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

10년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 국가직 화학공학일반 기출문제모두CBT · moducbt.com

10년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

무차원수에 관련된 설명으로 옳지 않은 것은?

1슈미트수(Sc)는 농도경계층에서 운동량 확산과 물질 확산의 상대적 비를 나타낸다.

2강제대류에 의한 열전달계에서 넛셀수(Nu)는 레이놀즈수(Re)와 플란틀수(Pr)에 의존한다.

3층류에 있어서 속도 및 농도 경계층의 상대적인 두께는 플란틀수 (Pr)의 지배를 받는다.

4강제대류에 의한 물질전달계에서 셔우드수(Sh)는 레이놀즈수 (Re)와 슈미트수(Sc)에 의존한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 속도·농도 경계층의 상대 두께가 Prandtl수의 지배를 받는다는 진술이다. 속도와 농도 경계층의 비는 Schmidt수가 결정한다.

Prandtl수(ν/α)는 속도 경계층과 온도 경계층의 상대 두께를 결정한다.

Sc는 운동량 확산과 물질 확산의 비: Sc = ν/ $\mathrm{D}_{AB}$ 의 정의다.
강제대류 열전달에서 Nu = f(Re, Pr): 맞는 상관 관계다.
강제대류 물질전달에서 Sh = f(Re, Sc): 열전달과의 상사 관계다.

문제 2

기체에 포함된 분진을 제거하기 위한 집진장치로써 옳지 않은 것은?

1정전 필터(electric filter)

2백 필터(bag filter)

3사이클론(cyclone)

4드럼 필터(drum filter)

정답 및 해설

기체 집진장치가 아닌 것은 드럼 필터다.

드럼 필터(회전 드럼 진공 여과기)는 슬러리에서 고체를 분리하는 고–액 여과 장치다.

정전 필터: 코로나 방전을 이용한 전기 집진기다.
백 필터: 여과포로 분진을 거르는 집진기다.
사이클론: 원심력을 이용한 집진기다.

문제 3

디젤 사이클의 구성 요소가 바르게 연결된 것은?

1단열압축 － 정압가열 － 단열팽창 － 정적방열

2단열압축 － 정적가열 － 단열팽창 － 정압방열

3등온압축 － 정압가열 － 등온팽창 － 정적방열

4등온압축 － 정적가열 － 등온팽창 － 정압방열

정답 및 해설

디젤 사이클은 단열압축 → 정압가열 → 단열팽창 → 정적방열로 구성된다.

오토 사이클과 달리 연료를 압축 공기에 분사해 연소시키므로 가열 과정이 정압이다.

단열압축–정적가열–단열팽창–정압방열: 가열·방열 과정이 뒤바뀌었다.
등온압축–정압가열–등온팽창–정적방열: 디젤 사이클의 압축·팽창은 단열(등엔트로피) 과정이다.
등온압축–정적가열–등온팽창–정압방열: 압축·팽창이 단열이 아니고 가열·방열 과정도 뒤바뀌었다.

문제 4

어떤 공장에서 새로운 장치의 감가상각이 미화 20만불/년이며, 운전비용은 미화 280만불/년이다. 총판매량은 미화 400만불/년이고, 회사에 대한 세율이 30％인 경우 세후 순 이윤(NAPAT : Net Annual Profit After Taxes)은?

1미화 70만불

2미화 80만불

3미화 90만불

4미화 100만불

정답 및 해설

세후 순이윤은 미화 70만 불이다. 감가상각비는 세전 이익 계산 때 비용으로 뺀다.

세전 이익: $400-280-20=100$ (만 불)
세후 순이윤: $100\times(1-0.3)=70$ (만 불)

감가상각을 비용으로 차감하면 과세 대상 이익이 줄어드는 효과가 있다.

문제 5

경기호황으로 공장을 증설하고자 한다. 투자금액은 부지 매입비 10억원, 반응기를 포함한 장치비 15억원, 유틸리티 및 건설비 5억원이다. 제품판매를 위한 영업비용은 10억원이 소요된다. 판매 가격을 제품 1개당 10만원으로 책정했을 때, 손익분기점을 맞추기 위한 연간 생산량은? (단, 손익분기점을 맞추기 위한 회전율 (turnover ratio)은 2로 하고, 기타 비용은 계산에서 생략한다)

18만개

26만개

32만개

41.5만개

정답 및 해설

손익분기 연간 생산량은 6만 개이다. 회전율(turnover ratio)은 연간 매출액 / 투자 자본이므로 투자액에 회전율을 곱하면 필요한 매출이 나온다.

