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

11년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 국가직 화학공학일반 기출문제모두CBT · moducbt.com

11년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

표면장력의 단위로 옳은 것은?

1단위길이당 작용하는 힘

2단위면적당 작용하는 힘

3단위체적당 작용하는 힘

4단위밀도당 작용하는 힘

정답 및 해설

표면장력은 단위 길이당 작용하는 힘으로 나타낸다. 단위는 N/m(또는 dyne/cm)이다.

N/m = J/ $m^{2}$ 이므로 표면장력은 단위 면적당 표면 에너지와 같은 차원이다.

단위 면적당 힘: 압력·응력의 단위다.
단위 체적당 힘: 중력 같은 체적력의 표시다.
단위 밀도당 힘: 표면장력과 무관한 조합이다.

문제 2

포름알데히드에서 C성분의 백분율은? (단, 원자량은 C＝12, H＝1, O＝16으로 계산한다)

140

26.7

353.3

420

정답 및 해설

포름알데히드 중 C의 질량 백분율은 40%이다. 분자식 HCHO(C $\mathrm{H}_{2}$ O)의 분자량은 $12+2+16=30$ 이다.

$\dfrac{12}{30}\times100=40\,\%$

H는 6.7%, O는 53.3%로 세 원소 합이 100%가 된다.

문제 3

상온에서 내경 200 mm인 원형강관에 물이 90,000 kg/hr의 유량으로 흐른다. 이 강관의 출구에서 내경이 100 mm로 축소될 때의 유출속도[m/sec]는? (단, 강관입구 및 출구에서 압력손실은 무시하며 상온에서 물의 밀도는 1,000 kg/m³이다)

110/π

215/π

320/π

425/π

정답 및 해설

출구 유속은 10/π m/s이다. 질량유량을 부피유량으로 바꾼 뒤 출구 단면적으로 나눈다.

$Q=\dfrac{90000}{3600\times1000}=0.025\,\mathrm{m^3\,s^{-1}}$
$A=\dfrac{\pi}{4}(0.1)^2=0.0025\pi\,\mathrm{m^2}$

$V=\dfrac{0.025}{0.0025\pi}=\dfrac{10}{\pi}\,\mathrm{m\,s^{-1}}$ . 입구 지름 200 mm는 출구 유속 계산에 필요 없다(연속식).

문제 4

직경 20μm인 구형의 고체입자가 스톡스(Stokes) 법칙을 따르면서 10m 상공에서 지상으로 떨어질 때 지표면 바로 위에서의 종말 속도(terminal velocity)[m/sec]는? (단, 중력가속도는 9m/sec², 고체입자의 밀도는 1g/cm³, 상온에서 공기의 점도는 2×10^－5Paㆍec로 계산한다. 공기의밀도는고체입자의밀도에비교하여무시하며, 고체입자에 작용하는 힘은 중력, 부력, 항력만 고려한다)

10.001

20.01

30.1

정답 및 해설

종말 속도는 0.01 m/s이다. 10 m 높이는 종말 속도에 도달하기에 충분하므로 Stokes 식으로 바로 구한다.

$u_t=\dfrac{gD_p^2(\rho_p-\rho)}{18\mu}=\dfrac{9\times(20\times10^{-6})^2\times1000}{18\times2\times10^{-5}}$
$=\dfrac{3.6\times10^{-6}}{3.6\times10^{-4}}=0.01\,\mathrm{m\,s^{-1}}$

입자 밀도 1 g/ $\mathrm{cm}^{3}$ 를 1000 kg/ $m^{3}$ 로 바꾸고 공기 밀도는 무시한다.

문제 5

오스왈드(Ostwald) 점도계를 사용하여 미지 액체의 점도를 측정할 때 측정된 시간은 3 초이고, 동일한 측정조건에서 물의 경우 5초가 소요되었다. 미지 액체의 점도[cP]는? (단, 미지 액체와 물의 밀도는 같다고 가정하며 측정조건에서 물의 점도는 1cP이다)

10.3

20.6

30.9

41.2

정답 및 해설

미지 액체의 점도는 0.6 cP이다. 오스왈드 점도계에서 점도는 밀도와 유출 시간의 곱에 비례한다.

