9급 국가직 화학공학일반 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

12년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 국가직 화학공학일반 기출문제모두CBT · moducbt.com

12년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

선택적 용해성을 이용하여 비등점 차이(휘발도 차이)가 작은 혼합물을 분리하는 방법은?

1훌래쉬(flash) 증류

2증발

3추출

4재결정

정답 및 해설

해당 분리법은 추출이다.

용매에 대한 선택적 용해도 차이를 이용하므로 휘발도 차가 작아 증류가 어려운 혼합물에 쓴다.

플래시 증류: 휘발도 차를 이용하는 평형 증류다.
증발: 비휘발성 용질 용액에서 용매를 기화시켜 농축한다.
재결정: 온도에 따른 용해도 차로 고체를 정제한다.

문제 2

침강 분리에서 사용되는 원심침강 장치가 아닌 것은?

1사이클론(cyclone)

2공기분리기(air-separator)

3에지러너(edge-runner)

4원심분리기(centrifuge)

정답 및 해설

원심침강 장치가 아닌 것은 에지러너(edge-runner)다.

에지러너는 무거운 롤러가 회전 접시 위를 굴러 재료를 부수는 분쇄기다.

사이클론: 선회류의 원심력으로 입자를 분리한다.
공기분리기: 회전 기류의 원심력으로 입자를 크기별로 나눈다.
원심분리기: 회전 용기의 원심력으로 침강을 촉진한다.

문제 3

질량 조성(wt%)으로 O₂ 16%, CO 56%, N₂ 28%인 혼합 가스 중 N₂의 몰분율은?

11/7

22/7

33/7

44/7

정답 및 해설

$\mathrm{N}_{2}$ 의 몰분율은 2/7이다. 100 g 기준으로 각 성분 질량을 분자량으로 나눈다.

$O_2=\dfrac{16}{32}=0.5$ , $CO=\dfrac{56}{28}=2$ , $N_2=\dfrac{28}{28}=1\,\mathrm{mol}$

$x_{N_2}=\dfrac{1}{0.5+2+1}=\dfrac{1}{3.5}=\dfrac{2}{7}$ . CO와 $\mathrm{N}_{2}$ 는 분자량이 같아 질량비 = 몰비다.

문제 4

고－액 추출 공정에서 추제비(solvent ratio)가 5이고, 분리된 추제의 양이 50 kg/h일 때, 남은 추제[kg/h]는?

210

3125

4250

정답 및 해설

남은 추제는 10 kg/h이다. 추제비는 추출액으로 분리된 추제량을 잔사에 남은 추제량으로 나눈 값이다.

$5=\dfrac{50}{S_r}\;\Rightarrow\;S_r=\dfrac{50}{5}=10\,\mathrm{kg\,h^{-1}}$

추제비가 클수록 용매가 추출액 쪽으로 많이 회수된다.

문제 5

병류(parallel flow)와 향류(countercurrent flow) 열교환기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1병류는 고온유체와 냉각유체의 흐름 방향이 같다.

2병류에서는 냉각유체의 출구 온도가 고온유체의 출구 온도보다 높을 수 없다.

3고온유체의 급냉에는 향류보다 병류 사용이 유리하다.

4향류의 경우 고온유체의 출구온도가 냉각유체의 출구 온도보다 항상 높다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 향류에서 고온유체 출구온도가 냉각유체 출구온도보다 항상 높다는 진술이다.

향류에서는 고온유체 출구가 냉각유체 입구와 만나므로, 고온유체 출구온도가 냉각유체 출구온도보다 낮아질 수 있다(온도 교차).

병류는 두 유체 흐름 방향이 같음: 병류의 정의다.
병류에서 냉각유체 출구가 고온유체 출구보다 높을 수 없음: 두 출구 온도는 같아지는 쪽으로만 접근한다.
급냉에는 병류가 유리: 입구에서 온도차가 가장 커 고온유체가 빠르게 냉각된다.

문제 6

전도나 대류와 달리 에너지가 전자파의 형태로 어떤 매체의 존재없이 전달되는 현상인 복사에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1주어진 온도에서 어떤 물질의 열복사 속도는 응집상태 및 분자구조에 따라 변한다.

2이산화탄소를 포함한 다원자(polyatomic) 기체는 여러 파장에서 복사를 방사하고 흡수한다.

3흑체는 파장과 방향에 관계없이 입사하는 모든 복사를 흡수한다.

