[9급 지방직 화학공학일반] 24년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

절대 압력은 게이지 압력 + 대기압이므로 2 atm이다.
게이지 압력은 대기압을 기준(0)으로 잰 압력이다.
$P_{abs}=P_{gauge}+P_{atm}=1+1=2\,\mathrm{atm}$
0 atm은 완전 진공에 해당하는 절대 압력이다.
1 atm은 게이지 압력을 그대로 읽은 값으로, 대기압을 더하지 않은 것이다.
3 atm은 대기압을 이중으로 더한 값이다.

옳지 않은 것은 점도에 온도의존성이 없다는 설명이다.
점도는 물성으로서 온도에 크게 의존한다. 액체는 온도가 오르면 점도가 감소하고, 기체는 증가한다.
뉴턴의 점성법칙은 전단응력이 전단변형률(속도구배)에 비례한다는 법칙이며, 비례상수가 점도이다.
물·공기 같은 저분자 유체는 대표적인 뉴턴 유체이다.
이 법칙을 따르는 유체를 뉴턴 유체라고 정의한다.

옳지 않은 것은 분자의 지름이 평균 이동거리와 유사하다는 설명이다.
기체분자 운동론은 분자 자체의 크기가 분자 간 거리나 평균자유행로에 비해 무시할 만큼 작다고 가정한다.
분자 간 충돌과 벽과의 충돌은 운동에너지가 보존되는 완전 탄성 충돌로 본다.
기체는 끊임없이 무질서하게 운동하는 분자로 이루어져 있다.
분자 사이에는 인력이나 척력이 작용하지 않는다고 가정한다.

과잉반응물은 산소이며, 과잉분율은 20 mol%이다.
반응식: $\mathrm{C_3H_8+5O_2\rightarrow 3CO_2+4H_2O}$
이론 산소량: $2\times 5=10\,\mathrm{mol}$
과잉분율 = (공급량 − 이론량) / 이론량
$\dfrac{12-10}{10}\times 100=20\,\%$

옳지 않은 것은 확산계수의 SI 단위를 $\mathrm{m\,s^{-1}}$로 본 설명이다. 확산계수의 단위는 $\mathrm{m^2\,s^{-1}}$이다.
Fick의 법칙 $J=-D\dfrac{dC}{dz}$에서 $J$는 $\mathrm{mol\,m^{-2}\,s^{-1}}$, 농도구배는 $\mathrm{mol\,m^{-4}}$이므로 $D$는 면적/시간 차원이 된다.
Fourier 법칙에 따라 전도 열유속은 온도구배에 비례한다.
Fick 법칙에 따라 확산 물질유속은 농도구배에 비례한다.
열전달 방식은 전도·대류·복사의 세 가지이다.

두 평판의 전도 저항이 같으므로 비는 1.0이다.
평판의 전도 저항: $R=\dfrac{L}{kA}$
A: $R_A=\dfrac{0.4}{0.04\times 3}=\dfrac{0.4}{0.12}\approx 3.33\,\mathrm{K\,W^{-1}}$
B: $R_B=\dfrac{0.8}{0.02\times 12}=\dfrac{0.8}{0.24}\approx 3.33\,\mathrm{K\,W^{-1}}$
따라서 $\dfrac{R_B}{R_A}=1.0$이다. 두께를 m 단위로 바꾸어 대입하는 점에 주의한다.

지름이 절반, 밀도가 2배가 되어 효과가 상쇄되므로 Reynolds수는 150으로 변하지 않는다.
Reynolds수: $Re=\dfrac{\rho u D}{\mu}$
유속·점도 동일, $\rho\rightarrow 2\rho$, $D\rightarrow \dfrac{D}{2}$
$Re_2=150\times 2\times \dfrac{1}{2}=150$

수십 mm 크기로 거칠게 부수는 기계는 조 크러셔(jaw crusher)이다.
조 크러셔는 고정 조와 왕복하는 조 사이에서 압축력으로 큰 덩어리를 깨는 1차(조) 파쇄기이다.
유체-에너지 밀은 고속 기류 속에서 입자끼리 충돌시켜 매우 미세한 분말을 만드는 초미분쇄기이다.
튜브 밀은 회전 원통 속 볼·로드로 미분쇄하는 분쇄기이다.
분산기는 입자를 액체 속에 고르게 퍼뜨리는 장치로 파쇄용이 아니다.

옳은 것은 일은 경로함수라는 설명이다.
일과 열은 상태가 아니라 변화가 일어난 경로에 따라 값이 달라진다(내부에너지·엔탈피는 상태함수).
정압공정에서 계가 받은 열은 일이 아니라 엔탈피 변화와 같다.
이상기체 등온공정에서는 내부에너지 변화가 0이고, 열과 일의 크기가 같다.
일은 경계를 통과하는 동안에만 존재하는 전달 형태의 에너지로, 계 안에 일로서 축적되지 않는다.

