[9급 국가직 화학공학일반] 12년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

해당 분리법은 추출이다.
용매에 대한 선택적 용해도 차이를 이용하므로 휘발도 차가 작아 증류가 어려운 혼합물에 쓴다.
플래시 증류: 휘발도 차를 이용하는 평형 증류다.
증발: 비휘발성 용질 용액에서 용매를 기화시켜 농축한다.
재결정: 온도에 따른 용해도 차로 고체를 정제한다.

원심침강 장치가 아닌 것은 에지러너(edge-runner)다.
에지러너는 무거운 롤러가 회전 접시 위를 굴러 재료를 부수는 분쇄기다.
사이클론: 선회류의 원심력으로 입자를 분리한다.
공기분리기: 회전 기류의 원심력으로 입자를 크기별로 나눈다.
원심분리기: 회전 용기의 원심력으로 침강을 촉진한다.

$\mathrm{N}_{2}$의 몰분율은 2/7이다. 100 g 기준으로 각 성분 질량을 분자량으로 나눈다.
$O_2=\dfrac{16}{32}=0.5$, $CO=\dfrac{56}{28}=2$, $N_2=\dfrac{28}{28}=1\,\mathrm{mol}$
$x_{N_2}=\dfrac{1}{0.5+2+1}=\dfrac{1}{3.5}=\dfrac{2}{7}$. CO와 $\mathrm{N}_{2}$는 분자량이 같아 질량비 = 몰비다.

남은 추제는 10 kg/h이다. 추제비는 추출액으로 분리된 추제량을 잔사에 남은 추제량으로 나눈 값이다.
$5=\dfrac{50}{S_r}\;\Rightarrow\;S_r=\dfrac{50}{5}=10\,\mathrm{kg\,h^{-1}}$
추제비가 클수록 용매가 추출액 쪽으로 많이 회수된다.

옳지 않은 것은 향류에서 고온유체 출구온도가 냉각유체 출구온도보다 항상 높다는 진술이다.
향류에서는 고온유체 출구가 냉각유체 입구와 만나므로, 고온유체 출구온도가 냉각유체 출구온도보다 낮아질 수 있다(온도 교차).
병류는 두 유체 흐름 방향이 같음: 병류의 정의다.
병류에서 냉각유체 출구가 고온유체 출구보다 높을 수 없음: 두 출구 온도는 같아지는 쪽으로만 접근한다.
급냉에는 병류가 유리: 입구에서 온도차가 가장 커 고온유체가 빠르게 냉각된다.

옳지 않은 것은 고체·액체가 두께와 상관없이 전 스펙트럼에 걸쳐 복사를 흡수·방사한다는 진술이다.
유리·물처럼 특정 파장대를 투과하는 물질이 있고, 반투명 물질의 흡수량은 두께에 따라 달라진다.
열복사 속도가 응집상태·분자구조에 따라 변함: 물질마다 방사율이 다르다.
C$\mathrm{O}_{2}$ 등 다원자 기체는 여러 파장에서 방사·흡수: 특정 흡수 띠를 가진다.
흑체는 파장·방향에 관계없이 모든 입사 복사를 흡수: 흑체의 정의다.

Fanning 마찰계수는 0.01이다. Re를 먼저 구해 층류인지 확인한다.
$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{1.0\times8\times2}{0.01}=1600$ (층류)
$f=\dfrac{16}{Re}=\dfrac{16}{1600}=0.01$. 점도 1.0 cP = 0.01 g/cm·s로 CGS 단위를 맞춘다.

가장 적절한 분쇄기는 유체-에너지밀이다.
고속 기류 속에서 입자끼리 충돌시켜 수 μm 수준의 초미분쇄를 하는 장치다.
마멸밀: 회전 원판 사이의 마찰로 분쇄하는 미분쇄기로, 초미분쇄의 대표 장치로는 분류하지 않는다.
롤러밀: 롤러 압축으로 부수는 중간 분쇄기다.
텀블링밀: 볼밀 등 회전 원통 분쇄기로 일반 미분쇄에 쓰인다.

PID가 PI보다 충분한 이점을 주는 조건은 θ/τ가 1보다 큰 경우, 즉 지연 시간이 시간 상수에 비해 큰 공정이다.
미분 동작은 오차의 변화율로 앞으로의 변화를 예측해 조작하므로, 지연 시간이 커서 응답이 늦게 나타나는 공정에서 효과가 커진다.
θ/τ가 0~0.1인 구간: 지연이 매우 작아 PI만으로도 충분히 제어된다.
θ/τ가 0.1~0.3인 구간: 지연의 영향이 작아 미분 동작의 추가 이점이 제한적이다.
θ/τ가 0.3~0.5인 구간: 지연이 시간 상수보다 충분히 작아 PID의 추가 이점이 크지 않다.

최소 전이길이는 1,000 cm이다. 층류 입구 길이는 Re와 관 지름에 비례한다.
$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}=\dfrac{1.0\times2\times10}{0.01}=2000$ (층류)
$L_t=0.05\,Re\,D=0.05\times2000\times10=1000\,\mathrm{cm}$. 흐름이 층류이므로 층류 입구 길이 식을 쓴다.

