧氣不透過層，試推演穩定條件 （steady-state conditions）下，氧氣傳送入此有機物體表面的通量[molar flux （mole/m2 ·sec）]。（20 分） 附件 單位及轉換表（Unit and Conversion factors） 長度：1 mm = 10-1cm = 10-3 m 黏度：1 cp = 1×10-3 kg/m·sec 壓力：1 atm = 1.01325×105 N/m2 = 101.3 kPa 重力加速度：g = 9.8 m/sec2 馬力：1 hp=745.7 J/sec