化工機械概要考古題｜歷屆國考試題彙整

在750 mmHg 大氣壓力下，測得氣體錶壓為9.8 psig，則氣體的絕對壓 力為若干atm？（10 分） 試述帕斯卡（Pascal）原理與連通管原理，並各舉一日常應用實例。（10 分）

有一堰塞湖水深25 公尺，若底部出現5 公分×10 公分裂痕，水的密度為 998 kg/m3，若大氣壓力為1 atm，試問：（每小題10 分，共20 分） 湖底水壓有多少psi？ 若要將裂痕滲水處堵住，需多大牛頓力？ （1 atm=760 mmHg=14.7 psi=1.013×105 Pa=1.013×105 N/m2）

何謂對數平均溫差？其使用目的為何？（5 分） 一逆流式雙套管熱交換器，使用20 kg/min 的水（比熱為1.0 kcal/kg ‧ ℃， 溫度由22℃上升到66℃）冷卻35 kg/min 的熱油（120℃，比熱為 0.48 kcal/kg ‧ ℃）。試求熱油的出口溫度為何？對數平均溫差為何？若 整體加熱面積為4.2 m2，求此加熱器的總包熱傳係數。（15 分）

0.6 莫耳分率乙醇與0.4 莫耳分率水的溶液，以每分鐘800 莫耳流入蒸餾 塔，若塔底產物是每分鐘200 莫耳的0.1 莫耳分率乙醇，其餘為水，試 求：（每小題10 分，共20 分） 塔頂產品每分鐘流量為何？與乙醇的莫耳分率為何？ 若回流比是0.6，則進入冷凝器的塔頂蒸氣每分鐘流量為何？

請回答下列問題：（每小題10 分，共20 分） 請詳述牛頓黏度定律為何？ 一流體流入兩平行的平板中，當上板固定不動，下板施力使其以每秒 5 公分的速度移動，若兩板距離為15 公分，試求其速度梯度。

何謂邁耶理論？冷卻結晶時，要如何操作才可獲得細小顆粒晶體？ （10 分） 結晶器中有50℃飽和NaHCO3 水溶液230 kg，假設50℃ NaHCO3 的 溶解度為15 g NaHCO3/100 g H2O，在20℃時為8 g NaHCO3/100 g H2O， 當溫度由50℃降低至20℃時，可析出多少公斤的NaHCO3晶體？（10 分）

乙醇發酵水溶液為何無法以一般蒸餾方法得到無水乙醇（即100%乙醇）？ 需如何解決？（5 分） 一蒸餾塔，每分鐘600 莫耳的進料組成為0.6 莫耳分率乙醇及0.4 莫 耳分率水。若塔底產物流量每分鐘120 莫耳含0.1 莫耳分率乙醇，其 餘為水。則塔頂產物每分鐘流量為何？乙醇的莫耳分率為何？若塔頂 回流率為每分鐘240 莫耳，回流比是多少？（15 分）

請回答下列問題： 何謂超臨界流體？（5 分）與其物理特性？（5 分） 超臨界萃取最常使用何種溶劑？有何優缺點？（10 分）

請回答下列問題：（每小題10 分，共20 分） 請畫出一般多孔物質的乾燥曲線與含水率隨乾燥時間之變化圖。 一盤濕黏土重36.0 kg 置於密閉乾燥箱中，以90℃、相對溼度10%的 熱空氣乾燥，經10 小時達32.0 kg，將溫度升至120℃，經3 小時加 熱至含水量0 的30.0 kg 恆重，試求此黏土的自由含水率。

請說明溶劑萃取與洗滌之區別？（5 分） 有一未飽和空氣，溫度為120℉，百分比濕度為30％。請從濕度圖中 找出此空氣的濕度（3 分）、露點溫度（3 分）、絕熱飽和濕度（3 分）、 絕熱飽和溫度（3 分）、濕氣比熱（3 分）。

欲撲滅150 公尺高大樓的火災，則地面上的消防栓最低壓力需多少大 氣壓力？（10 分） 當體溫為102℉，相當於攝氏幾度，請問是否發燒了？（5 分）

以每小時4000 公斤的蒸汽（385 K，2230 kJ/kg 潛熱）加熱9200 kg/h 的 1%鹽水至3%濃度，蒸發器內溫度373K 且總括熱傳係數為1600W/m2·K， 試求每小時3%濃縮鹽水產量與所需傳熱面積。（20 分）

