[9급 국가직 화학공학일반] 13년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

점도 단위가 아닌 것은 N·$s^{2}$·m⁻²이다.
점도의 SI 단위는 Pa·s = N·s·m⁻² = kg·m⁻¹·s⁻¹로, 초(s)의 지수가 1이어야 한다.
kg·s⁻¹·m⁻¹: Pa·s를 기본단위로 풀어 쓴 것이다.
cP: 센티푸아즈(10⁻³ Pa·s)로 점도 단위다.
Pa·s: 점도의 SI 단위다.

200 mesh 체의 1 $\mathrm{in}^{2}$에는 40,000개의 구멍이 있다. mesh는 1 in 길이당 구멍 수이므로 면적당 수는 제곱이 된다.
$200\times200=40000$
200: 길이당 구멍 수를 그대로 쓴 값이다.
400: 제곱 계산(200 × 200)과 맞지 않는다.
20,000: 제곱 계산값의 절반으로 맞지 않는다.

역류를 막는 밸브는 체크 밸브다.
정방향 흐름에서만 열리고 역방향 압력이 걸리면 자동으로 닫힌다.
게이트 밸브: 유로 개폐용이다.
코크 밸브: 마개를 돌려 유로를 여닫는다.
글로브 밸브: 유량 조절용이다.

혼합 용액의 몰농도는 2.0 M이다. 이상용액이므로 부피가 단순 합산되고, NaOH 몰수를 더해 전체 부피로 나눈다.
$n=1.0\times0.2+2.4\times0.5=0.2+1.2=1.4\,\mathrm{mol}$
$C=\dfrac{1.4}{0.2+0.5}=2.0\,\mathrm{M}$
농도를 단순 평균(1.7 M)하면 안 되고 부피 가중해야 한다.

옳지 않은 것은 생산활동에 사용된 자산의 소비를 제조원가에 반영할 때 활용한다는 진술이다.
이는 손익분기점이 아니라 감가상각에 대한 설명이다.
총생산비 직선과 총수입 직선의 교점: 손익분기점의 정의다.
생산속도와 운전시간 비용을 고려해 구함: 고정비·변동비를 생산량 함수로 놓고 구한다.
생산용량과 판매 수요량 조절의 기준: 최소 생산·판매량의 기준이 된다.

최소 매각 가격은 2억 5천만 원이다. 투자액 10억 원 중 5년간 회수한 금액을 빼면 손해를 보지 않기 위해 매각으로 회수해야 할 금액이 나온다.
연 감가상각액: $\dfrac{10}{10}=1$억 원 → 5년간 5억 원 회수
추가이익: $0.5\times5=2.5$억 원
미회수액 = 10 − 5 − 2.5 = 2.5억 원. 추가이익은 감가상각비를 비용으로 뺀 뒤의 이익이므로, 감가상각으로 적립된 금액과 추가이익을 모두 회수액으로 본다.

옳지 않은 것은 1℃ 상승마다 25℃ 때의 부피보다 1/273.15씩 증가한다는 진술이다. 샤를 법칙의 기준은 0℃ 때의 부피다.
$V_t=V_0\left(1+\dfrac{t}{273.15}\right)$
온도 일정 시 부피는 절대압력에 반비례: 보일 법칙이다.
전체 압력 = 성분 분압의 합: 돌턴 분압 법칙이다.
같은 환산온도·환산압력에서 압축인자가 근사적으로 같음: 대응상태 원리다.

열이 들어오는 구간은 2→3과 3→4이다. 그림은 정적가열과 정압가열이 이어지는 복합(사바테) 사이클이다.
2→3은 부피 일정한 채 압력이 오르는 정적 가열, 3→4는 압력 일정한 채 부피가 커지는 정압 가열이다.
1→2와 4→5: 등엔트로피(가역 단열) 과정이라 열 출입이 없다.
5→1: 부피 일정한 채 압력이 떨어지는 정적 방열 과정으로 열이 나간다.

생성된 이산화탄소는 약 36.7 kg이다. 탄소 수지로 생성물 총질량을 구한다.
생성물 총질량을 M이라 하면 탄소 몰수:
$\dfrac{0.44M}{44}+\dfrac{0.56M}{28}=0.01M+0.02M=0.03M$
$0.03M=\dfrac{30}{12}=2.5\;\Rightarrow\;M=83.3\,\mathrm{kg}$
$CO_2=0.44\times83.3=36.7\,\mathrm{kg}$. 투입 탄소가 모두 C$\mathrm{O}_{2}$와 CO로 가므로 탄소 원자 수지가 기준이다.

손실 열량은 220 kcal/hr·$m^{2}$이다. 직렬 평면벽은 각 층 저항을 더한다.
$\dfrac{L_1}{k_1}+\dfrac{L_2}{k_2}=\dfrac{0.33}{1.1}+\dfrac{0.13}{0.13}=0.3+1.0=1.3$
$\dfrac{q}{A}=\dfrac{316-30}{1.3}=\dfrac{286}{1.3}=220\,\mathrm{kcal\,hr^{-1}\,m^{-2}}$. 저항 대부분이 얇지만 열전도도가 작은 석면층에 있다.

옳지 않은 것은 원심력으로 입자를 분리하는 대표 장치가 스크러버라는 진술이다.
원심력 분리의 대표 장치는 사이클론이고, 스크러버는 세정액으로 입자를 포집한다.
기상 중 부유 입자 상태는 에어로졸: 정의다.
액상 중 부유 입자 상태는 서스펜션: 정의다.
기체 중 부유 입자를 포집하는 조작은 집진: 정의다.

