化工機械概要 申論題歷屆試題與參考架構
普通考試，民國 102～115 年共 13 份試卷、69 題，其中 67 題附參考答題架構。考這一科的類科：化學工程。本頁列出歷年全部題目，參考架構只列開頭的「破題」，完整的答題架構、關鍵字與作答提醒請到站內查看。
115 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請詳述下列問題：（每小題 5 分，共 20 分）
（一）說明離心泵啟動前為何要灌泵？
（二）說明造成壓力容器失效有那些狀況？舉例三種。
（三）管式換熱器有那些優點？
（四）列舉三種於管道設置閥門的目的。
（20 分）
參考架構・破題
本題考核化工單元操作中流體輸送與管路機械的基本概念，涵蓋離心泵操作、壓力容器安全、管式換熱器特性及管路閥件功能。答題應直截了當針對四小題分別建立獨立標題，精準闡述流體力學與設備設計核心原理。
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- 2
一根直徑為 1.5 inch、長度為 12 feet 之 Schedule 40 標準鋼管，用於外表面蒸氣冷凝加熱，而水流經管內。已知管內側與管外側之對流熱傳係數分別為 400 及 1800 BTU/hr-ft²-°F。水在入口截面處之總溫差為 200°F，在出口截面處之總溫差為 90°F。已知鋼管內徑與外徑分別為 1.610 inch及 1.90 inch，管壁熱傳導係數為 25 BTU/hr-ft-°F，請估算水每小時所吸收之熱量（BTU/hr）。 （25 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題為標準的管式換熱器總熱傳計算題。解題關鍵在於清楚建立圓管徑向複合熱阻模型，計算以管外面積（或內面積）為基準的總熱傳係數，結合逆流對數平均溫差求得總熱傳速率。
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- 3
利用填充塔以逆流水洗方式，將空氣中的氨含量由8 mol%降低至1.5 mol%。若待處理空氣流量為1.5 104 mol/min ，填充塔直徑為 1.2 m，且塔內質傳速率為 4.0 10（y y *）mol/min-m3 ，其中 y 與 y * 分別代表氣相中氨的莫耳分率及其平衡莫耳分率。已知此填充塔之 NTU 為 2.10。
（一）此填充塔的 HTU 為多少？（14 分）
（二）寫出 NTU 的英文全名，及數學表達式。（8 分）
（三）設計此填充塔所需之塔高為多少？（8 分）
（30 分）
參考架構・破題
本題考填充塔（packed tower）吸收設計的「傳送單元法」：塔高 Z＝HTU×NTU。先由氣體流率、塔截面積與總體積質傳係數 Kya 求 HTU，再乘上題目給的 NTU 得塔高；第二小題考 NTU 的定義式。
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- 4
一台效率為 75%的離心泵，用於在 30℃下將煤油（kerosene） （密度= 783 kg/m3 ，黏度 1.64 103 Pa s ）由一個槽輸送至另一個槽，如圖所示。若鋼製管路總長度為 100 m，管徑為 5 cm，且驅動該泵所需功率為50 kW。假設系統操作於穩定流動狀態下，求煤油之體積流率( m 3 / min )。已知入口、出口及彎管（elbow）之壓力頭分別為 0.58、1.0 及 0.75，假設有 5 個彎管，而鋼管粗糙度約 0.045 mm 且管路摩擦因子可由 Moody Diagram 查得。（25 分）in Moody Diagram 0.1 0.09 Transition Region 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 Relative Pipe Roughness 0.005 Friction Factor 0.03 Laminar Flow 0.002 0.02 Re 0.001 5 10 4 0.015 2 104 Complete Turbulence 10 4 5 10 5 0.01 10 5 6 5 10 Friction Factor = 2d2 △P ρV l Smooth Pipe 10 6 103 104 105 106 107 108 ρVd Reynolds Number, Re = μ
（25 分）
參考架構・破題
本題是管路系統的機械能平衡（擴展白努利方程式）結合泵功率與 Moody 圖的試誤求解：泵實際給流體的功率＝效率×驅動功率，用來克服位差 50 m、直管摩擦與局部損失（入口、出口、5 個彎管），因摩擦因子依流速而變，需反覆疊代求流速，再換算體積流率。
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114 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
（一）在 750 mmHg 大氣壓力下，測得氣體錶壓為 9.8 psig，則氣體的絕對壓力為若干 atm？（10 分）
