化學工程 96 年輸送現象與單元操作考古題

試解釋或定義下列名詞：（每小題5 分，共20 分） ㈠定義：流體流過一球表面（直徑為D）之拖曳係數（Drag coefficient） ㈡賓漢塑膠流體（Bingham-plastic fluid） ㈢馬夫力板效率（Murphree plate efficiency） ㈣最小回流比（Minimum reflux ratio, Rm）

現有一套管式熱交換系統，內鋼管直徑為25 mm，外鋼管直徑為35 mm。甲醇於套 管之內管內流動；而水則於環管的空隙間流動以冷卻內管之甲醇。試求基於外管面 積之總熱傳係數為若干W/m2·K？（20 分） 注意：㈠水與甲醇之熱傳薄膜係數分別為1500 W/m2·K 與900 W/m2·K ㈡水與甲醇之積垢因數（fouling factor）分別為2500 W/m2·K 與5000 W/m2·K ㈢鋼管之熱傳導係數為55 W/m·K

有一直徑為3 m、水位為1.5 m 之開放水槽。現欲以內徑為2 cm、長為480 cm 之 圓管，以虹吸方式將水流至槽外地上。 ㈠若忽略管中之摩擦損失，估算出口處水之初始流速為若干m/s？ （5 分） ㈡若考慮管中之摩擦損失，估算出口處水之初始流速為若干m/s？（15 分） 注意：㈠25℃時水之密度為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）

兩片長與寬非常大的平行板（在x－z 平面上），中間夾有一流體，且板間距離為 0.5 cm。若對上層板施予一固定力，使上層板維持以比下層板快30 cm/s 之等速度 往x 方向移動。試由殼均衡（shell balance）開始推導，求出於穩定狀態（steady state）時之剪切應力（τyx，shear stress）為若干N/m2 ？（20 分） 注意：中間所夾流體為乙醇，273 K 時之黏度為1.77 cp。

一槽中裝有深度為 δ 之液體B 吸收介質（槽底部之位置可視為z = δ）。槽上方混 合氣體中之A 成分可溶於B 液體中，且與B 在液相中進行不可逆之化學反應： A + B→AB，其反應速率式可表示為－RA = k CA。設液相中成分A 之濃度極稀薄， 試推導出穩定狀態時成分A 於槽中之濃度分布表示式。（20 分） 注意：㈠設已知成分A 於液體表面（z = 0）之濃度為CA0。 ㈡DAB 為A 成分於B 液體介質中之擴散係數。