$\dfrac{\mu}{\mu_w}=\dfrac{\rho t}{\rho_wt_w}=\dfrac{3}{5}$
$\mu=0.6\times1=0.6\,\mathrm{cP}$

밀도가 같으므로 시간 비만으로 결정된다.

문제 6

습식분쇄에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1가늘게 분쇄할 때 분쇄능력이 크다.

2소비동력이 적고 수송이 용이하다.

3먼지가 일어나지 않아서 위생적이다.

4기계적 마모가 적다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 기계적 마모가 적다는 진술이다.

습식분쇄는 액체와 함께 분쇄해 분쇄기 마모가 오히려 크다.

미분쇄 시 분쇄능력이 큼: 액체가 미분의 응집을 막아 분쇄 효율이 높다.
소비동력이 적고 수송이 용이: 슬러리 상태로 펌프 수송이 가능하다.
먼지가 나지 않아 위생적: 분진 발생이 없다.

문제 7

다음 설명 중 옳지 않은 것은?

1프로펠러형 교반기는 교반중 운반도 할 수 있고 점성이 큰 액체에도 사용할 수 있다.

2공기교반기는 액체속에 공기를 불어 넣어서 이 공기의 유동으로 액을 교반시킨다.

3섬유상의 형상을 가진 것은 혼합하기가 어렵다.

4본드(Bond)의 법칙에서 분쇄에너지는 생성입자 지름의 제곱근에 반비례한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 프로펠러형 교반기가 점성이 큰 액체에도 쓸 수 있다는 진술이다.

프로펠러형은 고속 회전 축류형으로 저점도 액체에 적합하다.

공기교반기: 액 속에 공기를 불어 넣어 기포 흐름으로 교반한다.
섬유상 물질은 혼합이 어려움: 서로 얽혀 고르게 분산되기 어렵다.
Bond 법칙: 분쇄 에너지가 입자 지름의 제곱근에 반비례한다.

문제 8

복사 에너지가 어떤 물체의 표면에 흡수되는 정도, 즉 흡수율이 모든 파장에서 동일한 물체는?

1흑체

2회색체

3담체

4백색체

정답 및 해설

흡수율이 모든 파장에서 같은 물체는 회색체다.

흡수율(=방사율)이 1보다 작지만 파장에 무관하게 일정하다.

흑체: 모든 파장의 복사를 전부 흡수(흡수율 1)하는 이상 물체다.
담체: 촉매를 지지하는 물질로 복사 용어가 아니다.
백색체: 입사 복사를 모두 반사하는 물체다.

문제 9

목재 벽의 두께가 10 cm이고 바깥 표면의 온도가 0℃일 때 안쪽 표면의 온도를 25℃로 유지하면 벽을 통한 단위면적당 열전달속도[kcal/m²∙min]는? (단, 목재의열전도도는0.1kcal/m∙hr∙℃이고, 소수 셋째 자리에서 반올림한다)

10.42

21.42

32.52

43.52

정답 및 해설

열전달속도는 약 0.42 kcal/ $m^{2}$ ·min이다. 평판 전도식으로 시간당 값을 구한 뒤 분 단위로 바꾼다.

$\dfrac{q}{A}=\dfrac{k\Delta T}{L}=\dfrac{0.1\times25}{0.1}=25\,\mathrm{kcal\,m^{-2}\,hr^{-1}}$
$\dfrac{25}{60}=0.417\approx0.42\,\mathrm{kcal\,m^{-2}\,min^{-1}}$

열전도도가 시간(hr) 기준이므로 60으로 나눠야 한다.

문제 10

대류에 의한 열전달에서 무차원 넛셀(Nusselt)수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1자연대류에서 무차원 넛셀(Nusselt)수는 무차원 그라쇼프(Grashof)수와 무차원 플란틀(Prandtl)수의 함수이다.

2강제대류에서 무차원 넛셀(Nusselt)수는 무차원 레이놀즈(Reynolds)수와 무차원 플란틀(Prandtl)수의 함수이다.