（二）試述帕斯卡（Pascal）原理與連通管原理，並各舉一日常應用實例。 （10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查流體靜力學基礎，包含壓力單位換算公式，以及流體靜力學兩大基石帕斯卡原理與連通管原理的物理內涵與生活應用。答題應分步驟條理展示單位推導，並清楚定義物理現象與實務裝置。
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- 2
（一）何謂對數平均溫差？其使用目的為何？（5 分）
（二）一逆流式雙套管熱交換器，使用 20 kg/min 的水（比熱為 1.0 kcal/kg ‧ ℃，溫度由 22℃上升到 66℃）冷 卻 35 kg/min 的熱油（ 120℃，比熱為0.48 kcal/kg ‧ ℃）。試求熱油的出口溫度為何？對數平均溫差為何？若整體加熱面積為 4.2 m2，求此加熱器的總包熱傳係數。 （15 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考核熱交換器核心概念與熱衡算設計。首小題探討對數平均溫差之物理意義與必要性；次小題為逆流雙套管熱交換器計算，需透過熱平衡求出口溫度、計算溫差驅動力，進而推算總包熱傳係數。
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- 3
（一）何謂邁耶理論？冷卻結晶時，要如何操作才可獲得細小顆粒晶體？（10 分）
（二）結晶器中有 50℃飽和 NaHCO3 水溶液 230 kg，假設 50℃ NaHCO3 的溶解度為 15 g NaHCO3/100 g H2O，在 20℃時為 8 g NaHCO3/100 g H2O，當溫度由 50℃降低至 20℃時，可析出多少公斤的 NaHCO3 晶體？（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考核溶液結晶熱力學與動力學機制。第一小題著重邁耶過飽和理論分區與晶體粒徑控制策略；第二小題為典型單元操作溶解度冷卻結晶質量平衡計算，解題重點在於水分不變假設下的溶質衡算。
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- 4
（一）乙醇發酵水溶液為何無法以一般蒸餾方法得到無水乙醇 （即 100%乙醇）？需如何解決？（5 分）
（二）一蒸餾塔，每分鐘 600 莫耳的進料組成為 0.6 莫耳分率乙醇及 0.4 莫耳分率水。若塔底產物流量每分鐘 120 莫耳含 0.1 莫耳分率乙醇，其餘為水。則塔頂產物每分鐘流量為何？乙醇的莫耳分率為何？若塔頂回流率為每分鐘 240 莫耳，回流比是多少？（15 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題涵蓋蒸餾分離熱力學共沸限制與精餾塔物料衡算。第一小題剖析乙醇與水之氣液平衡共沸現象及工程解決方案；第二小題為典型精餾塔總體與局部成分質量平衡求解，並計算回流比。
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- 5
（一）請說明溶劑萃取與洗滌之區別？（5 分）
（二）有一未飽和空氣，溫度為 120℉，百分比濕度為 30％。請從濕度圖中找出此空氣的濕度（3 分）、露點溫度（3 分）、絕熱飽和濕度（3 分）、絕熱飽和溫度（3 分）、濕氣比熱（3 分）。
（20 分）
參考架構・破題
本題考查化工質傳分離單元操作中萃取與洗滌之基本辨析，以及空氣調節與濕度圖（Psychrometric Chart）各熱力學參數的判讀查表方法。答題應精準區分相態分離機制，並條理列出濕度圖各狀態點之查圖軌跡與定義。
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112 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
水（密度998 kg/m3，黏度1.3 cp）以5 m/s的速度流經內管5 cm，外管12 cm的雙套管環形空間，試求其：（一）水力半徑；（5分）（二）相當管徑；（5分）
（三）雷諾數為何？（5分）（四）並判斷為層流或亂流。（5分）
（20 分）
參考架構・破題
本題為非圓形管道流體力學基礎計算題。針對雙套管環形空間，透過幾何水力半徑與相當直徑公式換算，代入雷諾數定義式求值，並依據管流臨界雷諾數準則判斷流體流動形態。
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- 2
何謂結晶？（5分）並解釋赫夷法則（Law of Hauy），（5分）另請敘述各種結晶方法的原理，（5分）並試舉2個以結晶製作出的日常物質。（5分）
（20 分）
- 3
（一）請寫出一般熱傳的驅動力（5分）與熱傳導的傅立葉定律。 （5分）
（二）有一材料相同的平板耐火磚緊密黏合，兩端溫度分別為1200℃與50℃，A片厚度5公分，B片厚度12公分，求A、B二片耐火磚介面溫度為何？（10分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查熱傳導基本定律與穩態熱傳導介面溫度之求解。答題關鍵在於清楚寫出熱傳驅動力之熱力學本質與傅立葉定律向量通式，並利用一維串聯平板熱阻相等性列式求解兩耐火磚介面溫度。
