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moea_joint_essay 112年 [化工製程] 單元操作、輸送現象

第 一 題

📖 題組:
三、在負載點以下操作的填充塔,其壓力差降可由 Leva 氏所提出的實驗式求得,請回答下列問題:(2 題,共 15 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請寫出該實驗式,並說明實驗式中各符號之意義與單位。(5 分)

思路引導 VIP

回想 Leva 方程式的常見形式,並列出氣體、液體流率及填料常數等符號的物理意義及經驗公式常用的英制單位。

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Leva 實驗式為:$\Delta P = m \cdot 10^{n L} \frac{G^2}{\rho_G}$ 各符號意義及單位(常見英制): $\Delta P$:氣體通過填充層之壓力降 (lb_f/ft² 或 in.H2O)

小題 (二)

有一填充塔利用水吸收空氣中物質,空氣(溫度 75 °F)以 200 磅/小時的流量由塔底進入填充塔,經水吸收後由塔頂離開,離開時空氣壓力為 1 大氣壓;水自塔頂進入填充塔,水流量為 12,000 磅/小時,在填充塔內接觸空氣後於塔底離開。已知該填充塔的填充物為 1吋之貝爾鞍,填充物之填料常數 m、n分別為 16.01、0.00225;填料高度為 10 英呎,填充塔直徑為 1 英呎。請以 Leva 氏實驗式計算空氣送入填充塔所需之馬力 (hp)為多少(計算至小數點後第 5 位,以下四捨五入)?(10 分)

思路引導 VIP

首先計算氣體與液體的截面積通量(L與G)及氣體密度。代入 Leva 實驗式求出單位高度壓力降與總壓力降。利用風機/壓縮氣體所需功率公式 $P = Q \times \Delta P$ 計算功率,最後轉換為馬力。

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  1. 塔截面積 $A = \frac{\pi}{4} D^2 = \frac{\pi}{4} (1)^2 = 0.7854$ ft²。
  2. $G = 200 / 0.7854 = 254.65$ lb/(hr·ft²),$L = 12000 / 0.7854 = 15278.8$ lb/(hr·ft²)。
  3. 利用空氣溫度75°F與1大氣壓求取空氣密度 $\rho_G$。