108年公務人員高等考試三級考試試題 類科:化學工程

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108年公務人員高等考試三級考試試題

科:化學工程

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

=0.023Re0.8Pr0.4

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

是常數,且等於2.0。設計條件如下:進 料條件為飽和液體;進料組成,x ;進料速率(feed rate)為 100 lb mol/h;餾出物組成 ;底部組成 。

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)。

(2)

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

數據

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參考文獻

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