化學工程 115 年化工機械概要考古題

請詳述下列問題：（每小題5 分，共20 分） ㈠說明離心泵啟動前為何要灌泵？ ㈡說明造成壓力容器失效有那些狀況？舉例三種。 ㈢管式換熱器有那些優點？ ㈣列舉三種於管道設置閥門的目的。

一根直徑為1.5 inch、長度為12 feet 之Schedule 40 標準鋼管，用於外表 面蒸氣冷凝加熱，而水流經管內。已知管內側與管外側之對流熱傳係數 分別為400 及1800 BTU/hr-ft²-°F。水在入口截面處之總溫差為200°F， 在出口截面處之總溫差為90°F。已知鋼管內徑與外徑分別為1.610 inch 及1.90 inch，管壁熱傳導係數為25 BTU/hr-ft-°F，請估算水每小時所吸 收之熱量（BTU/hr）。（25 分）

利用填充塔以逆流水洗方式，將空氣中的氨含量由8 mol%降低至1.5 mol%。 若待處理空氣流量為

1.5 10 mol/min ，填充塔直徑為1.2 m，且塔內質傳 速率為 3 * 3 4.0 10 mol/min-m y y （ ） ，其中y 與 *y 分別代表氣相中氨的莫 耳分率及其平衡莫耳分率。已知此填充塔之NTU 為2.10。 ㈠此填充塔的HTU 為多少？（14 分） ㈡寫出NTU 的英文全名，及數學表達式。（8 分） ㈢設計此填充塔所需之塔高為多少？（8 分） 四、一台效率為75%的離心泵，用於在30℃下將煤油（kerosene）（密度 = 3 783 kg/m ，黏度 3 1.64 10 Pa s ）由一個槽輸送至另一個槽，如圖所 示。若鋼製管路總長度為100 m，管徑為5 cm，且驅動該泵所需功率為 50 kW。假設系統操作於穩定流動狀態下，求煤油之體積流率( 3 m / min )。 已知入口、出口及彎管（elbow）之壓力頭分別為0.58、1.0 及0.75，假 設有5 個彎管，而鋼管粗糙度約0.045 mm且管路摩擦因子可由Moody Diagram 查得。（25 分） Reynolds Number, ρVd Re = μ Moody Diagram Smooth Pipe Friction Factor 2 = 2d P ρV l △ Complete Turbulence Laminar Flow Transition Region 64 Re Relative Pipe Roughness Friction Factor 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.015 0.05 0.03 0.04 0.02 0.015 0.01 0.005 0.002 0.001 6 5 10 4 5 10 4 2 10 4 10

5 10 5 10

10 103 104 105 106 107 108 in 0.01