공극률은 0.4이다. 공극률은 겉보기 부피 중 빈 공간이 차지하는 비율이다.
$\varepsilon=1-\dfrac{\rho_{bulk}}{\rho_{true}}=1-\dfrac{1.2}{2.0}=0.4$
겉보기밀도가 진밀도의 60%이므로 나머지 40%가 공극이다.

비례－미분(PD) 제어기는 온도 편차의 변화율을 이용해 과도한 변동을 줄이고 응답을 안정화하지만, 온도가 과도하게 상승하는 것을 직접 막는 기능은 없다. 미분 제어는 잔류편차를 제거하지 않으며, 과도한 온도상승 억제와 빠른 안정화는 비례－적분－미분(PID) 제어에서 기대할 수 있다.

반응속도는 2배 증가한다. 기초반응은 반응식의 계수가 곧 반응 차수다.
$-r=kC_A^2C_B$
$\dfrac{r_2}{r_1}=2^2\times\dfrac{1}{2}=2$
A의 2차 효과(4배)와 B의 1차 효과(1/2배)를 곱한다.

열전도도가 가장 큰 물질은 C다. 정상상태 직렬 벽에서는 모든 층을 지나는 열유속이 같으므로, 온도 기울기가 완만한 층일수록 열전도도가 크다.
$q=-k\dfrac{dT}{dx}=\mathrm{const}\;\Rightarrow\;k\propto\dfrac{1}{|dT/dx|}$
그림에서 같은 두께당 온도 강하가 A에서 가장 크고 C에서 가장 작다($\mathrm{T}_{3}$에서 $\mathrm{T}_{4}$로 거의 평탄). 따라서 C > B > A 순으로 열전도도가 크다.
A: 온도 기울기가 가장 급해 열전도도가 가장 작다.
B: 온도 기울기가 A와 C의 중간이라 열전도도도 중간이다.
판단하기 어렵다: 열유속이 일정하다는 조건만으로 기울기 비교가 가능하다.

올바른 온도 분포는 위쪽에 수평선(응축 증기 온도 일정), 아래쪽에 위치에 따라 상승하는 곡선(피가열 유체)인 그림이다.
응축하는 포화 증기는 잠열만 내놓으므로 열교환기 전 길이에서 온도가 일정하다. 이 경우 병류와 향류의 구분이 의미가 없고, 찬 유체는 증기 온도에 점근하며 데워진다.
두 유체 온도가 모두 직선으로 변하는 그림: 두 유체 모두 현열 교환하는 향류의 모습이다.
두 유체 온도가 모두 곡선으로 변하는 그림: 현열 교환 병류의 모습이다.
아래쪽이 수평선인 그림: 찬 쪽 유체가 끓는(비등) 경우로, 응축 증기가 고온 측인 상황과 다르다.

기체상의 전체 압력은 420 mmHg이다. 같은 질량이므로 분자량으로 몰분율을 구한 뒤 라울 법칙을 적용한다.
질량 180 g씩: $n_A=\dfrac{180}{60}=3$, $n_B=\dfrac{180}{90}=2$
$x_A=0.6$, $x_B=0.4$
$P=0.6\times500+0.4\times300=300+120=420\,\mathrm{mmHg}$. 질량이 같아도 분자량이 작은 A의 몰분율이 더 크다.

지름 2 cm 배관의 유속은 100 cm/s이다. 질량유량을 밀도로 나눠 부피유량을 구한다.
$Q=\dfrac{157}{0.5}=314\,\mathrm{cm^3\,s^{-1}}$
$A=\dfrac{\pi}{4}(2)^2=3.14\,\mathrm{cm^2}$
$V=\dfrac{314}{3.14}=100\,\mathrm{cm\,s^{-1}}$
지름 1 cm 구간 정보는 연속식상 필요 없다.

올바른 그림은 유속에 따라 압력강하가 증가하다가 일정값에서 수평이 되는 그래프다.
최소유동화 속도 전까지는 고정층이라 유속이 커질수록 ΔP가 증가한다. 유동화가 시작되면 ΔP가 층의 단위 면적당 유효 무게와 같아져 유속을 높여도 더 이상 변하지 않는다.
계속 가파르게 증가하는 곡선: 유동화되지 않는 고정층의 거동이다.
증가 후 감소하는 곡선: 이상적 유동층의 일정 압력강하와 다르다.
원점을 지나는 직선: 고정층 층류 구간만 연장한 모양이다.

옳은 설명은 1/$\mathrm{C}_{A}$를 시간에 대해 그리면 직선이 되고 기울기가 속도상수라는 것이다.
$-\dfrac{dC_A}{dt}=kC_A^2\;\Rightarrow\;\dfrac{1}{C_A}=\dfrac{1}{C_{A0}}+kt$
절편이 $1/C_{A0}$이므로 직선은 원점을 지나지 않는다.
−ln($\mathrm{C}_{A}$/$\mathrm{C}_{A0}$)가 원점을 지나는 직선: 1차 반응의 적분형이다.
−ln($\mathrm{C}_{A}$/$\mathrm{C}_{A0}$) 직선의 기울기가 속도상수: 역시 1차 반응에 해당한다.
1/$\mathrm{C}_{A}$가 원점을 지나는 직선: 절편 1/$\mathrm{C}_{A0}$를 무시했다.