투자 자본 = 부지 10억 + 장치 15억 + 유틸리티·건설 5억 = 30억 원
필요 매출 = $2\times30=60$ 억 원

생산량 = 60억 원 ÷ 10만 원 = 60,000개. 영업비용은 판매 활동에 드는 운영비로 투자 자본에 넣지 않는다.

문제 6

유체흐름의 경계층에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1매끈한 평판 위의 흐름에서, 층류에서 난류로의 대표적인 임계레이놀즈수는 대략 5 × 10⁵이다.

2난류일 경우 경계층은 평판 가까이에 얇은 점성저층(viscous sublayer)으로 존재한다.

3경계층에서 점성전단에 의한 항력은 표면마찰로 존재한다.

4외부 유동에서 항력의 형태는 주로 압력차에 의해 야기되는 표면마찰항력(skin friction drag)이다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 외부 유동 항력이 주로 압력차에 의한 표면마찰항력이라는 진술이다.

압력차로 생기는 항력은 형상항력(압력항력)이고, 표면마찰항력은 점성 전단에 의한 것이다.

평판 임계 레이놀즈수 약 5 × 10⁵: 평판 경계층 천이의 대표값이다.
난류 경계층 벽면의 얇은 점성저층: 난류에서도 벽 바로 옆은 점성이 지배한다.
경계층 점성전단에 의한 항력이 표면마찰: 표면마찰의 정의다.

문제 7

두 성분 A와 B의 혼합물이 기체－액체 평형을 이루고 있다. 기상의 조성은 A가 3몰(mole), B가 1몰(mole)이고, 액상의 조성은 A가 0.5몰(mole), B가 0.5몰(mole)일 때 A의 B에 대한 상대휘발도는?

21.5

30.5

40.33

정답 및 해설

상대휘발도는 3이다. 몰수를 몰분율로 바꾼 뒤 정의식에 넣는다.

기상: $y_A=0.75$ , $y_B=0.25$ / 액상: $x_A=x_B=0.5$

$\alpha_{AB}=\dfrac{y_A/x_A}{y_B/x_B}=\dfrac{0.75/0.5}{0.25/0.5}=3$ . 값이 1보다 크므로 A가 더 휘발성이다.

문제 8

급송 부유물을 가압하에서 여과하고자할 때 여과매체를 비교적 고속으로 통과하는 형태의 여과기는?

1케이크 여과기(cake filter)

2청정 여과기(clarifying filter)

3십자류 여과기(crossflow filter)

4진공 여과기(vacuum filter)

정답 및 해설

해당 여과기는 십자류 여과기(crossflow filter)다.

급송액을 가압하여 여과매체 표면을 따라 고속으로 흘려 케이크가 쌓이는 것을 막으면서 여액만 매체를 통과시킨다.

케이크 여과기: 고체가 매체 위에 케이크로 쌓이며 걸러진다.
청정 여과기: 소량의 미립자를 매체 내부에 포착해 액을 맑게 한다.
진공 여과기: 감압으로 여과 구동력을 얻으며 가압 조작이 아니다.

문제 9

물과 에탄올이 각각 0.5몰(mole)씩 섞여있는 용액을 플래쉬 증류 (평형증류)하였다. 증류후 남은 액체는 0.5몰(mole)이고 이 액체에 포함된 에탄올의 몰분율이 0.2라면, 증류된 증기에 포함된 에탄올의 몰분율은?

10.0

20.3

30.5

40.8

정답 및 해설

증기 중 에탄올 몰분율은 0.8이다. 플래시 증류 전후의 전체·성분 물질수지로 구한다.

원료: 1 mol(에탄올 0.5 mol)
잔액: 0.5 mol × 0.2 = 에탄올 0.1 mol
증기: 0.5 mol, 에탄올 $0.5-0.1=0.4\,\mathrm{mol}$

$y=\dfrac{0.4}{0.5}=0.8$ . 평형 데이터 없이 물질수지만으로 결정된다.

문제 10

효율이 좋은 냉매가 갖추어야 할 조건으로 옳지 않은 것은?

1증발열 및 증기의 비열이 작아야 한다.

2증발 압력이 대기압보다 약간 높아야 한다.

3단위 냉동 공정에서 소요 동력이 작아야 한다.

4임계 온도는 상온보다 높아야 한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 증발열이 작아야 한다는 진술이다.

