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moea_joint_essay 104年 [化工製程] 單元操作、輸送現象

第 一 題

📖 題組:
一個平板固體之乾燥曲線,如【圖 1】所示,此固體之單位表面積之重量為 20 Kg/m² (假設乾燥過程皆不變):
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

從自由含水量(free moisture)X1=0.49 Kg-H2O/Kg-乾固料,恒速乾燥 (constant rate),乾燥至自由含水量 X2=0.35 Kg-H2O/Kg-乾固料,恒速乾燥時間為 2 小時(hr),試計算恒速期乾燥速率(Rc)為多少 Kg-H2O/hr-m² ?(10 分)
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利用恆速乾燥期的基本定義公式,乾燥速率 Rc = (固體單位表面積重量) × (水分變化量) / (時間) 即可求得。

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已知單位表面積固體重 Ms/A = 20 kg/m²,水分變化量 ΔX = X1 - X2 = 0.49 - 0.35 = 0.14 kg-H2O/kg-乾固料,恆速時間 tc = 2 hr。 Rc = (Ms/A) × (ΔX / tc) = 20 × (0.14 / 2) = 1.4 kg-H2O/hr-m²。

小題 (二)

此平板固體之減速期乾燥速率(falling rate, R)假設與自由含水量(X)呈線性關係:R=aX。試計算此固體從自由含水量 X2=0.35 Kg-H2O/Kg-乾固料,減速期乾燥至自由含水量 X3=0.05 Kg-H2O/Kg-乾固料,所需時間為多少小時?
[可能使用對數之數據:Ln(3)=1.1,Ln(5)=1.61,Ln(7)=1.95](10分)
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首先利用臨界點的條件 (Rc = aX2) 解出常數 a。接著使用減速乾燥期的積分公式 t = (Ms/A) × ∫(1/R)dX 進行積分,代入邊界條件即可求得時間。

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  1. 於臨界點處,恆速期乾燥速率與減速期乾燥速率相等:Rc = a × X2 已知 Rc = 1.4, X2 = 0.35,故 1.4 = a × 0.35,得 a = 4。
  2. 減速期時間 tf = (Ms/A) ∫(1/R) dX = (Ms/A) ∫[1/(aX)] dX = (Ms / (A·a)) × ln(X2 / X3)

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