화공기사(구) 필기 기출문제복원 (2016-10-01)

화공기사(구) 2016-10-01 필기 기출문제 해설

이 페이지는 화공기사(구) 2016-10-01 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

화공기사(구)
(2016-10-01 기출문제)

목록

1과목: 화공열역학

1. 정압과정으로, 액체로부터 증기로 바뀌는 순수한 물질에 대한 깁스 자유에너지 G와 온도 T의 그래프를 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 61%)
  • 상평형 상태에서는 액체와 증기의 깁스 자유에너지가 동일하며($$G_{l} = G_{v}$$), 정압 조건에서 온도에 따른 깁스 자유에너지의 변화율은 엔트로피의 음수 값($$(\frac{\partial G}{\partial T})_{P} = -S$$)으로 나타납니다. 엔트로피는 증기가 액체보다 크므로, 증기의 그래프 기울기가 더 가파르게 감소하는 가 정답입니다.
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2. 주울-톰슨(Joule-Thomson)팽창은 다음 중 어느 과정에 속하는가?

  1. 등엔탈피과정
  2. 등엔트로피과정
  3. 정용과정
  4. 정압과정
(정답률: 72%)
  • 주울-톰슨 팽창은 단열 상태에서 밸브나 다공성 벽을 통해 기체가 팽창하는 과정으로, 외부와 열 교환이 없고 외부로 하는 일도 없기 때문에 엔탈피가 일정하게 유지되는 등엔탈피과정입니다.
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3. 혼합물이 기-액 상평형을 이루고 압력과 기상조성이 주어졌을 때 온도와 액상조성을 계산하는 방법을 다음 중 무엇이라 하는가?

  1. BUBL P
  2. BUBL T
  3. DEW P
  4. DEW T
(정답률: 56%)
  • 기-액 상평형에서 압력($P$)과 기상조성($y$)이 주어졌을 때, 이 기체가 응축되기 시작하는 온도(이슬점, Dew point)와 그때의 액상조성($x$)을 결정하는 계산법을 DEW T라고 합니다.
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4. 역행응축(逆行凝縮, Retrograde condensation)현상을 가장 유용하게 쓸 수 있는 경우는?

  1. 천연가스 채굴시 동력없이 많은 앙의 액화 천연가스를 얻는다.
  2. 기체를 임계점에서 응축시켜 순수성분을 분리시킨다.
  3. 고체 혼합물을 기체화 시킨 후 다시 응축시켜 비휘발성 물질만을 얻는다.
  4. 냉동의 효율을 높이고 냉동제의 증발잠열을 최대로 이용한다.
(정답률: 81%)
  • 역행응축(Retrograde condensation)은 압력이 감소할 때 오히려 응축이 일어나는 현상으로, 천연가스 채굴 시 별도의 동력 없이도 지층 내 압력 강하만으로 액화 천연가스를 얻을 수 있어 매우 유용합니다.
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5. 실제기체의 조름공정(Throtting process)을 전후해서 변하지 않는 성질은?

  1. 온도
  2. 엔탈피
  3. 압력
  4. 엔트로피
(정답률: 70%)
  • 조름공정(Throttling process)은 외부와의 열교환이 없고($Q=0$) 외부로 하는 일도 없는($W=0$) 단열 팽창 과정입니다. 이 경우 에너지 수지에 의해 단위 질량당 엔탈피가 일정하게 유지되는 등엔탈피 과정이 됩니다.
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6. P-H 선도에서 등 엔트로피선의 기울기 의 값은?

(정답률: 66%)
  • 엔탈피의 기본 식 $dH = TdS + VdP$에서 등 엔트로피 과정은 $dS = 0$이므로 $dH = VdP$가 성립합니다. 이를 $P$에 대해 편미분 형태로 정리하면 다음과 같습니다.
    $$(\frac{\partial P}{\partial H})_S = \frac{1}{V}$$
    따라서 정답은 입니다.
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7. 다음 중 혼합물에서 성분 i의 화학포텐셜(chemical potential)을 올바르게 나타낸 것은?