냉매는 증발할 때 주위 열을 흡수하므로 증발잠열이 커야 적은 냉매 순환량으로 큰 냉동 효과를 낸다.

증발 압력이 대기압보다 약간 높음: 공기·수분이 새어 들어오는 것을 막는다.
소요 동력이 작음: 성능계수가 크다는 뜻이다.
임계온도가 상온보다 높음: 상온 응축기에서 액화할 수 있어야 한다.

문제 11

어떤 연료가스를 연소시킬 때 5,000mol/min의 공기를 연소반응기에 급송하였다. 이 연료가스를 완전 연소시키기 위한 이론공기량이 4,000 mol/min이다. 이때 과잉공기백분율[％]은?

115

225

335

445

정답 및 해설

과잉공기 백분율은 25%이다. 과잉공기는 이론공기량 대비 초과분의 비율이다.

$\dfrac{5000-4000}{4000}\times100=25\,\%$

분모는 공급 공기량이 아니라 이론공기량이다(공급량을 쓰면 20%로 틀린다).

문제 12

농도 80 mg/l인 어떤 용액이 유량속도 2 l/sec로 분리기에 들어간다. 분리기의 상부로 농도 7mg/l인 용액이 유량속도 1.6 l/sec로 유출된다면, 분리기의 하부로 유출되는 용액의 농도[mg/l]는?

1124

2152

3372

4476

정답 및 해설

하부 유출 용액의 농도는 372 mg/L이다. 전체 유량 수지와 용질 수지를 세운다.

하부 유량: $2-1.6=0.4\,\mathrm{L\,s^{-1}}$
용질: $80\times2=7\times1.6+0.4C$
$160=11.2+0.4C\;\Rightarrow\;C=372\,\mathrm{mg\,L^{-1}}$

상부로 빠지는 용질이 적으므로 대부분의 용질이 하부로 농축된다.

문제 13

유체의 관 수송시 발생하는 손실두(head loss)를 계산하기 위한 설명으로 옳지 않은 것은?

1층류 영역에서는 하겐－포이즐리(Hagen－Poiseuille)식을 사용할 수 있다.

2관 이음쇠 또는 밸브에 대해서는 이에 상당하는 관의 길이를 사용할 수 있다.

3층류 영역에서 팬닝(Fanning)마찰계수는 24/Re 이다. (Re :레이놀즈수)

4난류 영역에서는 팬닝(Fanning)마찰계수를 사용할 수 있다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 층류 Fanning 마찰계수가 24/Re라는 진술이다.

원관 층류의 Fanning 마찰계수는 16/Re이다(Darcy 마찰계수는 64/Re).

층류에서 Hagen–Poiseuille 식 사용: 층류 압력손실의 정확한 식이다.
이음쇠·밸브에 상당길이 사용: 부속품 손실을 같은 손실의 직관 길이로 환산한다.
난류에서 Fanning 마찰계수 사용: Re와 상대조도로 구한 마찰계수를 쓴다.

문제 14

액체혼합물을 분리하는 증류조작에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1끓는점이 다른 액체 혼합물을 분리하는 조작이다.

2맥카베－틸레(McCabe－Thiele)법은 엔탈피 수지의 필요없이 이용될 수 있다.

3두 성분의 상대휘발도가 일정할 때 최소 이상단수를 펜스크(Fenske)식으로 구할 수 있다.

4증류조작시 환류비를 증가시키면 필요한 이론단수가 증가한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 환류비를 늘리면 필요한 이론단수가 증가한다는 진술이다.

환류비가 커지면 조작선이 대각선에 가까워져 필요 이론단수는 감소한다.

끓는점이 다른 혼합물을 분리: 증류의 원리다.
McCabe–Thiele법은 엔탈피 수지 없이 사용: 일정 몰 유량(CMO)을 가정한다.
상대휘발도 일정 시 Fenske식으로 최소 이론단수: 전환류 조건의 식이다.

문제 15

정지 유체에 구형입자를 스톡스(Stokes)의 법칙에 의해 자유 낙하 시킬 때의 설명으로 옳지 않은 것은?

1입도가 작은 입자 흐름에 적용할 수 있다.

2입자낙하속도는 입자와 유체의 밀도차의 제곱에 비례한다.

3입자낙하속도는 입자 직경의 제곱에 비례한다.

4입자낙하속도는 유체의 점도에 반비례한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 낙하속도가 밀도차의 제곱에 비례한다는 진술이다. Stokes 침강속도는 밀도차에 1제곱으로 비례한다.