올바른 관계는 1 nm = 10 Å이다.
$1\,\mathrm{nm}=10^{-9}\,\mathrm{m}$, $1\,\mathrm{\AA}=10^{-10}\,\mathrm{m}$이므로 1 nm는 10 Å이다.
1 nm = 0.01 Å: nm가 Å보다 큰 단위인데 관계가 뒤집혔다.
1 nm = 0.1 Å: 크기 관계가 뒤집혔다.
1 nm = 100 Å: 10배를 더 곱한 값이다.

옳지 않은 가정은 비정상상태 유동이다. 베르누이 식은 정상상태 흐름에서 유선을 따라 기계적 에너지가 보존된다는 식이다.
$\dfrac{p}{\rho}+\dfrac{1}{2}v^2+gz=\mathrm{const}$
비압축성 유동: 밀도가 일정해야 압력 항을 p/ρ로 쓸 수 있다.
무마찰 유동: 마찰 손실 항이 없는 이상 유체를 가정한다.
유선을 따르는 유동: 같은 유선 위 두 점 사이에서 성립한다.

왕복 펌프가 아닌 것은 로브 펌프다.
로브 펌프는 두 개의 로브(날개) 회전자가 맞물려 돌며 액을 보내는 회전식 정변위 펌프다.
플런저 펌프: 플런저 왕복 운동을 이용한다.
피스톤 펌프: 피스톤 왕복 운동을 이용한다.
격막 펌프: 격막의 왕복 변형을 이용한다.

등엔탈피 팽창 후 온도는 150℃이다. Joule–Thomson 계수는 등엔탈피 과정에서 압력 변화당 온도 변화다.
$\mu_{JT}=\left(\dfrac{\partial T}{\partial P}\right)_H$
$\Delta T=\mu_{JT}\Delta P=10\times(15-30)=-150$
$T_2=300-150=150\,\mathrm{^{\circ}C}$. 계수가 양수이므로 압력이 떨어지면 온도도 내려간다.

유리구의 지름은 0.03/√10 cm이다. Stokes 식을 지름에 대해 푼다.
$D_p^2=\dfrac{18\mu u_t}{g(\rho_p-\rho)}=\dfrac{18\times0.01\times0.49}{980\times1.0}=9\times10^{-5}$
$D_p=\sqrt{9\times10^{-5}}=\dfrac{0.03}{\sqrt{10}}\,\mathrm{cm}$. 점도는 1.0 cP = 0.01 g/cm·s로 바꾼다.

옳지 않은 것은 평균 자유 경로에 반비례한다는 진술이다. 기체 분자 운동론에서 열전도도는 평균 자유 경로에 비례한다.
$k\approx\dfrac{1}{3}\rho\bar{u}\lambda c_v$
기체 밀도에 비례: 식의 ρ 항이다.
평균 분자 속도에 비례: 식의 ū 항이다.
분자 열용량에 비례: 식의 $c_{v}$ 항이다.

옳지 않은 것은 Sc에 대한 온도 영향이 기체가 액체보다 크다는 진술이다.
기체의 Sc는 온도에 거의 무관하지만, 액체는 점도와 확산계수가 온도에 따라 크게 변해 액체 쪽 온도 영향이 훨씬 크다.
Sc는 운동점도 / 분자확산도: Sc = ν/$\mathrm{D}_{AB}$의 정의다.
액체 Sc는 큰 값의 범위: 액체 확산계수가 매우 작아 Sc가 기체(1 내외)보다 훨씬 크다.
이상기체 Sc는 압력에 무관: ν와 $\mathrm{D}_{AB}$가 모두 압력에 반비례해 약분된다.

분압 크기는 벤젠 > 톨루엔 > 자일렌이다. 몰분율을 구해 라울 법칙 $p_i=x_iP_i^{sat}$에 넣는다.
몰수: 벤젠 7.8/78 = 0.1, 톨루엔 18.4/92 = 0.2, 자일렌 54.0/108 = 0.5 (합 0.8)
몰분율: 0.125, 0.25, 0.625
분압: 벤젠 $0.125\times1340=167.5$, 톨루엔 $0.25\times560=140$, 자일렌 $0.625\times210=131.3\,\mathrm{mmHg}$. 자일렌은 몰분율이 가장 크지만 증기압이 낮아 분압이 가장 작다.

옳지 않은 것은 모든 습도에서 %습도가 상대습도보다 크다는 진술이다.
%습도는 상대습도보다 작거나 같으며, 두 값은 0%와 100%에서만 같다.
노점은 포화될 때까지 냉각해야 하는 온도: 노점의 정의다.
습도도표는 어떤 계·전압에 대해서도 작성 가능: 계와 전압을 정하면 만들 수 있다.
Lewis 관계가 성립하면 습도선을 단열 포화선으로 사용: 공기–물계에서 습구온도 ≈ 단열포화온도다.

옳지 않은 것은 여비·수선비·운임비 등을 발생경비로 설명한 진술이다.
이들은 실제 지급액으로 원가를 잡는 지급경비이고, 발생경비는 재고감모손실처럼 현금 지출 없이 발생한 금액을 원가로 잡는 경비다.
재료비처럼 생산량에 따라 증감하는 원가는 변동비: 변동비의 정의다.
공장장 급여처럼 생산량과 무관한 비용은 고정비: 고정비의 정의다.
전력비·수도광열비는 측정경비: 계기로 측정한 소비량으로 산정한다.