經濟部所屬事業機構 107 年新進職員甄試試題

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1.單元操作 2.輸送現象 第 1 頁,共 2 頁

經濟部所屬事業機構 107 年新進職員甄試試題

類 別 : 化 工 製 程 節 次 : 第 三 節 科 目 : 1 . 單 元 操 作 2 . 輸 送 現 象

注 意 事 項

1.本試題共 2 頁(A4 紙 1 張)。

2.可使用本甄試簡章規定之電子計算器。

3.本試題分 6 大題,每題配分於題目後標明,共 100 分。須用藍、黑色鋼筆或原子筆在答 案卷指定範圍內作答,不提供額外之答案卷,作答時須詳列解答過程,於本試題或其他 紙張作答者不予計分。

4.本試題採雙面印刷,請注意正、背面試題。

5.考試結束前離場者,試題須隨答案卷繳回,俟本節考試結束後,始得至原試場或適當處 所索取。

6.考試時間:120 分鐘。

一、傳統化工業常見的裂解單元程序有熱裂解(例如:輕油裂解)及觸媒媒裂(例如:重油裂 解),請就前述兩種裂解特性回答下列問題:(15 分)

(一)主要進料與產品的種類。(5 分)

(二)反應條件(溫度、壓力、耗能等)的差異。(5 分)

(三)熱裂解主要的裂解機制。(5 分)

二、已知某流體動態黏度(kinematic viscosity)為 0.8 × 10

-5

m

2

/s,密度為 1,050 kg/m

3

,流量為 0.72 m

3

/hr ,流經內直徑 2 cm、長 30 m 的水平圓形導管,請列式計算回答下列問題:(計 算至小數點後第 2 位,以下四捨五入)(15 分)

(一)雷諾數(Reynolds number)為多少?(5 分)

(二)范寧摩擦係數(Fanning friction factor)為多少?(5 分)

(三)流經此段導管之水頭損失(head loss)為多少?(5 分)

三、兩種成分之混合物以蒸餾方式來分離,其中較易揮發的成分其塔頂莫耳分率為 0.95、塔底 莫 耳分 率為 0.05,假設平均相對揮發度為常數 α=1.6,蒸餾系統只使用一個加熱器 (reboiler)並設計為全迴流(total reflux),請問蒸餾塔最小理論板數為多少?(計算至小數點 後第 2 位,以下四捨五入)(15 分)

四、某有機酸在一大氣壓、20 ℃下,對水及乙醚之分配係數為 0.4,今有 100 ml 水溶液含有此 有機酸 5 公克,請列式計算回答下列問題:(計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入)(15 分)

(一)以 50 ml 乙醚一次萃取該水溶液,則水溶液中還剩下有機酸多少公克?(5 分)

(二)將 50 ml 乙醚平均分 5 次萃取該水溶液,則可萃取有機酸多少公克?(10 分)

【請翻頁繼續作答】

(2)

1.單元操作 2.輸送現象 第 2 頁,共 2 頁 五、 100 ℉的某液體 40 gal/min流率,由泵輸送如【圖 1】的系統中。儲液槽在大氣壓力下排放

端管線計示壓力為 50 lbf/in

2

。排放端和吸入端分別高於儲槽液面 10 ft 和 4 ft,a 與 b 之間 高度差為 1 ft。排放端和吸入端管號同為 40 號的 1.5 吋管。吸入端管線的摩擦損失為 0.5 lbf/in

2

, 排放端管線的 摩擦損 失 為 5.5 lbf/in

2

, 泵的效 率為 0.6,此液體的密度為 54 lbm ft⁄ ,其 100 ℉時的蒸氣壓為 3.8 lbf/in

3 2

。請計算:(計算至小數點後第 2 位,以下四 捨五入)(20 分)

(一)泵出口端壓力頭(pressure head)。(截面 b 之壓力頭,單位 ft)(5 分)

(二)泵入口端壓力頭。(截面 a 之壓力頭,單位 ft)(5 分)

(三)因在【圖 1】a、b 兩截面之間的管路短,可忽略速度頭(velocity head)差異及摩擦損 失,請計算泵所提供之揚程及泵所需之制動馬力。(5 分)

(四)廠商提供泵之 NPSHR 需要值為 10 ft,請列式計算說明此泵是否適用?(5 分)

註:管號為 40 號的 1.5 吋管 1 ft/sec 的速度相當於 6.34 gal/min,1 gal/min=0.00223

𝑓𝑓𝑓𝑓

3

sec

, 1 HP=550(lbf.ft)/sec

六、有一套管式熱交換器被設計用來冷卻工廠內大型引擎用的潤滑油,該熱交換器採逆流 (counterflow)式操作,內管的內直徑為 25 mm,而外管的內直徑為 45 mm。冷卻水在內管 中流動的質量流率為 0.2 kg/s,而潤滑油在兩管之間的環狀區域中流動的質量流率為 0.1 kg/s。冷卻水與潤滑油的入口溫度分別為 30 ℃與 100 ℃,潤滑油與冷卻水的物理性質 如附表。

比熱 (J/kg.K)

黏度 (N.S/m

2

)

熱傳導係數 (W/m.K)

Prandtl Number(Pr) 潤滑油(80℃) 2,131 3.25×10

-2

0.138

冷卻水(80℃) 4,178 725×10

-6

0.625 4.85

此熱交換器管壁相當薄,且器內因積垢所造成的熱傳阻力可以忽略。冷卻水之 Nusselt number(Nu)在亂流情況下,可運用下式估算:Nu=0.023Re

4/5

Pr

0.4

,式中之 Re 為 Reynolds number。潤滑油之流動為層流(laminar flow)狀態,其 Nusselt number 為 5.56。請回答下列 問題:(計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入)(20 分)

(一)求總包熱傳系數?(8 分)

(二)若潤滑油的出口溫度欲達到 60 ℃,則熱交換器的長度需為多少公尺?(8 分)

(三)兩流體熱傳系數差異大,造成熱交換困難,為降低熱交換器的長度,有何改善方式?

(4 分)

註:ln(1.99)=0.69,(2337)

0.8

=495.37,(2)

0.8

=1.74,(3)

0.8

=2.41,(4.85)

0.4

=1.88

a' Z

a

= 4 ft

a 泵 (pump)

b W

p

b'

Z

b

= 10 ft 100 F

o

1 ATM

50 lbf/in

2

40 gal/min

【圖 1】

數據

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參考文獻

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