申論 1簡要回答下列問題：（每小題6 分，共30 分）㈠對於流體流過粒子床，典型之壓降（pressure drop）∆P 及床高（height）L 與流體空床流速（superficial velocity）V 之關係常如下圖所示，於固定床階段，床高不變而壓降隨流速提高而增大，而於流體化階段則床高隨流速增大而膨脹但壓降不變，試說明造成此現象之機制。Pressure drop and bed height固定床流體化床LL ∆P∆P流體Superficial velocity,V㈡試說明填充床氣液接觸操作之負載（loading）及氾溢（flooding）等現象。㈢攪拌槽（agitated vessel）與管殼型熱交換器（shell-and-tube heat exchanger）一般均裝有擋板（baffle），請說明兩者所裝之擋板於構造與功能上之差異。㈣試比較濾餅過濾（cake filtration）之濾餅洗滌（cake washing）與顆粒床過濾（deepbed granular filtration）之反沖洗（backwashing），兩者之操作與目的各有何不同？㈤離心泵（centrifugal pump）廣用於工業界液體之泵輸送，試述該泵之優缺點。
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申論 2典型的毛細管黏度計如下圖所示，包含一大貯槽及長而細之毛細管。流體於管內層流流動時，可以Hagen-Poiseuille 方程表示壓降∆p 及管長L 與流體黏度µ、平均速度v 及管直徑D 等之相互關係：−∆P32µv=LD2若貯槽直徑為0.1 m，毛細管直徑為0.001 m，長為0.05 mD= 0.1 mt0.15 m，當槽內液體液位距毛細管入口為0.05 m時，對一密度為950 kg/m之液體所量測之流率為10−7m3/sec。0.15 m㈠試問該流體黏度（cp）為何？（10 分） 毛細管㈡若槽內初始液位高為0.05 m 且於毛細管連續排液DD = 0.001 m=0.001mcc下，試估槽液位降至0.03 m 所需時間。（10 分）年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36420類 科： 化學工程科 目： 輸送現象與單元操作
申論 3在如右圖之圓形管通以40℃之空氣，並於管中Air空氣流動心插置Pitot管，差壓計讀數為0.03 m HO，水2D = 0.12 m的密度為1000 kg/m3，而空氣密度及黏度分別為1.12 kg/m3及0.017 cp，試估算該圓形管內氣體之質量流率。於層流時，圓管內流體平均速HO0.03 m度與最大速度之比值為1/2，而於紊流時之比值則為0.85。（15 分）
申論 4有一化學反應程序於攪拌槽中進行連續操作，如下圖所示，進料（20℃）與排出液之速率皆為2 kg/sec，槽內之液體量維持於1000 kg，此反應會伴隨熱產生，槽內每單位液體之熱產生速率為300 J/kg·sec，為維持槽內液體溫度於50℃，管圈（TubeCoil）式熱交換器置入槽中，以15℃水通入管圈進行槽內液體冷卻，該管圈與槽內流體間之總括熱傳係數（overall heat transfer coefficient）為600 J/m2·℃·sec，且攪拌槽進料與排出液之比熱（heat capacity）皆為4000 J/kg·℃，若穩定操作時管圈冷卻水出口溫度設定為35℃，試估所需管圈之熱傳面積。假設攪拌槽為完全混合，其與外界（surroundings）之熱傳可忽略。（15 分）冷卻水 冷卻水出口15 管圈℃35℃T=50℃1000 kg進料, 2 kg/sec 排出20℃ 2 kg/sec
申論 5有一球狀觸媒（catalyst）其係由觸媒層貼覆於一球形基材粒子而成，如右圖所示，該基材粒子半徑為R，而含觸媒層之半徑為R，若反io應物A於觸媒層表面之莫耳濃度為C，該物質擴散傳入觸媒層並觸媒層A0同時伴隨化學反應，但於基材表面A物質不反應也不會穿透。若基材粒子反應物A於觸媒層為零階反應（zero order reaction），反應速率rRA i RCo A0=-K，K為反應速率常數（單位為莫耳A/時間．觸媒體積），且反AA應物A於觸媒層之有效擴散係數（diffusion coefficient）為D，試估算Ae於穩定操作時單一球狀觸媒所反應掉之A物質速率。（20 分）附件單位及轉換（Unit and Conversion factors）表長度：1 mm = 10-1 cm = 10-3 m黏度：1 cp = 1×10-3 kg/m·s壓力：1 atm = 1.01325×105 N/m2重力加速度：1g = 9.8 m/s2