$u_t=\dfrac{gD_p^2(\rho_p-\rho)}{18\mu}$

입도가 작은 입자에 적용: Re < 1 정도의 미세 입자 영역 식이다.
입자 직경의 제곱에 비례: 식의 $D_p^2$ 항이다.
점도에 반비례: 식의 분모 $18\mu$ 항이다.

문제 16

정상상태에서 평행하게 마주보고 있는 가벼운 두 평판 사이에 뉴톤 유체가 가득 채워져 있다. 두 평판 중 아래쪽 평판을 고정시키고 위쪽 평판을 일정한 힘으로 아래쪽 평판과 평행하게 이동시킬 때 위쪽 평판에서 유체에 작용하는 주요 힘의 설명으로 옳은 것은?

1평판의 이동한 단위 길이당 힘으로 표시한다.

2평판의 접촉면에 작용하는 수평 힘으로 표시한다.

3평판의 접촉면에 작용하는 수직 힘으로 표시한다.

4평판사이 유체의 단위 체적당 힘으로 표시한다.

정답 및 해설

위 평판이 유체에 작용하는 주요 힘은 접촉면에 작용하는 수평 힘(전단력)으로 표시한다. 평판이 면과 나란히 움직이므로 유체에 가해지는 힘은 접선 방향 전단응력이다.

$\tau=\dfrac{F}{A}=\mu\dfrac{V}{h}$

이동한 단위 길이당 힘: 일(에너지)과 관련된 양으로 전단력 표시 방식이 아니다.
접촉면의 수직 힘: 압력에 해당하며 평판 이동을 유지하는 힘이 아니다.
유체 단위 체적당 힘: 체적력(중력 등)의 표시 방식이다.

문제 17

길고 곧은 관을 통과하는 난류흐름에서 유체에 가해지는 열전달계를 차원해석하였다. 이때 얻어진 무차원수인 레이놀즈수(Reynolds수, Re), 넛셀수(Nusselt수, Nu), 플란틀수(Prandtl수, Pr), 그리고 스탠톤수(Stanton수, St)와의 상관 관계가 옳은 것은?

1Nu＝Re∙Pr∙St

2Re＝St∙Pr∙Nu

3St＝Re∙Pr∙Nu

4Pr＝Re∙St∙Nu

정답 및 해설

올바른 관계는 Nu = Re·Pr·St이다. Stanton 수는 Nusselt 수를 Re와 Pr의 곱으로 나눈 값이다.

$St=\dfrac{h}{\rho C_pV}=\dfrac{Nu}{Re\cdot Pr}$

따라서 $Nu=Re\cdot Pr\cdot St$ 이고, Re·Pr은 Peclet 수다.

Re = St·Pr·Nu: 정의식 St = Nu/(Re·Pr)을 정리한 관계와 맞지 않는다.
St = Re·Pr·Nu: St는 Nu를 Re·Pr로 나눈 값이지 곱한 값이 아니다.
Pr = Re·St·Nu: 정의식을 정리한 관계와 맞지 않는다.

문제 18

복사에 의한 열전달계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1스테판－볼츠만(Stefan－Boltzmann)법칙에 의해 완전 흑체의 단위 표면적에서 단위 시간에 복사되는 총복사 에너지는 그 물체의 절대온도의 4승에 비례한다는 법칙으로 프랑크 (Plank)의 복사 법칙을 적분하여 유도할 수 있다.

2키르호프(Kirchhoff)의 법칙은 열적 평형상태의 동일 온도에서 흑체가 아닌 물체의 전체 복사력은 흡수율의 제곱근에 비례한다는 법칙이다.

3비인(Wien)의 변위법칙은 파장과 최대 방사능력 사이의 관계를 나타낸 법칙으로 어떤 온도에서 최대 복사강도의 파장은 절대온도에 반비례함을 나타낸다.

4프랑크(Plank)의 분배관계식은 흑체의 단색광 복사력을 온도와 파장의 함수로 하여 흑체 복사가 파장에 따라 연속적으로 방출됨을 나타낸다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 Kirchhoff 법칙이 전체 복사력이 흡수율의 제곱근에 비례한다는 진술이다.

Kirchhoff 법칙은 열평형에서 방사율 = 흡수율, 즉 복사력이 흡수율에 1제곱으로 비례함을 말한다.