3균일 표면 열유속, 층류, 완전발달된 조건들의 특성을 갖는 원형관내 유동에 대한 무차원 넛셀(Nusselt)수는 무차원 레이놀즈(Reynolds)수와 무차원 플란틀(Prandtl)수에 대해 항상 독립적이다.

4무차원 넛셀(Nusselt)수가 1이면 속도경계층과 온도경계층이 동일한 속도로 증가함을 의미한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 Nu = 1이면 속도·온도 경계층이 같은 속도로 성장한다는 진술이다.

Nu = 1은 대류 열전달이 순수 전도와 같은 크기라는 뜻이고, 두 경계층 두께가 같은 것은 Pr = 1일 때다.

자연대류 Nu = f(Gr, Pr): 부력이 흐름을 일으키므로 Gr이 들어간다.
강제대류 Nu = f(Re, Pr): 강제대류 상관식의 형태다.
균일 열유속·층류·완전발달 원관 유동: Nu가 상수(약 4.36)로 Re·Pr과 무관하다.

문제 11

유체가 흐를 수 있는 개구의 지름이 파이프의 지름과 거의 같으며, 흐름방향이 변하지 않고, 유량 조절이 용이하지 않은 밸브는?

1글로브 밸브(globe valve)

2게이트 밸브(gate valve)

3첵 밸브(check valve)

4볼 밸브(ball valve)

정답 및 해설

해당 밸브는 게이트 밸브다.

완전히 열면 유로가 관 지름과 거의 같고 흐름 방향이 바뀌지 않아 압력손실이 작지만, 개도와 유량 관계가 나빠 유량 조절에는 부적합하다.

글로브 밸브: 흐름 방향이 바뀌어 손실이 크지만 유량 조절이 쉽다.
첵 밸브: 역류 방지용이다.
볼 밸브: 구멍 뚫린 구를 회전시켜 여닫는 밸브로 4분의 1 회전 개폐용이다.

문제 12

건구온도가 50℃이고, 습구온도가 30℃일 때 정속건조기간동안 단위면적당 건조속도[g/m²∙sec]는? (단, 열전달계수는 10W/m²∙℃, 습구온도 30℃에서의 기화잠열은 2,000 J/g 이다)

10.01

20.1

410

정답 및 해설

정속건조 속도는 0.1 g/ $m^{2}$ ·s이다. 정속건조기간에는 표면이 습구온도로 유지되고 받은 열이 모두 증발에 쓰인다.

$R_c=\dfrac{h(T-T_w)}{\lambda_w}=\dfrac{10\times(50-30)}{2000}=0.1\,\mathrm{g\,m^{-2}\,s^{-1}}$

10 W/ $m^{2}$ ·℃ × 20℃ = 200 J/ $m^{2}$ ·s를 잠열 2,000 J/g으로 나눈 값이다.

문제 13

정류탑의 공급단에 원액을 100 kgmol/hr로 공급하였을 때, 공급단에서 증발하는 증기량이 20 kgmol/hr이었고, 회수부에서 공급단으로 들어오는 증기량이 15 kgmol/hr이었다. 공급단에서 내려가는 액량[kgmol/hr]은? (단, 환류와 탑위의 제품에 관한 환류비는 4이다)

181

291

3101

4111

정답 및 해설

공급단에서 내려가는 액량은 111 kgmol/hr이다. 공급단을 떠나 올라가는 증기 20으로 농축부 유량을 정하고(일정 몰 유량 가정) 공급단 물질수지를 세운다.

농축부: $V=(R+1)D\;\Rightarrow\;D=\dfrac{20}{5}=4$ , $L=RD=16$

공급단 수지(들어옴 = 나감): $F+L+V^\prime=L^\prime+V$
$100+16+15=L^\prime+20\;\Rightarrow\;L^\prime=111$

공급단에는 원료, 위 단의 액, 아래 단의 증기가 들어오고 위로 가는 증기와 아래로 가는 액이 나간다.