옳은 것은 Wien의 변위 법칙에 관한 설명으로, 온도가 높을수록 최대 방사 파장이 짧아진다.
Wien 법칙은 $\lambda_{max}T=\mathrm{const}$로, 온도와 최대 방사 파장이 반비례한다.
복사에너지는 Stefan–Boltzmann 법칙에 따라 절대온도의 4제곱에 비례한다.
복사는 전자기파로 전달되므로 매개물질 없이 진공에서도 일어난다.
Kirchhoff 법칙은 열평형에서 방사율과 흡수율이 같다는 것이며, 투과율과는 무관하다.

옳지 않은 것은 부력이 유체의 밀도에 반비례한다는 설명이다.
부력은 $F_B=\rho g V$로 유체의 밀도에 비례한다.
부력은 중력과 반대 방향, 즉 연직 위쪽으로 작용한다.
아르키메데스 원리에 따라 부력은 물체가 배제한 유체의 무게와 같다.
부력은 유체에 부분적 또는 완전히 잠긴 고체에 유체가 가하는 힘이다.

화학적 소화는 억제소화이다.
연소의 4요소는 가연물·산소·점화원(열)·연쇄반응이며, 억제소화는 할론·분말 소화약제 등으로 라디칼 연쇄반응을 끊는 화학적 방법이다.
냉각소화는 열을 빼앗아 발화점 이하로 낮추는 물리적 소화이다.
제거소화는 가연물을 치우는 물리적 소화이다.
질식소화는 산소 농도를 낮추는 물리적 소화이다.

옳지 않은 것은 유동층이 대량 처리에 적합하지 않다는 설명이다.
유동층 반응기는 고체를 연속적으로 출입시킬 수 있어 고정층보다 대량의 원료와 촉매 처리에 적합하다(예: 유동접촉분해).
고체가 격렬히 혼합되어 온도가 균일하므로 국소 고온점을 피할 수 있다.
기체 속도가 최소유동화속도를 넘으면 고체층이 유동화된다.
촉매를 연속적으로 빼내고 넣을 수 있어 고정층보다 교체·재생이 쉽다.

랭킨 사이클의 구성요소가 아닌 것은 노즐이다.
랭킨 사이클은 펌프 → 보일러 → 터빈 → 응축기의 4요소로 이루어진 증기 동력 사이클이다.
펌프는 응축수를 보일러 압력까지 가압한다.
터빈은 고온·고압 증기를 팽창시켜 일을 얻는다.
응축기는 터빈 배기 증기를 포화액으로 응축시킨다.

옳지 않은 것은 항력이 물체의 표면적에 비례한다는 설명이다.
항력은 $F_D=C_D A_p\dfrac{\rho u^2}{2}$이며, $A_p$는 흐름 방향에 수직한 투영면적이다.
항력은 유체의 밀도에 비례한다.
항력은 $u^2$에 비례하므로 속도수두에 비례한다.
항력은 항력계수에 비례한다.

옳은 것은 ㄴ, ㄷ이다.
기체 유속이 커지면 마찰과 액체 체류량이 늘어 충전층의 압력강하는 증가하므로 ㄱ은 틀리다.
ㄴ: 액체는 탑을 흘러내리며 기체의 용질을 흡수하므로 진행할수록 용질이 농축된다.
ㄷ: 충전물은 액체를 얇은 막으로 펼쳐 기액 접촉면적을 넓혀 준다.

옳지 않은 것은 감가상각대상금액을 취득원가와 잔존가치의 합으로 본 설명이다.
감가상각대상금액 = 취득원가 − 잔존가치 이다.
건설 중인 공장은 아직 사용 가능한 상태가 아니므로 감가상각을 시작하지 않는다.
감가상각은 취득원가를 내용연수 동안 체계적으로 배분하는 과정이다.
자산이 운휴 중이어도 가치 감소는 계속되므로 감가상각을 중단하지 않는다.

옳지 않은 것은 압축성 물질을 여과보조제로 쓴다는 설명이다.
여과보조제는 케이크의 공극을 유지해야 하므로 규조토·펄라이트 같은 비압축성 다공질 물질을 쓴다. 압축성 물질은 압력에 눌려 공극이 막힌다.
여과는 여과재를 통해 고체 입자와 액체를 분리하는 조작이다.
여과로 걸러져 쌓인 고체 입자층을 케이크(filter cake)라 한다.
여과액 쪽을 감압해 추진력을 얻는 장치는 진공여과기로 분류한다.

옳은 것은 ㄱ, ㄷ이다.
Prandtl수는 운동량 확산도/열 확산도($\nu/\alpha$), Biot수는 표면 대류/내부 전도($hL/k_s$)이므로 ㄱ·ㄷ은 옳다.
ㄴ: Nusselt수($hL/k$)는 대류 열전달/전도 열전달이므로 분자·분모가 뒤바뀌었다.
ㄹ: 강제대류에서 Nusselt수는 Reynolds수와 Prandtl수의 함수이며, Biot수는 고체 내부 전도에 관한 수로 무관하다.

두 번째는 B(기공 내 반응물 확산), 다섯 번째는 D(생성물 탈착)이다.
다공성 촉매 반응은 반응물이 들어가 반응하고, 생성물이 역순으로 나오는 7단계로 진행한다.
F(외부 물질전달) → B(기공 내 확산) → A(흡착) → C(표면 반응) → D(탈착) → G(기공 내 생성물 확산) → E(벌크로 물질전달)