Stefan–Boltzmann 법칙: 흑체 총복사력이 $T^{4}$ 에 비례하며 Planck 식을 적분해 얻는다.
Wien 변위법칙: 최대 복사 파장이 절대온도에 반비례한다.
Planck 분포식: 흑체 단색 복사력을 온도·파장의 함수로 나타낸다.

문제 19

벤젠(40wt％)과 톨루엔(60wt％)의 혼합물이 15,000 kg/hr의 속도로 연속식 증류탑에 공급되고 있다. 증류탑의 상부(유출액)에서 97wt％ 벤젠을, 하부(관출액)에서 98wt％ 톨루엔을 얻고자 할때, 유출액[kg/hr]과 관출액[kg/hr]은? (순서대로 유출액, 관출액)

15,820, 9,180

29,180, 5,820

39,000, 6,000

46,000, 9,000

정답 및 해설

유출액 6,000 kg/hr, 관출액 9,000 kg/hr이다. 벤젠 성분 수지와 전체 수지를 연립한다.

관출액의 벤젠 분율: $1-0.98=0.02$
$D=F\dfrac{z_F-x_B}{x_D-x_B}=15000\times\dfrac{0.40-0.02}{0.97-0.02}=6000$
$B=15000-6000=9000$

문제 20

최저 공비혼합물은 비점 도표에서 최저 비점의 공비혼합물을 나타내며, 증기압선도에서 극대점을 나타낸다. 다음 중 최저 비점 공비혼합물의 예로 옳지 않은 것은?

1에탄올＋벤젠

2아세톤＋클로로포름

3아세톤＋이황화탄소

4에탄올＋물

정답 및 해설

최저 비점 공비혼합물이 아닌 것은 아세톤 + 클로로포름이다.

이 계는 수소결합으로 분자 간 인력이 강해져 증기압이 낮아지는 최고 비점 공비혼합물이다.

에탄올 + 벤젠: 라울 법칙에서 양의 편차를 보이는 최저 비점 공비계다.
아세톤 + 이황화탄소: 양의 편차를 보이는 최저 비점 공비계다.
에탄올 + 물: 약 95 wt% 에탄올 부근에서 최저 비점 공비점을 갖는다.

9급 국가직 화학공학일반 기출문제모두CBT · moducbt.com

10년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

무차원수에 관련된 설명으로 옳지 않은 것은?

1슈미트수(Sc)는 농도경계층에서 운동량 확산과 물질 확산의 상대적 비를 나타낸다.

2강제대류에 의한 열전달계에서 넛셀수(Nu)는 레이놀즈수(Re)와 플란틀수(Pr)에 의존한다.

3층류에 있어서 속도 및 농도 경계층의 상대적인 두께는 플란틀수 (Pr)의 지배를 받는다.

4강제대류에 의한 물질전달계에서 셔우드수(Sh)는 레이놀즈수 (Re)와 슈미트수(Sc)에 의존한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 속도·농도 경계층의 상대 두께가 Prandtl수의 지배를 받는다는 진술이다. 속도와 농도 경계층의 비는 Schmidt수가 결정한다.

Prandtl수(ν/α)는 속도 경계층과 온도 경계층의 상대 두께를 결정한다.

Sc는 운동량 확산과 물질 확산의 비: Sc = ν/ $\mathrm{D}_{AB}$ 의 정의다.
강제대류 열전달에서 Nu = f(Re, Pr): 맞는 상관 관계다.
강제대류 물질전달에서 Sh = f(Re, Sc): 열전달과의 상사 관계다.

문제 2

기체에 포함된 분진을 제거하기 위한 집진장치로써 옳지 않은 것은?

1정전 필터(electric filter)

2백 필터(bag filter)

3사이클론(cyclone)

4드럼 필터(drum filter)

정답 및 해설

기체 집진장치가 아닌 것은 드럼 필터다.

드럼 필터(회전 드럼 진공 여과기)는 슬러리에서 고체를 분리하는 고–액 여과 장치다.

정전 필터: 코로나 방전을 이용한 전기 집진기다.
백 필터: 여과포로 분진을 거르는 집진기다.
사이클론: 원심력을 이용한 집진기다.

문제 3

디젤 사이클의 구성 요소가 바르게 연결된 것은?

1단열압축 － 정압가열 － 단열팽창 － 정적방열

2단열압축 － 정적가열 － 단열팽창 － 정압방열

3등온압축 － 정압가열 － 등온팽창 － 정적방열

4등온압축 － 정적가열 － 등온팽창 － 정압방열

정답 및 해설

디젤 사이클은 단열압축 → 정압가열 → 단열팽창 → 정적방열로 구성된다.

