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

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單元操作、輸送現象 第 1 頁,共 4 頁 【請翻頁繼續作答】

經濟部所屬事業機構 102 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 4 頁(A3 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,作答時須論述或詳列解答過程,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,俟該節考試結束後,始得至原試場索取。

6.考試時間:120 分鐘。

一、水池中20℃ 之水,擬以泵送至離水面 15 m 高之水槽,假如管內徑為 0.0529 m,平均流速 為 3.0 m/s,總相當管長為 45 m 時,試繪出系統簡圖、計算所需理論功率為多少馬力(HP)

?(已知 Friction factor f = 0.0050)(15 分)

二、有一溫度計具一次程序之特性,其時間常數(Time constant) 為 1 min。置於 100℉之大水浴 槽(Bath)中,當此溫度計達到穩態後,在 t = 0 時將之置於 110℉ 之 Bath 中 1 min。之後又 放回100℉之 Bath,請寫出此溫度計讀數與時間的關係式並繪出關係圖。(15 分)

三、 有一重油轉化工場旋風分離器(Cyclone)之設計條件:

(一)進口條件:觸媒顆粒流量 42.6 kg/s,觸媒顆粒密度(ρp)1362 kg/m3,進口氣體流量 5.66 m3/s,氣體黏度(μg)1.88×10-5 kg/(m.s),氣相密度(ρ )2.72 kg/mg 3,觸媒顆粒在 Cyclone 進口氣相中之負荷(Loading of Solids in Inlet Gas)為 7.53 kg/m3

(二)觸媒顆粒粒徑分佈:

重量分率 χi 粒徑d pi,m 0.002 9×10-6 0.018 12×10-6 0.08 20×10-6 0.2 32×10-6 0.2 50×10-6 0.2 73×10-6 0.3 130×10-6

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單元操作、輸送現象 第 2 頁,共 4 頁 (三)旋風分離器尺寸如【圖 1】:(Inlet 為箱形,Outlet 為圓柱形)

請利用【圖 2】、【圖 3】及【圖 4】,查圖並計算:

(1)若有粒徑Dp,th之觸媒顆粒進入Cyclone 後有 50 %回收、另 50 %逸散,

Dp,th 粒徑。(5 分)

Dp,th9μgLw/

(

πNsV

(

ρp ρg

) )

(2)整體 Cyclone 觸媒顆粒收集效率。(10 分)

(3)每日損失多少噸觸媒(Catalyst loss)。(5 分)

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單元操作、輸送現象 第 3 頁,共 4 頁 【請翻頁繼續作答】

四、請簡答下列各題:(每小題3 分,共 15 分)

(一)請繪製簡圖並說明皮托管(Pitot tube)測量管線內流體流速之原理。

(二)何謂 NPSH (Net Positive Suction Head)?請說明其影響與重要性。

(三) Hagen-Poiseuille(- dz

dp=8 2 R

Vavg

μ )是否可被應用於描述牛頓流體(Newtonian fluid)於水 平同心管中之層狀流動(Laminar flow)?請說明理由。

(四)請將下列流體 CO2(20℃,1 atm)、CO2(100℃,1 atm)、H2O(10℃,1 atm)、H2O (80℃,1 atm)依黏度大小排序,並說明排序理由。

(五)某鋼球在某牛頓液體中的終端速度(Terminal velocity)為 2 m/s,如果鋼球直徑變為 2 倍 , 且 其 他 條 件 不 變 , 則 其 終 端 速 度 為 多 少 ? 假 設 為

Creeping flow 。

五、在平衡級操作中,常用Kremser 方程式(如【表 1】)來計算板數(N):

若 x、y 分別是某一成分(A)在液、氣相中的莫耳分率,xa、xb分別 代表成分A 在進口及出口處之液相莫耳分率,x 、a* x 分別代表成b*

分A 在進口及出口處與氣相達平衡時之液相莫耳分率,試回答下列問題:

(一)一稀薄(Dilute)氨水溶液,欲利用一連續逆流之氣提(Stripping)裝置,以空氣來移除水 溶液中的氨(NH3)。系統中空氣的莫耳流率為 V,氨水溶液之莫耳流率為 L,且 NH3在 氣/液相間的平衡關係可利用 y = 0.8 x 來表示,請問此一操作中,若欲達 95%之移除率

,則空氣對水溶液之最小流率比

⎥⎦min

⎢⎣ ⎤

L

V 為何?此時所需之理想板數為何?(5 分)

【表1】

N =

⎥⎥

⎢⎢

⎥⎦

⎢ ⎤

*

*

*

*

ln ln

b a

b a

b b

a a

x x

x x

x x

x x

(4)

單元操作、輸送現象 第 4 頁,共 4 頁

(二)承第(一)小題。若空氣的流率(V)是氨水流率(L)的 1.5 倍,整個裝置有 8 個板,總板效 率為75%。請利用 Kremser 方程式計算此一條件下 NH3的移除率。(8 分)

(三)承第(二)小題。若將空氣的流率(V)增加,而其他條件不變,則 NH3的移除率會如何變 化?請說明為什麼。(2 分)

六、流體A 與 B 均為單相,在一個 Single-pass double pipe heat exchanger 做同向流 (Cocurrent flow)熱交換。

流體A:質量流率 = 1.0 kg/s,比熱 = 1500 J/kg · K,進口溫度 T = 375 K 流體B:質量流率 = 0.3 kg/s,比熱 = 2500 J/kg · K,進口溫度 T = 280 K

已知總熱傳係數(Overall heat transfer coefficient)為 225 W/㎡ · K,換熱面積為 5 ㎡。

(一)求本熱交換器的熱傳單位數 NTU(Number of heat transfer unit)的值是多少?(3 分)

(二)導出本熱交換器的熱交換效率ε(Effectiveness),並求出其值。(8 分)

(三)求本熱交換器的熱傳率(Heat transfer rate),流體 A、B 的出口溫度及對數平均溫差。(5分)

(四)如使用相同的熱交換器,流體的進口溫度也相同,但流向改為逆向流(Countercurrent)

,請問NTU(逆向流)將會大於、等於或小於 NTU(同向流),為什麼?(2 分)

(五) ε(同向流)將會大於、等於或小於ε(逆向流),為什麼?(2 分)

數據

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參考文獻

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