문제 14

흡수조작에서 충전탑의 충전 높이가 3 m이며, 도해법으로 작도하여 구해진 이론단수는 6단이다. 한 개 이론단의 상당높이(HETP: Height Equivalent to a Theoretical Plate)[m]는?

10.2

20.4

30.5

40.6

정답 및 해설

HETP는 0.5 m이다. 충전 높이를 이론단수로 나눈다.

$HETP=\dfrac{Z}{N}=\dfrac{3}{6}=0.5\,\mathrm{m}$

HETP가 작을수록 같은 높이에서 더 많은 이론단을 얻는 효율 좋은 충전물이다.

문제 15

8 kg의 아세트알데히드와 50 kg의 톨루엔으로 된 혼합액을 상온에서 매회 25 kg의 물을 사용하여 아세트알데히드를 추출한 후, 1회 추출잔류액을 다시 물로 추출한다. 추출액과 추잔액의 평형관계가 Y＝2X일 때, 1회에서의 추잔율[%]은?

130

240

350

460

정답 및 해설

1회 추잔율은 50%이다. 톨루엔과 물이 섞이지 않는다고 보고 무용질 기준 비(X, Y)로 수지를 세운다.

초기: $X_0=\dfrac{8}{50}=0.16$
$50X_0=50X+25Y=50X+25(2X)=100X$
$X=0.08$

잔류 아세트알데히드 = 50 × 0.08 = 4 kg이므로 추잔율 = 4 / 8 = 50%이다.

문제 16

단일단(single-stage)압축기를 사용하여 25℃, 1atm의 공기를 2atm까지 등온 압축시킬 때 소요되는 동력(P₁)과 5atm까지 등온 압축할 때 소요되는 동력(P₂)의 비(P₂/P₁)는? (단, 압축기의 효율은 같다)

15/2

3ln5/ln2

정답 및 해설

동력비는 ln5 / ln2이다. 등온 압축 일은 압력비의 자연로그에 비례한다.

$W=nRT\ln\dfrac{p_{out}}{p_{in}}$
$\dfrac{W_2}{W_1}=\dfrac{\ln(5/1)}{\ln(2/1)}=\dfrac{\ln5}{\ln2}$

같은 유량·온도·효율이면 nRT가 약분되어 압력비의 로그 비만 남는다.

5/2: 압력비 자체의 비로, 로그를 빠뜨렸다.
√(5/2): 압력비에 제곱근을 붙인 것으로 등온 일의 로그 관계와 다르다.
√(ln5/ln2): 등온 일에는 제곱근 관계가 없다.

문제 17

공업적으로 사용되는 진공펌프를 작동하는 방법에 의해 분류하면 기계식과 분사식으로 나눌 수 있다. 기계식 진공펌프가 아닌 것은?

1왕복식 펌프

2축류식 펌프

3회전식 펌프

4제트 펌프

정답 및 해설

기계식 진공펌프가 아닌 것은 제트 펌프다.

제트 펌프(이젝터)는 고속 증기·액체 분류가 주위 기체를 빨아들이는 분사식 진공펌프다.

왕복식 펌프: 피스톤의 왕복으로 기체를 배출하는 기계식이다.
축류식 펌프: 회전 날개로 기체를 축 방향으로 보내는 기계식이다.
회전식 펌프: 회전자로 기체를 압축·배출하는 기계식이다.

문제 18

화학공정장치에 사용되는 파이프와 튜브에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ?

1튜브는 압착(compression)이나 플레어(flare) 이음쇠, 땜질 등의 방법으로 연결된다.

2파이프와 튜브는 지름과 벽 두께를 규정하여 규격을 정한다.

3튜브의 벽 두께는 BWG(Birmingham wire gauge)번호로 표시한다.

4파이프의 벽 두께는 규격번호로 나타내는데, 벽이 두꺼워질수록 번호가 작아진다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 벽이 두꺼워질수록 규격번호(스케줄 번호)가 작아진다는 진술이다.

파이프는 같은 호칭지름에서 스케줄 번호가 클수록 벽이 두껍다.

튜브는 압착·플레어 이음쇠·땜질로 연결: 얇은 튜브의 일반 연결법이다.
지름과 벽 두께로 규격을 정함: 파이프·튜브 모두 해당한다.
튜브 벽 두께는 BWG 번호: BWG는 번호가 클수록 벽이 얇다.

