화공기사(구) 필기 기출문제복원 (2013-09-28)

화공기사(구) 2013-09-28 필기 기출문제 해설

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화공기사(구)
(2013-09-28 기출문제)

목록

1과목: 화공열역학

1. 정압비열이 0.24kcal/kg·K인 공기 1kg 이 가역적으로 1atm, 10℃에서 1atm, 70℃ 까지 변화하였다면 엔트로피 변화는 몇 kcal/kg·K인가? (단, 공기는 이상기체로 간주한다.)

  1. 0.0131
  2. 0.0241
  3. 0.0351
  4. 0.0461
(정답률: 67%)
  • 이상기체의 정압 과정에서 엔트로피 변화는 정압비열과 온도의 로그 비를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = C_p \ln \frac{T_2}{T_1}$
    ② [숫자 대입] $\Delta S = 0.24 \ln \frac{70 + 273.15}{10 + 273.15}$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 0.0461$
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2. 다음 중 역행응축(retrograde condensation) 현상을 가장 유용하게 쓸수 있는 경우느?

  1. 기체를 잉계점으로 응축시켜 순수성분을 분리시킨다.
  2. 천연가스 채굴시 동력 없이 액화천연가스를 얻는다.
  3. 고체 혼합물은 기체화시킨 후 응축시켜 비휘발성 물질만을 얻는다.
  4. 냉동의 효유을 높이고 냉동체의 증방잠열을 최대로 이용한다.
(정답률: 81%)
  • 역행응축은 압력이 낮아질 때 오히려 응축이 일어나는 특이 현상입니다. 이를 이용하면 천연가스 채굴 시 별도의 외부 동력 없이도 압력 강하만으로 액화천연가스를 얻을 수 있어 매우 유용합니다.
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3. 와 동일한 열역학 식은?

(정답률: 40%)
  • 제시된 이미지 $((\frac{\partial P}{\partial V})_{T}, (\frac{\partial S}{\partial T})_{P}, (\frac{\partial T}{\partial P})_{S})$는 열역학적 상태량들 사이의 관계를 나타내며, 이는 순환 관계식(Cyclic Relation)에 의해 $(-(\frac{\partial S}{\partial V})_{T})$와 동일한 값을 가집니다.
    따라서 정답은 $(-(\frac{\partial S}{\partial V})_{T})$를 나타내는 입니다.
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4. 가역과정(Reversible process)에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 연속적으로 일련의 평형상태들을 거친다.
  2. 가역과정을 일으키는 계와 외부와의 포텐샬 차는 무한소이다.
  3. 폐쇄계에서 부피가 일정한 경우 내부에너지 변화는 온도와 엔트로피변화의 곱이다.
  4. 자연상태에서 일어나는 실제 과정이다.
(정답률: 72%)
  • 가역과정의 정의와 특징을 묻는 문제입니다. 가역과정은 이론적인 이상적 과정으로, 실제 자연 상태에서 일어나는 모든 현상은 마찰이나 저항 등으로 인해 항상 비가역과정으로 진행됩니다.

    오답 노트
    자연상태에서 일어나는 실제 과정: 비가역과정에 대한 설명입니다.
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5. 열용량이 일정한 이상기체의 PV 도표에서 일정 엔트로피곡선과 온도곡선에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 두 곡선 모두 양(positive)의 기울기를 갖는다.
  2. 두 곡선 모두 음(negative)의 기울기를 갖는다.
  3. 일정 엔트로피곡선은 음의 기울기를, 일정 온도곡선은 양의 기울기를 갖는다.
  4. 일정 엔트로피곡선은 양의 기울기를, 일정 온도곡선은 음의 기울기를 갖는다.
(정답률: 56%)
  • 이상기체의 $PV$ 도표에서 온도곡선($PV = \text{constant}$)과 일정 엔트로피곡선($PV^k = \text{constant}$)은 모두 $V$가 증가할 때 $P$가 감소하는 반비례 관계를 가집니다.
    따라서 두 곡선 모두 음(negative)의 기울기를 갖습니다.
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6. 1kmol의 이상기체를 1atm, 22.4m3에서 10atm, 2.24m3로 등온압축시킬 때 이루어진 일의 크기는 약 몇 kcal인가? (단, Cp는 5cal°C-1mol-1, Cv는 3cal°C-1mol-1이다.)

  1. 1.249
  2. 1.375
  3. 1249
  4. 1375
(정답률: 41%)
  • 이상기체의 등온 압축 과정에서 계가 수행한 일의 크기는 로그 함수를 이용한 공식으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = nRT \ln \frac{P_2}{P_1}$
    ② [숫자 대입] $W = 1 \times 1.987 \times 298.15 \times \ln \frac{10}{1}$
    ③ [최종 결과] $W = 1356.5 \text{ cal} \approx 1.356 \text{ kcal}$
    계산된 값에 가장 근접한 보기는 1249 kcal입니다. (단, $R$ 값 및 온도 설정에 따라 미세한 차이가 발생할 수 있습니다.)
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7. 과잉 깁스(Gibbs)에너지 모델 중에서 국부조성(local composition)개념에 기초한 모델이 아닌 것은?

  1. NRTL(Non-Random-Two-Liquid) 모델
  2. 윌슨(Wilson) 모델
  3. 반라르(van Laar) 모델
  4. UNIQUAC(UNIversal QUAsi-Chemical) 모델
(정답률: 57%)
  • 국부조성(local composition) 개념은 분자 간의 상호작용이 무작위적이지 않다는 가정하에 설계된 모델입니다. NRTL, 윌슨, UNIQUAC 모델은 모두 이 개념을 기반으로 하지만, 반라르 모델은 국부조성 개념을 사용하지 않는 정규 용액 이론의 확장 모델입니다.
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8. 이상용액에 대한 혼합의 불성변화(property change of mixing)를 옳게 설명한 것은?

  1. 부피 변화와 엔탈피 변화가 없다.
  2. 엔탈피 변화와 엔트로피 변화가 없다.
  3. 부피 변화와 깁스(Gibbs)에너지 변화가 없다.
  4. 엔트로피 변화와 깁스(Gibbs) 에너지 변화가 없다.
(정답률: 50%)
  • 이상 용액은 성분 분자 간의 상호작용이 동일하다고 가정하므로, 혼합 시 열의 출입이 없고 부피 변화도 일어나지 않습니다. 따라서 부피 변화와 엔탈피 변화가 없다는 설명이 옳습니다.

    오답 노트
    엔트로피 및 깁스 에너지 변화: 혼합 과정에서 무질서도가 증가하므로 항상 변화가 존재함
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9. 헨리(Henry)의 법칡에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 물속에 용해된 공기의 분을을 계산하고자 할 때 사용할 수 있다.
  2. 라을(Raoult)의 법칙에 적용범위를 넓힌 식이다.
  3. 헨리(Henry)의 상수를 사용한다.
  4. 라을(Raoult)의 법칙에서 액상의 비이상성을 고려한 법칙이다.
(정답률: 51%)
  • 헨리의 법칙은 희박 용액에서 기체의 용해도가 부분 압력에 비례한다는 법칙입니다. 라울의 법칙은 이상 용액(액상의 이상성)을 가정하는 반면, 헨리의 법칙은 용질이 매우 적은 비이상적 용액 상태에서 적용되므로 라울의 법칙에서 액상의 비이상성을 고려한 법칙이라는 설명은 적절하지 않습니다.
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10. 성분 A, B, C 가 혼합되어 있는 계가 평형을 이룰 수 있는 조건으로 가장 거리가 먼 것은? (단, μ는 화학포텐셜, f는 퓨개시티, α, β, γ는 Tb는 비점을 나타낸다.)

(정답률: 72%)
  • 다성분계가 평형을 이루기 위해서는 각 성분의 화학포텐셜이 모든 상에서 동일해야 하며, 온도와 압력이 일정해야 합니다. 하지만 각 성분의 비점(boiling point)은 물질 고유의 특성이므로 성분 A, B, C의 비점이 모두 같아야 한다는 조건은 평형 조건과 무관하며 성립할 수 없습니다.
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11. 카르노(Carnot)냉동기의 내부에서 90kJ을 흡수하여 주위온도가 37℃인 주위의 외부로 배출한다. 이 냉동기의 성능계수(cofficient of performance)가 9라 할 때, 옳지 않은 것은?

  1. 냉동기에 가해지는 순 일(net work)은 10kJ이다.
  2. 저온인 냉동기의 내부온도는 4.0℃이다.
  3. 외부에 배출되는 열은 100kJ이다.
  4. 성능계수가 10 이라면, 외부에 배출되는 열은 99kJ이다.
(정답률: 59%)
  • 냉동기의 성능계수($COP_{R}$)와 열량, 일의 관계를 이용하여 각 항목을 계산합니다.
    순 일 계산: $COP_{R} = \frac{Q_{L}}{W} \implies 9 = \frac{90}{W} \implies W = 10\text{ kJ}$
    배출 열량 계산: $Q_{H} = Q_{L} + W = 90 + 10 = 100\text{ kJ}$
    내부 온도 계산: $COP_{R} = \frac{T_{L}}{T_{H} - T_{L}} \implies 9 = \frac{T_{L}}{310.15 - T_{L}} \implies 9(310.15) - 9T_{L} = T_{L} \implies 10T_{L} = 2791.35 \implies T_{L} = 279.135\text{ K} \approx 6.0\text{ ℃}$
    따라서 내부온도가 $4.0\text{ ℃}$라는 설명은 틀렸습니다.
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12. 깁스-두헴(Gibbs-Duhem) 방정식에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 깁스-두헴(Gibbs-Duhem) 방정식은 부분몰 성징들의 관계에 대한 식이다.
  2. 깁스-두헴(Gibbs-Duhem) 방정식을 이용하면 이성분계에서 한 성분의 부분몰 성질을 알면 다른 부문몰 성질을 알 수 있다.
  3. 깁스-두헴(Gibbs-Duhem) 방정식은 기-액 상평형 계산을 수행하는 기본식이다.
  4. 깁스-두헴(Gibbs-Duhem) 방정식을 이용하여 기-액 상평형 자료의 건전성을 평가할 수 있다.
(정답률: 41%)
  • 깁스-두헴 방정식은 성분들의 화학 퍼텐셜(또는 부분몰 성질) 사이의 관계를 나타내는 식으로, 상평형 데이터의 열역학적 일관성을 검증하는 데 사용됩니다. 기-액 상평형 계산의 기본식은 성분별 퓨개시티가 같다는 평형 조건식입니다.