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- 4
一溼陶瓷重40 kg，經80℃相對溼度10%的空氣乾燥至恆重32 kg，隨後放入120℃烘箱中乾燥5分鐘至29.5 kg（乾燥面積0.1 m2），請計算此物料之總含水率、 （5分）自由含水率、 （5分）平衡含水率（5分）與烘箱中之乾燥速率。（5分）
（20 分）
- 5
一單效蒸發器（加熱面積 = 49.4 m 2 ）濃縮4560 kg/h，20%，60℃糖水（焓值= 214 kJ/kg）至50%（沸點105℃，焓值 = 505 kJ/kg）。使用115.6℃的飽和蒸汽（潛熱 = 2214 kJ/kg），蒸發所得蒸氣焓值 = 2667 kJ/kg。請計算：（每小題5分，共20分）
（一）每小時有多少濃縮液與蒸氣產出
（二）每小時蒸氣使用量
（三）蒸發器的經濟效益
（四）蒸發器的總熱傳係數（kJ/h･m2･K）
（20 分）
111 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答下列問題：
（一）解釋氣體吸收塔的操作中，負載（loading）及溢流（flooding）的意義。（10 分）
（二）銳孔流量計的前後差壓減為原來前後差壓的 1/4，則其流量減為原來的多少？（5 分）
（三）當兩相同離心幫浦並聯時，請問其流量與排出壓力為使用單一離心幫浦的幾倍？（5 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題涵蓋化工單元操作三大核心主題：填料吸收塔之水力學操作極限、差壓式孔板流量計之水力特性，以及離心泵並聯之特性曲線分析。答題應分點詳解物理機制與比例關係。
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- 2
請分別繪圖與簡述說明皮托管（Pitot tube）與文氏流量計（Venturi meter）的原理，並比較其差異。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考核化工流體流速與流量量測儀表之操作原理與工程應用特性。答題架構應以白努力方程式為核心，分別說明皮托管與文氏流量計之結構示意、工作原理、公式推導，並從量測對象、壓力損失與工程成本等多面向進行對比。
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- 3
一雙套管熱交換器用以冷卻熱油，熱油入口溫度為 85℃，希望冷卻至 40℃；冷水入口溫度為 20℃，出口溫度為 36.5℃；若已知其熱傳率為 224kW，而其總熱傳送係數為 2.4kW/（m2‧K），則在逆流熱交換之下，需要熱傳面積多少 m2？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查雙套管熱交換器在逆流操作下的熱傳設計計算。解題思路為：先由進出口溫度確認逆流兩端溫差，計算對數平均溫差（LMTD），再由總熱傳速率方程式求解所需的傳熱面積。
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- 4
一冷卻結晶罐內原有 40.0% CuSO4（原子量= 159.5）之水溶液 100kg，將其冷卻至 25℃（假設其飽和溶液含 23.0% CuSO4，產生之晶體為 CuSO4‧5H2O），請問可析出多少 kg 的晶體？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查含有結晶水水合物之冷卻結晶質量平衡計算。解題關鍵在於清楚區分無水硫酸銅溶質與結晶水，結晶析出時會同時從母液中抽離溶劑水，必須透過整體與溶質雙重質量平衡方程聯立求解。
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- 5
有一 3 馬力的幫浦（效率=1）加壓輸送 600 公升/分鐘的水（比重 1.0） ，假設幫浦的入口和出口是在同一水平，管徑不變且沒有磨擦損耗，則水經幫浦加壓之後其壓力（Kgf /cm2）增加多少？（1 馬力= 74.5Kg f‧m/s）（20 分）
（20 分）
110 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請解釋下列有關泵的原理：
（一）試述離心泵的工作原理。（6 分）
（二）試述往復泵的工作原理。（6 分）
（三）比較離心泵與往復泵的優缺點。（8 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考核化工流體機械兩大主流泵種：離心泵（動力式）與往復泵（容積式）之內部作功原理、機械結構及工程選用優缺點比較。答題應分立各小題，清楚闡明能量轉換機制。
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- 2
在操作精餾塔的過程中，擬將自塔中間進料（含水及酒精）分離。
