102年 地方特考 三等 化學工程 輸送現象與單元操作 試卷

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102年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號34270
別: 三等考試
科: 化學工程
目: 輸送現象與單元操作
考試時間: 2小時
※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。
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一、一球型碳顆粒置於靜止的空氣中,其表面進行如下的反應:C + O2 ÆCO2
假設氧氣之質傳係數為 k,證明此時之 Sherwood number
Sh = kD/cD = 2
其中 D為顆粒之直徑,c為氣體之莫耳濃度,D為氧氣之擴散係數。(8分)
此一反應為擴散控制,意即氧氣擴散至表面之速率為限制速率步驟。求證此時之
氧氣至表面之質量通量為:J = -2 c D xe / D,其中 xe為氧氣在整體(bulk)氣體
之莫耳分率,負號表示質傳方向是朝顆粒中心進行。(9分)
假設 solid
ρ為碳顆粒之密度,請寫出碳顆粒直徑隨時間減少之方程式:(8分)
dD/dt = f (c, D, xe, D, solid
ρ)
一氣體含 2%A成分流經一填充床吸收塔,該塔以水將 99%A吸收。此塔在常壓常
溫下操作,氣體及液體之莫耳通量(molar flux)分別為 1.5 mol/s-m2 9 mol/s-m2
質傳及平衡關係之常數如下:
平衡:y = 2.7 x yA之氣相分率,xA之液相分率)
液膜質傳 kxa = 2.5 mol/s-m3 unit mol fraction
氣膜質傳 kya = 0.9 mol/s-m3 unit mol fraction
NOy, HOy and ZT。(8分)
其中 NOverall number of transfer unit
H
Overall height of transfer unit
Z
T:填充區總高度
(假設系統之液相及氣相莫耳流率 L, V 為定值)
求氣膜之質傳阻力占總質傳阻力之百分比。(8分)
求本案例之最小液體通量(minimum liquid molar flux)(請以 mol/s-m2為單位顯
示結果)。(4分)
三、一蛋白質(濃度 1.0 mg/mL)水溶液以一吸附管柱進行純化。其突破曲線以下表之
數據表示:
x-axis
時間(hr) 0 4 5 6 7
y-axis
濃度(mg/mL) 0 0 0.5 1.0 1.0
突破濃度訂為 0.05 mg/mL
請問到達突破點時,管柱之使用效率為何?(10 分)
如果我們換用同樣型式,但有兩倍長的管柱做前述之純化工作,此一管柱到達突
破點時,其使用效率為何?(5分)
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102年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號34270
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科: 化學工程
目: 輸送現象與單元操作
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四、在1/2 in. schedule 40 之管線,其管內側熱傳係數 hi1800 W/m2-℃,管外側熱傳係數
ho2500 W/m2-℃,金屬管之導熱係數為 57 W/m-℃。(每小題 10 分,共 20 分)
求總包熱傳係數(Overall heat transfer coefficientUoUi
管外為 120℃之飽和蒸汽,管內之進出口處之水溫各為 30℃及 90℃。求每一公尺
長之管線之熱傳速率(以 W為單位表示)。
(請接第三頁)
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別: 三等考試
科: 化學工程
目: 輸送現象與單元操作
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五、一幫浦輸送 32 的水,其管線為水平之直圓管,內徑為 1.22 cm,全長為 40 m
幫浦出口處(下圖之 point 1)為 2.2
×
105 N/m2,管末端之壓力為 1.1
×
105 N/m2。求
水之體積流量(m3/s)及重量流量(kg/s)。(相關之常數如附表)(20 分)
(請接第四頁)
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