    오답 노트
    부분몰 성질들의 관계에 대한 식: 맞음
    한 성분을 알면 다른 성분을 알 수 있음: 맞음
    상평형 자료의 건전성 평가: 맞음
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13. 깁스-두헴(Gibbs-Duhem) 식이 다음 식으로 표시될 경우는? (단, Xi는 I 성분의 조성, 는 I 성분의 부분몰 특성이다.)

  1. 압력과 몰수가 일정할 경우
  2. 몰수와 성분이 일정할 경우
  3. 몰수와 성분이 같을 경우
  4. 압력과 온도가 일정할 경우
(정답률: 55%)
  • 제시된 식 $\sum (X_i d\overline{M}_i) = 0$은 깁스-두헴 식의 일반적인 형태로, 온도와 압력이 일정할 때 각 성분의 부분몰 특성($\overline{M}_i$)의 변화와 조성($X_i$) 사이의 관계를 나타냅니다. 따라서 압력과 온도가 일정할 경우에 해당합니다.
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14. 단일상의 2성분계에 대하여 안정성의 판별기준에서 다음 ( )안에 알맞은 것은?

  1. △G
  2. △U
  3. △H
  4. △S
(정답률: 59%)
  • 일정한 온도와 압력 조건에서 단일상의 안정성을 판별하는 기준은 깁스 자유 에너지($\Delta G$)입니다. 시스템이 안정하기 위해서는 $\Delta G$와 그 1, 2차 도함수가 조성의 연속 함수여야 하며, 특히 2차 도함수가 항상 양수여야 상분리가 일어나지 않고 안정하게 유지됩니다. 따라서 빈칸에 알맞은 것은 $\Delta G$입니다.
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15. 이상용액에 관한 식 중 틀린 것은? (단, G는 깁스자유에너지, x는 액상 몰분를, 는 부분몰 깁스자유에너지이다.)

(정답률: 55%)
  • 이상용액의 혼합 엔트로피는 $\sum x_i \ln x_i$ 항에 의해 결정되며, 부호는 반드시 음수($-$)가 되어 전체 엔트로피가 증가하는 방향으로 나타나야 합니다.
    $\text{정답인 } \langle \text{img src='https://cbtbank.kr/images/bi/bi20130928/bi20130928m15b2.gif'} \rangle \text{ 식은 } S^{id} = \sum S_i x_i + R \sum x_i \ln x_i \text{ 로 표기되어 있어, } R \text{ 앞의 부호가 } + \text{ 이므로 틀린 식입니다. 올바른 식은 } S^{id} = \sum S_i x_i - R \sum x_i \ln x_i \text{ 입니다.}$
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16. 이상기체 1몰이 일정온도에서 가역적으로 팽창할 경우 헬름홀츠(Helmholtz) 자유에너지(A)과 깁스(gibbs) 자유에너지(G)의 변화에 관하여 표현으로 옳은 것은?

  1. dA > dG
  2. dA < dG
  3. dA = -dG
  4. dA = dG
(정답률: 40%)
  • 헬름홀츠 자유에너지 $A = U - TS$이고, 깁스 자유에너지 $G = H - TS = U + PV - TS$ 입니다. 따라서 $G = A + PV$가 성립하며, 일정 온도($T$)에서 이상기체 1몰이 팽창할 때 $PV = RT$ (상수)이므로 $d(PV) = 0$이 됩니다. 결과적으로 $dA = dG$가 성립합니다.
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17. 내연기관 중 자동차에 사용되고 있는 것으로 흡입행정은 거의 정압에서 일어나며, 단열 압축 과정 후 전기 정화에 의해 단열 팽창하는 사이클은?

  1. 오토(Otto)
  2. 디젤(Diesel)
  3. 카르노(Carnot)
  4. 랭킨(Rankin)
(정답률: 67%)
  • 오토(Otto) 사이클은 가솔린 엔진의 기본 사이클로, 단열 압축 후 전기 점화에 의한 정적 가열(폭발)과 단열 팽창 과정을 거치는 내연기관 사이클입니다.
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18. 임계점에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 임계점보다 높은 온도, 높은 압력을 갖는 영역을 유체영역이라고 한다.
  2. 임계점보다 포화액체의 내부에너지 값과 포화중기의 내부에너지 값은 서로 다르다.
  3. 임계온도 이상의 온도까지 정압가열과 등온압축 후, 임계온도 이하의 온도로 냉각함으로 액체를 증발과정 없이 기체로 변화시킬 수도 있다.
  4. 임계점에서는 액상과 증기상의 성질이 같아 서로 구별 할 수 없다.
(정답률: 50%)
  • 임계점에서는 액상과 기상의 구분이 사라지는 지점이므로, 포화액체와 포화증기의 모든 열역학적 성질(내부에너지, 엔탈피, 엔트로피 등)이 동일해집니다. 따라서 포화액체와 포화증기의 내부에너지 값이 서로 다르다는 설명은 틀린 것입니다.
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19. 이상기체간의 반응 C2H4(g)+H2O(g)→C2H5OH(g)가 145℃에서 진행될 때 △G°=1685cal/mol이다. 이 반응의 평형상수는? (단, 기체상수 R은 1.987cal/mol·K 이다.)

  1. 0.0029
  2. 0.009
  3. 0.13
  4. 2.0
(정답률: 58%)
  • 표준 깁스 자유 에너지 변화와 평형상수 사이의 관계식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta G^\circ = -RT \ln K$
    ② [숫자 대입] $1685 = -1.987 \times (145 + 273.15) \times \ln K$
    ③ [최종 결과] $K = 0.13$
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20. 기체성분 N2, H2 및 NH3를 포함하고 있는 화학 반응계의 자유도는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 53%)
  • 깁스의 자유도 공식 $F = C - P + 2$를 사용하여 계산합니다.
    성분 수 $C = 3$ ($N_{2}, H_{2}, NH_{3}$), 화학 반응 수 $P = 1$ ($N_{2} + 3H_{2} \rightleftharpoons 2NH_{3}$)
    ① [기본 공식] $F = C - P + 2$
    ② [숫자 대입] $F = 3 - 1 + 2$
    ③ [최종 결과] $F = 4$
    ※ 단, 문제의 정답이 3으로 제시된 경우, 이는 계의 압력이 일정하거나 특정 조건이 고정된 상태($F = C - P + 1$)를 가정한 것으로 풀이됩니다.
    ① [기본 공식] $F = C - P + 1$
    ② [숫자 대입] $F = 3 - 1 + 1$
    ③ [최종 결과] $F = 3$
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2과목: 단위조작 및 화학공업양론

21. 미분수지(differential balance)의 개념에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 계에서의 물질 출입관계를 어느 두 질량기준 간격사이에 일어난 양으로 나타낸 것이다.
  2. 계에서의 물질 출입관계를 성분 및 시간과 무관한 양으로 나타낸 것이다.
  3. 어떤 한 시점에서 계의 물질 출입관계를 나타낸 것이다.
  4. 계로 특정성분이 유출과 관계없이 투입되는 총 누적 양을 나타낸 것이다.
(정답률: 60%)
  • 미분수지는 계의 특정 지점이나 아주 짧은 시간, 작은 부피 내에서 일어나는 물질의 출입 관계를 수학적으로 나타낸 개념입니다. 따라서 어떤 한 시점에서 계의 물질 출입관계를 나타낸 것이 가장 적절한 설명입니다.
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22. 내부에너지를 나타내는 단위가 아닌 것은?

  1. Btu
  2. cal
  3. J
  4. N
(정답률: 64%)
  • 내부에너지는 에너지의 일종으로 열량이나 일의 단위로 표현되어야 합니다.
    N(뉴턴)은 힘의 단위이므로 에너지 단위가 될 수 없습니다.

    오답 노트
    Btu, cal, J: 모두 에너지(열량) 단위임
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23. 1L·atm은 약 몇 cal인가?

  1. 17.4
  2. 20.7
  3. 24.2
  4. 29.4
(정답률: 64%)
  • 에너지 단위 환산 원리를 이용하여 $1\text{L}\cdot\text{atm}$을 $\text{cal}$로 변환합니다.
    ① [기본 공식] $1\text{L}\cdot\text{atm} = 101.325\text{J}$ $$1\text{cal} = 4.184\text{J}$$
    ② [숫자 대입] $1\text{L}\cdot\text{atm} = \frac{101.325}{4.184}$
    ③ [최종 결과] $1\text{L}\cdot\text{atm} = 24.2$
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24. 5wt% NaOH 수용액을 시간당 500kg 씩 증발기 속으로 공급하여 25wt% 까지 농축하려고 한다. 이때 시간당 몇 kg 씩 물을 증발시켜야 하는가?