請詳述乾球溫度與濕球溫度的區別。（10 分） 何謂露點與絕熱冷卻溫度？（10 分） 試詳述除濕機應用原理。（10 分）

何謂萃取？（5 分）若35℃醋酸在異丙醚的溶解度為0.4 mol/100 mL、 在水溶解度為1.6mol/100 mL，此時分配係數為何？（5 分）現有一1000mL 水溶液內含醋酸0.8 mol，若分別以600 mL 異丙醚連續萃取2 次，則水 溶液中還有多少mol 醋酸？（5 分）

水以每秒6×10-3 立方公尺體積流率進入邊長10 公分正三角形截面的水 管中流動，水的密度為1000 kg/m3，黏度為1.2×10-3 kg/m·s。試求： （每小題10 分，共20 分） 相當管徑為何？ 流體流動的雷諾數為何？

膜分離技術常用於液液分離，針對薄膜分離技術之應用，請回答下列問題： 說明薄膜分離的種類及與其相應之基本原理為何？（10 分） 說明影響薄膜分離的因素有那些？（5 分） 說明膜分離製程的操作模式有那些？（5 分）

水（密度998 kg/m3，黏度1.3 cp）以5 m/s的速度流經內管5 cm，外管12 cm 的雙套管環形空間，試求其：水力半徑；（5分）相當管徑；（5分） 雷諾數為何？（5分）並判斷為層流或亂流。（5分）

關於結晶，請回答下列問題： 何謂結晶？（5 分） 說明工業上使用的結晶法。（5 分） 畫圖說明適用之連續式結晶器。（10 分）

何謂結晶？（5分）並解釋赫夷法則（Law of Hauy），（5分）另請敘述各 種結晶方法的原理，（5分）並試舉2個以結晶製作出的日常物質。（5分）

使用泵（效率為60%）將密度1.84 g/cm3 的液體，由A 槽（位置1）以 0.264 m3/min 流率輸送至開放水槽B（位置2），泵之吸水管內徑為77.9 mm， 出水管內徑為52.5 mm。B 槽位置點高於A 槽20 m，管線之摩擦損失為 30 J/kg，試計算泵所需功率（kW）及泵產生之壓差？（20 分）

請寫出一般熱傳的驅動力（5分）與熱傳導的傅立葉定律。（5分） 有一材料相同的平板耐火磚緊密黏合，兩端溫度分別為1200℃與 50℃，A片厚度5公分，B片厚度12公分，求A、B二片耐火磚介面溫度 為何？（10分）

有一雙套管熱交換器（內管之管徑為2.54 cm，外管之管徑為3.82 cm， 長度為8 m）用冷水採逆流式冷卻熱油。熱油流率為0.1 kg/s，油由95℃ 被冷卻至65℃，比熱為2.42 kJ/（kg·K），外管冷水流率為0.2 kg/s， 冷水入口溫度為30℃，比熱為4.18 kJ/（kg·K），試求：冷水出口溫度、 總熱傳係數。（20 分）

一溼陶瓷重40 kg，經80℃相對溼度10%的空氣乾燥至恆重32 kg，隨後放 入120℃烘箱中乾燥5分鐘至29.5 kg（乾燥面積0.1 m2），請計算此物料之 總含水率、（5分）自由含水率、（5分）平衡含水率（5分）與烘箱中之乾 燥速率。（5分）

關於液液萃取，請回答下列問題：（每小題4 分，共20 分） 何謂液液萃取？ 萃取劑如何選擇？ 蒸餾與萃取都是液液分離的方式，在什麼情況下會採用萃取操作？ 說明常見之萃取裝置有那些？ 何謂超臨界萃取？ A B