문제 19

다음 중 현금 지출을 수반하지 않는 경비는?

1공정 관리비

2기술비

3감가 상각비

4조사 연구비

정답 및 해설

현금 지출이 없는 경비는 감가상각비다.

설비 취득 시 이미 지출한 금액을 내용연수에 걸쳐 비용으로만 배분하는 항목이다.

공정 관리비: 인건비 등 실제 현금이 나간다.
기술비: 기술료·용역비 등 현금 지출이 있다.
조사 연구비: 연구 인력·재료비 등 현금 지출이 있다.

문제 20

밀도 0.8 g/cm³, 점도 15 P인 기름이 관의 길이가 10m이고 안지름이 30 mm인 관 도중에 90° 엘보우 2개, 글로브 밸브 1개가 연결된 관속을 50 cm/sec 의 속도로 흐르고 있다. 이 기름을 수송할 경우에 생기는 마찰로 인한 에너지 손실[J/kg]은? (단, n은 상당길이를 구하는 계수이고, 90° 엘보우일 때 n ＝ 30, 글로브 밸브일 때 n＝40으로 계산하며, 소수 첫째 자리에서 반올림 한다)

1333

2433

3533

4633

정답 및 해설

마찰 에너지 손실은 약 433 J/kg이다. Re가 매우 작은 층류이므로 상당길이를 더한 뒤 Hagen–Poiseuille 식을 쓴다.

$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{0.8\times50\times3}{15}=8$ (층류)
상당길이: $L_e=(2\times30+40)\times0.03=3\,\mathrm{m}$ , 총길이 13 m

$h_f=\dfrac{32\mu VL}{\rho D^2}=\dfrac{32\times1.5\times0.5\times13}{800\times0.03^2}=\dfrac{312}{0.72}=433\,\mathrm{J\,kg^{-1}}$

점도 15 P = 1.5 Pa·s, 밀도 0.8 g/ $\mathrm{cm}^{3}$ = 800 kg/ $m^{3}$ 로 SI 단위를 맞춘다.

9급 국가직 화학공학일반 기출문제모두CBT · moducbt.com

11년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

표면장력의 단위로 옳은 것은?

1단위길이당 작용하는 힘

2단위면적당 작용하는 힘

3단위체적당 작용하는 힘

4단위밀도당 작용하는 힘

정답 및 해설

표면장력은 단위 길이당 작용하는 힘으로 나타낸다. 단위는 N/m(또는 dyne/cm)이다.

N/m = J/ $m^{2}$ 이므로 표면장력은 단위 면적당 표면 에너지와 같은 차원이다.

단위 면적당 힘: 압력·응력의 단위다.
단위 체적당 힘: 중력 같은 체적력의 표시다.
단위 밀도당 힘: 표면장력과 무관한 조합이다.

문제 2

포름알데히드에서 C성분의 백분율은? (단, 원자량은 C＝12, H＝1, O＝16으로 계산한다)

140

26.7

353.3

420

정답 및 해설

포름알데히드 중 C의 질량 백분율은 40%이다. 분자식 HCHO(C $\mathrm{H}_{2}$ O)의 분자량은 $12+2+16=30$ 이다.

$\dfrac{12}{30}\times100=40\,\%$

H는 6.7%, O는 53.3%로 세 원소 합이 100%가 된다.

문제 3

110/π

215/π

320/π

425/π

정답 및 해설

출구 유속은 10/π m/s이다. 질량유량을 부피유량으로 바꾼 뒤 출구 단면적으로 나눈다.

$Q=\dfrac{90000}{3600\times1000}=0.025\,\mathrm{m^3\,s^{-1}}$
$A=\dfrac{\pi}{4}(0.1)^2=0.0025\pi\,\mathrm{m^2}$

$V=\dfrac{0.025}{0.0025\pi}=\dfrac{10}{\pi}\,\mathrm{m\,s^{-1}}$ . 입구 지름 200 mm는 출구 유속 계산에 필요 없다(연속식).

