化工機械概要 申論題歷屆試題與參考架構
地方特考四等，民國 106～114 年共 7 份試卷、35 題，其中 33 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。
114 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
有一堰塞湖水深 25 公尺，若底部出現 5 公分×10 公分裂痕，水的密度為998 kg/m3，若大氣壓力為 1 atm，試問：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）湖底水壓有多少 psi？
（二）若要將裂痕滲水處堵住，需多大牛頓力？（1 atm=760 mmHg=14.7 psi=1.013×105 Pa=1.013×105 N/m2）
（20 分）
- 2
0.6 莫耳分率乙醇與 0.4 莫耳分率水的溶液，以每分鐘 800 莫耳流入蒸餾塔，若塔底產物是每分鐘 200 莫耳的 0.1 莫耳分率乙醇，其餘為水，試求： （每小題 10 分，共 20 分）
（一）塔頂產品每分鐘流量為何？與乙醇的莫耳分率為何？
（二）若回流比是 0.6，則進入冷凝器的塔頂蒸氣每分鐘流量為何？
（20 分）
- 3
請回答下列問題：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）請詳述牛頓黏度定律為何？
（二）一流體流入兩平行的平板中，當上板固定不動，下板施力使其以每秒5 公分的速度移動，若兩板距離為 15 公分，試求其速度梯度。
（20 分）
- 4
請回答下列問題：
（一）何謂超臨界流體？（5 分）與其物理特性？（5 分）
（二）超臨界萃取最常使用何種溶劑？有何優缺點？（10 分）
（20 分）
- 5
請回答下列問題：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）請畫出一般多孔物質的乾燥曲線與含水率隨乾燥時間之變化圖。
（二）一盤濕黏土重 36.0 kg 置於密閉乾燥箱中，以 90℃、相對溼度 10%的熱空氣乾燥，經 10 小時達 32.0 kg，將溫度升至 120℃，經 3 小時加熱至含水量 0 的 30.0 kg 恆重，試求此黏土的自由含水率。
（20 分）
113 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
（一）欲撲滅 150 公尺高大樓的火災，則地面上的消防栓最低壓力需多少大氣壓力？（10 分）
（二）當體溫為 102℉，相當於攝氏幾度，請問是否發燒了？（5 分）
（15 分）
- 2
以每小時 4000 公斤的蒸汽（385 K，2230 kJ/kg 潛熱）加熱 9200 kg/h 的1%鹽水至 3%濃度，蒸發器內溫度 373 K 且總括熱傳係數為 1600 W/m2·K，試求每小時 3%濃縮鹽水產量與所需傳熱面積。（20 分）
（20 分）
- 3
（一）請詳述乾球溫度與濕球溫度的區別。（10 分）
（二）何謂露點與絕熱冷卻溫度？（10 分）
（三）試詳述除濕機應用原理。（10 分）
（30 分）
- 4
何謂萃取？（5 分）若 35℃醋酸在異丙醚的溶解度為 0.4 mol/100 mL、在水溶解度為 1.6 mol/100 mL，此時分配係數為何？（5 分）現有一 1000 mL水溶液內含醋酸 0.8 mol，若分別以 600 mL 異丙醚連續萃取 2 次，則水溶液中還有多少 mol 醋酸？（5 分）
（15 分）
- 5
水以每秒 6×10-3 立方公尺體積流率進入邊長 10 公分正三角形截面的水管中流動，水的密度為 1000 kg/m3，黏度為 1.2×10-3 kg/m·s。試求：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）相當管徑為何？
（二）流體流動的雷諾數為何？
（20 分）
112 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
膜分離技術常用於液液分離，針對薄膜分離技術之應用，請回答下列問題：
（一）說明薄膜分離的種類及與其相應之基本原理為何？（10 分）
（二）說明影響薄膜分離的因素有那些？（5 分）
（三）說明膜分離製程的操作模式有那些？（5 分）
（20 分）
- 2
關於結晶，請回答下列問題：
（一）何謂結晶？（5 分）
（二）說明工業上使用的結晶法。（5 分）
（三）畫圖說明適用之連續式結晶器。（10 分）
（20 分）
- 3
使用泵（效率為 60%）將密度 1.84 g/cm3 的液體，由 A 槽（位置 1）以0.264 m3/min 流率輸送至開放水槽 B（位置 2），泵之吸水管內徑為 77.9 mm，出水管內徑為 52.5 mm。B 槽位置點高於 A 槽 20 m，管線之摩擦損失為30 J/kg，試計算泵所需功率（kW）及泵產生之壓差？（20 分）B A
（20 分）
參考架構・破題
本題是含泵功的柏努利機械能衡算標準計算題。先以 A 槽液面至 B 槽液面為控制體積，寫出能量平衡求泵對每公斤流體所做的功，再乘質量流率並除以效率得實際功率，最後以泵入出口界定壓差。
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- 4
