108年公務人員高等考試三級考試試題 類科：化學工程

108年公務人員高等考試三級考試試題

類 科：化學工程

科 目：輸送現象與單元操作

考試時間：2 小時 座號：

※注意： 可以使用電子計算器。

不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。

本科目得以本國文字或英文作答。

代號：27220 頁次：2－1

一、問答題：（每小題 8 分，共 16 分）

 試 詳 述 質 量 傳 送 中 的 薄 膜 質 傳 理 論 （film theory ） 與 滲 透 理 論

（penetration theory）。

試詳述蒸發器容量（evaporator capacity）與蒸發器經濟性（evaporator economy）的意義及其分別提升的方法。

二、利用一離心泵（centrifugal pump）以 3 ft³/min 流率，從一開口的儲槽輸 送 180℉的水（水蒸氣壓為 7.51psi，黏度 2.25×10^-4 lb/ft-s，密度 60.6 lb/ft³）。 水槽出口位於泵的上方5 ft 處。泵吸入管線為內直徑 4 in 的不鏽鋼管，長 度為 8 ft。若摩擦因子可依 f = 0.0791Re^-0.25計算，當水槽中水位維持在其 出口上方 2 ft 時，試計算此泵系統有效的淨正吸水頭（available NPSH）。

註：1 psi = 27.68 in 水柱。（20 分）

三、利用逆流式套管熱交換器（countercurrent double-pipe heat exchanger），

以 220°F 凝結水蒸汽（condensing steam）將空氣自 80°F 加熱至 180°F。

假設主要熱傳阻力控制在空氣熱對流部分。已知空氣熱對流的熱傳係數

（h）經驗式為

Nu

Nu

mol%A

=50

x = x =10mol%A

，式中 為納瑟數（Nusselt number）、 Re 為雷諾數（Reynolds number）、Pr 為普蘭多數（Prandtl number）。若 改用 250°F 凝結水蒸汽加熱空氣自 80°F 加熱至 180°F，試問所能加熱空 氣的質量流率為原加熱空氣質量流率的多少倍？（20 分）

四、有一層板塔（plate column）用於連續蒸餾含 A（較易揮發組分）和 B 的二 元液體混合物。A 和 B 在整個組成範圍內形成理想溶液（ideal solution）。

相對揮發率（relative volatility）

α

F

mol%A

D 90 B

（每小題 10 分，共 20 分）

試以解析法計算最少理論塔板的數量。

試以解析法計算最小回流比（L / D）。

代號：27220 頁次：2－2

C k R = −

五、二氧化碳（A）可被氫氧化鈉水溶液（B）吸收，並進行一階不可逆反應，

A + B → AB，其單位體積反應速率為 。由於反應生成物濃度 很低，可假設為擬二元（pseudobinary）系統。已知二氧化碳在水溶液界 面的平衡濃度為C ，由於溶解度低，在溶解液膜（

A 1 A

Ao δ ）外，二氧化碳的

濃度為C 。若氣液接觸面積為 S，試計算二氧化碳在氫氧化鈉水溶液 中的吸收速率。（24 分） ^δ

A