一單效蒸發器（加熱面積= 49.4 m2）濃縮4560 kg/h，20%，60℃糖水 （焓值= 214 kJ/kg）至50%（沸點105℃，焓值= 505 kJ/kg）。使用115.6℃ 的飽和蒸汽（潛熱= 2214 kJ/kg），蒸發所得蒸氣焓值= 2667 kJ/kg。請計 算：（每小題5分，共20分） 每小時有多少濃縮液與蒸氣產出 每小時蒸氣使用量 蒸發器的經濟效益 蒸發器的總熱傳係數（kJ/h･m2･K）

請試述下列名詞之意涵： 對數平均半徑（Log-mean radius）（5 分） Fick’s second law（5 分） 蒸汽祛水器（Steam trap）（5 分） 雙膜理論（Two film theory）（5 分）

請回答下列問題： 解釋氣體吸收塔的操作中，負載（loading）及溢流（flooding）的意義。 （10 分） 銳孔流量計的前後差壓減為原來前後差壓的1/4，則其流量減為原來 的多少？（5 分） 當兩相同離心幫浦並聯時，請問其流量與排出壓力為使用單一離心幫 浦的幾倍？（5 分）

請分別繪圖與簡述說明皮托管（Pitot tube）與文氏流量計（Venturi meter） 的原理，並比較其差異。（20 分）

依泵的持性，回答下列問題： 泵分成幾類？請分別比較。（10 分） 何者易受氣縛（air binding）影響？（5 分） 何時適合黏稠性的流體？（5 分）

一雙套管熱交換器用以冷卻熱油，熱油入口溫度為85℃，希望冷卻至40℃； 冷水入口溫度為20℃，出口溫度為36.5℃；若已知其熱傳率為224kW， 而其總熱傳送係數為2.4kW/（m2‧K），則在逆流熱交換之下，需要熱傳 面積多少m2？（20 分）

一塊均勻材料，厚度為0.50 m，此材料的熱傳導係數k = 0.54 kcal/hr-m℃。 若材料的一面的溫度為200℃，而另一面維持在20℃，此熱傳導僅在一 維方向，試求在穩態時的熱流通量。（15 分）

一冷卻結晶罐內原有40.0%CuSO4（原子量=159.5）之水溶液100kg，將其冷 卻至25℃（假設其飽和溶液含23.0%CuSO4，產生之晶體為CuSO4‧5H2O）， 請問可析出多少kg 的晶體？（20 分）

利用水將空氣中的氨氣在吸收塔以逆向流動方式吸收，塔的溫度為68°F， 氣體進料為1540 ft3/hr (1 atm)，而水中不含氨的流量為75 lbm/hr，且空 氣可假設為理想氣體（理想氣體常數R = 0.73 ft3．atm/R．lbmmol）。若氨 的含量經吸收後由3.52%降至1.29%，請問： 以何種方式表示可使操作線變成直線？（10 分） 求此操作線的斜率為何？（10 分） 何謂操作線的最小斜率？（5 分）

有一3 馬力的幫浦（效率=1）加壓輸送600 公升/分鐘的水（比重1.0）， 假設幫浦的入口和出口是在同一水平，管徑不變且沒有磨擦損耗，則水 經幫浦加壓之後其壓力（Kgf /cm2）增加多少？（1 馬力= 74.5Kgf‧m/s） （20 分）

200 mol/h 的飽和液中，其中有42 mol% n-Heptane 及58 mol% Ethyl Benzene，送入一分餾塔（於101.32 kPa）進行分離出的蒸餾物含97 mol% Ethyl Benzene 及塔底物含2 mol% Ethyl Benzene。此塔的回流比為2.5。 已知在101.32 kPa 壓力下n-Heptane 的氣液莫耳分率的平衡數據為： ℃ xH yH 136.1 0 0 129.4 0.08 0.230 119.4 0.250 0.514 110.6 0.485 0.730 102.8 0.790 0.904 98.3 1.000 1.000 求蒸餾物及塔底的莫耳流率。（10 分） 寫出此操作線，不需詳細繪圖，但由繪圖說明如何由操作線與平衡線 求此分餾塔的理論板數。（10 分）

針對填充吸收塔，請回答以下問題：（每小題5 分，共30 分） 畫圖說明其結構。 何謂雙膜理論？ 何謂負載點？ 何謂泛溢點？ 何謂比表面積？ 若氣體含二氧化硫，為降低污染，工業上常用吸收劑有那些？

