[9급 국가직 화학공학일반] 15년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

유도단위가 아닌 물리량으로만 묶인 것은 광도, 평면각, 시간, 질량, 물질량이다.
광도·시간·질량·물질량은 SI 기본량이고, 평면각은 전통적으로 기본·유도 단위와 구분된 보충단위(라디안)로 분류되던 양이다.
길이·밀도·속도·광도·입체각: 밀도(kg/$m^{3}$)와 속도(m/s)가 유도량이다.
물질량·온도·전류·힘·비중: 힘(kg·m/$s^{2}$)이 유도량이고 비중은 밀도비다.
질량·부피·시간·압력·전류: 부피($m^{3}$)와 압력(N/$m^{2}$)이 유도량이다.

제조비용에 해당하는 것은 공장임대료다.
공장 운영과 직접 관련된 임대료는 제조비용 중 고정비에 속한다.
행정비: 회사 전체 관리에 드는 일반비용이다.
연구개발비: 일반비용에 속한다.
예비비: 추산의 불확실성에 대비한 여유 금액으로 제조비용 항목이 아니다.

옳지 않은 것은 분체의 화학적 조성을 변화시킨다는 진술이다.
분쇄는 고체를 잘게 부수는 물리적 조작으로 화학 조성은 바뀌지 않는다.
고체의 혼합 효과를 높임: 입자가 작을수록 고르게 섞인다.
일정한 입도를 가지게 함: 분급과 함께 입도를 맞춘다.
표면적 증가: 반응·용해·건조 속도를 높인다.

옳지 않은 것은 외부교란을 측정해 영향을 사전에 보정한다는 진술이다.
이는 피드포워드 제어의 설명이며, 피드백 제어는 교란의 영향이 출력 오차로 나타난 뒤에 수정한다.
On-off 제어기는 간단한 공정에 널리 이용: 가정용 온도조절 등에 쓰인다.
PID는 오차의 크기·변화 추세·누적량을 감안: 각각 P·D·I 동작이다.
잔류편차가 있으면 제어변수가 set point에 유지되지 못함: 잔류편차의 정의다.

옳은 것은 ㄴ, ㄹ이다. 연속식 반응기는 정상상태로 운전되어 품질이 일정하고, 고전환율에서는 CSTR이 PFR보다 큰 부피가 필요하다.
1차 반응의 공간시간은 CSTR $\tau=\dfrac{X}{k(1-X)}$, PFR $\tau=-\dfrac{\ln(1-X)}{k}$로, X가 클수록 CSTR 쪽이 훨씬 커진다.
ㄱ(보조장치가 필요 없다): 연속 공급·배출을 위한 펌프·계측·제어 등 보조장치가 필요하다.
ㄷ(조성이 시간에 따라 변하는 비정상상태): 회분식 반응기의 특징이다.

옳은 것은 ㄴ, ㄷ이다. 라울 법칙은 이상용액에서 각 성분의 분압이 순성분 증기압 × 액상 몰분율이라는 법칙이다.
$p_B=x_BP_B^{sat}$
ㄱ(A와 B의 분압이 항상 같다): 분압은 각 성분의 몰분율과 순성분 증기압에 따라 달라진다.
ㄴ(분자 간 인력 변화가 없는 이상용액에서 성립): 라울 법칙의 전제다.

옳지 않은 것은 증기 중 작은 액체 방울이 함께 배출되는 현상을 거품이라 한다는 진술이다.
이 현상은 비말동반(entrainment)이고, 거품(foaming)은 액 표면에 기포가 쌓여 부푸는 현상이다.
식물유 소포제(황화피마자유 등) 소량 첨가: 거품 억제 방법이다.
수직관식에 바스켓형·장관형·표준형: 수직관식 증발관의 종류다.
비휘발성 용질 용액을 가열해 용매를 기화·농축: 증발의 정의다.

증발시켜야 할 용매는 375 kg/hr이다. 고체는 손실이 없으므로 고체 수지로 농축액 양을 구한다.
고체: $1000\times0.05=50\,\mathrm{kg\,hr^{-1}}$
농축액: $\dfrac{50}{0.08}=625\,\mathrm{kg\,hr^{-1}}$
증발량: $1000-625=375\,\mathrm{kg\,hr^{-1}}$
625는 증발량이 아니라 농축액 양이다.

계수의 합은 9이다. 균형 맞춘 반응식은 F$e_{2}$$\mathrm{O}_{3}$ + 3CO → 2Fe + 3C$\mathrm{O}_{2}$이다.
Fe 수지: a = 1이면 c = 2
C 수지: b = d
O 수지: $3+b=2d\;\Rightarrow\;b=d=3$
따라서 a + b + c + d = 1 + 3 + 2 + 3 = 9이다.

최대 효율은 66.7%이다. 두 온도 사이에서 작동하는 열기관의 이상 효율은 카르노 효율이다.
$\eta=1-\dfrac{T_C}{T_H}=1-\dfrac{250}{750}=0.667$
절대온도 비만으로 결정되며 작동 유체와 무관하다.