（一）回流比加大對塔頂及塔底產物中酒精濃度的影響。 （5 分）
（二）回流比加大對冷凝器及再沸器負荷的影響。（5 分）
（三）可否將其中酒精濃縮為 98%（重量百分比）？若不行，應如何得到這個濃縮酒精？（8 分）
（18 分）
- 3
流體流量的調節常需用控制閥來調整，控制閥的特性分為線性閥（linear）及等百分比閥（equal percentage），請論述這兩種閥的特性與使用時機。（12 分）
（12 分）
參考架構・破題
本題考查化工程序自動控制中氣動/電動控制閥之固有流量特性（Linear 與 Equal Percentage），包含數學定義、流量放大倍率特性，並從工程管路閥阻比變化論述使用時機。
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- 4
有一連續式的單效蒸發器，在將 4,000 kg/h 於 60°C 20%的 NaOH（其值焓為 200 kJ/kg）中的部分水移除，使濃度增至 50%。50%的 NaOH 沸點為 90°C，且焓值為 500 kJ/kg。移除的蒸氣焓值為 2,600 kJ/kg，而熱交換器的總熱傳係數為 1,500 W/m2‧K。熱交換器使用的飽和蒸氣溫度為110oC，且潛熱為 2,200 kJ/kg。
（一）計算飽和蒸氣的使用量（kg/h） 。（12 分）
（二）計算每 kg 飽和蒸氣可移除蒸氣量（kg） 。（5 分）
（三）計算此蒸發器的熱傳面積（m2）。（10 分）
（27 分）
參考架構・破題
本題為典型的單效蒸發器質能平衡與熱傳設計計算題。作答首要建立清晰的蒸發系統邊界，依序列出整體與溶質質量平衡式求取各流道流量，接著透過能量平衡式計算生蒸氣消耗量與蒸發經濟性，最後運用傳熱速率方程式計算所需之熱傳面積，並特別注意熱量單位之標準換算。
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- 5
多孔固體在批次乾燥器中，進行乾燥除水。假設乾燥過程包括二個階段（恆速期及減速期）。
（一）說明臨界含水量的定義。 （5 分）
（二）寫出在減速期所需時間與多孔固體水份含量的關係式。（8 分）
（三）已知乾固體為 100 kg，並且其表面積為 5.0 m2。恆速期的乾燥速率為1.5 kg 水/h‧m2，而臨界含水量為 0.15 kg 水/kg 乾固體。在減速期（falling- rate period）的乾燥速率是正比於水份含量。若使水份（0.3 kg 水/kg 乾固體）降至水份（0.01 kg 水/kg 乾固體） ，計算此乾燥過程所需的時間。（10 分）
（23 分）
參考架構・破題
本題考查批次乾燥操作之乾燥動力學理論與乾燥時間計算。作答關鍵在於正確界定臨界含水量的物理機制，掌握乾燥速率曲線之兩大階段特徵，透過乾燥速率基本微分定義式推導減速期時間對數關係式，並準確分段計算恆速期與減速期之耗時以求得總乾燥時間。
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109 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答下列各題：（每小題10分，共30分）
（一）當設計氣體吸收或萃取等單元操作時，以順流式取代逆流式設計之優缺點為何？
（二）結晶是溶液中溶質已達過飽和，請舉三種可使溶質達到過飽和而結晶之方法。
（三）篩選機必須具備較高篩分效度（screen effectiveness），請問篩分效度為那兩效度的乘積？
（30 分）
- 2
（一）固體減積設備常依據那5種作用力？（5分）
（二）就固體與固體物料之機械分離操作方法，可分為那四大類？（5分）
（10 分）
- 3
有一雙套管逆流熱交換器（counter-current heat exchanger）欲將熱油從380 K冷卻至350 K，此熱油的熱容為2.3 kJ/kgK且流量為3800 kg/hr；而外部為冷卻水，其進口溫度288 K，熱容為4.187 kJ/kgK且流量為1500 kg/hr。若此逆流熱交換器的總熱傳係數為U = 350 W/m2K，請問：（每小題10分，共20分）
（一）冷卻水出口的溫度。
（二）熱傳面積為多少？
（20 分）
- 4
有一精餾塔在一大氣壓下操作，此塔進料800 kg/hr含苯與甲苯的混合液，進料中苯之質量分率為0.4。已知餾出物中苯之質量分率為0.95；餾餘物中甲苯之質量分率為0.15，且回流比為0.5，則自塔頂入冷凝器的蒸氣質量流率為多少kg/hr？（20分）LO 0.15
（20 分）
- 5
有一幫浦將苯由貯桶送至高處，桶內壓力為0.85大氣壓，苯的溫度為38℃，在此溫度時苯的蒸氣壓為0.26大氣壓，密度為0.85 g/cm3，若進口端管路中的摩擦損耗為0.04大氣壓，幫浦的位置高於桶內液面4公尺，試計算此幫浦的淨正吸引揚程（net positive suction head, NPSH）；若NPSH為負值會如何？（單位：1大氣壓= 1.013 105 Pa） （20分）
（20 分）
108 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