오토 사이클과 달리 연료를 압축 공기에 분사해 연소시키므로 가열 과정이 정압이다.

단열압축–정적가열–단열팽창–정압방열: 가열·방열 과정이 뒤바뀌었다.
등온압축–정압가열–등온팽창–정적방열: 디젤 사이클의 압축·팽창은 단열(등엔트로피) 과정이다.
등온압축–정적가열–등온팽창–정압방열: 압축·팽창이 단열이 아니고 가열·방열 과정도 뒤바뀌었다.

문제 4

1미화 70만불

2미화 80만불

3미화 90만불

4미화 100만불

정답 및 해설

세후 순이윤은 미화 70만 불이다. 감가상각비는 세전 이익 계산 때 비용으로 뺀다.

세전 이익: $400-280-20=100$ (만 불)
세후 순이윤: $100\times(1-0.3)=70$ (만 불)

감가상각을 비용으로 차감하면 과세 대상 이익이 줄어드는 효과가 있다.

문제 5

18만개

26만개

32만개

41.5만개

정답 및 해설

손익분기 연간 생산량은 6만 개이다. 회전율(turnover ratio)은 연간 매출액 / 투자 자본이므로 투자액에 회전율을 곱하면 필요한 매출이 나온다.

투자 자본 = 부지 10억 + 장치 15억 + 유틸리티·건설 5억 = 30억 원
필요 매출 = $2\times30=60$ 억 원

생산량 = 60억 원 ÷ 10만 원 = 60,000개. 영업비용은 판매 활동에 드는 운영비로 투자 자본에 넣지 않는다.

문제 6

유체흐름의 경계층에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1매끈한 평판 위의 흐름에서, 층류에서 난류로의 대표적인 임계레이놀즈수는 대략 5 × 10⁵이다.

2난류일 경우 경계층은 평판 가까이에 얇은 점성저층(viscous sublayer)으로 존재한다.

3경계층에서 점성전단에 의한 항력은 표면마찰로 존재한다.

4외부 유동에서 항력의 형태는 주로 압력차에 의해 야기되는 표면마찰항력(skin friction drag)이다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 외부 유동 항력이 주로 압력차에 의한 표면마찰항력이라는 진술이다.

압력차로 생기는 항력은 형상항력(압력항력)이고, 표면마찰항력은 점성 전단에 의한 것이다.

평판 임계 레이놀즈수 약 5 × 10⁵: 평판 경계층 천이의 대표값이다.
난류 경계층 벽면의 얇은 점성저층: 난류에서도 벽 바로 옆은 점성이 지배한다.
경계층 점성전단에 의한 항력이 표면마찰: 표면마찰의 정의다.

문제 7

21.5

30.5

40.33

정답 및 해설

상대휘발도는 3이다. 몰수를 몰분율로 바꾼 뒤 정의식에 넣는다.

기상: $y_A=0.75$ , $y_B=0.25$ / 액상: $x_A=x_B=0.5$

$\alpha_{AB}=\dfrac{y_A/x_A}{y_B/x_B}=\dfrac{0.75/0.5}{0.25/0.5}=3$ . 값이 1보다 크므로 A가 더 휘발성이다.

문제 8

급송 부유물을 가압하에서 여과하고자할 때 여과매체를 비교적 고속으로 통과하는 형태의 여과기는?

1케이크 여과기(cake filter)

2청정 여과기(clarifying filter)

3십자류 여과기(crossflow filter)

4진공 여과기(vacuum filter)

정답 및 해설

해당 여과기는 십자류 여과기(crossflow filter)다.

급송액을 가압하여 여과매체 표면을 따라 고속으로 흘려 케이크가 쌓이는 것을 막으면서 여액만 매체를 통과시킨다.

케이크 여과기: 고체가 매체 위에 케이크로 쌓이며 걸러진다.
청정 여과기: 소량의 미립자를 매체 내부에 포착해 액을 맑게 한다.
진공 여과기: 감압으로 여과 구동력을 얻으며 가압 조작이 아니다.

문제 9

10.0

20.3

30.5

40.8

정답 및 해설

증기 중 에탄올 몰분율은 0.8이다. 플래시 증류 전후의 전체·성분 물질수지로 구한다.