4고체와 액체의 경우 두께와 상관없이 전 스펙트럼 범위에 걸쳐 복사를 흡수하고 방사한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 고체·액체가 두께와 상관없이 전 스펙트럼에 걸쳐 복사를 흡수·방사한다는 진술이다.

유리·물처럼 특정 파장대를 투과하는 물질이 있고, 반투명 물질의 흡수량은 두께에 따라 달라진다.

열복사 속도가 응집상태·분자구조에 따라 변함: 물질마다 방사율이 다르다.
C $\mathrm{O}_{2}$ 등 다원자 기체는 여러 파장에서 방사·흡수: 특정 흡수 띠를 가진다.
흑체는 파장·방향에 관계없이 모든 입사 복사를 흡수: 흑체의 정의다.

문제 7

유속 8 cm/sec인 물이 상온에서 내경 2 cm인 관 속으로 흘러갈 때, Fanning마찰계수는? (단, 물의 점도는 1.0 cP, 밀도는 1.0 g/cm³이다)

10.001

20.01

30.1

41.0

정답 및 해설

Fanning 마찰계수는 0.01이다. Re를 먼저 구해 층류인지 확인한다.

$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{1.0\times8\times2}{0.01}=1600$ (층류)

$f=\dfrac{16}{Re}=\dfrac{16}{1600}=0.01$ . 점도 1.0 cP = 0.01 g/cm·s로 CGS 단위를 맞춘다.

문제 8

다음 중 4mm 이하의 입도 원료를 2∼50 μm 정도의 분쇄 생성물로 만들 때, 가장 적절한 분쇄기는?

1유체－에너지밀(fluid-energy mill)

2마멸밀(attrition mill)

3롤러밀(roller mill)

4텀블링밀(tumbling mill)

정답 및 해설

가장 적절한 분쇄기는 유체-에너지밀이다.

고속 기류 속에서 입자끼리 충돌시켜 수 μm 수준의 초미분쇄를 하는 장치다.

마멸밀: 회전 원판 사이의 마찰로 분쇄하는 미분쇄기로, 초미분쇄의 대표 장치로는 분류하지 않는다.
롤러밀: 롤러 압축으로 부수는 중간 분쇄기다.
텀블링밀: 볼밀 등 회전 원통 분쇄기로 일반 미분쇄에 쓰인다.

문제 9

θ는 지연 시간(dead time), τ는 시간 상수(time constant)라 할 때, PID 제어기가 PI 제어기보다 충분한 이점을 줄 수 있는 조건은?

10 < θ/τ < 0.1

20.1 < θ/τ < 0.3

30.3 < θ/τ < 0.5

41.0 < θ/τ

정답 및 해설

PID가 PI보다 충분한 이점을 주는 조건은 θ/τ가 1보다 큰 경우, 즉 지연 시간이 시간 상수에 비해 큰 공정이다.

미분 동작은 오차의 변화율로 앞으로의 변화를 예측해 조작하므로, 지연 시간이 커서 응답이 늦게 나타나는 공정에서 효과가 커진다.

θ/τ가 0~0.1인 구간: 지연이 매우 작아 PI만으로도 충분히 제어된다.
θ/τ가 0.1~0.3인 구간: 지연의 영향이 작아 미분 동작의 추가 이점이 제한적이다.
θ/τ가 0.3~0.5인 구간: 지연이 시간 상수보다 충분히 작아 PID의 추가 이점이 크지 않다.

문제 10

상온에서 내경이 10 cm인 직관을 사용하여 2 cm/sec의 속도로 물을 운반할 때, 입구로부터 최종속도 분포가 완성되는데 필요한 최소 전이길이(cm)는? (단, 물의 점도는 1.0 cP, 밀도는 1.0 g/cm³이다)

1100

2400

3600

41,000

정답 및 해설

최소 전이길이는 1,000 cm이다. 층류 입구 길이는 Re와 관 지름에 비례한다.

$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{1.0\times2\times10}{0.01}=2000$ (층류)

$L_t=0.05\,Re\,D=0.05\times2000\times10=1000\,\mathrm{cm}$ . 흐름이 층류이므로 층류 입구 길이 식을 쓴다.

문제 11

길이의 단위인 나노미터(nm)와 옹스트롱(Å)과의 관계로 옳은 것은?

