化學工程 113 年輸送現象與單元操作考古題

回答下列問題：（每小題4 分，共20 分） 請以剪切應力（rz）為縱坐標，剪切速率（dvz/dr）為橫坐標，畫出 下列各流體之圖形： ⑴膨脹性流體（Dilatant fluid）；⑵賓漢流體（Bingham fluid）。 請寫出無因次群Nusselt number 之數學式與物理意義。 如何從實驗中得到填充吸收塔之負載點（Loading point）和溢流點 （Flooding point）？ 請說明共沸蒸餾（Azeotropic distillation）之意涵。 請計算利用下列分離程序，分離純化二成份混合物時之自由度（degree of freedom）： ⑴液-液萃取（Liquid-liquid extraction）；⑵氣體吸收（Gas absorption）。

牛頓流體（Newtonian fluid）以穩態且層流（Laminar flow）流經一長為 L、寬為W、厚為2B 之水平雙平板，如下圖所示，若其產生之壓力差為 P1-P2，求其剪切力分布（Shear stress profile）yz(y)與速度分布（Velocity distribution）vz(y)各為何？（20 分） 流體 z 2B y V2 V1 , 

密度為0.873 g/cm3 的苯以2.4×10-3m3/s 之流率，由泵（Pump）自低於泵 2.8 m 處之暴露於大氣之儲槽，泵經內徑為0.045 m 之鋼管，提升至高於 泵6.2 m 之320500 Pa 表壓力之密閉容器中，設吸入管線之摩擦勢能為 15.5 J/kg，而輸出管線之摩擦勢能為35.5 J/kg，泵效率η=80%，試求： 泵之制動馬力。（8 分） 泵所提升之壓力。（6 分） 若苯蒸氣壓為129 mmHg，淨正吸入高差（NPSH）為多少公尺(m)？ （6 分）

某一熱油其比熱為2.305 kJ/kg．K，以2500 kg/h 之流率流入雙套管 （Double pipe）熱交換器，其流入和流出的溫度分別為380 K 和340 K； 用來冷卻之水其比熱為4.187 kJ/kg．K，以2000 kg/h 之流率流入交換器， 且流入之溫度為278 K，若總熱傳送係數為480 W/m2．K，計算： 水出口溫度。（4 分） 若為逆流時之熱傳送面積。（8 分） 若為順流時之熱傳送面積。（8 分）

計算下列分子擴散問題： O2和N2氣體混合物含在管中，條件為300 K 與1 atm，長1.5 m 管子的 一端點1，O2分壓為0.7 atm，另一端點2，O2分壓為0.2 atm。若O2與 N2進行等莫耳逆流擴散，計算穩定狀態下O2之通量為何？假定O2-N2混 合物之擴散係數（Diffusivity）為0.585104 m2/s。（10 分） 一萘球半徑10 mm，在318 K 和1 atm 之靜止空氣中行質量傳送，萘 球在318 K 之蒸氣壓為0.555 mmHg，萘在空氣318 K 下之擴散係數 為6.92106 m2/s，計算萘之蒸發速率為何？（10 分）