化學工程 101 年化工機械概要考古題

流體在圓管中流動，有所謂的層流（laminar flow）與擾流（turbulent flow）發生， 請說明以上兩者的物理現象，又通常以何種無因次群（dimensionless group）為指標 來判別層流或擾流？請詳細說明。（15 分）

請簡述使用多效蒸發器（multi-effect evaporator）的優點。（5 分） 請說明氣、液兩相填充塔（packed tower）用途為何？試舉出三種。（5 分） 當流體流經一管路上時，皆會有摩擦損失，請列舉出七大類元件。（5 分）

請比較孔口流量計（orifice meter）與文氏流量計（Venturi meter）的優缺點。（10 分）

請簡述量測體積流速的三種不同工具及其基本原理。（10 分）

請問熱傳導（heat conduction）時，熱的傳送速率（heat transfer rate）與溫度差和距 離的關係如何？又固體、液體和氣體，它們的熱傳導係數（thermal conductivity）由 大到小排序如何？（10 分）

請描繪並說明使用皮托管（pitot tube）測量管內流體流速之原理。（15 分）

請說明蒸發（evaporation）操作與蒸餾（distillation）操作在原理上有何不同？（15 分）

一精餾塔用以分離12000 kg/hr 之苯與甲苯二成分混合物，其中苯占50%，若塔頂 餾出物中含苯90%，塔底餾餘物中含甲苯92%，自塔頂入冷凝器之蒸氣量為每小時 8000 kg，則其回流比R 為多少？（20 分）

請說明下列化工機械的功能與應用原理： 涼水塔（cooling tower）。（5 分） 旋風分離機（cyclone separator）。（5 分） 六、有一輸送熱媒的管子，其外直徑為0.2 m，在管外舖上厚0.05 m 的熱絕緣材料 （熱傳導係數為0.08 W/(mK)）。若熱絕緣材料表面的溫度為35℃，每1 m 管子 的熱散失量為35.0 W/m，請計算熱媒管與熱絕緣材料之間的溫度為多少℃？ （ln( ）（20 分） 七、有一精餾塔用來分離醋酸和水。精餾塔的進料速率為2000 kg/s，進料組成為含醋酸 15%，其餘皆為水。若塔頂產品的出料速率為200 kg/s，含有60%的醋酸。請問塔 底產品的出料速率為多少kg/s？又含有多少%的醋酸？（20 分）

雙套管式熱交換器，內部通水其水流量=6000 kg/hr，外管通蒸氣，蒸氣冷凝於內管 之外壁上，保持外壁溫度為100℃，內管水進口溫度為20℃，預計內管水出口溫度 要達到70℃。已知總包熱傳係數為U=350 W/m2K。請計算熱交換器所需之面積。 （水比熱容Cp=4.185 kJ/kg K；水密度=1000 kg/m3）（20 分） 六、何謂淨正吸頭（net positive suction head，NPSH）？有何重要性？（10 分） 有一系統在1 大氣壓下將水從A 槽輸送至B 槽（如下圖），假設在吸入端的摩擦 損耗（friction loss）是1.5 m 水柱，且水的蒸氣壓為40 mm 汞柱，請問NPSH 為 多少公尺水柱？（10 分） 2m 1大氣壓 10m A B 2m 1大氣壓 10m A B 1 大氣壓 2 m 10 m A B