請解釋下列有關泵的原理： 試述離心泵的工作原理。（6 分） 試述往復泵的工作原理。（6 分） 比較離心泵與往復泵的優缺點。（8 分）

有一壓力容器儲存密度為0.85 g/cm3 的液體，利用壓力感測器測得底部壓 力為15 psig，而液體頂部壓力為5 psig。 請問其液位為何？（5 分） 在平衡狀態若液位維持不變，利用幫浦將槽內液體送至蒸餾塔作為進料 （流量為2.12 m3/min），塔進料口離地25 公尺，而塔高50 公尺，塔壓 為25 psig，求幫浦最小功率（10 分）與出口壓力（10 分）？ 1 atm（標準大氣壓）＝14.7 psi（磅／平方吋）＝1.0336 kg/cm2（仟克／平方 公分）＝1.013×105 Pa（牛頓／平方米）。1 J = 1（N．m）= 1（kg．m2/s2）； 1 W = 1 J/s

在操作精餾塔的過程中，擬將自塔中間進料（含水及酒精）分離。 回流比加大對塔頂及塔底產物中酒精濃度的影響。（5 分） 回流比加大對冷凝器及再沸器負荷的影響。（5 分） 可否將其中酒精濃縮為98%（重量百分比）？若不行，應如何得到這 個濃縮酒精？（8 分）

有一股鹽溶液2300 kg 含48%之MgSO4（分子量：120 克／莫耳），今溶 液由54℃冷卻至20℃（無水氣蒸發）使硫酸鎂結晶MgSO4．7H2O 移除， 若溶解度是35.5 kg MgSO4/100 kg 水，已知原料比熱為2.9 kJ/(kg-K)，假 設MgSO4．7H2O 溶解熱為-13300 kJ/kgmole，請回答以下問題： （每小題10 分，共20 分） 請計算晶體產量。 求總吸收熱量。

流體流量的調節常需用控制閥來調整，控制閥的特性分為線性閥（linear） 及等百分比閥（equal percentage），請論述這兩種閥的特性與使用時機。 （12 分）

有一股冷流體溫度為40℃需要被加熱，另有一股熱流體溫度為230℃需要 被冷卻，為了簡化計算，兩流體的比熱均假設為1 kJ/（kg-℃），而熱流體 與冷流體之流率分別為1 kg/s 與2 kg/s，水的比熱假設為4.2 kJ/（kg-℃）。 若二股流體在雙套管熱交換器採用逆流式接觸做熱交換，操作時控制熱 流體出口溫度比冷流體入口溫度高10℃，則冷流體出口溫度為何？（5 分） 承上題，若冷流體需再用蒸汽加熱至230℃，而熱流體需再用冷卻水 冷卻至40℃，則蒸汽（10 分）與冷卻水（10 分）用量分別為多少？ 相關資訊：⑴假設工業用冷卻水之水溫使用由30℃上升至40℃；⑵使用 之蒸汽為250℃飽和蒸汽，其飽和液體水之熱焓為1085.36（kJ/kg）而飽 和蒸汽之熱焓為2801.5（kJ/kg）。

有一連續式的單效蒸發器，在將4,000 kg/h 於60°C 20%的NaOH（其值 焓為200 kJ/kg）中的部分水移除，使濃度增至50%。50%的NaOH 沸點 為90°C，且焓值為500 kJ/kg。移除的蒸氣焓值為2,600 kJ/kg，而熱交換 器的總熱傳係數為1,500 W/m2‧K。熱交換器使用的飽和蒸氣溫度為 110oC，且潛熱為2,200 kJ/kg。 計算飽和蒸氣的使用量（kg/h）。（12 分） 計算每kg 飽和蒸氣可移除蒸氣量（kg）。（5 分） 計算此蒸發器的熱傳面積（m2）。（10 分）

請回答下列問題與計算： 以萃取法分離物質的依據為何？寫出液液萃取的分配係數與溶劑所 需具備的條件。（10 分） 若茶多酚對水與乙酸乙酯的分配係數在25℃時為0.8，則含10 克茶多 酚的水溶液100 mL，若以100 mL 乙酸乙酯萃取一次，可得到多少茶 多酚？若將100 mL 乙酸乙酯分2 次來萃取（每次50 mL），可得到多 少茶多酚？（10 分）

