化學工程 94 年輸送現象與單元操作考古題

試解釋下列名詞：（每小題5 分，共20 分） ㈠史托克定律（Stokes’s law） ㈡臨界雷諾數（Critical Reynolds number） ㈢菲克定律（Fick’s first law） ㈣蜜歐數（Biot number）

某三效蒸發器，其進料方式為前向進料（forward feeding）。假設第一效之進料溫度為沸 點，蒸氣溫度為110℃。又知各效之熱傳係數分別為U1=100 W/m2．K、U2=80 W/m2．K、 U3=40 W/m2．K；各效之熱傳面積皆相同；且第一效出口液體之溫度為96℃。試算第三 效出口之溫度為幾℃？（20 分）

欲以內徑為10 cm、長度為425 m 之鋼管，將地面上開放大水槽中之水（槽內徑為2 m，水溫度為20℃），藉由泵（pump）以1 m3/min 之流速輸送至25 m 高之開放儲 槽中（內徑為2 m）。設管線中配有二個球閥、三個肘管、一個普通進口與一個出 口，且泵之效率為70%。試求所需泵之功率為若干kW？（20 分） 注意：㈠水之密度為1000 kg/m3，黏度為1×10-3 N．s/m2 ㈡泛寧摩擦係數（Fanning’s friction factor）：層流：f = 16/Re 紊流：f = 0.046 Re -0.2 其中Re 為雷諾數（Reynolds number） ㈢摩擦損失係數（friction loss）：球閥：Kf = 10 肘管：Kf = 0.75 膨脹損失係數：Ke = (1-A1/A2)2 收縮損失係數：Kc = 0.55(1-A2/A1)

某一發熱球體，其半徑為R；球體內每單位時間，單位體積之發熱量為S J/m3．s； 且球體之表面溫度固定在TR K。試由殼均衡（shell balance）開始，導出於穩定狀態 （steady state）時發熱球體內之溫度分佈T (r)。設熱傳導係數為k。（20 分）

有一細長圓管之蒸發裝置（內管半徑為R）。管內裝有A 之液體，管上方則通以B 氣體，以帶走A 之蒸氣。設B 氣體不溶於A 液體中，且A、B 間無反應發生。試 求於恆溫恆壓下，A 液體於穩定狀態時之蒸發速率。（20 分） 注意：㈠設蒸發速率緩慢，液面高度之變化可忽略。 ㈡壓力為P atm，溫度為TK；DAB 為A 蒸氣於B 氣體中之擴散係數。 ㈢於液面（z1）與管口（z2）處之A 氣體莫耳分率分別為xA1 與xA2。