單元操作與輸送現象(一)

國立雲林科技大學 化材系劉博滔

EC204A 分機4622Office hours: 圖書館學科指導時間

助教: 黃韶嫻 四化三A王得驊 四化三B

Office: EC416

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P. 2單元操作與輸送現象(一)

Textbook:

評量方式:1.期中考1: 30%2.期中考2: 30%3.期末考: 30%4.平時出席、課堂表現及作業: 10%

Transport Phenomena, 2nd EditionR.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot, John Wiley and Sons,Inc. 2007.歐亞書局02-89121188

References:G.J. Geankoplis, “Transport Processes and Separation Process Principles(includes unit operations)”, 4th Ed., Prentice Hall, New Jersey, 2003J.R. Welty, C.E. Wicks, R.E. Wilson, and G. Rorrer, “Fundamentals ofMomentum, Heat and Mass Transfer”, 4th Ed., John Wiley & Sons, Inc., NewYork, 2001.W.L. McCabe, J.C. Smith, and R. Harriott, ”Unit Operation of Chemicalengineering”, 7nd Ed., McGraw-Hill, New York, 2005.

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P. 3單元操作與輸送現象(一)

1.1單元操作（分離程序）與輸送程序之分類

1.1A 簡介

化工、食品、生化與其他程序都有個共同點，就是要將原料加工轉

變成最後產品，我們可將這些看似不同的程序，拆成一系列的處理

步驟，稱為單元操作 (unit operations) 或分離程序

(separation processes)，這些單元或分離設備在各種不同型式

的工業中都是通用的。

許多單元操作或分離程序都有若干共同的基本原理與機構，例如在

乾燥、吸收、蒸餾、結晶與薄膜分離程序中，都會發生擴散或質量

傳送的機構；乾燥、蒸發與蒸餾程序中，都會發生熱量傳送的機

構。以下將以更基本的特性，按照輸送程序的不同，予以分類。

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P. 4單元操作與輸送現象(一)

1.1B 單元操作或分離程序的分類

分離程序主要在處理物質與能量之傳送與變化，使用的方法包括物理與物理化學等，不同的分離程序可組合成不同系列的化工程序，在本書中所涵蓋的重要的分離程序如下：

1. 蒸發：這是指揮發性溶劑由不揮發性溶質之溶液中的蒸發，例如鹽水中水的蒸發。

2. 乾燥：在這個操作中，揮發性液體，通常指水，由固體中去除。

3. 蒸餾：在這個操作中，液體中的不同成分藉著蒸氣壓的差異，利用沸騰使之分離。

4. 吸收：氣體中的一成分，以水吸收後與另一成分分離。

5. 薄膜分離：這個程序係由流體中分離溶質，溶質由液體或氣體中擴散，通過半透膜的屏障，擴散至另一流體中。

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P. 5單元操作與輸送現象(一)

6. 液 - 液萃取：以不相溶或微溶的溶劑與溶液接觸而萃取溶液中的溶質的方法稱之。

7. 吸附：液體或氣體物流中的溶質以固體吸附劑吸附而去除之。

8. 離子交換：溶液中的離子，以離子交換固體交換而去除之。

9. 液 - 固瀝取：將固體研磨成細粒後，以液體溶解其中的溶質而去除之。

10.結晶：使溶質，例如鹽，由溶液中結晶析出。

11.機械 - 物理分離：以機械方法分離固體、液體或氣體。例如過濾、沉降、離心與減積 (size reduction)。

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P. 6單元操作與輸送現象(一)

1.1C 基本傳送程序

1. 動量傳送 (momentum transfer) ：這是涉及流動流體的動量傳送程序，發生在諸如流體流動、沉降、混合與過濾之分離程序中。

2. 熱量傳送 (heat transfer)：這是關於熱量由一處傳送至另一處之傳送程序，發生於乾燥、蒸發、蒸餾與其他分離程序中。

3. 質量傳送 (mass transfer)：這是涉及質量由一處傳送至另一處之傳送程序，不論在氣相、液相、或固相中，基本的傳送機構都相同，包括蒸發、吸收、萃取、吸附、瀝取、結晶與薄膜分離等。

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P. 7單元操作與輸送現象(一)

例題 柳丁汁的濃縮

剛壓榨、過濾的柳丁汁中含 6 wt% 的固體，送入真空蒸發器除去部分水份後，

固體濃度增至60 wt%。已知進料為 1000 kg/h，試計算出口的濃柳丁汁與水流

之量。

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P. 8單元操作與輸送現象(一)

另取固體成分的質量均衡：

解得

C= 100 ㎏/h的濃縮柳丁汁

W = 900 ㎏/h 的水。

1000 W C

解：

假設W為未知的水量，C為未知的濃汁之量

100 x 0.06 = W x 0 + C x 0.6

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P. 9單元操作與輸送現象(一)

(a)Macroscopic level: momentum/energy/mass balance(b)Microscopic level: equations of change(c)Molecular level: intermolecular force

質能均衡速度/溫度/濃度分布分子狀態, 不連續流體

CHAPTER 0: Introduction

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P. 13單元操作與輸送現象(一)

In the concentration of orange juice, a fresh extracted

and strained juice containing 7.08 wt % solids is fed to a

vacuum evaporator. In the evaporator, water is removed

and the solids content increased to 58 wt % solids. For

1000 kg/h entering, calculate the amounts of the outlet

streams of concentrated juice and water.

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P. 14單元操作與輸送現象(一)

剛壓榨、過濾的橘子汁中含 7.08 wt%

的固體，送入真空蒸發器除去部分水份後，

固體濃度增至 58 wt%。已知進料為 1000

kg/h，試計算出口的濃橘子汁與水流之量。

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