11 nm＝0.01Å

21 nm＝0.1Å

31 nm＝10Å

41 nm＝100Å

정답 및 해설

올바른 관계는 1 nm = 10 Å이다.

$1\,\mathrm{nm}=10^{-9}\,\mathrm{m}$ , $1\,\mathrm{\AA}=10^{-10}\,\mathrm{m}$ 이므로 1 nm는 10 Å이다.

1 nm = 0.01 Å: nm가 Å보다 큰 단위인데 관계가 뒤집혔다.
1 nm = 0.1 Å: 크기 관계가 뒤집혔다.
1 nm = 100 Å: 10배를 더 곱한 값이다.

문제 12

베르누이(Bernoulli)식(

\dfrac{p}{\rho}+\dfrac{1}{2}v^2+gz

=상수)을 적용하기 위한 가정으로 옳지 않은 것은? (단, p는 압력, ρ는 밀도, v는 유속, g는 중력가속도, z는 높이이다)

1비정상상태(unsteady state) 유동

2비압축성(incompressible) 유동

3무마찰(frictionless) 유동

4유선(streamline)을 따르는 유동

정답 및 해설

옳지 않은 가정은 비정상상태 유동이다. 베르누이 식은 정상상태 흐름에서 유선을 따라 기계적 에너지가 보존된다는 식이다.

$\dfrac{p}{\rho}+\dfrac{1}{2}v^2+gz=\mathrm{const}$

비압축성 유동: 밀도가 일정해야 압력 항을 p/ρ로 쓸 수 있다.
무마찰 유동: 마찰 손실 항이 없는 이상 유체를 가정한다.
유선을 따르는 유동: 같은 유선 위 두 점 사이에서 성립한다.

문제 13

액체 수송용 정변위 펌프에서 왕복 펌프가 아닌 것은?

1플런저 펌프(plunger pump)

2피스톤 펌프(piston pump)

3로브 펌프(lobe pump)

4격막 펌프(diaphragm pump)

정답 및 해설

왕복 펌프가 아닌 것은 로브 펌프다.

로브 펌프는 두 개의 로브(날개) 회전자가 맞물려 돌며 액을 보내는 회전식 정변위 펌프다.

플런저 펌프: 플런저 왕복 운동을 이용한다.
피스톤 펌프: 피스톤 왕복 운동을 이용한다.
격막 펌프: 격막의 왕복 변형을 이용한다.

문제 14

300°C, 30N/cm² 상태인 수증기를 등엔탈피 변화시켜 압력이 15N/cm²로 되었다면, 온도(°C)는? (단, 측정 압력 범위에서 Joule-Thomson 계수는 10으로 가정한다)

1100

2150

3200

4250

정답 및 해설

등엔탈피 팽창 후 온도는 150℃이다. Joule–Thomson 계수는 등엔탈피 과정에서 압력 변화당 온도 변화다.

$\mu_{JT}=\left(\dfrac{\partial T}{\partial P}\right)_H$
$\Delta T=\mu_{JT}\Delta P=10\times(15-30)=-150$

$T_2=300-150=150\,\mathrm{^{\circ}C}$ . 계수가 양수이므로 압력이 떨어지면 온도도 내려간다.

문제 15

밀도가 2.0 g/cm³인 유리구를 물 속에 중력침강시켰을 경우 종말 침강속도가 0.49 cm/sec이었다. Stokes법칙이 적용될 때, 이 유리구의 지름(cm)은? (단, 물의 점도는 1.0 cP, 밀도는 1.0 g/cm³이다)

10.03/√10

20.05/√10

30.07/√10

40.11/√10

정답 및 해설

유리구의 지름은 0.03/√10 cm이다. Stokes 식을 지름에 대해 푼다.

$D_p^2=\dfrac{18\mu u_t}{g(\rho_p-\rho)}=\dfrac{18\times0.01\times0.49}{980\times1.0}=9\times10^{-5}$

$D_p=\sqrt{9\times10^{-5}}=\dfrac{0.03}{\sqrt{10}}\,\mathrm{cm}$ . 점도는 1.0 cP = 0.01 g/cm·s로 바꾼다.

문제 16

이상기체의 열전도도(thermal conductivity)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1기체 밀도(density)에 비례한다.

2평균 분자 속도(average molecular velocity)와 비례한다.

3평균 자유 경로(mean free path)에 반비례한다.