多孔固體在批次乾燥器中，進行乾燥除水。假設乾燥過程包括二個階段 （恆速期及減速期）。 說明臨界含水量的定義。（5 分） 寫出在減速期所需時間與多孔固體水份含量的關係式。（8 分） 已知乾固體為100 kg，並且其表面積為5.0 m2。恆速期的乾燥速率為 1.5 kg 水/h‧m2，而臨界含水量為0.15 kg 水/kg 乾固體。在減速期（falling- rate period）的乾燥速率是正比於水份含量。若使水份（0.3 kg 水/kg 乾 固體）降至水份（0.01 kg 水/kg 乾固體），計算此乾燥過程所需的時間。 （10 分）

請回答下列各題：（每小題10分，共30分） 當設計氣體吸收或萃取等單元操作時，以順流式取代逆流式設計之優 缺點為何？ 結晶是溶液中溶質已達過飽和，請舉三種可使溶質達到過飽和而結晶 之方法。 篩選機必須具備較高篩分效度（screen effectiveness），請問篩分效度為 那兩效度的乘積？

固體減積設備常依據那5種作用力？（5分） 就固體與固體物料之機械分離操作方法，可分為那四大類？（5分）

有一雙套管逆流熱交換器（counter-current heat exchanger）欲將熱油從 380 K冷卻至350 K，此熱油的熱容為2.3 kJ/kgK且流量為3800 kg/hr；而外 部為冷卻水，其進口溫度288 K，熱容為4.187 kJ/kgK且流量為1500 kg/hr。 若此逆流熱交換器的總熱傳係數為U = 350 W/m2K，請問： （每小題10分，共20分） 冷卻水出口的溫度。 熱傳面積為多少？

有一精餾塔在一大氣壓下操作，此塔進料800 kg/hr含苯與甲苯的混合液， 進料中苯之質量分率為0.4。已知餾出物中苯之質量分率為0.95；餾餘物中 甲苯之質量分率為0.15，且回流比為0.5，則自塔頂入冷凝器的蒸氣質量流 率為多少kg/hr？（20分） LO 0.15

有一幫浦將苯由貯桶送至高處，桶內壓力為0.85大氣壓，苯的溫度為38℃， 在此溫度時苯的蒸氣壓為0.26大氣壓，密度為0.85 g/cm3，若進口端管路中 的摩擦損耗為0.04大氣壓，幫浦的位置高於桶內液面4公尺，試計算此 幫浦的淨正吸引揚程（net positive suction head, NPSH）；若NPSH為負值 會如何？（單位：1大氣壓= 1.013 105 Pa）（20分）

關於流體輸送裝置，請回答下列問題：（每小題10 分，共20 分） 請論述孔口板流量測量原理與其關係式。 流體流量常需控制閥加以調節，控制閥依其動作分為氣開型（air to open）與氣閉型（air to close），請論述何謂氣開型與氣閉型控制閥？

關於分離程序之裝置，請回答下列問題：（每小題10 分，共20 分） 何謂三效蒸發器？操作方式有那些？ 何謂乾燥？氣體如何乾燥？

製程使用固體原料時，往往需要縮小尺寸（size reduction，或稱減積）， 使效率提高，請論述：（每小題10 分，共20 分） 減少尺寸的理由。 裝置縮小尺寸方式。

有一股廢醇溶液，流量為2000 kg mol/h，含甲醇80 mol%（摩爾百分比） 其餘為分子量較高的醇類物質及少量的水，今欲採用蒸餾塔分離出含甲 醇99 mol%之產品（假設密度為0.8 g/cm3），並使回收率達95%，而其 餘為廢液。若回流比為1.2，塔頂壓力1 大氣壓（101.3 kPa），每塔板 壓差為0.86 kPa，而總塔板數為42（塔高為29 m），請計算： （每小題10 分，共20 分） 塔頂與塔底之質量流率kg mol/h？ 回流幫浦功率（假設效率70%）。 單位轉換資訊：1 atm = 101.3 kPa；1 Pa = 1（N/m2）； 1 J = 1（N．m）= 1（kg．m2/s2）；1 W = 1 J/s。