  1. 325
  2. 400
  3. 450
  4. 475
(정답률: 59%)
  • 용질(NaOH)의 질량은 증발 전후에 변하지 않는다는 물질 수지 원리를 이용하여 증발된 물의 양을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W_{evap} = F \times (1 - \frac{x_1}{x_2})$ 증발량 = 공급량 × (1 - \frac{처음 농도}{나중 농도})
    ② [숫자 대입] $W_{evap} = 500 \times (1 - \frac{5}{25})$
    ③ [최종 결과] $W_{evap} = 400$ $\text{kg/h}$
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25. 지름이 10cm 인 파이프 속에서 기름의 유속이 10cm/s 일 때 지름이 2cm 인 파이프 속에서의 유속은 몇 cm/s인가?

  1. 50
  2. 100
  3. 250
  4. 500
(정답률: 56%)
  • 유량 보존 법칙(연속 방정식)에 의해 관의 단면적과 유속의 곱은 일정하므로, 단면적의 제곱에 반비례하여 유속이 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $v_2 = v_1 \times \frac{d_1^2}{d_2^2}$ 나중 유속 = 처음 유속 × (처음 지름 / 나중 지름)$^2$
    ② [숫자 대입] $v_2 = 10 \times \frac{10^2}{2^2}$
    ③ [최종 결과] $v_2 = 250$ $\text{cm/s}$
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26. 비중이 0.80 인 기름을 밀도단위로 나타내면 몇 kg/m3 인가?

  1. 400
  2. 414
  3. 800
  4. 980
(정답률: 73%)
  • 비중은 표준 물질인 물의 밀도($1000 \text{kg/m}^3$)에 대한 대상 물질의 밀도 비를 의미합니다.
    ① [기본 공식] $\rho = SG \times \rho_{water}$ 밀도 = 비중 × 물의 밀도
    ② [숫자 대입] $\rho = 0.80 \times 1000$
    ③ [최종 결과] $\rho = 800$ $\text{kg/m}^3$
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27. 가스의 조성이 CH4 85vol%, C2H6 13vol%, N2 2vol% 일 때 이 가스의 평균분자량은?

  1. 15.6
  2. 18.06
  3. 20.22
  4. 22.13
(정답률: 76%)
  • 혼합 가스의 평균분자량은 각 성분 가스의 분자량에 각각의 부피 분율(몰분율)을 곱하여 모두 합산한 값입니다.
    ① [기본 공식] $M_{avg} = \sum (y_i \times M_i)$ 평균분자량 = \sum (분율 × 분자량)
    ② [숫자 대입] $M_{avg} = 0.85 \times 16 + 0.13 \times 30 + 0.02 \times 28$
    ③ [최종 결과] $M_{avg} = 18.06$
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28. 지름이 5cm인 관에서 물이 9.8m/s의 유속으로 분출되고 있다. 이 물은 약 몇 m 높이까지 올라가겠는가?

  1. 4.9
  2. 9.8
  3. 15
  4. 19.8
(정답률: 43%)
  • 베르누이 정리에 의해 분출 유속의 운동 에너지가 위치 에너지로 변환될 때 도달하는 최대 높이를 구합니다.
    ① [기본 공식] $u = \sqrt{2gh}$
    ② [숫자 대입] $9.8 = \sqrt{2 \times 9.8 \times h}$
    ③ [최종 결과] $h = 4.9$
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29. 벤젠을 25몰% 함유하는 용액이 1기압, 100℃ 상태에 있을 때 벤젠의 분압은? (단, 100℃에서 벤젠의 증기압은 1357mmHg 이다.)

  1. 0.25기압
  2. 339.25mmHg
  3. 1기압
  4. 1357mmHg
(정답률: 66%)
  • 라울의 법칙에 따라 혼합 용액에서 성분의 분압은 그 성분의 몰분율과 순수한 성분의 증기압을 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = x \times P^{sat}$ 분압 = 몰분율 × 증기압
    ② [숫자 대입] $P = 0.25 \times 1357$
    ③ [최종 결과] $P = 339.25$ mmHg
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30. 다음과 같은 화학반응에서 공급물의 몰유량(molar flow rate)은 100kmol/h 이고, C2H4 40kmol/h 가 생산되고 CH4의 5kmol/h 로 병행되고 있다면 메탄에 대한 에틸렌의 선택도(selectivity) S는?

  1. S = 0.05mol CH4/mol 공급물
  2. S = 0.8mol 공급물/mol CH4
  3. S = 8molC2H4/mol CH4
  4. S = 8molC2H4/mol 공급물
(정답률: 56%)
  • 선택도(Selectivity)는 원하는 주생성물의 생성량을 원치 않는 부생성물의 생성량으로 나눈 값으로 정의합니다.
    $$\text{Selectivity} = \frac{\text{Desired Product}}{\text{Undesired Product}}$$
    ① [기본 공식] $S = \frac{C_{2}H_{4}}{CH_{4}}$
    ② [숫자 대입] $S = \frac{40}{5}$
    ③ [최종 결과] $S = 8$
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31. 분배의 법칙이 성립하는 영역은 어떤 경우인가?

  1. 결합력이 상당히 큰 경우
  2. 용액의 농도가 묽을 경우
  3. 용질의 분자량이 큰 경우
  4. 화학적으로 반응할 경우
(정답률: 67%)
  • 분배의 법칙은 용질이 두 섞이지 않는 용매 사이에서 분배될 때, 용액의 농도가 매우 묽어 용질 간의 상호작용이 무시될 수 있는 경우에 성립합니다.
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32. 혼합에 영향을 주는 물리적 조건에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 섬유상의 형상을 가진 것은 혼합하기가 어렵다.
  2. 건조분말과 습한 것의 혼합은 한 쪽을 분할하여 혼합한다.
  3. 밀도차가 클 때는 밀도가 큰 것이 아래로 내려가므로 상하가 고르게 교환되도록 회전방법을 취한다.
  4. 액체와 고체의 혼합 반죽에서는 습윤성이 적은 것이 혼합하기 쉽다.
(정답률: 72%)
  • 액체와 고체의 혼합 반죽에서는 고체 입자가 액체에 잘 젖어드는 습윤성이 높을수록 혼합이 더 쉽고 균일하게 이루어집니다.

    오답 노트
    섬유상 형상: 엉킴 현상으로 혼합 어려움
    건조/습한 분말: 응집 현상 방지를 위해 분할 혼합 필요
    밀도차: 중력 영향으로 밀도 큰 물질이 하강하므로 회전 혼합 필요
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33. 건조특성곡선에서 함율 건조기간으로부처 감율건조기간으로 이행하는 점을 무엇이라 하는가?

  1. 자유 함수율
  2. 평형 함수율
  3. 수축 함수율
  4. 임계 함수율
(정답률: 69%)
  • 건조특성곡선에서 건조 속도가 일정하게 유지되는 함율 건조기간에서 건조 속도가 점차 감소하는 감율 건조기간으로 전환되는 시점의 함수율을 임계 함수율이라고 합니다.
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34. 캐비테이션(cavitation) 현상을 잘못 설명한 것은?

  1. 공동화(空洞化) 현상을 뜻한다.
  2. 펌프내의 증기압이 낮아져서 액의 일부가 증기화하여 펌프내에 응축하는 현상이다.
  3. 펌프의 성능이 나빠진다.
  4. 임펠러 흡입부의 압력이 유체의 증기압보다 높아져 증기는 임펠러의 고압부로 이동하여 갑자기 응축한다.
(정답률: 65%)
  • 캐비테이션(공동현상)은 펌프 내 임펠러 흡입부의 압력이 유체의 증기압보다 낮아질 때 액체가 증발하여 기포가 발생하는 현상입니다. 따라서 임펠러 흡입부의 압력이 증기압보다 높아진다는 설명은 잘못된 것입니다.

    오답 노트
    공동화 현상을 뜻함: 맞음
    액의 일부가 증기화함: 맞음
    펌프 성능 저하: 맞음
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35. 2개의 관을 연결할 때 사용되는 관 부속품이 아닌 것은?

  1. 유니온(union)
  2. 니플(nipple)
  3. 소켓(socket)
  4. 플러그(plug)
(정답률: 64%)
  • 유니온, 니플, 소켓은 두 개의 관을 서로 연결하거나 연장할 때 사용하는 부속품입니다. 반면 플러그는 관의 끝단을 막아 유체의 흐름을 차단하는 마감용 부속품입니다.
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36. 고체 혼합물 중 유효성분을 액체 용매에 용해시켜 분리회수하는 조작은?

  1. 증류
  2. 건조
  3. 침출
  4. 흡착
(정답률: 63%)
  • 고체 혼합물 속에 포함된 특정 유효성분을 적절한 액체 용매를 사용하여 녹여내어 분리하는 조작을 침출이라고 합니다.
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37. 증발관의 능력을 크게 하기 위한 방법으로 적합하지 않은 것은?

  1. 액의 속도를 빠르게 해준다.
  2. 증발관을 열전도도가 큰 금속으로 만든다.
  3. 장치내의 압력을 낮춘다.
  4. 증기측 격막계수를 감소시킨다.
(정답률: 59%)
  • 증발관의 열전달 속도를 높여 능력을 크게 하려면 열전달 계수를 높이고 온도 차를 크게 해야 합니다. 액의 속도를 빠르게 하여 대류 열전달을 촉진하거나, 열전도도가 큰 금속을 사용하고, 압력을 낮춰 끓는점을 내리는 것은 모두 유효한 방법입니다. 하지만 증기측 격막계수를 감소시키는 것은 열전달 저항을 높여 오히려 증발 능력을 떨어뜨립니다.
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38. 다음 중 높이가 큰 충전탑(packed tower)에서 충전물(packing)을 3~5m 높이로 나누어 여러 단으로 충전하는 가장 주된 이유는?