4분자 열용량(molar heat capacity)에 비례한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 평균 자유 경로에 반비례한다는 진술이다. 기체 분자 운동론에서 열전도도는 평균 자유 경로에 비례한다.

$k\approx\dfrac{1}{3}\rho\bar{u}\lambda c_v$

기체 밀도에 비례: 식의 ρ 항이다.
평균 분자 속도에 비례: 식의 ū 항이다.
분자 열용량에 비례: 식의 $c_{v}$ 항이다.

문제 17

물질전달에서 분자 확산에 대한 무차원 수인 Schmidt수(Sc)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1Sc는 운동학점도 대 분자확산도의 비이다.

2액체에 대한 Sc는 전형적인 혼합물일 경우, 약 10²에서 10⁵범위에 있다.

3이상기체의 경우 Sc는 압력에 무관하다.

4Sc에 대한 온도의 영향성은 기체가 액체보다 상대적으로 크다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 Sc에 대한 온도 영향이 기체가 액체보다 크다는 진술이다.

기체의 Sc는 온도에 거의 무관하지만, 액체는 점도와 확산계수가 온도에 따라 크게 변해 액체 쪽 온도 영향이 훨씬 크다.

Sc는 운동점도 / 분자확산도: Sc = ν/ $\mathrm{D}_{AB}$ 의 정의다.
액체 Sc는 큰 값의 범위: 액체 확산계수가 매우 작아 Sc가 기체(1 내외)보다 훨씬 크다.
이상기체 Sc는 압력에 무관: ν와 $\mathrm{D}_{AB}$ 가 모두 압력에 반비례해 약분된다.

문제 18

100 °C에서 밀폐된 용기에 벤젠 7.8g, 톨루엔 18.4g, 자일렌 54.0g의 액체 혼합용액이 증기상과 평형상태에 있다. Raoult의 법칙을 따를 때, 기상에서 세 가지 화합물의 분압크기를 비교한 것으로 옳은 것은? (단, 100°C에서 순성분 증기압은 벤젠 1,340mmHg, 톨루엔 560mmHg, 자일렌 210mmHg이고, 분자량은 벤젠 78, 톨루엔 92, 자일렌 108이다)

1벤젠 ＞ 톨루엔 > 자일렌

2톨루엔 > 벤젠 > 자일렌

3벤젠 > 자일렌 > 톨루엔

4자일렌 > 톨루엔 > 벤젠

정답 및 해설

분압 크기는 벤젠 > 톨루엔 > 자일렌이다. 몰분율을 구해 라울 법칙 $p_i=x_iP_i^{sat}$ 에 넣는다.

몰수: 벤젠 7.8/78 = 0.1, 톨루엔 18.4/92 = 0.2, 자일렌 54.0/108 = 0.5 (합 0.8)
몰분율: 0.125, 0.25, 0.625

분압: 벤젠 $0.125\times1340=167.5$ , 톨루엔 $0.25\times560=140$ , 자일렌 $0.625\times210=131.3\,\mathrm{mmHg}$ . 자일렌은 몰분율이 가장 크지만 증기압이 낮아 분압이 가장 작다.

문제 19

증습(humidification) 조작에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1노점(dew point)은 증기－기체 혼합물이 포화되기까지 냉각되어야 하는 온도이다.

2습도도표(humidity chart)는 전압(total pressure)에 관계없이 어떠한 계에 대해서도 만들 수 있다.

3Lewis 관계식이 성립한다면 습도선(psychrometric line)은 단열 포화선으로 사용 가능하다.

4모든 습도에서 %습도(percentage humidity)는 상대 습도(relative humidity)보다 크다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 모든 습도에서 %습도가 상대습도보다 크다는 진술이다.

%습도는 상대습도보다 작거나 같으며, 두 값은 0%와 100%에서만 같다.

노점은 포화될 때까지 냉각해야 하는 온도: 노점의 정의다.
습도도표는 어떤 계·전압에 대해서도 작성 가능: 계와 전압을 정하면 만들 수 있다.
Lewis 관계가 성립하면 습도선을 단열 포화선으로 사용: 공기–물계에서 습구온도 ≈ 단열포화온도다.

문제 20

원가회계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1재료비 등 생산량의 변화에 따라서 증감하는 원가를 변동비라고 한다.

2공장장 급여와 같이 생산량 변화에 관계없이 발생하는 비용을 고정비라고 한다.