燃燒爐是一個重要的化工裝置，使燃料透過燃燒以釋放出能量供程序使 用，關於燃燒爐使用，請論述下列問題：（每小題10 分，共20 分） 若欲有良好燃燒，其控制要素有那些？ 燃燒後尾氣若含粒狀物，粒狀物之去除裝置有那些？

請說明用來輸送氣體的化工裝置有那些？並請詳述其特性。（20 分）

請回答下列各題： 請說明在攪拌槽中放置擋板功能為何？（5 分） 2 in、40 號鋼管與2 in、80 號鋼管相較，何者管壁厚度較厚？（5 分） 請說明泵之淨正吸引頭（net positive suction head, NPSH）。（5 分） 熱傳遞有那幾種機制？其中那些機制需要介質，那些機制不需要介質？（10 分） 請解釋蒸發器經濟效益（evaporator economy）。（5 分） 請說明皮托管（pitot tube）之原理。（5 分）

請詳述熱量傳送的方式及解釋其傳送原理，並分別舉例説明在化工機械上應用該熱 量傳送方式的操作。（20 分）

使用一泵將水井之水（水面低於地面3 公尺）抽到離地5 公尺高的水塔中，水流量 為1.2 L/s，水管內直徑為2 公分，若各項管件摩擦損失可忽略，泵效率為70%，試 決定需要的泵功率？重力加速度g = 9.8 m/s2。（15 分）

化學工業上常用的結晶操作有冷卻法、蒸發法及真空法，請詳述這些操作方法的原 理及其適用條件。（20 分）

有一套管式熱交換器，內管液體之比熱（Cp）為3 kJ/kg℃，流率為2000 kg/hr，且其 溫度從90℃被降至70℃，而水（Cp = 4.2 kJ/kg℃）在外管以逆向流動，流率為 6000 kg/hr，進口溫度為30℃，若已知總熱傳係數U = 300 W/m2 K，請問水之出口溫 度及熱交換器熱傳面積為多少？（20 分）

文氏流量計（Venturi meter）和鋭孔流量計（orifice meter）均是常用的差壓式流量計， 其各有何優、缺點？（10 分）

請解釋下列蒸餾操作： 共沸蒸餾（azeotropic distillation）。（10 分） 萃取蒸餾（extractive distillation）。（10 分）

一平面爐壁由12 cm 厚之耐火磚內層及24 cm 厚之普通磚外層所構成，耐火磚及普 通磚之熱導係數各為0.2 及0.8 kcal/hr·m·℃。爐壁內表面之溫度為720℃，外表面之 溫度為70℃。 磚間接觸點之熱阻不計，試求穩定狀態時，爐壁每平方公尺之熱損失。（15 分） 兩磚界面之溫度為多少？（5 分）

有一離心泵擬以0.05 kg/s 的速率用於汲水輸送系統，河水（密度為1.0 g cm-3）自河 邊利用輸送管及離心泵送至在河邊廠區高處的開口塔槽。輸送管在高處的出水口處 比河面高30 m，若忽略管路的摩擦損失及動能變化，請計算離心泵的功率至少需要 多少瓦（W）？（20 分）

有個殼管式熱交換器，如圖一，化合物B 在殼端流動，進料流量（物流1）為20 kg/s， 進料溫度為70℃，出料溫度（物流2）為40℃。化合物A 在管束端流動，進料流量 （物流3）為10 kg/s，進料溫度為20℃，假設兩者比熱容量（specific heat capacity） 近似，請預估化合物A 出料溫度？（20 分） 圖一

請繪圖說明皮托管（Pitot Tube）的原理。（5 分）使用皮托管測量圓管內流體流速時， 皮托管之外徑不可大於管徑之幾分之幾？（5 分）

請依定義及應用比較吸收（absorption）、氣提（stripping）、萃取（extraction）、瀝取 （leaching）的差異。（20 分）

請說明旋風分離器的基本工作原理，並繪出殘留曲線與粒徑的關係圖。（10 分）試述 何謂助濾劑及功用，並舉出一種常用助濾劑。（10 分）

如圖二所示，有一曝露於大氣的水槽，如不計摩擦損失時，液體（密度為0.9 g/cm3） 經由內直徑0.01 m 之圓管排出大氣中，試求其出口的平均速度？（20 分） 圖二