(정답률: 73%)
  • 혼합물에서 성분 $i$의 화학포텐셜 $\mu_{i}$는 온도($T$), 압력($P$), 그리고 다른 성분들의 몰수($n_{j}$)가 일정할 때, 깁스 자유 에너지($G$)를 해당 성분의 몰수($n_{i}$)로 편미분한 값으로 정의됩니다.
    $$\mu_{i} = ( \frac{\partial (nG)}{\partial n_{i}} )_{P, T, n_{j}}$$
    따라서 정답은 입니다.
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8. 같은 몰수의 벤젠과 톨루엔의 액체 혼합물이 303.15K에서 증기와 기-액 상평형을 이루고 있다. 라울의 법칙을 가정할 때 계의 총 압력과 벤젠의 증기 조성은 얼마인가?(단, 303.15k에서 벤젠의 증기압은 15.9kpa 톨루엔의 증기압은 4.9kpa이다)(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 전압=20.8kPa, 증기의 벤젠조성=0.236
  2. 전압=20.8kPa, 증기의 벤젠조성=0.764
  3. 전압=10.4kPa, 증기의 벤젠조성=0.236
  4. 전압=10.4kPa, 증기의 벤젠조성=0.764
(정답률: 64%)
  • 라울의 법칙에 따라 혼합 용액의 전압은 각 성분의 분압의 합이며, 증기 조성은 전압에 대한 각 성분의 분압 비율로 계산합니다. 같은 몰수이므로 액상 조성은 $x_{1}=x_{2}=0.5$ 입니다.
    ① [기본 공식]
    $$P = x_{1}P_{1} + x_{2}P_{2}$$
    $$y_{1} = \frac{x_{1}P_{1}}{P}$$
    ② [숫자 대입]
    $$P = 0.5 \times 15.9 + 0.5 \times 4.9$$
    $$y_{1} = \frac{0.5 \times 15.9}{10.4}$$
    ③ [최종 결과]
    $$P = 10.4\text{ kPa}$$
    $$y_{1} = 0.764$$
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9. 다음의 P-H선도에서 H2-H1의 값은 무엇에 해당하는가?

  1. 혼합열
  2. 승화열
  3. 증발열
  4. 융해열
(정답률: 82%)
  • P-H 선도에서 고상(고체)에서 기상(기체)으로 직접 상태가 변화하는 과정의 엔탈피 차이 $H_2 - H_1$은 증발열에 해당합니다.
    예를 들어 나프탈렌과 같은 가연성 고체가 기체로 변하며 증발 연소하는 과정으로 이해할 수 있습니다.
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10. 열과 일 사이의 에너지 보존의 원리를 표현한 법칙은?

  1. 보일 샤를의 법칙
  2. 열역학 제1법칙
  3. 열역학 제2법칙
  4. 열역학 제3법칙
(정답률: 79%)
  • 에너지 보존 법칙에 따라 열과 일은 서로 전환될 수 있으며, 계의 내부 에너지 변화량은 가해진 열량에서 계가 한 일을 뺀 것과 같다는 원리를 정의한 법칙은 열역학 제1법칙입니다.
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11. 3개의 기체화학종(Chemical species) N2H2NH3로 구성되어 다음의 화학반응이 일어나는 반응계의 자유도는?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 73%)
  • 화학 반응계의 자유도는 성분 수에서 독립적인 화학 반응식의 수를 뺀 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $F = C - R$
    ② [숫자 대입] $F = 3 - 1$ (성분 $N_{2}, H_{2}, NH_{3}$ 3종, 반응식 1개)
    ③ [최종 결과] $F = 2$
    ※ 제시된 정답이 3으로 되어 있으나, 일반적인 깁스 상 규칙에 따른 계산 결과는 2입니다. 다만, 문제의 의도가 온도, 압력 등 외부 변수를 포함한 전체 자유도를 묻는 경우 $F = C - R + 2$가 되어 $3 - 1 + 2 = 4$가 되거나, 특정 조건에 따라 달라질 수 있습니다. 주어진 정답 3에 맞춘 논리는 성분 수 3개에서 반응식의 제약을 고려하지 않은 상태의 변수 설정일 수 있습니다.
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12. 디젤(Diesel) 엔진의 사이클 중 연소는 열역학적으로 다음의 어느 과정에서 일어나는가?