3측정경비란 전력비, 수도광열비 등 측정계기에 의하여 산정되어 소비하는 금액을 말한다.

4발생경비는 여비, 수선비, 운임비 등을 위해 지급하거나 청구되는 경비를 말한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 여비·수선비·운임비 등을 발생경비로 설명한 진술이다.

이들은 실제 지급액으로 원가를 잡는 지급경비이고, 발생경비는 재고감모손실처럼 현금 지출 없이 발생한 금액을 원가로 잡는 경비다.

재료비처럼 생산량에 따라 증감하는 원가는 변동비: 변동비의 정의다.
공장장 급여처럼 생산량과 무관한 비용은 고정비: 고정비의 정의다.
전력비·수도광열비는 측정경비: 계기로 측정한 소비량으로 산정한다.

9급 국가직 화학공학일반 기출문제모두CBT · moducbt.com

12년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

선택적 용해성을 이용하여 비등점 차이(휘발도 차이)가 작은 혼합물을 분리하는 방법은?

1훌래쉬(flash) 증류

2증발

3추출

4재결정

정답 및 해설

해당 분리법은 추출이다.

용매에 대한 선택적 용해도 차이를 이용하므로 휘발도 차가 작아 증류가 어려운 혼합물에 쓴다.

플래시 증류: 휘발도 차를 이용하는 평형 증류다.
증발: 비휘발성 용질 용액에서 용매를 기화시켜 농축한다.
재결정: 온도에 따른 용해도 차로 고체를 정제한다.

문제 2

침강 분리에서 사용되는 원심침강 장치가 아닌 것은?

1사이클론(cyclone)

2공기분리기(air-separator)

3에지러너(edge-runner)

4원심분리기(centrifuge)

정답 및 해설

원심침강 장치가 아닌 것은 에지러너(edge-runner)다.

에지러너는 무거운 롤러가 회전 접시 위를 굴러 재료를 부수는 분쇄기다.

사이클론: 선회류의 원심력으로 입자를 분리한다.
공기분리기: 회전 기류의 원심력으로 입자를 크기별로 나눈다.
원심분리기: 회전 용기의 원심력으로 침강을 촉진한다.

문제 3

질량 조성(wt%)으로 O₂ 16%, CO 56%, N₂ 28%인 혼합 가스 중 N₂의 몰분율은?

11/7

22/7

33/7

44/7

정답 및 해설

$\mathrm{N}_{2}$ 의 몰분율은 2/7이다. 100 g 기준으로 각 성분 질량을 분자량으로 나눈다.

$O_2=\dfrac{16}{32}=0.5$ , $CO=\dfrac{56}{28}=2$ , $N_2=\dfrac{28}{28}=1\,\mathrm{mol}$

$x_{N_2}=\dfrac{1}{0.5+2+1}=\dfrac{1}{3.5}=\dfrac{2}{7}$ . CO와 $\mathrm{N}_{2}$ 는 분자량이 같아 질량비 = 몰비다.

문제 4

고－액 추출 공정에서 추제비(solvent ratio)가 5이고, 분리된 추제의 양이 50 kg/h일 때, 남은 추제[kg/h]는?

210

3125

4250

정답 및 해설

남은 추제는 10 kg/h이다. 추제비는 추출액으로 분리된 추제량을 잔사에 남은 추제량으로 나눈 값이다.

$5=\dfrac{50}{S_r}\;\Rightarrow\;S_r=\dfrac{50}{5}=10\,\mathrm{kg\,h^{-1}}$

추제비가 클수록 용매가 추출액 쪽으로 많이 회수된다.

문제 5

병류(parallel flow)와 향류(countercurrent flow) 열교환기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1병류는 고온유체와 냉각유체의 흐름 방향이 같다.

2병류에서는 냉각유체의 출구 온도가 고온유체의 출구 온도보다 높을 수 없다.

3고온유체의 급냉에는 향류보다 병류 사용이 유리하다.

4향류의 경우 고온유체의 출구온도가 냉각유체의 출구 온도보다 항상 높다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 향류에서 고온유체 출구온도가 냉각유체 출구온도보다 항상 높다는 진술이다.

향류에서는 고온유체 출구가 냉각유체 입구와 만나므로, 고온유체 출구온도가 냉각유체 출구온도보다 낮아질 수 있다(온도 교차).