請解釋說明與粉體粒徑篩選有關的名詞：通過率（D）和殘留率（R），並畫出一般通過率 分布曲線（即D 對粒徑Dp 做圖）和殘留率分布曲線（即R 對粒徑Dp 做圖）。（10 分）

請比較以下裝置應用的差異和其優缺點： 固體輸送之帶式運送機與氣動式運送機（pneumatic conveyor）。（10 分） 熱量輸送之殼管式熱交換器和板式熱交換器。（10 分）

有一混合物以1200 kg/hr 的流率進入具回流比的精餾塔，該混合物由A 與B 組成， 其中A 占該混合物的重量百分率為40%，若餾出物中含A 的重量百分率為90%，餾 餘物中B 的重量百分率為95%，自塔頂進入冷凝器的蒸氣量為900 kg/hr，則回流比 為何？（20 分）

管因受限於製造、搬運、儲存之條件，長度有其限定，需要由配管場合決定管徑與 長度大小，也因此有不同的接合方法，分為螺旋接合（screw joint）、凸緣接合（flange joint）、焊接接合（welded joint）和插承接合（bell and spigot joint），請問各接合方法 有何不同？（20 分） 4 2 1, mB 3, mA P = 1 atm V 12 m 3 m 2 m

有一液體（蒸氣壓0.25 atm，密度0.86 g/cm3）經幫浦由儲槽輸送至高處，槽內壓力 為1atm，若幫浦進口端管線壓力損失為0.05 atm，幫浦的位置高於儲槽內液面1.2 m， 試計算此幫浦的吸引揚程（suction head）；（10 分）淨正吸引揚程NPSH（net positive suction head）。（10 分）

直徑10 cm 之蒸氣管，使用4 cm 厚之石棉（熱傳導率 = 0.14 kcal/(hr‧m‧℃)）保溫 以避免蒸氣輸送過程中熱損失。如果石棉內外面之溫度為140℃與50℃，試求每單 位公尺管長之熱損失率。（20 分）

請回答下列問題：（每小題5 分，共10 分）  蒸餾塔內的板層安裝有泡罩裝置，即所謂的泡罩板（bubble-cap plate），請問泡罩 的功能為何？ 氣 -液吸收操作的填充塔內，通常會放置填料（packing），請問填料的功能何在？

請說明正排量泵（positive displacement pump）與動壓力泵（dynamic pressure pump） 的工作原理與特性。（15 分）

請說明可應用那些操作方法達到除濕（dehumidification）的目的？（20 分）

有一苯與甲苯的混合液，擬利用蒸餾方法進行分離。進料端含有45 mol%的苯和 55 mol%的甲苯，以100 kg mol/h 的流率進入蒸餾塔。蒸餾結果，塔底可得到含有 10 mol%的苯和90 mol%的甲苯，塔底餾餘物的流率為60 kg mol/h。請計算塔頂餾出 物的流率每小時有多少kg mol？（5 分）塔頂餾出物中可得到含有多少mol%的苯與 甲苯？（10 分）

有一厚管壁的膠管，內直徑10 mm，外直徑40 mm，其導熱係數為0.151 W/m-K，擬 暫時用來當冷卻水槽的冷卻管。冷卻管中快速通入冰水，讓管內溫度維持在2℃，管 外表面溫度維持在25℃。假若總共有16 W 的熱量需要藉由冷卻移走，請計算需要使 用多少長度的冷卻管？（20 分）

考慮有一開放式水槽與連通的排水管如下圖所示，水槽液位h 有4 m 高，底部連通 的排水管其管直徑有0.01 m，若不考慮流體流動的摩擦損失問題，排水管閥門打開 時，請計算流體的體積流率有多少m3/s？（20 分） h

管殼式熱交換器（shell and tube heat exchanger）內的檔板目的為何？（5 分） 使用浮子流量計量測流量時，有那幾個力作用於浮子上？（5 分）

