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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
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。
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第
一
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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)
二、一氣體含 2%之A成分流經一填充床吸收塔，該塔以水將 99%的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 及9 mol/s-m2。
質傳及平衡關係之常數如下：
平衡：y = 2.7 x （y為A之氣相分率，x為A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
求NOy, HOy and ZT。（8分）
其中 N：Overall 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）
（請接第二頁）
102年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號：34270
等 別： 三等考試
類 科： 化學工程
科 目： 輸送現象與單元操作
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四、在一1/2 in. schedule 40 之管線，其管內側熱傳係數 hi為1800 W/m2-℃，管外側熱傳係數
ho為2500 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 coefficient）Uo及Ui。
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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類 科： 化學工程
科 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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