[9급 서울시 화학공학일반] 19년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

1 bar, 100℃의 액상의 물이 같은 온도에서 수증기로 상태의 변화가 있을 때 엔탈피[kJ/kg] 변화량으로 가장 가까운 값은? [단, 1 bar, 100℃ 물과 수증기의 포화 상태에서의 비 내부에너지(internal energy)는 각각 420kJ/kg, 2,500kJ/kg이며 수증기는 이상기체($R$=0.46J/g·K)로 간주한다.]

2,080

2,252

2,126

2,034

수소와 질소가 정상상태에서 각각 100mol/min의 같은 유량으로 <보기>와 같이 암모니아를 만드는 반응기에 공급된다. 반응기 밖으로 나오는 암모니아의 유량이 50mol/min이라면 반응기에서 배출되는 기체의 총 유량[mol/min]은? (단, 조건 이외의 추가 유입물질과 유출물질은 없다.)
<보기>
$\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3}$

200

150

100

50

열역학에서 상태 함수(state function)가 아닌 것은?

일

엔탈피

엔트로피

내부에너지

어떤 버너가 효율적인 완전 연소를 위해 50% 과잉공기로 운전하도록 설계되었다. 버너에 메탄(CH4)을 30L/min의 유량으로 공급한다면 공급해야할 공기의 유량[L/min]은? (단, 공기 중 산소의 농도는 20mol%로 가정한다.)

450

300

90

60

관 유동에서 Re(Reynolds number)가 1,600으로 계산되었다. Fanning 마찰계수($f_F$)의 값은?

$f_F$ = 0.000625

$f_F$ = 0.0025

$f_F$ = 0.005

$f_F$ = 0.01

2성분계 혼합물을 상압에서 정류하고자 한다. 비점에서 정류탑에 공급되는 혼합 용액 중 휘발성 성분의 조성이 60mol%이고, 최소환류비가 0.8로 주어질 때 탑상 제품 중 휘발성 성분의 조성($x_D$)은? (단, 휘발성 성분의 상대 휘발도는 2로 일정하다.)

$x_D$ = 0.75

$x_D$ = 0.81

$x_D$ = 0.87

$x_D$ = 0.93

총압력 250kPa과 300K의 기체혼합물 1kmol에는 부피비로 20% CH4, 30% C2H6 그리고 50% N2를 포함하고 있다. 이들 기체의 절대속도는 모두 같은 방향($x$방향)으로 각각 15m/s, −10m/s 그리고 −5m/s이다. 이 혼합기체의 몰평균 속도(molar average velocity)에 기준한 확산 플럭스 $J_{CH_4}$[mol/m2·s]로 가장 옳은 것은? (단, 기체상수 $R$=8.31J/mol·K이다.)

351

301

251

201

<보기>의 카르노(Carnot) 엔진 사이클의 $PV$ 선도를 $TS$ 선도로 바르게 나타낸 것은?
<보기>

[그림]

[그림]

[그림]

[그림]

전달함수가 $G(s)=\dfrac{1}{s^2+3s+9}$로 주어지는 2차 제어시스템의 비례상수(gain, $K_c$), 시간상수(time constant, $\tau$)와 감쇠비(damping ratio, $\xi$)는?

$K_c=\dfrac{1}{3},\ \tau=\dfrac{1}{9},\ \xi=\dfrac{1}{2}$

$K_c=\dfrac{1}{9},\ \tau=\dfrac{1}{2},\ \xi=\dfrac{1}{3}$

$K_c=\dfrac{1}{3},\ \tau=\dfrac{1}{2},\ \xi=\dfrac{1}{9}$

$K_c=\dfrac{1}{9},\ \tau=\dfrac{1}{3},\ \xi=\dfrac{1}{2}$

McCabe−Thiele 법으로 증류탑을 설계할 때, 이 탑의 어떤 단($n$)에서 조작선의 식을 작도하였더니 <보기>와 같이 $y$ 절편이 $\dfrac{x_D}{R_D+1}$이었다. 이 조작선의 기울기(slope)는? (단, $R_D$는 환류비이다.)
<보기>

$\dfrac{R_D}{R_D+1}$

$\dfrac{1}{R_D+1}$

$\dfrac{1}{R_D}$

1

90℃에서 80mol% 벤젠과 20mol% 톨루엔이 혼합된 이상 용액이 기−액 평형에 있다고 할 때, 기상에서 톨루엔의 몰분율은? (단, 90℃에서 벤젠과 톨루엔의 증기압은 각각 $\mathrm{P}^{*}_{\text{벤젠}}$ =900mmHg, $\mathrm{P}^{*}_{\text{톨루엔}}$ =400mmHg 이다.)