有一雙套管熱交換器（內管之管徑為 2.54 cm，外管之管徑為 3.82 cm，長度為 8 m）用冷水採逆流式冷卻熱油。熱油流率為 0.1 kg/s，油由 95℃被冷卻至 65℃，比熱為 2.42 kJ/（kg·K），外管冷水流率為 0.2 kg/s，冷水入口溫度為 30℃，比熱為 4.18 kJ/（kg·K），試求：冷水出口溫度、總熱傳係數。（20 分）
（20 分）
- 5
關於液液萃取，請回答下列問題：（每小題 4 分，共 20 分）
（一）何謂液液萃取？
（二）萃取劑如何選擇？
（三）蒸餾與萃取都是液液分離的方式，在什麼情況下會採用萃取操作？
（四）說明常見之萃取裝置有那些？
（五）何謂超臨界萃取？
（20 分）
111 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請試述下列名詞之意涵：
（一）對數平均半徑（Log-mean radius）（5 分）
（二） Fick’s second law（5 分）
（三）蒸汽祛水器（Steam trap）（5 分）
（四）雙膜理論（Two film theory）（5 分）
（20 分）
- 2
依泵的持性，回答下列問題：
（一）泵分成幾類？請分別比較。（10 分）
（二）何者易受氣縛（air binding）影響？（5 分）
（三）何時適合黏稠性的流體？（5 分）
（20 分）
- 3
一塊均勻材料，厚度為 0.50 m，此材料的熱傳導係數 k = 0.54 kcal/hr-m℃。若材料的一面的溫度為 200℃，而另一面維持在 20℃，此熱傳導僅在一維方向，試求在穩態時的熱流通量。 （15 分）
（15 分）
- 4
利用水將空氣中的氨氣在吸收塔以逆向流動方式吸收，塔的溫度為 68°F，氣體進料為 1540 ft3/hr (1 atm)，而水中不含氨的流量為 75 lbm/hr，且空氣可假設為理想氣體（理想氣體常數 R = 0.73 ft3．atm/R．lbmmol）。若氨的含量經吸收後由 3.52%降至 1.29%，請問：
（一）以何種方式表示可使操作線變成直線？（10 分）
（二）求此操作線的斜率為何？（10 分）
（三）何謂操作線的最小斜率？（5 分）
（25 分）
- 5
200 mol/h 的飽和液中，其中有 42 mol% n-Heptane 及 58 mol% Ethyl Benzene，送入一分餾塔（於 101.32 kPa）進行分離出的蒸餾物含 97 mol% Ethyl Benzene 及塔底物含 2 mol% Ethyl Benzene。此塔的回流比為 2.5。已知在 101.32 kPa 壓力下 n-Heptane 的氣液莫耳分率的平衡數據為：℃ xH yH 136.1 0 0 129.4 0.08 0.230 119.4 0.250 0.514 110.6 0.485 0.730 102.8 0.790 0.904 98.3 1.000 1.000
（一）求蒸餾物及塔底的莫耳流率。（10 分）
（二）寫出此操作線，不需詳細繪圖，但由繪圖說明如何由操作線與平衡線求此分餾塔的理論板數。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題為連續二成分精餾塔的物料平衡與 McCabe-Thiele 圖解。注意題目所述蒸餾物含 97 mol% Ethyl Benzene，但 n-Heptane 沸點較低（98.3℃）應為輕成分，通常餾出物應富含 n-Heptane，作答時宜先註明所採用的組成，並保持解法一致。
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110 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答下列問題：
（一）離心泵輸送中為何會產生抽空現象（cavitation）與氣結現象（air，並說明這些現象對離心泵有那些負面效果。binding） （10 分）
（二）何謂流體？可壓縮流體與不可壓縮流體如何區分並舉例。 （10 分）
（20 分）
- 2
請回答下列問題：
（一）為何在鰭管熱交換器加裝擴展表面（extended surface）？使用上有那幾種型態？（10 分）
（二）何謂蒸餾塔裝置的理想板？板效率又可分為那幾種？（10 分）
（20 分）
- 3
請回答下列問題：
（一）何謂溝流效應（channeling effect），對吸收塔操作有何影響？（10 分）
（二）請說明總含水率、平衡含水率、自由含水率與臨界含水率。（10 分）
（20 分）
- 4
請回答下列問題與計算：
（一）何謂渦旋現象（swirling） ，有那些方法可避免此一現象的發生？（10 分）
（二）常溫常壓時，氧氣溶於 10%葡萄糖溶液中的亨利常數 （Herry’s constant）為 4.0104 atm/莫耳分率，求此時葡萄糖溶液（分子量約 34.2）中飽和氧濃度是多少 mg/L？（空氣中含氧的莫耳分率為 0.21） （10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題結合「攪拌槽的流動現象」與「氣體溶解度（亨利定律）」。第（一）小題要說明攪拌槽中渦旋（swirling，形成中心漩渦 vortex）的成因、缺點與防止方法；第（二）小題用亨利定律由氧分壓求液相莫耳分率，再換算成 mg/L，重點在單位換算步驟要完整列出。