투과율은 0.3이다. 입사 복사는 반사·흡수·투과로 나뉘며 그 합은 1이다.
$\rho+\alpha+\tau=1\;\Rightarrow\;\tau=1-0.4-0.3=0.3$
불투명체라면 τ = 0이므로 α + ρ = 1이 된다.

10 m 깊이의 절대압력은 2.09 kgf/$\mathrm{cm}^{2}$이다. 수면 기압에 바닷물 기둥의 압력을 더한다.
수주 압력: $\rho h=1.05\,\mathrm{g\,cm^{-3}}\times1000\,\mathrm{cm}=1050\,\mathrm{gf\,cm^{-2}}=1.05\,\mathrm{kgf\,cm^{-2}}$
$P=1.04+1.05=2.09\,\mathrm{kgf\,cm^{-2}}$. 수면 기압이 곧 대기압 역할을 한다.

옳지 않은 것은 고체의 확산에는 적용되지 않는다는 진술이다.
Fick 제1법칙은 용질이 고체 속으로 녹아 들어가 균일 용액을 이루는 고체 내 확산에도 적용된다.
확산 플럭스가 농도구배에 비례: Fick 제1법칙의 내용이다.
분자가 직선 운동하다 충돌로 방향이 무작위로 바뀜: 분자 확산의 미시적 가정이다.
분자의 무질서한 개별 운동에 의한 이동: 분자 확산의 정의다.

옳지 않은 것은 이상기체 밀도가 절대온도와 분자량에 비례한다는 진술이다. 이상기체 밀도는 분자량에는 비례하지만 절대온도에는 반비례한다.
$\rho=\dfrac{PM}{RT}$
단위면적당 힘의 예는 압력·전단응력: 둘 다 응력이다.
표면장력과 단위면적당 에너지는 같은 수치·단위: N/m = J/$m^{2}$이다.
dP/dz = −ρg: 정수압 기본식이다.

고온부 온도 $\mathrm{T}_{1}$은 120℃이다. 평판 전도식을 온도차에 대해 푼다.
$q=\dfrac{kA(T_1-T_2)}{l}\;\Rightarrow\;T_1-T_2=\dfrac{ql}{kA}$
$T_1-20=\dfrac{10000\times2}{20\times10}=100$
$T_1=120\,\mathrm{^{\circ}C}$. 온도차 100℃에 저온부 20℃를 더해야 한다.

레이놀즈 수는 70, 층류다.
$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{100\times0.7\times0.01}{0.01}=70$ (0.1 P = 0.01 Pa·s)
Re가 약 2,100보다 훨씬 작으므로 층류다.
70, 난류: 이 Re에서는 난류가 될 수 없다.
7,000, 난류: 단위를 맞춘 계산값 70의 100배다.
7,000, 층류: Re 값이 틀렸고, 7,000이라면 층류 범위도 아니다.

대수평균 온도차는 약 39.1℃이다. 병류이므로 입구끼리, 출구끼리 온도차를 잡는다.
입구: $\Delta T_1=120-20=100$
출구: $\Delta T_2=85-75=10$
$\Delta T_{lm}=\dfrac{100-10}{\ln(100/10)}=\dfrac{90}{2.3\log10}=\dfrac{90}{2.3}=39.1$. ln10 = 2.3을 쓴다.

옳지 않은 것은 저항계수를 속도두와 밀도의 곱을 단위면적당 항력으로 나눈 값이라 한 진술이다. 저항계수는 반대로 단위 투영면적당 항력을 동압(ρ$u^{2}$/2)으로 나눈 값이다.
$C_D=\dfrac{F_D/A_p}{\rho u^2/2}$
Dorr 분급기·연속식 침강 농축조·원통형 원심 분리기: 침강을 이용하는 장치다.
종말 침강속도는 힘의 평형으로 등속 운동하는 속도: 정의다.
간섭침강은 인접 입자의 영향을 받는 침강: 정의다.

옳지 않은 것은 화학흡착의 흡착력이 반데르발스 힘이라는 진술이다.
반데르발스 힘에 의한 것은 물리흡착이고, 화학흡착은 흡착질과 표면 사이의 화학결합에 의한다.
물리흡착은 발열과정: 흡착은 자발적이며 엔트로피가 감소하므로 발열이다.
촉매는 속도에만 영향, 평형에는 무영향: 정·역반응을 같은 비율로 빠르게 한다.
활성점에 비가역 침적되는 비활성화는 피독: 피독의 정의다.

옳지 않은 것은 레이놀즈 수가 동점도에 비례한다는 진술이다. 레이놀즈 수는 동점도에 반비례한다.
$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{VD}{\nu}$
동점도와 확산계수는 같은 차원: 둘 다 $m^{2}$/s다.
운동에너지를 열에너지로 바꾸는 능력: 점성 소산을 일으키는 성질이다.
뉴턴 유체에서 전단응력 ∝ 전단율, 비례상수가 점도: 뉴턴 점성 법칙이다.