원료: 1 mol(에탄올 0.5 mol)
잔액: 0.5 mol × 0.2 = 에탄올 0.1 mol
증기: 0.5 mol, 에탄올 $0.5-0.1=0.4\,\mathrm{mol}$

$y=\dfrac{0.4}{0.5}=0.8$ . 평형 데이터 없이 물질수지만으로 결정된다.

문제 10

효율이 좋은 냉매가 갖추어야 할 조건으로 옳지 않은 것은?

1증발열 및 증기의 비열이 작아야 한다.

2증발 압력이 대기압보다 약간 높아야 한다.

3단위 냉동 공정에서 소요 동력이 작아야 한다.

4임계 온도는 상온보다 높아야 한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 증발열이 작아야 한다는 진술이다.

냉매는 증발할 때 주위 열을 흡수하므로 증발잠열이 커야 적은 냉매 순환량으로 큰 냉동 효과를 낸다.

증발 압력이 대기압보다 약간 높음: 공기·수분이 새어 들어오는 것을 막는다.
소요 동력이 작음: 성능계수가 크다는 뜻이다.
임계온도가 상온보다 높음: 상온 응축기에서 액화할 수 있어야 한다.

문제 11

115

225

335

445

정답 및 해설

과잉공기 백분율은 25%이다. 과잉공기는 이론공기량 대비 초과분의 비율이다.

$\dfrac{5000-4000}{4000}\times100=25\,\%$

분모는 공급 공기량이 아니라 이론공기량이다(공급량을 쓰면 20%로 틀린다).

문제 12

1124

2152

3372

4476

정답 및 해설

하부 유출 용액의 농도는 372 mg/L이다. 전체 유량 수지와 용질 수지를 세운다.

하부 유량: $2-1.6=0.4\,\mathrm{L\,s^{-1}}$
용질: $80\times2=7\times1.6+0.4C$
$160=11.2+0.4C\;\Rightarrow\;C=372\,\mathrm{mg\,L^{-1}}$

상부로 빠지는 용질이 적으므로 대부분의 용질이 하부로 농축된다.

문제 13

유체의 관 수송시 발생하는 손실두(head loss)를 계산하기 위한 설명으로 옳지 않은 것은?

1층류 영역에서는 하겐－포이즐리(Hagen－Poiseuille)식을 사용할 수 있다.

2관 이음쇠 또는 밸브에 대해서는 이에 상당하는 관의 길이를 사용할 수 있다.

3층류 영역에서 팬닝(Fanning)마찰계수는 24/Re 이다. (Re :레이놀즈수)

4난류 영역에서는 팬닝(Fanning)마찰계수를 사용할 수 있다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 층류 Fanning 마찰계수가 24/Re라는 진술이다.

원관 층류의 Fanning 마찰계수는 16/Re이다(Darcy 마찰계수는 64/Re).

층류에서 Hagen–Poiseuille 식 사용: 층류 압력손실의 정확한 식이다.
이음쇠·밸브에 상당길이 사용: 부속품 손실을 같은 손실의 직관 길이로 환산한다.
난류에서 Fanning 마찰계수 사용: Re와 상대조도로 구한 마찰계수를 쓴다.

문제 14

액체혼합물을 분리하는 증류조작에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1끓는점이 다른 액체 혼합물을 분리하는 조작이다.

2맥카베－틸레(McCabe－Thiele)법은 엔탈피 수지의 필요없이 이용될 수 있다.

3두 성분의 상대휘발도가 일정할 때 최소 이상단수를 펜스크(Fenske)식으로 구할 수 있다.

4증류조작시 환류비를 증가시키면 필요한 이론단수가 증가한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 환류비를 늘리면 필요한 이론단수가 증가한다는 진술이다.

환류비가 커지면 조작선이 대각선에 가까워져 필요 이론단수는 감소한다.

끓는점이 다른 혼합물을 분리: 증류의 원리다.
McCabe–Thiele법은 엔탈피 수지 없이 사용: 일정 몰 유량(CMO)을 가정한다.
상대휘발도 일정 시 Fenske식으로 최소 이론단수: 전환류 조건의 식이다.

문제 15

정지 유체에 구형입자를 스톡스(Stokes)의 법칙에 의해 자유 낙하 시킬 때의 설명으로 옳지 않은 것은?

1입도가 작은 입자 흐름에 적용할 수 있다.

2입자낙하속도는 입자와 유체의 밀도차의 제곱에 비례한다.

3입자낙하속도는 입자 직경의 제곱에 비례한다.