0.1

0.3

0.7

0.9

뉴턴 유체(Newtonian fluid)가 단면적이 0.1m2인 원통형 관을 통해 층류(laminar flow)로 흐르고 있다. 이 유체의 최대 유속(maximum velocity)이 6cm/s 일 때, 부피 유량[cm3/s]은?

300

600

3,000

6,000

<보기>와 같은 특징을 갖는 피드백제어기는?
<보기>
• 잔류편차(offset)를 0으로 만든다.
• 완만하고 긴 진동응답을 유발한다.
• 빠른 응답속도를 얻기 위해 비례이득($K_c$)을 증가시키면 계는 더욱 진동하여 불안정해진다.

비례 제어기

비례 − 적분 제어기

비례 − 미분 제어기

비례 − 적분 − 미분 제어기

Prandtl수(Pr)에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

Pr은 운동량확산계수에 대한 열확산계수의 비이다.

Pr이 1보다 클 때 유체동역학적 층은 열경계 층보다 얇다.

기체의 점도와 열확산계수는 온도에 따라 같은 율로 증가되기 때문에 기체의 Pr은 온도에 거의 무관하다.

액상금속의 경우 기체나 액체에 비해 매우 높은 Pr을 갖는다.

5질량(wt)%의 NaOH 수용액 100g을 20질량(wt)%의 수용액으로 만들려고 한다. 증발된 물의 양[mol]으로 가장 가까운 것은? (단, NaOH과 물의 몰질량은 각각 40g/mol과 18g/mol이다.)

75

25

4.2

1.4

기초반응(elementary reaction)인 A → B 반응을 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 진행하여 얻은 반응물 A의 전화율은 60%이다. 동일한 조건에서 같은 크기의 플러그흐름반응기(PFR)에서 진행할 경우, 반응물 A의 전화율은? (단, $e^{-1.5}$=0.223으로 계산한다.)

22.3%

33.3%

66.7%

77.7%

비중이 1이고 점도가 1cP인 물이 내부 지름 2cm의 관 속을 1m/s의 속도로 흐를 때 Re(Reynolds number)는?

2

20

2,000

20,000

열교환기에서 유체가 관다발에 직각으로 흐르는 흐름 형태는?

향류흐름

교차흐름

병류흐름

다중통과흐름

높이 2m, 지름 2m인 원통형 탱크에 깊이 1m까지 물이 차 있다. 탱크 위에 지름 2cm의 관을 접속시켜서 평균 유속 1m/s로 들여보낸다면 탱크를 채우는 데 걸리는 시간은?

314초

31,400초

3,140초

10,000초

각 성분의 생성 Gibbs에너지($\triangle G_f^o$)가 <보기>와 같다면 298K에서 메탄가스(CH4)의 연소반응에 대한 반응 Gibbs에너지(reaction Gibbs energy, $\triangle G_r^o$) 및 이 반응의 자발성에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
<보기>
$\mathrm{CH_4}(g)+2\mathrm{O_2}(g)\ \rightarrow\ \mathrm{CO_2}(g)+2\mathrm{H_2O}(l)$
성분
CH4($g$)
O2($g$)
CO2($g$)
H2O($l$)
$\triangle G_f^o$
(kJ/mol)
−51
0
−394
−237

$\triangle G_r^o$=−817kJ/mol, 자발적인 반응

$\triangle G_r^o$=−817kJ/mol, 비자발적인 반응

$\triangle G_r^o$=817kJ/mol, 자발적인 반응

$\triangle G_r^o$=817kJ/mol, 비자발적인 반응