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普考申論題 107年 [化學工程] 化工機械概要

第 一 題

📖 題組:
請回答下列各題:
📝 此題為申論題,共 6 小題

小題 (一)

請說明在攪拌槽中放置擋板功能為何?(5 分)

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這題考察流體力學在攪拌操作中的應用。思考方向應從流場型態(flow pattern)著手,想像如果沒有擋板,流體會如何旋轉?產生的旋渦(vortex)會帶來什麼負面影響?進而推論擋板如何透過改變流向來強化混合效果。

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【考點分析】 攪拌槽設計、流場控制、防止旋渦與強化混合。 【理論/法規依據】

小題 (二)

2 in、40 號鋼管與 2 in、80 號鋼管相較,何者管壁厚度較厚?(5 分)

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這屬於基礎化工機械規格題。關鍵在於理解「號數(Schedule Number, Sch. No.)」的物理意義。回想公式 $Sch. No. \approx 1000 \cdot (P/S)$,當號數越高,代表其設計承受壓力越高,在相同外徑下,壁厚應如何變化?

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【考點分析】 鋼管規格(Pipe Schedule)、管壁厚度定義。 【理論/法規依據】

小題 (三)

請說明泵之淨正吸引頭(net positive suction head, NPSH)。(5 分)

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NPSH 是泵浦單元的必考題。核心在於防止「汽蝕(Cavitation)」。思考時,要區分 NPSHr(泵本身需要)與 NPSHa(系統提供)。定義上,它是指入口處液體壓力高出飽和蒸汽壓的部分,應從能量頭的角度來描述。

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【考點分析】 泵浦性能、汽蝕現象(Cavitation)、吸入端壓頭計算。 【理論/法規依據】

小題 (四)

熱傳遞有那幾種機制?其中那些機制需要介質,那些機制不需要介質?(10 分)

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這是熱傳學的基本概念。應依序條列三種機制,並分別說明其物理本質(微觀運動、宏觀流動、電磁波),進而判斷對介質的依賴性。

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【考點分析】 熱傳三機制:傳導、對流、輻射。 【理論/法規依據】

小題 (五)

請解釋蒸發器經濟效益(evaporator economy)。(5 分)

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蒸發器經濟效益是一個效率指標。思考其定義:我們「投入」什麼(加熱蒸汽)?我們「得到」什麼(溶劑蒸出量)?單位通常是質量的比值。

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【考點分析】 蒸發操作、能量利用率、單效與多效蒸發。 【理論/法規依據】

小題 (六)

請說明皮托管(pitot tube)之原理。(5 分)

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皮托管是用來測量流速的工具。核心在於 Bernoulli 定義中的「停滯點(Stagnation point)」。思考動壓(Dynamic pressure)如何轉化為靜壓(Static pressure)的差值,進而求得流速。

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【考點分析】 流速測量、伯努利方程式(Bernoulli's equation)、動能與壓力能轉換。 【理論/法規依據】

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