關於流體輸送裝置，請回答下列問題：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）請論述孔口板流量測量原理與其關係式。
（二）流體流量常需控制閥加以調節，控制閥依其動作分為氣開型（air to，請論述何謂氣開型與氣閉型控制閥？open）與氣閉型（air to close）
（20 分）
參考架構・破題
本題考流體輸送的量測與控制：孔口板（orifice meter）利用白努利方程式把壓差換算成流量；控制閥則依「失去氣源時的閥位」分成氣開型與氣閉型，選用原則是故障安全。
完整答題架構與關鍵字：到站內看全文
- 2
關於分離程序之裝置，請回答下列問題：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）何謂三效蒸發器？操作方式有那些？
（二）何謂乾燥？氣體如何乾燥？
（20 分）
- 3
製程使用固體原料時，往往需要縮小尺寸（size reduction，或稱減積），使效率提高，請論述：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）減少尺寸的理由。
（二）裝置縮小尺寸方式。
（20 分）
- 4
有一股廢醇溶液，流量為 2000 kg mol/h，含甲醇 80 mol%（摩爾百分比）其餘為分子量較高的醇類物質及少量的水，今欲採用蒸餾塔分離出含甲醇 99 mol%之產品（假設密度為 0.8 g/cm3），並使回收率達 95%，而其餘為廢液。若回流比為 1.2，塔頂壓力 1 大氣壓（101.3 kPa），每塔板壓差為 0.86 kPa，而總塔板數為 42（塔高為 29 m），請計算：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）塔頂與塔底之質量流率 kg mol/h？
（二）回流幫浦功率（假設效率 70%）。單位轉換資訊：1 atm = 101.3 kPa；1 Pa = 1（N/m2）；1 J = 1（N．m）= 1（kg．m2/s2）；1 W = 1 J/s。
（20 分）
- 5
燃燒爐是一個重要的化工裝置，使燃料透過燃燒以釋放出能量供程序使用，關於燃燒爐使用，請論述下列問題：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）若欲有良好燃燒，其控制要素有那些？
（二）燃燒後尾氣若含粒狀物，粒狀物之去除裝置有那些？
（20 分）
107 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答下列各題：
（一）請說明在攪拌槽中放置擋板功能為何？（5 分）
（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）
（三）請說明泵之淨正吸引頭（net positive suction head, NPSH）。（5 分）
（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）
（五）請解釋蒸發器經濟效益（evaporator economy）。（5 分）
（六）請說明皮托管（pitot tube）之原理。（5 分）
（35 分）
- 2
使用一泵將水井之水（水面低於地面 3 公尺）抽到離地 5 公尺高的水塔中，水流量為 1.2 L/s，水管內直徑為 2 公分，若各項管件摩擦損失可忽略，泵效率為 70%，試決定需要的泵功率？重力加速度 g = 9.8 m/s2。（15 分）
（15 分）
- 3
有一套管式熱交換器，內管液體之比熱（Cp）為 3 kJ/kg℃，流率為 2000 kg/hr，且其溫度從 90℃被降至 70℃，而水（Cp = 4.2 kJ/kg℃）在外管以逆向流動，流率為6000 kg/hr，進口溫度為 30℃，若已知總熱傳係數 U = 300 W/m2 K，請問水之出口溫度及熱交換器熱傳面積為多少？（20 分）
（20 分）
- 4
文氏流量計（Venturi meter）和鋭孔流量計（orifice meter）均是常用的差壓式流量計，其各有何優、缺點？（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
文氏流量計與銳孔流量計同屬差壓式流量計，都依白努利方程式與連續方程式，由節流前後的壓差推算流量；兩者差別在於節流元件的形狀，進而影響永久壓力損失、流量係數、價格與安裝空間。作答以比較為主軸，最好附簡圖與公式。
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- 5
一平面爐壁由 12 cm 厚之耐火磚內層及 24 cm 厚之普通磚外層所構成，耐火磚及普通磚之熱導係數各為 0.2 及 0.8 kcal/hr·m·℃。爐壁內表面之溫度為 720℃，外表面之溫度為 70℃。
（一）磚間接觸點之熱阻不計，試求穩定狀態時，爐壁每平方公尺之熱損失。（15 分）
（二）兩磚界面之溫度為多少？（5 分）
（20 分）
106 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請繪圖說明皮托管（Pitot Tube）的原理。（5 分）使用皮托管測量圓管內流體流速時，皮托管之外徑不可大於管徑之幾分之幾？（5 分）