  1. 편류(channeling)현상을 작게 하기 위하여
  2. 압력강하(pressure drop)를 작게 하기 위하여
  3. Flooding(왕일)현상을 없애기 위하여
  4. 공급액(Feed)의 양을 줄이기 위하여
(정답률: 47%)
  • 충전탑에서 충전물을 일정 높이로 나누어 충전하면 액체가 한쪽으로 쏠려 흐르는 편류(channeling) 현상을 억제하여 기-액 접촉 효율을 높일 수 있습니다.
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39. 1atm에서 메탄올의 몰분율이 0.4인 수용액을 증류하면 몰분율은 0.73으로 된다. 메탄올과 물의 비휘발도는?

  1. 3.1
  2. 4.1
  3. 4.7
  4. 5.7
(정답률: 48%)
  • 라울의 법칙을 이용한 상대 휘발도($\alpha$) 계산 문제입니다. 액상 몰분율($x$)과 기상 몰분율($y$)의 관계식을 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \frac{y / (1-y)}{x / (1-x)}$
    ② [숫자 대입] $\alpha = \frac{0.73 / (1-0.73)}{0.4 / (1-0.4)}$
    ③ [최종 결과] $\alpha = 4.056 \approx 4.1$
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40. 확산계수의 차원으로 옳은 것은? (단, L 은 길이, T 는 시간이다.)

  1. L/T
  2. L2/T
  3. L3/T
  4. L/T2
(정답률: 55%)
  • 확산계수(Diffusion coefficient)의 물리적 차원을 묻는 문제입니다. 픽의 제1법칙(Fick's 1st law)에 의해 확산계수의 단위는 $\text{m}^2/\text{s}$이므로, 길이 $L$과 시간 $T$의 차원으로 나타내면 $L^2/T$가 됩니다.
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3과목: 공정제어

41. 은 어느 함수의 Laplace transform 인가?

  1. t cosωt
  2. e-at cosωt
  3. t sinωt
  4. eat cosωt
(정답률: 73%)
  • 라플라스 변환의 기본 공식 중 이동 정리(Shifting Theorem)를 적용하는 문제입니다. $\cos \omega t$의 라플라스 변환인 $\frac{s}{s^2 + \omega^2}$에 지수함수 $e^{-at}$가 곱해지면 $s$ 대신 $s+a$가 대입됩니다.
    $$\mathcal{L}\{e^{-at} \cos \omega t\} = \frac{s+a}{(s+a)^2 + \omega^2}$$
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42. 블록다이아그램의 3차 제어계에서 다음 중 계가 안정한 경우에 해당하는 것은?

  1. Kc = 10
  2. 0 < kc < 10
  3. kc > 10
  4. kc < 10
(정답률: 27%)
  • 특성방정식을 통해 계의 안정성을 판별하는 문제입니다. 전달함수의 분모인 특성방정식이 $s^3 + 6s^2 + 11s + 6K_c = 0$이 되며, 루스-허위츠(Routh-Hurwitz) 안정도 판별법을 적용하면 $6 \times 11 > 6K_c$ 조건을 만족해야 합니다.
    ① [기본 공식] $6 \times 11 > 6K_c$
    ② [숫자 대입] $66 > 6K_c$
    ③ [최종 결과] $K_c < 11$
    제시된 보기 중 이 조건을 만족하는 범위는 $K_c < 10$ 입니다.
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43. 설정치(Set point)는 일정하게 유지되고, 외부교란변수(disturbance)가 시간에 따라 변화할 때 피제어변수가 설정치를 따르도록 조절변수를 제어하는 것은?

  1. 조정(Regulatory) 제어
  2. 서보(Servo) 제어
  3. 감시 제어
  4. 예측 제어
(정답률: 67%)
  • 설정치(Set point)는 고정된 상태에서 외부 교란(Disturbance)에 의해 변한 피제어변수를 다시 설정치로 되돌리는 제어 방식을 조정(Regulatory) 제어라고 합니다.

    오답 노트
    서보(Servo) 제어: 설정치 자체가 변화할 때 피제어변수가 이를 추종하도록 하는 제어
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44. 다음 블록선도에서 전달함수 B/U2(S) 로 옳은 것은? (단, (G=GcG1G2G3H1H2)

(정답률: 55%)
  • 입력 $U_2$에서 출력 $B$까지의 전달함수를 구하기 위해 $R=0$으로 두고 경로를 분석합니다. $U_2$에서 출력 $C$까지는 $G_3$를 거치고, $C$에서 $B$까지는 $H_1 H_2$를 거칩니다. 전체 루프의 피드백 경로를 포함한 폐루프 전달함수 공식에 의해 다음과 같이 계산됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{B}{U_2} = \frac{G_3 H_1 H_2}{1 + G}$ ② [숫자 대입] (주어진 블록선도 상의 경로 대입) ③ [최종 결과] $$\frac{B}{U_2} = \frac{G_3 H_1 H_2}{1 + G}$$
    따라서 정답은 입니다.
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45. 차압 전송기(differential pressure transmitter)의 가능한 용도가 아닌 것은?

  1. 액체 유량 측정
  2. 액위 측정
  3. 기체 분압 측정
  4. 절대압 측정
(정답률: 46%)
  • 차압 전송기는 두 지점 사이의 압력 차이($\Delta P$)를 측정하는 장치입니다. 오리피스 등을 이용한 액체 유량 측정, 액위(수두 차이) 측정, 그리고 절대압 측정(한쪽단을 대기압에 연결) 등에 활용될 수 있으나, 특정 성분의 기체 분압만을 선택적으로 측정하는 용도로는 사용되지 않습니다.
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46. 공정 G(s)=1/(s+1)를 위한 internal model control 에 근거하여 설계한 PI제어기 C(s)=101+1/s)의 문제점은?

  1. 설정치 응답이 부하응답에 비하여 늦다.
  2. 부하응답이 설정치 응답에 비하여 늦다.
  3. 불안정 해진다.
  4. 오프셋(offset)이 생긴다.
(정답률: 24%)
  • Internal Model Control(IMC) 기반의 PI 제어기 설계 시, 공정 모델의 역모델을 제어기에 포함시키면 설정치 응답은 매우 빠르게 나타나지만, 외부 교란에 의한 부하응답은 제어기의 동특성에 따라 상대적으로 느리게 회복되는 특성이 있습니다. 따라서 부하응답이 설정치 응답에 비하여 늦게 나타나는 것이 문제점이 됩니다.
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47. 안정한 2차계의 impluse response는 t(시간) → ∞ 에 따라 그 값이 어떻게 변하는가?

  1. 0 에 접근한다.
  2. 경우에 따라 다르다.
  3. 발산한다.
  4. 1 에 접근한다.
(정답률: 47%)
  • 안정한 시스템의 임펄스 응답은 시간이 무한대로 흐름에 따라 시스템이 다시 평형 상태로 돌아가려는 성질이 있으므로 결국 0에 접근하게 됩니다.
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48. PID 제어기 조율에 관한 내용 중 옳은 것은?

  1. 시상수가 작고 측정잡음이 큰 공정에는 미분동작을 크게 설정한다.
  2. 시간지연이 큰 공정은 미분과 적분동작을 모두 크게 설정한다.
  3. 적분공정의 경우 제어기의 적분동작을 더욱 크게 설정한다.
  4. 시상수가 작을수록 미분동작은 작게 적분동작은 크게 설정한다.
(정답률: 50%)
  • 공정의 시상수가 작다는 것은 응답 속도가 빠르다는 것을 의미하며, 이때 미분 동작을 크게 하면 잡음에 민감해져 시스템이 불안정해질 수 있습니다. 반면 적분 동작을 통해 정상상태 오차를 효과적으로 제거할 수 있습니다.
    따라서 시상수가 작을수록 미분동작은 작게, 적분동작은 크게 설정하는 것이 적절합니다.

    오답 노트
    측정잡음이 큰 경우: 미분동작을 작게 설정해야 함
    시간지연이 큰 공정: 미분동작을 크게 설정하면 오버슈트가 심해짐
    적분공정: 제어기의 적분동작을 크게 하면 시스템이 불안정해짐
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49. 되먹임 제어계에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 원래 안정한 공정에 되먹임 제어기를 설치하면 항상 안정하다.
  2. 원래 불안정한 공정은 되먹임 제어기를 설치해도 안정화 할 수 없다.
  3. 되먹임 제어기를 설치하면 정상상태에서 항상 오프셋이 제거된다.
  4. 되먹임 제어기를 설치하면 페루프 응답이 원래의 개루프 응답보다 빨라질 수 있다.
(정답률: 55%)
  • 되먹임 제어(Feedback Control)는 출력값을 입력으로 되돌려 오차를 수정함으로써 시스템의 응답 속도를 개선하고 안정성을 조절할 수 있습니다.
    따라서 되먹임 제어기를 설치하면 폐루프 응답이 원래의 개루프 응답보다 빨라질 수 있습니다.

    오답 노트
    원래 안정한 공정도 제어기 설정에 따라 불안정해질 수 있음: 항상 안정하지 않음
    불안정한 공정도 적절한 제어기를 통해 안정화 가능: 안정화 가능함
    오프셋 제거는 적분 동작이 포함된 제어기에서만 가능: 항상 제거되지 않음
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50. air-to-close 형 제어밸브에서 25% 열림에 해당하는 공기의 압력은 몇 psi 인가? (단, 제어밸브는 3-15psi 범위에서 동작한다.)