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- 5
請回答下列問題與計算：
（一）以萃取法分離物質的依據為何？寫出液液萃取的分配係數與溶劑所需具備的條件。（10 分）
（二）若茶多酚對水與乙酸乙酯的分配係數在 25℃時為 0.8，則含 10 克茶多酚的水溶液 100 mL，若以 100 mL 乙酸乙酯萃取一次，可得到多少茶多酚？若將 100 mL 乙酸乙酯分 2 次來萃取（每次 50 mL），可得到多少茶多酚？（10 分）
（20 分）
107 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答下列問題：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）流體流經管路系統時會因流動摩擦而造成能量損失，請詳細説明通常因流動摩擦而造成能量損失的種類與原因？
（二）欲直接量測流體輸送管路中某一點的流體流速，請問可選用何種測量裝置？並請說明該裝置的工作原理。
（20 分）
- 2
請解釋説明下列分離程序及其特性：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）超臨界萃取（supercritical extraction）
（二）真空蒸餾（vacuum distillation）
（20 分）
- 3
請解釋物理吸附（physisorption）與化學吸附（chemisorption），並說明它們在吸附特性上的差異。 （20 分）
（20 分）
參考架構・破題
吸附依吸附質與吸附劑表面作用力的性質分為物理吸附與化學吸附。答題先分別定義，再以表列方式從作用力、吸附熱、可逆性、層數、溫度、選擇性、活化能等面向比較。
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- 4
請詳細說明有那些操作方法可以達到空氣增濕（humidification）的目的，並繪製簡易的濕度圖以示意增濕的操作程序？（20 分）
（20 分）
- 5
有一冷藏室，其結構為內層是用厚度 15 mm 的松木板，中間層是用厚度100 mm 的軟木板，最外層則用厚度 75 mm 的水泥構成。松木板的導熱係數是 0.151 W/m．K，軟木板是 0.043 W/m．K，水泥是 0.762 W/m．K。假若冷藏室內層表面溫度-15℃，最外層溫度則為 25℃，請計算每平方公尺熱損失多少瓦（W）？以及松木板與軟木板之間溫度為多少度 （℃）？（20 分）
（20 分）
106 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
有個殼管式熱交換器，如圖一，化合物 B 在殼端流動，進料流量（物流 1）為 20 kg/s，進料溫度為 70℃，出料溫度（物流 2）為 40℃。化合物 A 在管束端流動，進料流量（物流 3）為 10 kg/s，進料溫度為 20℃，假設兩者比熱容量（specific heat capacity）近似，請預估化合物 A 出料溫度？（20 分）3, mA 1, mB圖一
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 2
請依定義及應用比較吸收（absorption）、氣提（stripping）、萃取（extraction）、瀝取（leaching）的差異。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
四者都是質傳分離操作，差異在於相態組合與質傳方向：吸收與氣提是氣－液系統且方向相反，萃取是液－液系統，瀝取是固－液系統。答題逐一定義、舉應用，最後以比較表整理。
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- 3
如圖二所示，有一曝露於大氣的水槽，如不計摩擦損失時，液體（密度為 0.9 g/cm3）經由內直徑 0.01 m 之圓管排出大氣中，試求其出口的平均速度？（20 分）P = 1 atm 2m 12 m V 3m圖二
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 4
請比較以下裝置應用的差異和其優缺點：
（一）固體輸送之帶式運送機與氣動式運送機（pneumatic conveyor）。（10 分）
（二）熱量輸送之殼管式熱交換器和板式熱交換器。 （10 分）
（20 分）
- 5
管因受限於製造、搬運、儲存之條件，長度有其限定，需要由配管場合決定管徑與長度大小，也因此有不同的接合方法，分為螺旋接合（screw joint） 、凸緣接合（flange、焊接接合（welded joint）和插承接合（bell and spigot joint）joint） ，請問各接合方法有何不同？（20 分）
（20 分）
其他等別的「化工機械概要」
- 化工機械概要（普通考試）（69 題）
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