（10 分）
- 2
請說明旋風分離器的基本工作原理，並繪出殘留曲線與粒徑的關係圖。（10 分）試述何謂助濾劑及功用，並舉出一種常用助濾劑。（10 分）
（20 分）
- 3
請解釋說明與粉體粒徑篩選有關的名詞：通過率（D）和殘留率（R） ，並畫出一般通過率分布曲線（即 D 對粒徑 Dp 做圖）和殘留率分布曲線（即 R 對粒徑 Dp 做圖）。（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
本題考粉體粒徑分布的累積表示法：篩分時以某粒徑為界，通過篩網的質量分率為通過率，留在篩上的為殘留率，兩者互補；作答要寫定義、關係式，並正確畫出兩條單調曲線。
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- 4
有一混合物以 1200 kg/ hr 的流率進入具回流比的精餾塔，該混合物由 A 與 B 組成，其中 A 占該混合物的重量百分率為 40%，若餾出物中含 A 的重量百分率為 90%，餾餘物中 B 的重量百分率為 95%，自塔頂進入冷凝器的蒸氣量為 900 kg/ hr，則回流比為何？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題為精餾塔的質量均衡：先以總質量與成分 A 均衡求餾出物量 D，再以冷凝器均衡（塔頂蒸氣 V = 回流 L + 餾出物 D）求回流比 R = L/D。注意題目給的是重量百分率，用質量直接算即可。
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- 5
有一液體（蒸氣壓 0.25 atm，密度 0.86 g/cm3）經幫浦由儲槽輸送至高處，槽內壓力為 1atm，若幫浦進口端管線壓力損失為 0.05 atm，幫浦的位置高於儲槽內液面 1.2 m，試計算此幫浦的（一）吸引揚程（suction head）；（10 分）（二）淨正吸引揚程 NPSH（net positive suction head）。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考泵吸入側的能量均衡與淨正吸入揚程（NPSH）。以儲槽液面為基準，用白努利方程式扣除位置升高與管路損失，得泵入口壓力換算的揚程；再扣除液體蒸氣壓即為 NPSH。先將各壓力換成液柱高度最方便。
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- 6
直徑 10 cm 之蒸氣管，使用 4 cm 厚之石棉（熱傳導率 = 0.14 kcal/(hr‧m‧℃)）保溫以避免蒸氣輸送過程中熱損失。如果石棉內外面之溫度為 140℃與 50℃，試求每單位公尺管長之熱損失率。（20 分）
（20 分）
105 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答下列問題：（每小題 5 分，共 10 分）蒸餾塔內的板層安裝有泡罩裝置，即所謂的泡罩板（bubble-cap plate），請問泡罩的功能為何？，請問填料的功能何在？-液吸收操作的填充塔內，通常會放置填料（packing）
（10 分）
參考架構・破題
本題考兩種氣液接觸設備的內件：泡罩板與填充塔填料。兩者共同目的都是增加氣液接觸面積與接觸時間、促進質傳，但作用方式不同，一為分段（級式）接觸，一為連續（微分）接觸。
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- 2
請說明正排量泵（positive displacement pump）與動壓力泵（dynamic pressure pump）的工作原理與特性。（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
泵依作用原理分兩大類：正排量泵靠工作容積週期變化直接推送定量流體；動壓力泵（以離心泵為代表）靠葉輪高速旋轉把動能傳給流體，再轉為壓力能。作答以原理、型式、特性曲線三面向對照。
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- 3
請說明可應用那些操作方法達到除濕（dehumidification）的目的？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
除濕即降低空氣（或氣體）中的水蒸氣含量（濕度）。方法可依原理分為冷卻凝結、壓縮、吸收、吸附與薄膜分離等；作答宜先界定濕度觀念，再逐一說明原理、設備與適用場合，並可配合濕度圖說明。
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- 4
有一苯與甲苯的混合液，擬利用蒸餾方法進行分離。進料端含有 45 mol%的苯和55 mol%的甲苯，以 100 kg mol/h 的流率進入蒸餾塔。蒸餾結果，塔底可得到含有10 mol%的苯和 90 mol%的甲苯，塔底餾餘物的流率為 60 kg mol/h。請計算塔頂餾出物的流率每小時有多少 kg mol？（5 分）塔頂餾出物中可得到含有多少 mol%的苯與甲苯？（10 分）