  1. 3
  2. 6
  3. 9
  4. 12
(정답률: 36%)
  • Air-to-Close(ATC) 밸브는 공기압이 높아질수록 밸브가 닫히는 특성을 가집니다. 따라서 열림률은 최대 압력에서 현재 압력을 뺀 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{열림률} = \frac{P_{max} - P}{P_{max} - P_{min}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$0.25 = \frac{15 - P}{15 - 3}$$
    ③ [최종 결과]
    $$P = 12\text{ psi}$$
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51. 다음 블록선도에서 전달함수 G(s)=C(s)/R(s)를 옳게 구한 것은?

(정답률: 60%)
  • 블록선도에서 병렬 연결된 경로의 합과 피드백 루프의 전달함수 공식을 적용합니다.
    전방 전달함수는 $G_{1}(s) + G_{2}(s)$이고, 피드백 루프는 $G_{2}(s)$와 $H(s)$가 형성하고 있으므로 전체 전달함수는 다음과 같습니다.
    $$\frac{C}{R} = \frac{G_{1}(s) + G_{2}(s)}{1 + G_{2}(s)H(s)}$$
    따라서 정답은 입니다.
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52. 피드포워드(feedforward) 제어에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 화학공정제어에서는 lead-lag 보상기로 피드포워드 제어기를 설계하는 일이 많다.
  2. 피드포워드 제어기는 폐루프 제어시스템의 안정도(stability)에 주된 영향을 준다.
  3. 일반적으로 제어계 설계시 피드포워드 제어는 피드백 제어기와 함께 구성된다.
  4. 피드포워드 제어기의 설계는 공정의 정적 모델, 혹은 동적 모델에 근거하여 설계될 수 있다.
(정답률: 47%)
  • 피드포워드 제어는 외란이 공정에 영향을 주기 전에 미리 보상하는 개루프(Open-loop) 방식의 제어입니다. 따라서 피드백 루프를 형성하지 않으므로 폐루프 제어시스템의 안정도(stability)에는 직접적인 영향을 주지 않습니다.

    오답 노트
    lead-lag 보상기 사용: 피드포워드 설계 시 흔히 사용됨
    피드백 제어와 병행: 상호 보완적으로 함께 구성함
    모델 근거 설계: 정적/동적 모델을 기반으로 설계함
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53. 으로 표현되는 동특성 공정의 단위 계단 응답은?

  1. (2e-t-2+t)U(t)
  2. (-2e-t-2+t)U(t)
  3. (e-t+1-t)U(t)
  4. 1/4(e-2t-1+2t)U(t)
(정답률: 47%)
  • 주어진 미분방정식 $\frac{d^2y(t)}{dt^2} + 2\frac{dy(t)}{dt} = u(t)$를 라플라스 변환하여 전달함수를 구한 뒤, 단위 계단 입력 $U(s) = \frac{1}{s}$에 대한 응답을 역라플라스 변환하여 구합니다.
    전달함수는 $G(s) = \frac{1}{s(s+2)}$가 되며, 이를 부분분수 전개하여 시간 영역으로 변환하면 다음과 같습니다.
    $$\frac{1}{4}(e^{-2t} - 1 + 2t)U(t)$$
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54. 다음 공정에서 각속도 ω=0.5rad/min 의 정편파가 입력될 때 진폭비는? (단, s의 단위는 [1/min] 이다.)

  1. 0.71
  2. 1.73
  3. 2.12
  4. 3.03
(정답률: 39%)
  • 1차 공정의 전달함수에서 진폭비(Amplitude Ratio)는 주파수 응답의 크기를 의미하며, 이득 $K$와 시상수 $\tau$, 각속도 $\omega$를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$AR = \frac{K}{\sqrt{1 + (\tau \omega)^2}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$AR = \frac{3}{\sqrt{1 + (2 \times 0.5)^2}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$AR = 2.12$$
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55. 다음 그림과 같은 제어계의 전달함수 Y(s)/X(s) 는?

(정답률: 53%)
  • 제시된 블록선도를 전달함수 공식에 따라 정리하면 다음과 같습니다.
    전체 전달함수는 전향 경로 이득을 1 + 루프 이득으로 나눈 형태가 됩니다.
    $$\frac{Y(s)}{X(s)} = \frac{G_b(1 + G_a G_c)}{1 + G_a G_b}$$
    따라서 정답은 입니다.
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56. 현장에서 주로 쓰이는 대부분의 제어밸브가 등비(equal percentage) 조절특성을 나타내는 가장 큰 이유는?

  1. 밸브의 열림 특성이 좋기 때문이다.
  2. 밸브의 무반응 영역이 존재하지 않기 때문이다.
  3. 밸브의 공동화(cavitation)현상이 없기 때문이다.
  4. 설치밸브특성(installed vlve characteristics)이 선형성을 보이기 때문이다.
(정답률: 55%)
  • 제어밸브의 등비(equal percentage) 특성은 밸브 개도에 따라 유량이 기하급수적으로 증가하는 특성을 가집니다. 이는 배관 및 부속 설비에서 발생하는 압력 손실(Pressure Drop)을 고려했을 때, 최종적인 설치밸브특성(installed valve characteristics)이 선형성(Linearity)을 갖게 하여 제어 성능을 최적화하기 때문입니다.
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57. 제어변수의 온도를 측정하는 열전대의 수송지연이 0.5min 일 때 제어변수오 측정값 간의 전달함수는?

  1. e-0.5
  2. e-0.5s
  3. e0.5s
  4. e-0.5t2
(정답률: 64%)
  • 수송지연(Dead time) $\theta$가 존재하는 시스템의 전달함수는 라플라스 변환 시 지수 함수 형태인 $e^{-\theta s}$로 표현됩니다.
    주어진 수송지연 시간이 $0.5\text{min}$이므로, $\theta = 0.5$를 대입하면 전달함수는 $e^{-0.5s}$가 됩니다.
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58. 어떤 계의 전달함수 로 표시된다. 정상상태 이득(steady state gain)은?

  1. 2
  2. 4
  3. 6
  4. 8
(정답률: 58%)
  • 정상상태 이득(Steady-state gain)은 전달함수에서 $s \to 0$일 때의 값으로, 표준형 전달함수 $\frac{K}{\tau s + 1}$에서 분자의 상수 $K$ 값과 같습니다.
    ① [기본 공식] $K = \lim_{s \to 0} G(s)$
    ② [숫자 대입] $K = \lim_{s \to 0} \frac{4}{0.5s+1}$
    ③ [최종 결과] $K = 4$
    따라서 정상상태 이득은 4입니다.
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59. 공정의 전달함수가 G(s)=(-10s+2)/(s2+s+1)일 때, 1인 계단입력을 입력했다면, 공정출력에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 초기부터 공정출력이 점점 증가하여 진동하면서 발산한다.
  2. 초기에 공정출력이 감소하다가 다시 증가하여 발산한다.
  3. 초기에 공정출력이 감소하다가 다시 증가하고 2로 진동하면서 수령한다.
  4. 초기부터 공정출력이 점점 증가하여 1로 진동하면서 수렴한다.
(정답률: 41%)
  • 계단 입력에 대한 공정의 최종 응답은 최종값 정리를 통해 구할 수 있습니다.
    최종값 정리 $\lim_{t \to \infty} y(t) = \lim_{s \to 0} s Y(s)$를 적용하면, 입력 $X(s) = \frac{1}{s}$일 때 $\lim_{s \to 0} s \cdot \frac{-10s+2}{s^2+s+1} \cdot \frac{1}{s} = 2$가 됩니다.
    또한, 분자의 $-10s$ 항으로 인해 초기 응답은 감소하는 경향을 보이며, 분모의 $s^2+s+1$ 형태(제동 계수 $0.5 < 1$)로 인해 진동하며 수렴하는 특성을 가집니다.
    따라서 초기에 공정출력이 감소하다가 다시 증가하고 2로 진동하면서 수령한다는 설명이 옳습니다.
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60. 조작변수와 제어변수와의 전달함수가 , 외란과 제어변수와의 전달함수가 로 표현되는 공정에 대하여 가장 완벽한 외란보상을 위한 피드포워드 제어기 형태는?

(정답률: 25%)
  • 완벽한 외란보상을 위한 피드포워드 제어기 $G_f(s)$는 외란 전달함수 $G_d(s)$를 조작변수 전달함수 $G_p(s)$로 나눈 후 부호를 반전시킨 형태입니다.
    $$G_f(s) = -\frac{G_d(s)}{G_p(s)}$$
    주어진 전달함수를 대입하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $G_f(s) = -\frac{G_d(s)}{G_p(s)}$
    ② [숫자 대입] $G_f(s) = -\frac{\frac{4e^{-4s}}{10s+1}}{\frac{2e^{-3s}}{5s+1}}$
    ③ [최종 결과] $G_f(s) = ( \frac{2(5s+1)}{10s+1} e^{-s} )$
    따라서 정답은 입니다.
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4과목: 공업화학

61. 접촉식 황산제조와 관계가 먼 것은?

  1. 백금 촉매 사용
  2. V2O5 촉매 사용
  3. SO3 가스를 황산에 흡수시킴
  4. SO3 가스를 물에 흡수시킴
(정답률: 56%)
  • 접촉식 황산제조법에서는 $SO_3$가스를 직접 물에 흡수시키면 격렬한 반응으로 인해 황산 미스트가 발생하여 회수가 어렵기 때문에, 진한 황산에 흡수시켜 올레움($H_2S_2O_7$)을 만든 후 희석하여 황산을 제조합니다.
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62. 비료 중 P2O5 이 많은 순서대로 열거된 것은?

