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104年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號：34470 全一張
（正面）
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。
（請接背面）
一、回答下列問題：
對於內直徑為 Di、外直徑為 Do之環狀管（annular tube）及邊長為 L之方形管
（square duct），其水力半徑（hydraulic radius）分別為多少？（6分）
如何以水力半徑計算相當直徑（equivalent diameter）？（2分）
在強制對流之系統中，影響熱傳之無因次群為何？（6分）
在自然對流之系統中，影響熱傳之無因次群為何？（6分）
二、空氣流經一填充顆粒（particle）固定床之壓力降 ft/).in/lb(84
L
P2
f
=
Δ。空氣之空塔速
度（superficial velocity）為 0.015 ft/s，床孔隙度（void fraction）為 0.47。空氣之密度
為 1.2 kg/m3
，黏度（viscosity）為 0.018 mPa·s。顆粒之球狀度（sphericity）Φs為0.7，
密度為 4.1 g/cm3。請計算顆粒之平均直徑及單位質量之表面積。（20 分）
尤根方程式（Ergun equation）：
3
ps
2
0
3
2
2
p
2
s
0
ε
ε1
DΦ
Vρ1.75
ε
ε)(1
DΦ
μV150
L
P−
+
−
=
Δ
球狀度 Φs = ( 6
Dp
)/( sp
vp
)
1 ft = 12 in.，1 ft = 0.3048 m，1 lb = 453.6 g，1 g/cm3 =62.428 lb/ft3，
1 mPa·s = 6.72 4
10−
× lb/ft·s，g = 32.174 ft/s2 = 9.8 m/s2。
三、一同向流（co-current）套管式熱交換器之冷熱流進口溫差為 50℃，出口溫差為 30℃。
假設比熱及總熱傳係數均為定值，且冷熱流無相變化。假如另一個相同的熱交換器
串聯連接在原來的熱交換器之後，請問最後一個（即第二個）熱交換器之冷熱流出
口溫差為多少？請寫出全部之公式演導過程。（20 分）
四、氣體 A放置於一厚壁之中空球形容器內，厚壁之材質為固體材料 B。球形厚壁之內
半徑及外半徑分別為 1
r及2
r。氣體 A在固體材料 B中之溶解度為 1
A
x（以莫耳分率表
示），且 1
A
x值很小。A經固體材料 B擴散至球形容器表面後立即被流動空氣帶走，
請求解 A在厚壁中之莫耳分率分布
A
x。（20 分）
104年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號：34470 全一張
（背面）
等別： 三等考試
類科： 化學工程
科目： 輸送現象與單元操作
五、一精餾塔（rectifying column）包含相當於三個理想板（ideal plate）之裝置，其進料
為0.4 mol%氨（ammonia）及 99.6 mol%H2O之飽和蒸汽（saturated vapor）。進料板
（feed plate）為由上數下來之第三板。從頂板（top plate）流出之蒸汽被完全凝結，
但未冷卻（totally condensed, but not cooled）。相對於 1莫耳之進料，1.35 莫耳之凝結
液（condensate）被當成回流（reflux）流至頂板，其餘蒸餾液（distillate）則作為頂
部產物（overhead product）。從底板（bottom plate）流出之液體被送至再沸器（reboiler）
加熱。再沸器產生之蒸汽流至精餾塔之底部，而底部產物（bottom product）持續由
再沸器移出。相對於 1莫耳之進料，再沸器產生 0.7 莫耳之蒸汽。在精餾塔的操作
範圍內，氣液平衡關係式可以 y = 12.6 x 表示。請求解氨在底部產物及頂部產物之莫
耳分率（mole fraction）。（20 分）