請說明下列各操作單元所用之分離原理： 結晶。（5 分） 液相萃取。（5 分）

當過濾液流經過濾機之過濾過程，受到那三種阻力的作用？（10 分） 請問用何種方法可將40%（by wet）之酒精水溶液，回收其中酒精並濃縮成98% （by wet）之酒精？（10 分）

有一幫浦欲將水（密度=62.3 lbm/ft3）從低處（進口）送至4 ft 高處（出口）。進口 處之壓力為4 大氣壓，流速100 ft/sec，出口處之壓力為1.2 大氣壓，流速10 ft/sec。 經試驗發現此幫浦的效率為70%。假設管路中的磨擦損耗可忽略不計，試問有多少 ft-lbf/lbm 的功由於幫浦之不可逆而失去？（20 分）

有一套管熱交換器將甲醇由65℃冷卻至40℃，甲醇在外徑為6 cm 之內管流動，冷 卻液於外管，其流動方向與甲醇相反，其溫度由入口20℃提升至出口30℃。若總 熱傳係數為305 W/m2 K，甲醇之流量為1.7 kg/s，比熱為2.6 kJ/kg K，請問套管熱 交換器的長度為何？（20 分）

一蒸餾塔用以分離1500 kg/hr 之A 與B 的混合物，其中A 所占的重量百分率為 40%，已知餾出物中含A 重量百分率為90%，餾餘物中含B 重量百分率為90%，且 回流比為0.45，則自塔頂入冷凝器的蒸氣質量流率約為若干kg/hr？（20 分）

請解釋說明下列元件及其特性：  袪水器（steam trap）（5 分）  孔口計（orifice meter）（5 分）  齒輪泵（gear pump）（5 分）

請解釋說明下列與熱傳有關的名詞：  顯熱（sensible heat）（5 分）  潛熱（latent heat）（5 分）  熱輻射（thermal radiation）（5 分）

請解釋說明：  吸收（absorption）和氣提（stripping）（10 分）  萃取（extraction）和瀝取（leaching）（10 分）

請解釋說明流體化床（fluidized bed）以及它在化學工程上的應用。（10 分）

有A-B 兩成分混合液在350K 時的相對揮發度（relative volatility）為2.5，試計算當 A 成分液相莫耳分率為0.4 和0.8 時，與之達成平衡的氣相莫耳分率為多少？（20 分）

某一有機酸對異丙醚和水的分配係數（distribution coefficient）在298K 時為0.25， 若100 公升的有機酸水溶液中含有機酸6 公斤，現以70 公升的異丙醚一次萃取， 假設溶質的提取與溶入，對溶液的體積變化影響很小，因此可以被忽略，請計算萃 取後水溶液中含有機酸還剩多少公斤？（20 分）

請解釋下列有關離心泵的現象： 抽空現象（cavitation）（10 分） 氣結現象（air binding）（10 分）

請說明浮子流量計（rotameter）的工作原理，又如何正確讀取浮子流量計的流量數 據？（10 分）

請解釋下列有關熱傳送的現象： 自然對流（natural convection）（10 分） 黑體輻射（black-body radiation）（10 分）

有一輸送加熱流體的鋼管其表面溫度為120℃，鋼管外直徑是30 cm，而長度為100 m。 在管外敷覆一層厚15 cm 的保溫材料，已知保溫材料的熱傳導係數為0.20 W/(m·K)，若 保溫之後的管外表面溫度為25℃，請問此鋼管的熱損失每m 為多少W？（15 分）

有一填充塔用來進行吸收程序，將含有2.0 mol% A 的氣體進料，去除其85%的A 成分。若氣體進料的流率是40 kmol/h，吸收劑採用純水，其流率是85 kmol/h，試 求氣體及水溶液離開填充塔時含A 成分各為何？（15 分）

在25℃，空氣壓力為101.3 kPa，濕空氣中若含有水蒸氣分壓為1.52 kPa，而25℃ 的飽和水蒸氣分壓為3.17 kPa，請計算此空氣的： 絕對濕度（absolute humidity）（5 分） 飽和濕度（saturated humidity）（5 分） 百分濕度（percentage humidity）（5 分） 相對濕度（relative humidity）（5 分）