  1. 정용과정
  2. 등압과정
  3. 단열과정
  4. 등엔탈피과정
(정답률: 54%)
  • 디젤 엔진의 사이클에서 연료의 연소는 압력이 일정하게 유지되는 등압과정에서 일어나는 것이 특징입니다.
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13. 컴퓨터를 이용한 이성분계 계산에 대한 설명 중 적합하지 않은 것은?

  1. 등온 플래시 계단은 온도, 압력을 주고 기상, 액상의 몰 조성을 구하는 계산이다.
  2. 등온 플래시 계산은 뉴튼의 방법 같은 반복계산을 통해서 계산된다.
  3. 평형상수를 이용하면 반응의 속도를 정확히 알 수 있다.
  4. 평형상수를 이용하면 반응 후 최종 조성을 정확히 알 수 있다.
(정답률: 67%)
  • 평형 상수는 화학 평형 상태에서 반응물과 생성물의 농도 관계를 나타내며, 반응의 방향성과 최종 조성을 예측하는 척도일 뿐 반응이 얼마나 빠르게 일어나는지를 나타내는 반응 속도와는 무관합니다.
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14. 디젤기관(Diesel cycle)과 오토기관(Otto cycle)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 두 기관 모두 효율은 압축비와 무관하게 결정된다.
  2. 디젤기관(Diesel cycle)은 2개의 정용과정이 있다.
  3. 같은 압축비에 대하여 오토기관(Otto cycle)은 디젤기관(Diesel cycle)보다 효율이 좋다.
  4. 오토기관(Otto cycle)은 1개의 정용과정과 1개의 정압과정이 있다.
(정답률: 76%)
  • 초기 온도, 압축비, 공급 열량이 동일한 조건에서는 오토기관(Otto cycle)의 효율이 디젤기관(Diesel cycle)보다 높습니다.

    오답 노트
    효율은 압축비와 무관하게 결정된다: 압축비가 효율에 큰 영향을 미칩니다.
    디젤기관은 2개의 정용과정이 있다: 디젤기관은 정압 가열 과정을 포함합니다.
    오토기관은 1개의 정용과정과 1개의 정압과정이 있다: 오토기관은 2개의 정용과정(가열, 방열)을 가집니다.
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15. 퓨개시티(Fugacity) fi및 퓨개시티 계수 에 관한 설명으로 틀린 것은?(단, 이다.)

  1. 이상기체에 대한 의 값은 1이 된다.
  2. 잔류 깁스(Gibbs) 에너지 과 와의 관계는 로 표시된다
  3. 퓨개시티 계수 의 단위는 압력의 단위를 가진다.
  4. 주어진 성분의 퓨개시티가 모든 상에서 동일할 때 접촉하고 있는 상들은 평형 상태에 도달할 수 있다.
(정답률: 68%)
  • 퓨개시티 계수 $\phi_i$는 퓨개시티 $f_i$를 압력 $P$로 나눈 값으로, 동일한 압력 단위끼리 나누어지므로 단위가 없는 무차원 수입니다.

    오답 노트
    이상기체에 대한 $\phi_i$의 값은 1이 된다: 이상기체는 $f_i = P$이므로 $\phi_i = 1$이 맞음
    잔류 깁스 에너지 $\text{G}^R$과 $\phi_i$의 관계: $\text{G}^R = RT \ln \phi_i$로 표시되는 것이 맞음
    퓨개시티가 모든 상에서 동일할 때 평형 상태: 상평형의 기본 조건으로 맞음
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16. 이성분 혼합용액에 관한 라울(Raoult)의 법칙으로 옳은 것은?(단, YiXi는 기상 및 액상의 몰분율을 의미한다.)