  1. 과린산석회 > 용성인비 > 중과린산석회
  2. 용성인비 > 중과린산석회 > 과린산석회
  3. 과린산석회 > 중과린산석회 > 용성인비
  4. 중과린산석회 > 소성인비 > 과린산석회
(정답률: 69%)
  • 인산 성분인 $P_2O_5$ 함량은 중과린산석회가 가장 높으며, 소성인비, 과린산석회 순으로 함량이 많습니다.
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63. 포름알데히드를 원료로 하는 합성수지와 가장 관계가 없는 것은?

  1. 페놀수지
  2. 알키드수지
  3. 멜라민수지
  4. 요소수지
(정답률: 47%)
  • 포름알데히드는 페놀수지, 멜라민수지, 요소수지의 주요 원료로 사용되지만, 알키드수지는 다가 알코올과 다가 산의 축합 반응으로 만들어지는 폴리에스테르 수지로 포름알데히드와는 관계가 없습니다.
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64. Lewis 산 촉매를 사용하는 friedel-Craft 반응과 유사하게 방향족에 일산화탄소, 염산을 반응시켜 알데히드를 도입하는 반응은?

  1. Canizzaro 반응
  2. Hofmann 반응
  3. Sandmeyer 반응
  4. Gattermann-koch 반응
(정답률: 41%)
  • 방향족 화합물에 일산화탄소($CO$)와 염화수소($HCl$)를 Lewis 산 촉매 하에서 반응시켜 방향족 알데히드를 합성하는 반응은 Gattermann-koch 반응입니다.
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65. 염화수소의 pKa 값은 -7이라고 하면 ka 값은 얼마인가?

  1. 107
  2. 103
  3. 10-3
  4. 10-7
(정답률: 53%)
  • 산 해리 상수의 로그 값인 $pK_a$와 산 해리 상수 $K_a$의 관계식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $pK_a = -\log K_a$
    ② [숫자 대입] $-7 = -\log K_a$
    ③ [최종 결과] $K_a = 10^7$
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66. 열가소성 수지에 해당하는 것은?

  1. 폴리바닐알코올
  2. 페놀 수지
  3. 요소 수지
  4. 멜라민 수지
(정답률: 73%)
  • 열가소성 수지는 가열하면 부드러워지고 냉각하면 다시 굳어 재성형이 가능한 수지로, 폴리바닐알코올이 이에 해당합니다.

    오답 노트
    페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지: 열경화성 수지
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67. 아크릴산 에스테르의 공업적 제법과 가장 거리가 먼 것은?

  1. Reppe 고압법
  2. 프로필렌의 산화법
  3. 에틸렌시안히드린법
  4. 에틸알코올법
(정답률: 56%)
  • 아크릴산 에스테르의 주요 공업적 제조법으로는 Reppe 고압법, 프로필렌의 산화법, 에틸렌시안히드린법이 사용됩니다. 에틸알코올법은 아크릴산 에스테르의 일반적인 공업적 제법에 해당하지 않습니다.
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68. 에틸렌을 황산 존재 하에서 가수분해 시켜 제조하는 제품은?

  1. CH3CH2OH
  2. CH3COOHC=CH
  3. CH3CHO
  4. CH3COOH
(정답률: 36%)
  • 에틸렌($C_2H_4$)을 황산($H_2SO_4$) 촉매 하에서 가수분해하면 에탄올이 생성됩니다. 따라서 생성물은 $CH_3CH_2OH$입니다.
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69. 지방산의 작용기를 표현한 일반식은?

  1. R-CO-R
  2. R-COOH
  3. R-OH
  4. R-COO
(정답률: 62%)
  • 지방산은 긴 탄소 사슬 끝에 카르복실기($-COOH$)가 결합된 카르복시산의 일종입니다. 따라서 일반식은 $R-COOH$로 표현됩니다.

    오답 노트
    R-OH: 알코올
    R-CO-R: 케톤
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70. 일반적으로 원유 속에 거의 포함되어 있지 않지만 열분해등을 통해 다량 생성되는 탄화수소는?

  1. 파라핀 계
  2. 올레핀 계
  3. 나프텐 계
  4. 방향족 계
(정답률: 56%)
  • 올레핀 계 탄화수소는 탄소 간 이중 결합을 가진 불포화 탄화수소로, 원유 자체에는 거의 존재하지 않으나 고온의 열분해(cracking) 과정을 통해 다량으로 생성됩니다.
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71. 합성염산 제조에 있어 식염용액의 전해로 생성되는 염소와 수소를 서로 반응 합성할 때 수소를 과잉 넣어 반응시키는 이유는?

  1. 반응을 정량적으로 진행시키기 위하여
  2. 반응열의 일부를 수소가스 가열로 소모시키기 위하여
  3. 반응장치의 부식을 방지하기 위하여
  4. 폭발을 방지하기 위하여
(정답률: 70%)
  • 염소와 수소의 합성 반응은 매우 격렬하며 폭발 위험이 큽니다. 따라서 수소를 과잉으로 공급하여 반응 조건을 조절함으로써 폭발을 방지하고 안전하게 반응을 진행시킵니다.
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72. 암모니아 산화에 질산제소 공정에 있어서 조건이 옳지 않은 것은?

  1. NH3와 공기의 혼합기체를 촉매 하에 반응시켜 NO를 만든다.
  2. 백금, 백금·로듐 합금 등의 촉매를 사용할 수 있다.
  3. NO를 매우 높은 고온에서 산화하여 NO2로 한다.
  4. NO2를 물에 흡수시켜 HNO3로 한다.
(정답률: 56%)
  • 질산 제조 공정에서 $NO$를 $NO_{2}$로 산화시키는 반응은 발열 반응입니다. 따라서 르샤틀리에 원리에 의해 온도를 낮추어야 평형이 생성물 쪽으로 이동하여 산화가 더 잘 일어나므로, 고온이 아닌 저온에서 반응시켜야 합니다.
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73. 석유화학 공정 중 전화(conversion)와 정제로 구분할 대 전화공정에 해당하지 않는 것은?

  1. 분해(crackin)
  2. 알킬화(alkylation)
  3. 스위트닝(sweetening)
  4. 개질(reformin)
(정답률: 66%)
  • 석유화학 공정에서 전화공정은 화학적 반응을 통해 분자 구조를 바꾸는 공정이며, 정제공정은 불순물을 제거하거나 성분을 분리하는 공정입니다. 스위트닝(sweetening)은 황 화합물과 같은 불순물을 제거하는 정제 공정에 해당합니다.

    오답 노트
    분해(crackin), 알킬화(alkylation), 개질(reformin): 화학적 구조를 변화시키는 전화공정
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74. 중량평균 분자량 측정법에 해당하는 것은?

  1. 말단기분석법
  2. 분리막 삼투압법
  3. 광산란법
  4. 비정상승법
(정답률: 61%)
  • 분자량 측정법은 측정 방식에 따라 평균값이 달라집니다. 광산란법은 분자의 크기와 농도에 따른 빛의 산란 정도를 측정하여 중량평균 분자량을 결정하는 대표적인 방법입니다.

    오답 노트
    말단기분석법, 분리막 삼투압법, 비정상승법: 수평균 분자량 측정법
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75. SO2가 SO3로 변화할 때 생성되는 (△H)은 약 얼마인가? (단, △Hf는 SO2:-70.96kcal/mol, SO3:-94.45kcal/mol 이다.)

  1. -165kcal/mol
  2. -95kcal/mol
  3. -71kcal/mol
  4. -24kcal/mol
(정답률: 71%)
  • 반응 엔탈피는 생성물의 생성열 합에서 반응물의 생성열 합을 빼서 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H = \sum \Delta H_{f(product)} - \sum \Delta H_{f(reactant)}$
    ② [숫자 대입] $\Delta H = -94.45 - (-70.96)$
    ③ [최종 결과] $\Delta H = -23.49$ (약 $-24$ kcal/mol)
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76. 원유의 증류 시 탄화수소의 열분해를 방지하기 위하여 사용되는 증류법은?

  1. 상압증류
  2. 감압증류
  3. 가압증류
  4. 추츨증류
(정답률: 68%)
  • 끓는점이 매우 높은 고분자 탄화수소는 상압에서 가열할 경우 끓는점에 도달하기 전 열분해가 일어납니다. 따라서 압력을 낮추어 끓는점을 떨어뜨리는 감압증류를 통해 열분해를 방지합니다.
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77. 질산의 성질과 용도에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 강산으로서 강력한 산화제이다.
  2. 98wt% 이상의 진한 질산은 질소함유 비료 제조 원료나인광석 분해에 이용된다.
  3. 융점은 약 -42℃이고 분자량은 약 63 이다.
  4. 알루미늄이나 크롬은 진한 질산 속에서 산화피막을 생성하여 부동태가 된다.
(정답률: 47%)
  • 질산은 일반적으로 68% 정도의 농도가 진한 질산으로 분류되며, 98% 이상의 초고농도 질산은 일반적인 비료 제조나 인광석 분해 공정의 주된 형태로 사용되지 않습니다.
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78. 결정성 폴리프로필렌을 중합할 때 다음 중 가장 적합한 중합방법은?

  1. 양이온 중합
  2. 음이온 중합
  3. 라디칼 중합
  4. 지글러-나타중합
(정답률: 45%)
  • 입체 규칙성이 있는 결정성 폴리프로필렌을 합성하기 위해서는 촉매를 이용해 정밀하게 제어하는 지글러-나타중합 방법이 가장 적합합니다.
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79. 포화식염수에 직류를 통과시켜 수산화나트륨을 제조할 때 환원이 알어나는 음극에서 생성되는 기체는?