（15 分）
- 5
有一厚管壁的膠管，內直徑 10 mm，外直徑 40 mm，其導熱係數為 0.151 W/m-K，擬暫時用來當冷卻水槽的冷卻管。冷卻管中快速通入冰水，讓管內溫度維持在 2℃，管外表面溫度維持在 25℃。假若總共有 16 W 的熱量需要藉由冷卻移走，請計算需要使用多少長度的冷卻管？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題是圓管壁（徑向）穩態一維熱傳導。先寫出圓柱殼的熱阻 R = ln(r2/r1)/(2πkL)，求每公尺管長能移走的熱量，再以總熱負荷除以單位長度熱流量得到所需管長。
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- 6
考慮有一開放式水槽與連通的排水管如下圖所示，水槽液位 h 有 4 m 高，底部連通的排水管其管直徑有 0.01 m，若不考慮流體流動的摩擦損失問題，排水管閥門打開時，請計算流體的體積流率有多少 m3/s？（20 分）h
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
104 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
（一）管殼式熱交換器（shell and tube heat exchanger）內的檔板目的為何？（5 分）
（二）使用浮子流量計量測流量時，有那幾個力作用於浮子上？（5 分）
（10 分）
參考架構・破題
本題兩小題都是設備構造與原理的說明題：（一）考殼管式熱交換器殼側擋板（baffle）的功能，（二）考浮子流量計（rotameter）浮子的力平衡。答題重點是「列點完整＋說明原因」。
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- 2
請說明下列各操作單元所用之分離原理：
（一）結晶。（5 分）
（二）液相萃取。（5 分）
（10 分）
參考架構・破題
本題考兩種分離操作的「分離依據」：結晶靠溶解度差與固液相平衡，液相萃取靠溶質在兩不互溶液相中的分配（溶解度）差。答題時每項都應寫出原理、推動力與典型操作方式。
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- 3
（一）當過濾液流經過濾機之過濾過程，受到那三種阻力的作用？（10 分）
（二）請問用何種方法可將 40%（by wet）之酒精水溶液，回收其中酒精並濃縮成 98%（by wet）之酒精？（10 分）
（20 分）
- 4
有一幫浦欲將水（密度=62.3 lbm/ft3）從低處（進口）送至 4 ft 高處（出口）。進口處之壓力為 4 大氣壓，流速 100 ft/sec，出口處之壓力為 1.2 大氣壓，流速 10 ft/sec。經試驗發現此幫浦的效率為 70%。假設管路中的磨擦損耗可忽略不計，試問有多少ft-lbf/lbm 的功由於幫浦之不可逆而失去？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題用機械能平衡（擴充白努利方程式）。先求流體在進出口之間實際所需（或釋放）的機械能，再用幫浦效率換算軸功，兩者差值即為不可逆損失的功。英制單位要特別處理 gc。
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- 5
有一套管熱交換器將甲醇由 65℃冷卻至 40℃，甲醇在外徑為 6 cm 之內管流動，冷卻液於外管，其流動方向與甲醇相反，其溫度由入口 20℃提升至出口 30℃。若總熱傳係數為 305 W/m2 K，甲醇之流量為 1.7 kg/s，比熱為 2.6 kJ/kg K，請問套管熱交換器的長度為何？（20 分）
（20 分）
- 6
一蒸餾塔用以分離 1500 kg/hr 之 A 與 B 的混合物，其中 A 所占的重量百分率為40%，已知餾出物中含 A 重量百分率為 90%，餾餘物中含 B 重量百分率為 90%，且回流比為 0.45，則自塔頂入冷凝器的蒸氣質量流率約為若干 kg/hr？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題先以全塔質量（成分）平衡求餾出物流率 D，再由回流比定義 R = L/D，求塔頂上升蒸氣 V = L + D = D(R + 1)。題目全用重量基準，直接以 kg/hr 計算即可。
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103 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請解釋說明下列元件及其特性：袪水器（steam trap）（5 分）孔口計（orifice meter）（5 分）齒輪泵（gear pump）（5 分）
（15 分）
- 2
請解釋說明下列與熱傳有關的名詞：顯熱（sensible heat）（5 分）潛熱（latent heat）（5 分）熱輻射（thermal radiation）（5 分）
（15 分）
- 3
