化學工程 110 年化工機械概要考古題

針對填充吸收塔，請回答以下問題：（每小題5 分，共30 分） 畫圖說明其結構。 何謂雙膜理論？ 何謂負載點？ 何謂泛溢點？ 何謂比表面積？ 若氣體含二氧化硫，為降低污染，工業上常用吸收劑有那些？

請解釋下列有關泵的原理： 試述離心泵的工作原理。（6 分） 試述往復泵的工作原理。（6 分） 比較離心泵與往復泵的優缺點。（8 分）

有一壓力容器儲存密度為0.85 g/cm3 的液體，利用壓力感測器測得底部壓 力為15 psig，而液體頂部壓力為5 psig。 請問其液位為何？（5 分） 在平衡狀態若液位維持不變，利用幫浦將槽內液體送至蒸餾塔作為進料 （流量為2.12 m3/min），塔進料口離地25 公尺，而塔高50 公尺，塔壓 為25 psig，求幫浦最小功率（10 分）與出口壓力（10 分）？ 1 atm（標準大氣壓）＝14.7 psi（磅／平方吋）＝1.0336 kg/cm2（仟克／平方 公分）＝1.013×105 Pa（牛頓／平方米）。1 J = 1（N．m）= 1（kg．m2/s2）； 1 W = 1 J/s

在操作精餾塔的過程中，擬將自塔中間進料（含水及酒精）分離。 回流比加大對塔頂及塔底產物中酒精濃度的影響。（5 分） 回流比加大對冷凝器及再沸器負荷的影響。（5 分） 可否將其中酒精濃縮為98%（重量百分比）？若不行，應如何得到這 個濃縮酒精？（8 分）

有一股鹽溶液2300 kg 含48%之MgSO4（分子量：120 克／莫耳），今溶 液由54℃冷卻至20℃（無水氣蒸發）使硫酸鎂結晶MgSO4．7H2O 移除， 若溶解度是35.5 kg MgSO4/100 kg 水，已知原料比熱為2.9 kJ/(kg-K)，假 設MgSO4．7H2O 溶解熱為-13300 kJ/kgmole，請回答以下問題： （每小題10 分，共20 分） 請計算晶體產量。 求總吸收熱量。

流體流量的調節常需用控制閥來調整，控制閥的特性分為線性閥（linear） 及等百分比閥（equal percentage），請論述這兩種閥的特性與使用時機。 （12 分）

有一股冷流體溫度為40℃需要被加熱，另有一股熱流體溫度為230℃需要 被冷卻，為了簡化計算，兩流體的比熱均假設為1 kJ/（kg-℃），而熱流體 與冷流體之流率分別為1 kg/s 與2 kg/s，水的比熱假設為4.2 kJ/（kg-℃）。 若二股流體在雙套管熱交換器採用逆流式接觸做熱交換，操作時控制熱 流體出口溫度比冷流體入口溫度高10℃，則冷流體出口溫度為何？（5 分） 承上題，若冷流體需再用蒸汽加熱至230℃，而熱流體需再用冷卻水 冷卻至40℃，則蒸汽（10 分）與冷卻水（10 分）用量分別為多少？ 相關資訊：⑴假設工業用冷卻水之水溫使用由30℃上升至40℃；⑵使用 之蒸汽為250℃飽和蒸汽，其飽和液體水之熱焓為1085.36（kJ/kg）而飽 和蒸汽之熱焓為2801.5（kJ/kg）。

有一連續式的單效蒸發器，在將4,000 kg/h 於60°C 20%的NaOH（其值 焓為200 kJ/kg）中的部分水移除，使濃度增至50%。50%的NaOH 沸點 為90°C，且焓值為500 kJ/kg。移除的蒸氣焓值為2,600 kJ/kg，而熱交換 器的總熱傳係數為1,500 W/m2‧K。熱交換器使用的飽和蒸氣溫度為 110oC，且潛熱為2,200 kJ/kg。 計算飽和蒸氣的使用量（kg/h）。（12 分） 計算每kg 飽和蒸氣可移除蒸氣量（kg）。（5 分） 計算此蒸發器的熱傳面積（m2）。（10 分）

請回答下列問題與計算： 以萃取法分離物質的依據為何？寫出液液萃取的分配係數與溶劑所 需具備的條件。（10 分） 若茶多酚對水與乙酸乙酯的分配係數在25℃時為0.8，則含10 克茶多 酚的水溶液100 mL，若以100 mL 乙酸乙酯萃取一次，可得到多少茶 多酚？若將100 mL 乙酸乙酯分2 次來萃取（每次50 mL），可得到多 少茶多酚？（10 分）

多孔固體在批次乾燥器中，進行乾燥除水。假設乾燥過程包括二個階段 （恆速期及減速期）。 說明臨界含水量的定義。（5 分） 寫出在減速期所需時間與多孔固體水份含量的關係式。（8 分） 已知乾固體為100 kg，並且其表面積為5.0 m2。恆速期的乾燥速率為 1.5 kg 水/h‧m2，而臨界含水量為0.15 kg 水/kg 乾固體。在減速期（falling- rate period）的乾燥速率是正比於水份含量。若使水份（0.3 kg 水/kg 乾 固體）降至水份（0.01 kg 水/kg 乾固體），計算此乾燥過程所需的時間。 （10 分）