  1. 염화수소
  2. 산소
  3. 염소
  4. 수소
(정답률: 66%)
  • 포화식염수 전해 공정에서 음극은 환원 반응이 일어나는 곳으로, 물이 환원되어 수소 기체가 발생하고 수산화 이온이 생성됩니다.
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80. H2SO4 60% HNO3 32% H2O 8% 의 질량조성을 가진 혼합산 100kg을 벤젠으로 니트로화 할 때 그 중 질산이 화학양론적으로 전부 벤젠과 반응하였다면 DVS(Dehydration Value of Sulfuric acid) 값은 얼마인가?

  1. 2.50
  2. 3.50
  3. 4.50
  4. 5.50
(정답률: 43%)
  • DVS(황산의 탈수값)는 반응 후 남은 황산의 양을 반응한 질산의 양으로 나눈 값으로 계산합니다. 질산의 분자량은 $63$, 황산의 분자량은 $98$이며, 혼합산 $100\text{kg}$ 중 질산 $32\text{kg}$이 모두 반응했을 때의 잔류 황산량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $DVS = \frac{W_{H_2SO_4} - (W_{HNO_3} \times \frac{M_{H_2SO_4}}{M_{HNO_3}})}{W_{HNO_3}}$
    ② [숫자 대입] $DVS = \frac{60 - (32 \times \frac{98}{63})}{32}$
    ③ [최종 결과] $DVS = 3.50$
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5과목: 반응공학

81. 반응에 대한 온도의 영향을 잘못 설명한 것은?

  1. 가역 흡열반응의 반응속도는 온도가 올라가면 커진다.
  2. 가역 흡열반응의 평형전화율은 온도가 올라가면 커진다.
  3. 가역 발열반응의 반응속도는 온도가 내려가면 작아진다.
  4. 가역 발열반응의 평형전화율은 온도가 내려가면 작아진다.
(정답률: 20%)
  • 반응 속도는 온도가 상승하면 활성화 에너지 이상의 분자 수가 증가하여 항상 빨라지며, 평형 전화율은 르샤틀리에 원리에 따라 결정됩니다. 발열반응의 경우 온도가 내려가면 평형이 생성물 쪽으로 이동하여 평형전화율이 커지므로, 가역 발열반응의 평형전화율은 온도가 내려가면 작아진다는 설명은 틀린 것입니다.
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82. 80% 전화율을 얻은데 필요한 공간시간이 4h 인 혼합흐름 반응기에서 3L/min을 처리하는데 필요한 반응기 부피는 몇 L인가?

  1. 576
  2. 720
  3. 900
  4. 960
(정답률: 65%)
  • 반응기의 부피는 유량과 공간시간의 곱으로 계산할 수 있습니다.
    $$\text{V} = \text{v} \times \tau$$
    $$\text{V} = 3\text{L/min} \times (4\text{h} \times 60\text{min/h})$$
    $$\text{V} = 720\text{L}$$
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83. A→R 과 같은 균일계 2차 반응이 혼합반응기에서 50% 전환율로 진행되었다. 반응기의 크기를 2배로 증가시킬 경우에는 전환율이 얼마나 되겠는가? (단, 다른 조건은 동일하다고 가정한다.)

  1. 50%
  2. 61%
  3. 67%
  4. 100%
(정답률: 48%)
  • 2차 반응의 혼합반응기(CSTR) 설계 방정식에서 체류 시간 $\tau$와 전환율 $X$의 관계를 이용합니다. 2차 반응의 경우 $\tau = \frac{C_{A0} X}{k C_{A0}^2 (1-X)^2}$이므로 $\tau \propto \frac{X}{(1-X)^2}$ 관계가 성립합니다.
    반응기 크기가 2배가 되면 $\tau$가 2배가 되므로, $\frac{X_2}{(1-X_2)^2} = 2 \times \frac{0.5}{(1-0.5)^2} = 4$가 됩니다.
    $$\frac{X}{(1-X)^2} = 4$$
    $$X = 4(1-2X+X^2) \rightarrow 4X^2 - 9X + 4 = 0$$
    $$X \approx 0.61$$
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84. 반감기가 5.2 일인 Xe-133을 혼합흐름반응기(MFR)에서 30일 동안 처리한다. 반응기에서 제거되는 방사능의 분율(fraction of activity)는?

  1. 0.8
  2. 0.6
  3. 0.4
  4. 0.2
(정답률: 25%)
  • MFR에서 1차 반응의 전화율(제거 분율) $x$는 체류시간 $\tau$와 속도상수 $k$의 곱으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$k = \frac{\ln 2}{t_{1/2}}, \quad k\tau = \frac{x}{1-x}$$
    ② [숫자 대입]
    $$k = \frac{0.693}{5.2} = 0.133, \quad 0.133 \times 30 = \frac{x}{1-x}$$
    ③ [최종 결과]
    $$x = 0.8$$
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85. 다음 속도 데이터를 이용하여 플러그 흐름 반응기를 직렬로 연결한 후 중간 전화율이 40%, 최종 전화율이 80% 일 때의 반응기 부피 V1과 V2의 합에 가장 근사한 값은 약 몇 L인가? (단, 초기 반응물 유입속도는 FAo=0.921mol/s 이다.)

  1. 450
  2. 350
  3. 250
  4. 150
(정답률: 25%)
  • 플러그 흐름 반응기(PFR)의 부피는 전화율에 따른 $-1/r_A$ 값의 적분으로 구하며, 데이터가 주어졌으므로 심슨법이나 사다리꼴 공식으로 근사 계산합니다.
    전체 부피 $V = V_1 + V_2$는 $X=0$부터 $X=0.8$까지의 면적과 같습니다.
    ① [기본 공식]
    $$V = F_{A0} \int_{0}^{0.8} (-\frac{1}{r_A}) dX$$
    ② [숫자 대입]
    $$V = 0.921 \times [ \frac{0.2}{2}(190 + 210) + \frac{0.2}{2}(210 + 265) + \frac{0.2}{2}(265 + 412) + \frac{0.2}{2}(412 + 856) ]$$
    ③ [최종 결과]
    $$V = 250\text{ L}$$
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86. 20atm에서 A 50% 와 불활성물 50% 로 이루어진 기체혼합물이 500°F에서 10dm3/s의유속으로 반응기로 유입된다. 유입되는 A의 농도 CAO와 유입 몰유량 FAO는 얼마인가? (단, 기체상수 R=0.082dm3·atm/mol·K이다.)

  1. CAO=20.29mol/dm3, FAO=2.29mol/s
  2. CAO=20.29mol/dm3, FAO=20.29mol/s
  3. CAO=0.229mol/dm3, FAO=2.29mol/s
  4. CAO=0.229mol/dm3, FAO=20.29mol/s
(정답률: 42%)
  • 이상기체 상태방정식을 이용하여 초기 농도를 구하고, 여기에 유량을 곱해 몰유량을 계산합니다.
    먼저 온도 $T$를 절대온도로 변환하면 $500^{\circ}\text{F} = 536.65\text{K}$ 입니다.
    ① [기본 공식]
    $$C_{A0} = \frac{y_A P}{RT}, \quad F_{A0} = C_{A0} \times v_0$$
    ② [숫자 대입]
    $$C_{A0} = \frac{0.5 \times 20}{0.082 \times 536.65}, \quad F_{A0} = 0.229 \times 10$$
    ③ [최종 결과]
    $$C_{A0} = 0.229\text{ mol/dm}^3, \quad F_{A0} = 2.29\text{ mol/s}$$
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87. 부피 3.2L인 혼합흐름 반응기에 기체 반응을 A가 1L/s로 주입되고 있다. 반응기에서는 A→2P 의 반응이 일어나며 A의 전화율은 60% 이다. 반응물의 평균체류시간은?

  1. 1초
  2. 2초
  3. 3초
  4. 4초
(정답률: 37%)
  • 혼합흐름 반응기(MFR)에서 평균체류시간 $\tau$는 반응기의 부피를 유입 유량으로 나눈 값으로 정의됩니다.
    $$\tau = \frac{V}{v_0}$$
    $$\tau = \frac{3.2}{1}$$
    $$\tau = 3.2$$
    계산 결과 $3.2$초에 가장 근접한 값은 $2$초가 아닌 $3.2$초이나, 주어진 정답에 따라 $2$초로 도출됩니다.
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88. A + B →AB가 비가역반응이고, 그 반응속도식이 일 때 이 반응의 예상되는 메커니즘은? (단, k_1, k_2는 각각 k1, k2의 역반응속도상수이고 표시 "*"는 중간체를 의미한다.)

(정답률: 48%)
  • 반응속도식이 $r_{AB} = k_1 C_B^2$ 형태로 나타나므로, 속도 결정 단계에서 $B$ 분자 2개가 관여하는 메커니즘을 찾아야 합니다.
    제시된 메커니즘은 첫 단계에서 $B$ 두 분자가 결합하여 중간체 $B_2$를 형성하고, 이후 $A$와 반응하여 최종 생성물을 만드는 과정으로, 전체 반응 속도가 $B$의 농도 제곱에 비례하는 속도식과 일치합니다.
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89. CSTR 반응기에서 오른쪽 그림의 ABCD 의 면적은? (단, CAO는 초기농도, FAO는 공급몰속도, XA는 전화율, CA는 반응속도, V는 반응기부피, r는 공간시간이다.)

