化學工程 97 年輸送現象與單元操作考古題

有一體積（Vo）為1 m3的理想攪拌槽，槽內的濃度隨時皆能保持均勻。初始時 （t = 0），攪拌槽內充滿鹽（NaCl）的水溶液，其濃度（Co）為1 kg/m3。開始計時 後，純水以0.01 m3/s的體積流率穩定地流入該攪拌槽，同時鹽溶液以0.02 m3/s的流 率自槽底流出。（20 分） 推導溶液中鹽的濃度（C）與初始濃度（Co）、時間（t）及攪拌槽體積（Vo）之 間的關係式。 鹽的濃度自初始值降至0.05 kg/m3需花多長的時間？

有一很薄的矽晶片與厚度為1 cm的鋁基材以厚度為0.01 mm的樹酯接合，接合後的矽 晶片與鋁基材的側邊皆為絕熱，只有矽晶片的上方與鋁基材的下方可與溫度20℃的流 動空氣相鄰，以進行散熱，其對流熱傳係數為80 W/m2·K。矽晶片與鋁基材暴露在空 氣中的表面為邊長1 cm的正方形，若矽晶片在運轉時會產生熱12000 W/m2，則在該 情況下矽晶片的溫度為若干？已知鋁基材在350 K下之熱傳導係數為230 W/m·K，樹 酯之熱傳阻力為5 x 10-5 m2·K/W。（20 分）

氫氣在4 atm下在一內直徑為5 cm、管壁厚度為0.5 mm的圓管內流動，管子的外表 面則暴露在氫氣分壓為0.1 atm的氣流中；氫氣在管壁材料中的質量擴散係數與溶解 度分別為1.8 x 10-11 m2/s與160 kmol/m3·atm。若系統處在500 K的溫度，計算每單位 管子長度中氫氣穿透管壁的質量傳送速率。（20 分）

有一潮溼的空氣在310 K下量得濕球溫度（wet-bulb temperature）為300 K，該系統 之總壓為105 kN/m2。已知水在300 K下的蒸發潛熱（latent heat）與蒸氣壓分別為 2440 kJ/kg與3.60 kN/m2，而在310 K下水的蒸氣壓為6.33 kN/m2。若熱傳係數比上 質傳係數與氣體密度的乘積所獲得之數值為1.0，回答下列問題：（20 分） 何謂濕球溫度？ 空氣的溼度（humidity）為何？ 空氣的百分相對溼度（percentage relative humidity）為何？

簡要回答下列問題：（20 分） 繪出牛頓流體（Newtonian fluid）在管道內流動之泛寧摩擦因子（Fanning friction factor）與雷諾數（Reynolds number）的關係圖，並簡要說明。 層板式蒸餾塔（plate distillation column）常會安裝多層的蒸餾板（或稱為拖盤 （tray）），試說明蒸餾板的種類與其特性。 說明流體流過一填充床（packed bed）時，填充床之相當直徑與雷諾數（Reynolds number）和操作變數之間的關係。