1.單元操作 2.輸送現象 第 1 頁，共 3 頁
經濟部所屬事業機構 110 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 3 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。須用黑色或藍色原子筆或鋼筆在 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、40 psia 之飽和蒸汽，溫度 268 ℉，潛熱(λ) = 933.2 Btu/lb，以流速 5 ft/s 流經內徑(I.D.) 2.067 吋、外徑(O.D.) 2.375 吋之鋼管(k = 26 Btu/h∙ft∙℉ )，其管內流動之薄膜傳熱係數為 1000 Btu/h∙ft2∙℉。管外空氣溫度為 80 ℉，薄膜傳熱係數為 5 Btu/h∙ft2∙℉。試求每 10 ft 管 長每小時凝結之水量為多少？（10 分）
二、欲設計逆流式活性碳吸附塔，將水中管制物質 P 之濃度自 100 ppm 降至 10 ppm。在入口活 性碳中不含 P，且平衡關係式可表示為 y = 0.05 x，y、x 分別代表 P 在水溶液及活性碳中 之質量分率，請回答下列問題：（3 題，每題 10 分，共 30 分）
(一)若入口活性碳質量流率為最小流率的 2 倍，則出口活性碳中 P 之濃度為多少？
(二)若水相及活性碳相之傳送單位高度(height of transfer unit)分別為 0.5 m 及 0.2 m，則基於 水相定義之總傳送單位高度為多少？
(三)在上述條件下，塔高為多少？
三、請簡述下列問題：（共 2 題，共 10 分）
(一)請解釋何謂全冷凝器及部分冷凝器？（4 分）
(二)假設有一座丙烯蒸餾塔，參考下表附屬設備 E-1451 再沸器與 E-1452A/B/C 塔頂冷凝器 之設計資料，請判斷塔頂三座冷凝器為全冷凝器或部分冷凝器，並解釋之。（6 分）
【請翻頁繼續作答】
1.單元操作 2.輸送現象 第 2 頁，共 3 頁 四、NPSH (Net Positive Suction Head)可判斷是否會產生空蝕泵現象之方式，若低溫工場
D-1502(丙烯冷媒壓縮機二級進口分液罐)與 D-1507(液態丙烯積液槽)之間需新增一座泵，
已知流體的物性與操作條件如【圖 1】：丙烯密度 36.4 (lbm) ft⁄ 、丙烯蒸氣壓與 D-15023 之操作壓力皆為 19.1 psig，D-1507 之操作壓力為 5.83 psig，請計算並回答下列問題(請以 ft 計算至小數點後第 2 位，以下四捨五入)：（2 題，每題 10 分，共 20 分）
【圖 1】
(一)若工程師希望將 NPSH 計算值控制在 5 m，且 D-1502 最低液位需控制在 3 m，泵吸入 端管嘴高於地面約 1.0 m，且泵吸入端之管線與閥件的摩擦損耗為 2.0 (lbf∙ft) lbm⁄ ，請 計算出 D-1502 之水泥基座高度為多少？
(二)新增泵出口管線與閥件之摩擦損耗為 8.0 (lbf∙ft) lbm⁄ ，泵出口管嘴至 D-1507 之高度差 為 30 m，請計算泵的總揚程(Total Head)。
五、石化工業控制系統中最常見之控制閥為最終控制元件，請回答下列問題：（共 3題，共 15分）
(一)請描繪控制閥的流量與開度之特徵曲線，並針對等百分比閥(EQ %)、線性閥(Linear)及 速啟閥(On-off)予以標示，另請簡要說明為何速啟閥(On-off)在低開度下 30 %時，流量 會接近 60 ~ 70 %之開度(請於繪圖結果標示並簡要說明)。（3 分）
(二)裂解工場稀釋蒸汽系統中有一中壓蒸汽控制閥為等百分比閥(EQ %)，從設計資料得知 控制閥上游來源為中壓過熱蒸汽(Medium Steam, MS)，其入口壓力為 18 kg cm⁄ 2∙g、310 ℃，
此控制閥全開下最大流量可達95 ton hr⁄ ，正常操作量為 74 ton hr⁄ ，希望經過此控制閥 減壓 1.0 kg cm⁄ 2∙g，控制閥下游端壓力為 17 kg cm⁄ 2∙g、295 ℃供給下游之換熱器作熱交 換使用，但值班工程師發現此控制閥開度經常維持在 35 %下之低開度，現場控制閥下 游端之溫度顯示 270 ℃，又得知當等百分比閥(EQ %)在 20 ~ 80 %開度流量會接近線性 閥(Linear)，請簡要說明此控制閥會產生何種現象？應如何解決？（3 分）
1.單元操作 2.輸送現象 第 3 頁，共 3 頁 (三)供水工場冷卻水上游壓力為 5 kg cm⁄ 2∙g，希望經過此控制閥減壓 1.0 kg cm⁄ 2∙g供給下游
端蒸餾塔冷卻器使用，已知冷卻水流量為 1712 ton hr⁄ ，水的比重為 1.0。（共 9 分）
(1)假設控制閥開度在全開下，請問此控制閥的Cv值為多少？並 請 查 閱 下 表 M 品 牌 型 錄 ， 對 照 出 適 合 的 閥 體 尺 吋 ( 已 知 控 制 閥 的 設 計 方 程 式 為 Q̇=Cv∙f(x)�∆Pρ， stem position, x 為閥開度f(x)，Q̇為冷卻水流量，ρ為流體比重，∆P為控制閥上下游 端的差壓)。（7 分）
(2)假設有一管線為 16 吋，但已採購之控制閥尺吋比該管線尺吋小時，配管人員應如 何解決(假設流速在可允許的狀態，且控制閥已經採購不可更換)？（2 分）
六、有一逆流式 1-1 殼管式換熱器在管側的質量流率為 8 kg sec⁄ ，從 25 ℃將水加熱至 40 ℃，
熱水在殼側的質量流率為 4 kg sec⁄ ，入口溫度為 90 ℃，總包熱傳係數基於內管基準的 Ui = 1500 W m⁄ 2∙k，假 設溫 度修正係 數FT = 0.8，管子之內徑為 2 cm，此換熱器為 單 程(one pass)，水之平均流速限制為 1.0 m sec⁄ 以下；允許之管長限制為 5.0 m，假設水之 熱容量及密度均視為常數。請回答下列問題(計算至小數點後第 3 位，以下四捨五入)：
（共 2 題，共 15 分）
(一)求管長及每程有幾根管子(請先確認溫度修正係數是否需考慮再行作答)？（10 分）
(二)請使用泛寧壓降公式(Fanning Equation，∆P = 4fF L D
ρ〈u〉2
2gc )，計算出換熱器管側壓降(層流 Re < 2100，fF = 16 Re⁄ ；亂流 Re > 4000，fF = 0.046Re-0.2)。（5 分）