병류는 두 유체 흐름 방향이 같음: 병류의 정의다.
병류에서 냉각유체 출구가 고온유체 출구보다 높을 수 없음: 두 출구 온도는 같아지는 쪽으로만 접근한다.
급냉에는 병류가 유리: 입구에서 온도차가 가장 커 고온유체가 빠르게 냉각된다.

문제 6

전도나 대류와 달리 에너지가 전자파의 형태로 어떤 매체의 존재없이 전달되는 현상인 복사에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1주어진 온도에서 어떤 물질의 열복사 속도는 응집상태 및 분자구조에 따라 변한다.

2이산화탄소를 포함한 다원자(polyatomic) 기체는 여러 파장에서 복사를 방사하고 흡수한다.

3흑체는 파장과 방향에 관계없이 입사하는 모든 복사를 흡수한다.

4고체와 액체의 경우 두께와 상관없이 전 스펙트럼 범위에 걸쳐 복사를 흡수하고 방사한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 고체·액체가 두께와 상관없이 전 스펙트럼에 걸쳐 복사를 흡수·방사한다는 진술이다.

유리·물처럼 특정 파장대를 투과하는 물질이 있고, 반투명 물질의 흡수량은 두께에 따라 달라진다.

열복사 속도가 응집상태·분자구조에 따라 변함: 물질마다 방사율이 다르다.
C $\mathrm{O}_{2}$ 등 다원자 기체는 여러 파장에서 방사·흡수: 특정 흡수 띠를 가진다.
흑체는 파장·방향에 관계없이 모든 입사 복사를 흡수: 흑체의 정의다.

문제 7

유속 8 cm/sec인 물이 상온에서 내경 2 cm인 관 속으로 흘러갈 때, Fanning마찰계수는? (단, 물의 점도는 1.0 cP, 밀도는 1.0 g/cm³이다)

10.001

20.01

30.1

41.0

정답 및 해설

Fanning 마찰계수는 0.01이다. Re를 먼저 구해 층류인지 확인한다.

$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{1.0\times8\times2}{0.01}=1600$ (층류)

$f=\dfrac{16}{Re}=\dfrac{16}{1600}=0.01$ . 점도 1.0 cP = 0.01 g/cm·s로 CGS 단위를 맞춘다.

문제 8

다음 중 4mm 이하의 입도 원료를 2∼50 μm 정도의 분쇄 생성물로 만들 때, 가장 적절한 분쇄기는?

1유체－에너지밀(fluid-energy mill)

2마멸밀(attrition mill)

3롤러밀(roller mill)

4텀블링밀(tumbling mill)

정답 및 해설

가장 적절한 분쇄기는 유체-에너지밀이다.

고속 기류 속에서 입자끼리 충돌시켜 수 μm 수준의 초미분쇄를 하는 장치다.

마멸밀: 회전 원판 사이의 마찰로 분쇄하는 미분쇄기로, 초미분쇄의 대표 장치로는 분류하지 않는다.
롤러밀: 롤러 압축으로 부수는 중간 분쇄기다.
텀블링밀: 볼밀 등 회전 원통 분쇄기로 일반 미분쇄에 쓰인다.

문제 9

θ는 지연 시간(dead time), τ는 시간 상수(time constant)라 할 때, PID 제어기가 PI 제어기보다 충분한 이점을 줄 수 있는 조건은?

10 < θ/τ < 0.1

20.1 < θ/τ < 0.3

30.3 < θ/τ < 0.5

41.0 < θ/τ

정답 및 해설

PID가 PI보다 충분한 이점을 주는 조건은 θ/τ가 1보다 큰 경우, 즉 지연 시간이 시간 상수에 비해 큰 공정이다.

미분 동작은 오차의 변화율로 앞으로의 변화를 예측해 조작하므로, 지연 시간이 커서 응답이 늦게 나타나는 공정에서 효과가 커진다.

θ/τ가 0~0.1인 구간: 지연이 매우 작아 PI만으로도 충분히 제어된다.
θ/τ가 0.1~0.3인 구간: 지연의 영향이 작아 미분 동작의 추가 이점이 제한적이다.
θ/τ가 0.3~0.5인 구간: 지연이 시간 상수보다 충분히 작아 PID의 추가 이점이 크지 않다.

문제 10

1100

2400

3600

41,000

정답 및 해설

최소 전이길이는 1,000 cm이다. 층류 입구 길이는 Re와 관 지름에 비례한다.