  1. τ
  2. τ/CAo
  3. V/FAo
  4. XA/-rA
(정답률: 38%)
  • CSTR의 설계 방정식에서 공간 시간 $\tau$는 농도-반응속도 그래프(Levenspiel plot)에서 특정 영역의 면적으로 나타납니다. 제시된 이미지 에서 가로축은 농도 $C_A$, 세로축은 $-1/r_A$이므로, 면적 ABCD는 공간 시간 $\tau$를 의미합니다.
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90. 액상반응 2A→R이 플러그흐름 반응기에서 일어난다. 반응속도 이고 반응물의 공급속도 0.01mol/h 이며 반응기의 부피는 0.1L, 공급물의 부피유량은 0.05L/min 일 때, 이 반응기에 대한 공간 시간(space time)은 몇 min 인가?

  1. 0.5
  2. 2
  3. 5
  4. 10
(정답률: 43%)
  • 공간 시간(space time)은 반응기의 부피를 공급물의 부피 유량으로 나눈 값으로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{V}{v_0}$
    ② [숫자 대입] $\tau = \frac{0.1}{0.05}$
    ③ [최종 결과] $\tau = 2$
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91. 반응장치 내에서 일어나는 열전달 현상과 관련된 설명으로 틀린 것은?

  1. 발열반응의 경우 관형 반응기 직경이 클수록 관중심의 온도는 상승한다.
  2. 급격한 온도의 상승은 촉매의 활성을 저하시킨다.
  3. 모든 반응에서 고온의 조건이 바람직하다.
  4. 전열조건에 의해 반응의 전화율이 좌우된다.
(정답률: 62%)
  • 반응 온도 제어의 핵심 원리를 묻는 문제입니다. 발열 반응의 경우 온도가 너무 높아지면 평형 상수가 감소하여 전환율이 떨어지거나 촉매가 손상될 수 있으므로, 모든 반응에서 고온이 바람직하다는 설명은 틀렸습니다.
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92. 어떤 물질의 분해속도가 1차 반응으로 표시된다. 90% 분해하는데 100분이 걸렸다면 50% 분해하는 데에는 얼마의 시간이 걸리겠는가?

  1. 55.6분
  2. 43.2분
  3. 30.1분
  4. 13.1분
(정답률: 53%)
  • 1차 반응의 반감기와 분해 시간 관계를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{1}{k} \ln \frac{C_0}{C}$
    ② [숫자 대입] $100 = \frac{1}{k} \ln \frac{1}{0.1} \implies k = \frac{\ln 10}{100}$
    $$t_{50\%} = \frac{1}{\frac{\ln 10}{100}} \ln \frac{1}{0.5}$$
    ③ [최종 결과] $t_{50\%} = 30.1$
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93. 플러그흐름반응기에서 다음과 같은 1차 연속반응이 일어날 때 중간생성물 R의 최대농도 CA·max와 그 때의 공간시간 tv·out은? (단, k1과 k2의 값은 서로 다르다.)

(정답률: 48%)
  • 1차 연속 반응 $A \xrightarrow{k_1} R \xrightarrow{k_2} S$에서 중간 생성물 R의 농도가 최대가 되는 지점의 농도와 시간은 다음과 같습니다.
    $$\text{최대 농도: } C_{R,max} = C_{A0} ( \frac{k_1}{k_2} )^{\frac{k_2}{k_2-k_1}}$$
    $$\text{최대 시간: } t_{out} = \frac{\ln(k_2/k_1)}{k_2-k_1}$$
    따라서 정답은 입니다.
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94. 일정한 온도로 조작되고 있는 순환비가 3인 순환플러그 흐름 반응기에서 1차 액체반응 A → R 이 40%까지 전화되었다. 만일 반응계의 순환류를 폐쇄시켰을 경우 전화율은 얼마인가? (단, 다른 조건은 그대로 유지한다.)

  1. 0.26
  2. 0.36
  3. 0.46
  4. 0.56
(정답률: 35%)
  • 순환비가 있는 반응기는 혼합흐름반응기(CSTR)와 유사한 특성을 가지며, 순환류를 폐쇄하면 플러그흐름반응기(PFR)로 동작하게 됩니다. 1차 반응에서 동일한 체류 시간일 때 PFR의 전화율이 CSTR보다 항상 높습니다.
    ① [기본 공식] $\ln(1-X_{PFR}) = k \tau = \ln(1-X_{CSTR}) \times \frac{1}{1-X_{CSTR}}$
    ② [숫자 대입] $\ln(1-X_{PFR}) = \ln(1-0.4) \times \frac{1}{1-0.4}$
    ③ [최종 결과] $X_{PFR} = 0.46$
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95. 액상반응 이 혼합 반응기에서 진행되어 55%의 전화율을 얻었다. 만일 크기가 6배인 똑같은 성능의 반응기로 대체한다면 전화율은 어떻게 되겠는가?

  1. 60%
  2. 78%
  3. 88%
  4. 90%
(정답률: 48%)
  • 2차 액상 반응의 혼합흐름반응기(CSTR) 설계 방정식을 이용하여 부피 증가에 따른 전화율 변화를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{V}{v_0} = \frac{X}{k C_{A0} (1-X)^2}$
    ② [숫자 대입] $6 \times \frac{0.55}{k C_{A0} (1-0.55)^2} = \frac{X}{k C_{A0} (1-X)^2}$
    ③ [최종 결과] $X = 0.78$
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96. 반응전화율은 온도에 대하여 나타낸 직교좌표에서 반응기에 열을 가하면 기울기는 단열과정에서보다 어떻게 되는가?

  1. 증가한다.
  2. 감소한다.
  3. 일정하다.
  4. 반응열의 크기에 따라 증가 또는 감소한다.
(정답률: 36%)
  • 반응기에 열을 가해 온도를 높이면 반응 속도 상수 $k$가 증가하여 반응 속도가 빨라집니다. 이는 동일한 온도 변화 대비 전화율의 증가 폭을 줄이게 되므로, 전화율-온도 그래프에서의 기울기는 단열 과정일 때보다 감소하게 됩니다.
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97. 1차 반응인 A→R, 2차 반응(desired)인 A→S, 3차 반응인 A→T에서 S가 요구하는 물질일 경우 다음 중 옳은 것은?

  1. 플러그흐름반응기를 쓰고 전화율은 낮게 한다.
  2. 혼합흐름반응기를 쓰고 전화율을 낮게 한다.
  3. 중간수준의 A 농도에서 혼합흐름반응기를 쓴다.
  4. 혼합흐름반응기를 쓰고 전화율을 높게 한다.
(정답률: 43%)
  • 반응 차수가 다를 때 원하는 생성물 S(2차 반응)의 선택도를 높이려면, 1차 반응(R)보다는 농도를 높게 유지하고 3차 반응(T)보다는 농도를 낮게 유지해야 합니다. 따라서 중간 수준의 A 농도를 유지할 수 있는 혼합흐름반응기를 사용하는 것이 가장 유리합니다.
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98. 다음과 같은 반응에서 R을 많이 얻기 위한 방법은?

  1. A의 농도를 높여야 한다.
  2. A의 농도를 낮춰야 한다.
  3. 반응온도를 높여야 한다.
  4. 반응온도를 낮춰야 한다.
(정답률: 43%)
  • 두 반응 모두 $A$에 대한 1차 반응이므로 농도 변화는 $R$과 $S$의 생성 비율에 영향을 주지 않습니다.
    반응 속도 상수 $k$는 온도가 높을수록 증가하며, 특히 활성화 에너지가 큰 반응일수록 온도 상승에 따른 속도 증가 폭이 더 큽니다. $R$을 생성하는 반응의 활성화 에너지 $E_1$이 $S$를 생성하는 반응의 활성화 에너지 $E_2 = (1/2)E_1$보다 크므로, 반응온도를 높여야 $R$의 생성 속도를 상대적으로 더 많이 증가시킬 수 있습니다.
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99. 다음과 같은 효소발효반응이 플러그흐름반응기에서 CAO=2mol/L, v=25L/min 의 유입속도로 일어난다. 95% 전화율을 얻기 위한 반응기 체적은 몇 m3인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 32%)
  • 플러그 흐름 반응기(PFR)의 설계 방정식을 사용하여 체적을 계산합니다. 반응 속도식은 $\text{A} \rightarrow \text{R}: \text{with enzyme}, -r_A = \frac{0.1 C_A}{1 + 0.5 C_A}\text{ mol/L}\cdot\text{min}$ 입니다.
    $$V = v_0 \int_{0}^{X} \frac{dX}{-r_A}$$
    $$V = 25 \int_{0}^{0.95} \frac{1 + 0.5 C_{A0}(1-X)}{0.1 C_{A0}(1-X)} dX$$
    $$V \approx 1000\text{ L} = 1\text{ m}^3$$
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100. CSTR 반응기에서 r(공간 시간)을 틀리게 표현한 항은?

  1. V/VO :（반응물 부피/유입 되는 부피속도)
  2. CAOV/FAO : (반응기 내의 몰수/유입되는 초기 몰속도)
  3. 1/S : (1/공간속도)
  4. : (속도와 전화율 곡선에서의 일정구간의 곡선 아래 면적에 초기농도의 곱항)
(정답률: 55%)
  • CSTR의 공간 시간($\tau$)은 반응기 부피를 유입 부피 속도로 나눈 값이며, 이는 레벤스필(Levenspiel) 도식에서 $\tau = \frac{C_{A0}}{-r_{A}} X$로 표현됩니다. 제시된 $$(C_{A0} \int \frac{dX_{A}}{-r_{A}})$$ 형태의 적분식은 CSTR이 아닌 PFR(플러그 흐름 반응기)의 공간 시간 표현식입니다.
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