문제 4

10.001

20.01

30.1

정답 및 해설

종말 속도는 0.01 m/s이다. 10 m 높이는 종말 속도에 도달하기에 충분하므로 Stokes 식으로 바로 구한다.

$u_t=\dfrac{gD_p^2(\rho_p-\rho)}{18\mu}=\dfrac{9\times(20\times10^{-6})^2\times1000}{18\times2\times10^{-5}}$
$=\dfrac{3.6\times10^{-6}}{3.6\times10^{-4}}=0.01\,\mathrm{m\,s^{-1}}$

입자 밀도 1 g/ $\mathrm{cm}^{3}$ 를 1000 kg/ $m^{3}$ 로 바꾸고 공기 밀도는 무시한다.

문제 5

10.3

20.6

30.9

41.2

정답 및 해설

미지 액체의 점도는 0.6 cP이다. 오스왈드 점도계에서 점도는 밀도와 유출 시간의 곱에 비례한다.

$\dfrac{\mu}{\mu_w}=\dfrac{\rho t}{\rho_wt_w}=\dfrac{3}{5}$
$\mu=0.6\times1=0.6\,\mathrm{cP}$

밀도가 같으므로 시간 비만으로 결정된다.

문제 6

습식분쇄에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1가늘게 분쇄할 때 분쇄능력이 크다.

2소비동력이 적고 수송이 용이하다.

3먼지가 일어나지 않아서 위생적이다.

4기계적 마모가 적다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 기계적 마모가 적다는 진술이다.

습식분쇄는 액체와 함께 분쇄해 분쇄기 마모가 오히려 크다.

미분쇄 시 분쇄능력이 큼: 액체가 미분의 응집을 막아 분쇄 효율이 높다.
소비동력이 적고 수송이 용이: 슬러리 상태로 펌프 수송이 가능하다.
먼지가 나지 않아 위생적: 분진 발생이 없다.

문제 7

다음 설명 중 옳지 않은 것은?

1프로펠러형 교반기는 교반중 운반도 할 수 있고 점성이 큰 액체에도 사용할 수 있다.

2공기교반기는 액체속에 공기를 불어 넣어서 이 공기의 유동으로 액을 교반시킨다.

3섬유상의 형상을 가진 것은 혼합하기가 어렵다.

4본드(Bond)의 법칙에서 분쇄에너지는 생성입자 지름의 제곱근에 반비례한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 프로펠러형 교반기가 점성이 큰 액체에도 쓸 수 있다는 진술이다.

프로펠러형은 고속 회전 축류형으로 저점도 액체에 적합하다.

공기교반기: 액 속에 공기를 불어 넣어 기포 흐름으로 교반한다.
섬유상 물질은 혼합이 어려움: 서로 얽혀 고르게 분산되기 어렵다.
Bond 법칙: 분쇄 에너지가 입자 지름의 제곱근에 반비례한다.

문제 8

복사 에너지가 어떤 물체의 표면에 흡수되는 정도, 즉 흡수율이 모든 파장에서 동일한 물체는?

1흑체

2회색체

3담체

4백색체

정답 및 해설

흡수율이 모든 파장에서 같은 물체는 회색체다.

흡수율(=방사율)이 1보다 작지만 파장에 무관하게 일정하다.

흑체: 모든 파장의 복사를 전부 흡수(흡수율 1)하는 이상 물체다.
담체: 촉매를 지지하는 물질로 복사 용어가 아니다.
백색체: 입사 복사를 모두 반사하는 물체다.

문제 9

10.42

21.42

32.52

43.52

정답 및 해설

열전달속도는 약 0.42 kcal/ $m^{2}$ ·min이다. 평판 전도식으로 시간당 값을 구한 뒤 분 단위로 바꾼다.

$\dfrac{q}{A}=\dfrac{k\Delta T}{L}=\dfrac{0.1\times25}{0.1}=25\,\mathrm{kcal\,m^{-2}\,hr^{-1}}$
$\dfrac{25}{60}=0.417\approx0.42\,\mathrm{kcal\,m^{-2}\,min^{-1}}$

열전도도가 시간(hr) 기준이므로 60으로 나눠야 한다.