$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{1.0\times2\times10}{0.01}=2000$ (층류)

$L_t=0.05\,Re\,D=0.05\times2000\times10=1000\,\mathrm{cm}$ . 흐름이 층류이므로 층류 입구 길이 식을 쓴다.

문제 11

길이의 단위인 나노미터(nm)와 옹스트롱(Å)과의 관계로 옳은 것은?

11 nm＝0.01Å

21 nm＝0.1Å

31 nm＝10Å

41 nm＝100Å

정답 및 해설

올바른 관계는 1 nm = 10 Å이다.

$1\,\mathrm{nm}=10^{-9}\,\mathrm{m}$ , $1\,\mathrm{\AA}=10^{-10}\,\mathrm{m}$ 이므로 1 nm는 10 Å이다.

1 nm = 0.01 Å: nm가 Å보다 큰 단위인데 관계가 뒤집혔다.
1 nm = 0.1 Å: 크기 관계가 뒤집혔다.
1 nm = 100 Å: 10배를 더 곱한 값이다.

문제 12

베르누이(Bernoulli)식(

\dfrac{p}{\rho}+\dfrac{1}{2}v^2+gz

=상수)을 적용하기 위한 가정으로 옳지 않은 것은? (단, p는 압력, ρ는 밀도, v는 유속, g는 중력가속도, z는 높이이다)

1비정상상태(unsteady state) 유동

2비압축성(incompressible) 유동

3무마찰(frictionless) 유동

4유선(streamline)을 따르는 유동

정답 및 해설

옳지 않은 가정은 비정상상태 유동이다. 베르누이 식은 정상상태 흐름에서 유선을 따라 기계적 에너지가 보존된다는 식이다.

$\dfrac{p}{\rho}+\dfrac{1}{2}v^2+gz=\mathrm{const}$

비압축성 유동: 밀도가 일정해야 압력 항을 p/ρ로 쓸 수 있다.
무마찰 유동: 마찰 손실 항이 없는 이상 유체를 가정한다.
유선을 따르는 유동: 같은 유선 위 두 점 사이에서 성립한다.

문제 13

액체 수송용 정변위 펌프에서 왕복 펌프가 아닌 것은?

1플런저 펌프(plunger pump)

2피스톤 펌프(piston pump)

3로브 펌프(lobe pump)

4격막 펌프(diaphragm pump)

정답 및 해설

왕복 펌프가 아닌 것은 로브 펌프다.

로브 펌프는 두 개의 로브(날개) 회전자가 맞물려 돌며 액을 보내는 회전식 정변위 펌프다.

플런저 펌프: 플런저 왕복 운동을 이용한다.
피스톤 펌프: 피스톤 왕복 운동을 이용한다.
격막 펌프: 격막의 왕복 변형을 이용한다.

문제 14

300°C, 30N/cm² 상태인 수증기를 등엔탈피 변화시켜 압력이 15N/cm²로 되었다면, 온도(°C)는? (단, 측정 압력 범위에서 Joule-Thomson 계수는 10으로 가정한다)

1100

2150

3200

4250

정답 및 해설

등엔탈피 팽창 후 온도는 150℃이다. Joule–Thomson 계수는 등엔탈피 과정에서 압력 변화당 온도 변화다.

$\mu_{JT}=\left(\dfrac{\partial T}{\partial P}\right)_H$
$\Delta T=\mu_{JT}\Delta P=10\times(15-30)=-150$

$T_2=300-150=150\,\mathrm{^{\circ}C}$ . 계수가 양수이므로 압력이 떨어지면 온도도 내려간다.

문제 15

10.03/√10

20.05/√10

30.07/√10

40.11/√10

정답 및 해설

유리구의 지름은 0.03/√10 cm이다. Stokes 식을 지름에 대해 푼다.

$D_p^2=\dfrac{18\mu u_t}{g(\rho_p-\rho)}=\dfrac{18\times0.01\times0.49}{980\times1.0}=9\times10^{-5}$

$D_p=\sqrt{9\times10^{-5}}=\dfrac{0.03}{\sqrt{10}}\,\mathrm{cm}$ . 점도는 1.0 cP = 0.01 g/cm·s로 바꾼다.

문제 16

이상기체의 열전도도(thermal conductivity)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1기체 밀도(density)에 비례한다.

2평균 분자 속도(average molecular velocity)와 비례한다.