請解釋說明：吸收（absorption）和氣提（stripping）（10 分）萃取（extraction）和瀝取（leaching）（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考兩組「互為對照」的質傳分離操作：吸收與氣提是同一氣液系統的反方向操作；萃取與瀝取的差別在被處理的原料是液體還是固體。答題要寫定義、推動力、設備與實例，並點出兩者差異。
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- 4
請解釋說明流體化床（fluidized bed）以及它在化學工程上的應用。（10 分）
（10 分）
- 5
有 A-B 兩成分混合液在 350K 時的相對揮發度（relative volatility）為 2.5，試計算當A 成分液相莫耳分率為 0.4 和 0.8 時，與之達成平衡的氣相莫耳分率為多少？（20 分）
（20 分）
- 6
某一有機酸對異丙醚和水的分配係數（distribution coefficient）在 298K 時為 0.25，若 100 公升的有機酸水溶液中含有機酸 6 公斤，現以 70 公升的異丙醚一次萃取，假設溶質的提取與溶入，對溶液的體積變化影響很小，因此可以被忽略，請計算萃取後水溶液中含有機酸還剩多少公斤？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題是單段（一次）液液萃取的質量平衡計算：利用分配係數把萃取相與萃餘相的濃度連起來，再以溶質總量守恆解出萃取後水相剩下的有機酸量。重點在先寫清楚分配係數的定義方向。
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102 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請解釋下列有關離心泵的現象：
（一）抽空現象（cavitation）（10 分）
（二）氣結現象（air binding）（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
兩者都是離心泵「抽不上液體或效能驟降」的異常現象，但成因相反：抽空（穴蝕）是液體局部壓力低於蒸氣壓而汽化；氣結是泵內原本就充滿氣體、葉輪無法產生足夠揚程。作答要分別寫定義、成因、後果與防治。
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- 2
請說明浮子流量計（rotameter）的工作原理，又如何正確讀取浮子流量計的流量數據？（10 分）
（10 分）
- 3
請解釋下列有關熱傳送的現象：
（一）自然對流（natural convection）（10 分）
（二）黑體輻射（black-body radiation）（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
兩題分屬熱傳的對流與輻射兩種機制：自然對流是流體因溫差造成密度差而由浮力驅動的流動熱傳；黑體輻射是理想吸收與放射體的熱輻射行為，以 Stefan–Boltzmann 定律描述。各寫定義、機制、定量關係與實例。
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- 4
有一輸送加熱流體的鋼管其表面溫度為 120℃，鋼管外直徑是 30 cm，而長度為 100 m。在管外敷覆一層厚 15 cm 的保溫材料，已知保溫材料的熱傳導係數為 0.20 W/(m·K)，若保溫之後的管外表面溫度為 25℃，請問此鋼管的熱損失每 m 為多少 W？（15 分）
（15 分）
- 5
有一填充塔用來進行吸收程序，將含有 2.0 mol% A 的氣體進料，去除其 85%的 A成分。若氣體進料的流率是 40 kmol/h，吸收劑採用純水，其流率是 85 kmol/h，試求氣體及水溶液離開填充塔時含 A 成分各為何？（15 分）
（15 分）
- 6
在 25℃，空氣壓力為 101.3 kPa，濕空氣中若含有水蒸氣分壓為 1.52 kPa，而 25℃的飽和水蒸氣分壓為 3.17 kPa，請計算此空氣的：
（一）絕對濕度（absolute humidity）（5 分）
（二）飽和濕度（saturated humidity）（5 分）
（三）百分濕度（percentage humidity）（5 分）
（四）相對濕度（relative humidity）（5 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考濕度學（psychrometry）的四種濕度定義：以水蒸氣分壓與總壓求絕對濕度、飽和濕度，再以兩者比值得百分濕度，以分壓比得相對濕度。關鍵在分清「以質量比為基準」與「以分壓比為基準」的差異。
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其他等別的「化工機械概要」
- 化工機械概要（地方特考四等）（35 題）
題目來源：考選部考畢試題查詢平臺（政府資訊公開資料）；參考架構為本站自撰，僅供準備方向參考，非官方標準答案。最後更新：。