문제 10

대류에 의한 열전달에서 무차원 넛셀(Nusselt)수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1자연대류에서 무차원 넛셀(Nusselt)수는 무차원 그라쇼프(Grashof)수와 무차원 플란틀(Prandtl)수의 함수이다.

2강제대류에서 무차원 넛셀(Nusselt)수는 무차원 레이놀즈(Reynolds)수와 무차원 플란틀(Prandtl)수의 함수이다.

4무차원 넛셀(Nusselt)수가 1이면 속도경계층과 온도경계층이 동일한 속도로 증가함을 의미한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 Nu = 1이면 속도·온도 경계층이 같은 속도로 성장한다는 진술이다.

Nu = 1은 대류 열전달이 순수 전도와 같은 크기라는 뜻이고, 두 경계층 두께가 같은 것은 Pr = 1일 때다.

자연대류 Nu = f(Gr, Pr): 부력이 흐름을 일으키므로 Gr이 들어간다.
강제대류 Nu = f(Re, Pr): 강제대류 상관식의 형태다.
균일 열유속·층류·완전발달 원관 유동: Nu가 상수(약 4.36)로 Re·Pr과 무관하다.

문제 11

유체가 흐를 수 있는 개구의 지름이 파이프의 지름과 거의 같으며, 흐름방향이 변하지 않고, 유량 조절이 용이하지 않은 밸브는?

1글로브 밸브(globe valve)

2게이트 밸브(gate valve)

3첵 밸브(check valve)

4볼 밸브(ball valve)

정답 및 해설

해당 밸브는 게이트 밸브다.

완전히 열면 유로가 관 지름과 거의 같고 흐름 방향이 바뀌지 않아 압력손실이 작지만, 개도와 유량 관계가 나빠 유량 조절에는 부적합하다.

글로브 밸브: 흐름 방향이 바뀌어 손실이 크지만 유량 조절이 쉽다.
첵 밸브: 역류 방지용이다.
볼 밸브: 구멍 뚫린 구를 회전시켜 여닫는 밸브로 4분의 1 회전 개폐용이다.

문제 12

10.01

20.1

410

정답 및 해설

정속건조 속도는 0.1 g/ $m^{2}$ ·s이다. 정속건조기간에는 표면이 습구온도로 유지되고 받은 열이 모두 증발에 쓰인다.

$R_c=\dfrac{h(T-T_w)}{\lambda_w}=\dfrac{10\times(50-30)}{2000}=0.1\,\mathrm{g\,m^{-2}\,s^{-1}}$

10 W/ $m^{2}$ ·℃ × 20℃ = 200 J/ $m^{2}$ ·s를 잠열 2,000 J/g으로 나눈 값이다.

문제 13

181

291

3101

4111

정답 및 해설

농축부: $V=(R+1)D\;\Rightarrow\;D=\dfrac{20}{5}=4$ , $L=RD=16$

공급단 수지(들어옴 = 나감): $F+L+V^\prime=L^\prime+V$
$100+16+15=L^\prime+20\;\Rightarrow\;L^\prime=111$

공급단에는 원료, 위 단의 액, 아래 단의 증기가 들어오고 위로 가는 증기와 아래로 가는 액이 나간다.

문제 14

10.2

20.4

30.5

40.6

정답 및 해설

HETP는 0.5 m이다. 충전 높이를 이론단수로 나눈다.

$HETP=\dfrac{Z}{N}=\dfrac{3}{6}=0.5\,\mathrm{m}$

HETP가 작을수록 같은 높이에서 더 많은 이론단을 얻는 효율 좋은 충전물이다.

문제 15

130

240

350

460

정답 및 해설

1회 추잔율은 50%이다. 톨루엔과 물이 섞이지 않는다고 보고 무용질 기준 비(X, Y)로 수지를 세운다.

초기: $X_0=\dfrac{8}{50}=0.16$
$50X_0=50X+25Y=50X+25(2X)=100X$
$X=0.08$

잔류 아세트알데히드 = 50 × 0.08 = 4 kg이므로 추잔율 = 4 / 8 = 50%이다.