4입자낙하속도는 유체의 점도에 반비례한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 낙하속도가 밀도차의 제곱에 비례한다는 진술이다. Stokes 침강속도는 밀도차에 1제곱으로 비례한다.

$u_t=\dfrac{gD_p^2(\rho_p-\rho)}{18\mu}$

입도가 작은 입자에 적용: Re < 1 정도의 미세 입자 영역 식이다.
입자 직경의 제곱에 비례: 식의 $D_p^2$ 항이다.
점도에 반비례: 식의 분모 $18\mu$ 항이다.

문제 16

1평판의 이동한 단위 길이당 힘으로 표시한다.

2평판의 접촉면에 작용하는 수평 힘으로 표시한다.

3평판의 접촉면에 작용하는 수직 힘으로 표시한다.

4평판사이 유체의 단위 체적당 힘으로 표시한다.

정답 및 해설

$\tau=\dfrac{F}{A}=\mu\dfrac{V}{h}$

이동한 단위 길이당 힘: 일(에너지)과 관련된 양으로 전단력 표시 방식이 아니다.
접촉면의 수직 힘: 압력에 해당하며 평판 이동을 유지하는 힘이 아니다.
유체 단위 체적당 힘: 체적력(중력 등)의 표시 방식이다.

문제 17

1Nu＝Re∙Pr∙St

2Re＝St∙Pr∙Nu

3St＝Re∙Pr∙Nu

4Pr＝Re∙St∙Nu

정답 및 해설

올바른 관계는 Nu = Re·Pr·St이다. Stanton 수는 Nusselt 수를 Re와 Pr의 곱으로 나눈 값이다.

$St=\dfrac{h}{\rho C_pV}=\dfrac{Nu}{Re\cdot Pr}$

따라서 $Nu=Re\cdot Pr\cdot St$ 이고, Re·Pr은 Peclet 수다.

Re = St·Pr·Nu: 정의식 St = Nu/(Re·Pr)을 정리한 관계와 맞지 않는다.
St = Re·Pr·Nu: St는 Nu를 Re·Pr로 나눈 값이지 곱한 값이 아니다.
Pr = Re·St·Nu: 정의식을 정리한 관계와 맞지 않는다.

문제 18

복사에 의한 열전달계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

2키르호프(Kirchhoff)의 법칙은 열적 평형상태의 동일 온도에서 흑체가 아닌 물체의 전체 복사력은 흡수율의 제곱근에 비례한다는 법칙이다.

4프랑크(Plank)의 분배관계식은 흑체의 단색광 복사력을 온도와 파장의 함수로 하여 흑체 복사가 파장에 따라 연속적으로 방출됨을 나타낸다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 Kirchhoff 법칙이 전체 복사력이 흡수율의 제곱근에 비례한다는 진술이다.

Kirchhoff 법칙은 열평형에서 방사율 = 흡수율, 즉 복사력이 흡수율에 1제곱으로 비례함을 말한다.

Stefan–Boltzmann 법칙: 흑체 총복사력이 $T^{4}$ 에 비례하며 Planck 식을 적분해 얻는다.
Wien 변위법칙: 최대 복사 파장이 절대온도에 반비례한다.
Planck 분포식: 흑체 단색 복사력을 온도·파장의 함수로 나타낸다.

문제 19

15,820, 9,180

29,180, 5,820

39,000, 6,000

46,000, 9,000

정답 및 해설

유출액 6,000 kg/hr, 관출액 9,000 kg/hr이다. 벤젠 성분 수지와 전체 수지를 연립한다.

관출액의 벤젠 분율: $1-0.98=0.02$
$D=F\dfrac{z_F-x_B}{x_D-x_B}=15000\times\dfrac{0.40-0.02}{0.97-0.02}=6000$
$B=15000-6000=9000$

문제 20

1에탄올＋벤젠

2아세톤＋클로로포름

3아세톤＋이황화탄소

4에탄올＋물

정답 및 해설

최저 비점 공비혼합물이 아닌 것은 아세톤 + 클로로포름이다.

이 계는 수소결합으로 분자 간 인력이 강해져 증기압이 낮아지는 최고 비점 공비혼합물이다.

에탄올 + 벤젠: 라울 법칙에서 양의 편차를 보이는 최저 비점 공비계다.
아세톤 + 이황화탄소: 양의 편차를 보이는 최저 비점 공비계다.
에탄올 + 물: 약 95 wt% 에탄올 부근에서 최저 비점 공비점을 갖는다.