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112 年特種考試地方政府公務人員考試試題
等 別
：
三等考試
類 科
：
化學工程
科 目
：
輸送現象與單元操作
考試時間
：
2
小時
座號
：
※注意：可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
代號：
35070
頁次：
3
－
1
一、某入料 20 wt% KNO3溶液以 1000 kg/h 進入操作溫度為 422 K 蒸發器內，
移除水分生成 50 wt% KNO3，接著進入操作溫度為 311 K 結晶器產生兩
股流一是 96 wt% KNO3結晶與另一是 37.5 wt% KNO3飽和溶液，其中
37.5 wt%KNO3飽和溶液回流與入料混合進入蒸發器。
請畫出這製程流程圖。（5分）
計算 KNO3飽和溶液回流量。（10 分）
二、圖一描述平行套管夾層間之穩態層流流動（steady-state laminar flow）流
體，其中內管之外徑為 kR，外管之內徑為 R。已知流體黏度為
μ
，套管
內僅有 z方向壓降（
dp / dz
）且在
max
r r
有最大流速。
試推導出 z方向流體速度分布。（10 分）
試推導出
2 2
max
R (k 1)
r
lnk 2
。（5分）
三、設計某冷卻蛇管可帶走槽溫為 297.1 K 之總 14.65 W 熱量，已知管內外
水溫分別為 274.9 K 與297.1 K，及管內外半徑分別為 5 mm 與20 mm，
且該材質熱傳導係數
0.151W/m K
k
。請依據傅立葉熱傳導定律
（Fourier’s law），求出該管長（m）。（15 分）
圖一平行套管夾層內穩態層流流動流體
V
z
(r)
V
z
(r)
R
r
z
kR
V
-
dp/dz
Annular Space
代號：
3
5070
頁次：
3
－
2
四、圖二描述某蒸餾塔理想操作下，控制面 I與II 分別定義精餾（rectifying）
與汽提（stripping）段中各氣（V）液（L）物流中成分變化。
說明回流設計目的。（5分）
何種型式再沸器（reboiler）最常見於化學與石化工業中的蒸餾塔。（5分）
假設 xD與回流比（RD）為已知參數，求精餾段操作線。（10 分）
圖二蒸餾塔內各操作線描述在 McCabe-Thiele 圖內（圖三）。請指出
圖三中那一直線代表是進料為飽和液體且①的值為何？（10 分）
圖二
蒸餾塔內物料平衡說明圖
圖三
McCabe
-
Thiele
圖
-qC
1
xF
x
xD
a
b
c
d
e
r
y
xB
Condenser
Heat out
Accumulator
I
Overhead
product
D
Heat in
qr
Reboiler
I
I
V
a
y
a
n
L
n
x
n
V
n+1
y
n+1
L
a
x
a
Re
f
lux
Control
surface
I
Feed
F
xF
L
m
x
m
V
m+1
m
y
m+1
L
b
x
b
y
b
V
b
Control
surface
II
Bottoms product
B
xB
xD
m+1
xB
代號：
3
5070
頁次：
3
－
3
五、描述半徑 2 mm 萘丸（Naphthalene sphere）懸浮於 1 atm 與318 K 大氣
中，已知萘丸表面溫度、表面蒸氣壓、理想氣體常數及擴散係數
（diffusivity,
AB
D
）分別為 318 K，0.555 mmHg，8.314（3
m Pa / kgmol K
）
及6 2
6.92 10 m /s
。試求出萘丸表面蒸發速率（
2
kgmol / s m
）。（15 分）
六、某熱鋼錠其初始溫度為
0
T
，將其突然浸至於大型水槽內其水溫維持在
T
。假設熱傳係數 2
(W / m K)
h
固定不變，且鋼錠密度、體積與熱容量分
別定義為
、V與
p
c
。試推導出熱鋼錠在時間 t的溫度關係式。假設鋼
錠的內部溫度均一。（10 分）