문제 16

15/2

3ln5/ln2

정답 및 해설

동력비는 ln5 / ln2이다. 등온 압축 일은 압력비의 자연로그에 비례한다.

$W=nRT\ln\dfrac{p_{out}}{p_{in}}$
$\dfrac{W_2}{W_1}=\dfrac{\ln(5/1)}{\ln(2/1)}=\dfrac{\ln5}{\ln2}$

같은 유량·온도·효율이면 nRT가 약분되어 압력비의 로그 비만 남는다.

5/2: 압력비 자체의 비로, 로그를 빠뜨렸다.
√(5/2): 압력비에 제곱근을 붙인 것으로 등온 일의 로그 관계와 다르다.
√(ln5/ln2): 등온 일에는 제곱근 관계가 없다.

문제 17

공업적으로 사용되는 진공펌프를 작동하는 방법에 의해 분류하면 기계식과 분사식으로 나눌 수 있다. 기계식 진공펌프가 아닌 것은?

1왕복식 펌프

2축류식 펌프

3회전식 펌프

4제트 펌프

정답 및 해설

기계식 진공펌프가 아닌 것은 제트 펌프다.

제트 펌프(이젝터)는 고속 증기·액체 분류가 주위 기체를 빨아들이는 분사식 진공펌프다.

왕복식 펌프: 피스톤의 왕복으로 기체를 배출하는 기계식이다.
축류식 펌프: 회전 날개로 기체를 축 방향으로 보내는 기계식이다.
회전식 펌프: 회전자로 기체를 압축·배출하는 기계식이다.

문제 18

화학공정장치에 사용되는 파이프와 튜브에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ?

1튜브는 압착(compression)이나 플레어(flare) 이음쇠, 땜질 등의 방법으로 연결된다.

2파이프와 튜브는 지름과 벽 두께를 규정하여 규격을 정한다.

3튜브의 벽 두께는 BWG(Birmingham wire gauge)번호로 표시한다.

4파이프의 벽 두께는 규격번호로 나타내는데, 벽이 두꺼워질수록 번호가 작아진다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 벽이 두꺼워질수록 규격번호(스케줄 번호)가 작아진다는 진술이다.

파이프는 같은 호칭지름에서 스케줄 번호가 클수록 벽이 두껍다.

튜브는 압착·플레어 이음쇠·땜질로 연결: 얇은 튜브의 일반 연결법이다.
지름과 벽 두께로 규격을 정함: 파이프·튜브 모두 해당한다.
튜브 벽 두께는 BWG 번호: BWG는 번호가 클수록 벽이 얇다.

문제 19

다음 중 현금 지출을 수반하지 않는 경비는?

1공정 관리비

2기술비

3감가 상각비

4조사 연구비

정답 및 해설

현금 지출이 없는 경비는 감가상각비다.

설비 취득 시 이미 지출한 금액을 내용연수에 걸쳐 비용으로만 배분하는 항목이다.

공정 관리비: 인건비 등 실제 현금이 나간다.
기술비: 기술료·용역비 등 현금 지출이 있다.
조사 연구비: 연구 인력·재료비 등 현금 지출이 있다.

문제 20

1333

2433

3533

4633

정답 및 해설

마찰 에너지 손실은 약 433 J/kg이다. Re가 매우 작은 층류이므로 상당길이를 더한 뒤 Hagen–Poiseuille 식을 쓴다.

$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{0.8\times50\times3}{15}=8$ (층류)
상당길이: $L_e=(2\times30+40)\times0.03=3\,\mathrm{m}$ , 총길이 13 m

$h_f=\dfrac{32\mu VL}{\rho D^2}=\dfrac{32\times1.5\times0.5\times13}{800\times0.03^2}=\dfrac{312}{0.72}=433\,\mathrm{J\,kg^{-1}}$

점도 15 P = 1.5 Pa·s, 밀도 0.8 g/ $\mathrm{cm}^{3}$ = 800 kg/ $m^{3}$ 로 SI 단위를 맞춘다.