3평균 자유 경로(mean free path)에 반비례한다.

4분자 열용량(molar heat capacity)에 비례한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 평균 자유 경로에 반비례한다는 진술이다. 기체 분자 운동론에서 열전도도는 평균 자유 경로에 비례한다.

$k\approx\dfrac{1}{3}\rho\bar{u}\lambda c_v$

기체 밀도에 비례: 식의 ρ 항이다.
평균 분자 속도에 비례: 식의 ū 항이다.
분자 열용량에 비례: 식의 $c_{v}$ 항이다.

문제 17

물질전달에서 분자 확산에 대한 무차원 수인 Schmidt수(Sc)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1Sc는 운동학점도 대 분자확산도의 비이다.

2액체에 대한 Sc는 전형적인 혼합물일 경우, 약 10²에서 10⁵범위에 있다.

3이상기체의 경우 Sc는 압력에 무관하다.

4Sc에 대한 온도의 영향성은 기체가 액체보다 상대적으로 크다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 Sc에 대한 온도 영향이 기체가 액체보다 크다는 진술이다.

기체의 Sc는 온도에 거의 무관하지만, 액체는 점도와 확산계수가 온도에 따라 크게 변해 액체 쪽 온도 영향이 훨씬 크다.

Sc는 운동점도 / 분자확산도: Sc = ν/ $\mathrm{D}_{AB}$ 의 정의다.
액체 Sc는 큰 값의 범위: 액체 확산계수가 매우 작아 Sc가 기체(1 내외)보다 훨씬 크다.
이상기체 Sc는 압력에 무관: ν와 $\mathrm{D}_{AB}$ 가 모두 압력에 반비례해 약분된다.

문제 18

1벤젠 ＞ 톨루엔 > 자일렌

2톨루엔 > 벤젠 > 자일렌

3벤젠 > 자일렌 > 톨루엔

4자일렌 > 톨루엔 > 벤젠

정답 및 해설

분압 크기는 벤젠 > 톨루엔 > 자일렌이다. 몰분율을 구해 라울 법칙 $p_i=x_iP_i^{sat}$ 에 넣는다.

몰수: 벤젠 7.8/78 = 0.1, 톨루엔 18.4/92 = 0.2, 자일렌 54.0/108 = 0.5 (합 0.8)
몰분율: 0.125, 0.25, 0.625

문제 19

증습(humidification) 조작에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1노점(dew point)은 증기－기체 혼합물이 포화되기까지 냉각되어야 하는 온도이다.

2습도도표(humidity chart)는 전압(total pressure)에 관계없이 어떠한 계에 대해서도 만들 수 있다.

3Lewis 관계식이 성립한다면 습도선(psychrometric line)은 단열 포화선으로 사용 가능하다.

4모든 습도에서 %습도(percentage humidity)는 상대 습도(relative humidity)보다 크다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 모든 습도에서 %습도가 상대습도보다 크다는 진술이다.

%습도는 상대습도보다 작거나 같으며, 두 값은 0%와 100%에서만 같다.

노점은 포화될 때까지 냉각해야 하는 온도: 노점의 정의다.
습도도표는 어떤 계·전압에 대해서도 작성 가능: 계와 전압을 정하면 만들 수 있다.
Lewis 관계가 성립하면 습도선을 단열 포화선으로 사용: 공기–물계에서 습구온도 ≈ 단열포화온도다.

문제 20

원가회계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1재료비 등 생산량의 변화에 따라서 증감하는 원가를 변동비라고 한다.

2공장장 급여와 같이 생산량 변화에 관계없이 발생하는 비용을 고정비라고 한다.

3측정경비란 전력비, 수도광열비 등 측정계기에 의하여 산정되어 소비하는 금액을 말한다.

4발생경비는 여비, 수선비, 운임비 등을 위해 지급하거나 청구되는 경비를 말한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 여비·수선비·운임비 등을 발생경비로 설명한 진술이다.

이들은 실제 지급액으로 원가를 잡는 지급경비이고, 발생경비는 재고감모손실처럼 현금 지출 없이 발생한 금액을 원가로 잡는 경비다.

재료비처럼 생산량에 따라 증감하는 원가는 변동비: 변동비의 정의다.
공장장 급여처럼 생산량과 무관한 비용은 고정비: 고정비의 정의다.
전력비·수도광열비는 측정경비: 계기로 측정한 소비량으로 산정한다.