(정답률: 61%)
  • 라울의 법칙에 따르면 각 성분의 부분 압력은 $P_i = X_i P_i^{sat}$입니다. 이를 바탕으로 기상 몰분율 $y_1$은 전체 압력 $P = P_1^{sat} X_1 + P_2^{sat} X_2$ (단, $X_2 = 1 - X_1$)를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
    $$y_1 = \frac{X_1 P_1^{sat}}{P_2^{sat} + X_1(P_1^{sat} - P_2^{sat})}$$
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17. 60기압의 기체( =1.33)가 들어 있는 탱크에 수렴노즐(convergent nozzle)을 연결하여 이 기체를 다른 탱크로 뽑아내고자 할 때 가장 빨리 뽑아내기 위해서는 제 2의 탱크 압력을 몇 기압으로 유지시켜야 하는가? (단, 기체는 이상기체, 는 비열비이다.)

  1. 3.24기압
  2. 32.4기압
  3. 4.51기압
  4. 45.1기압
(정답률: 32%)
  • 수렴노즐에서 기체를 가장 빨리 뽑아내기 위해서는 노즐 출구에서 초크 흐름(choked flow)이 발생해야 하며, 이때의 임계 압력비 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $P_{2} = P_{1} \times ( \frac{2}{\gamma + 1} )^{\frac{\gamma}{\gamma - 1}}$
    ② [숫자 대입] $P_{2} = 60 \times ( \frac{2}{1.33 + 1} )^{\frac{1.33}{1.33 - 1}}$
    ③ [최종 결과] $P_{2} = 32.4$
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18. 두 성분이 완전 혼합되어 하나의 이상용액을 형성할 때 한성분 i의 화학포텐셜 μi는 μoi(T,P)+RTlnXi 로 표시할 수 있다. 동일 온도와 압력 하에서 한성분 i의 순수한 화학 포텐셜 μpurei는 어떻게 나타낼 수 있는가?

  1. μPurei=μoi(T,P)+RT+lnXi
  2. μPurei=RTlnXi
  3. μPurei=μoi(T,P)+RT
  4. μPurei=μoi(T,P)
(정답률: 55%)
  • 순수한 성분 $i$의 경우 몰분율 $X_i$가 $1$이 됩니다. 주어진 화학 포텐셜 식 $\mu_i = \mu_i^o(T,P) + RT \ln X_i$에 $X_i = 1$을 대입하면 $\ln 1 = 0$이 되므로, 순수한 화학 포텐셜은 표준 화학 포텐셜인 $\mu_i^o(T,P)$와 같아집니다.
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19. CP/CV=1.4인 공기 1m3을 5atm에서 20atm으로 단열압축 시 최종체적은 얼마인가?(단, 이상기체로 가정한다.)

  1. 0.18m3
  2. 0.37m3
  3. 0.74m3
  4. 3.7m3
(정답률: 71%)
  • 단열 압축 과정에서 압력과 체적의 관계식인 $P V^{\gamma} = \text{constant}$를 이용하여 최종 체적을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $V_2 = V_1 ( \frac{P_1}{P_2} )^{\frac{1}{\gamma}}$
    ② [숫자 대입] $V_2 = 1 \times ( \frac{5}{20} )^{\frac{1}{1.4}}$
    ③ [최종 결과] $V_2 = 0.37 \text{ m}^3$
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20. 상태방정식에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 삼차 상태방정식은 압력을 온도와 부피의 항으로 표시한다.
  2. 삼차 상태방정식은 3개 또는 1개의 실근을 가진다.
  3. 삼차 상태방정식을 이용하면 기체 혼합물의 잔류물성(Residual Propreties)을 계산할 수 있다.
  4. 삼차 상태방정식을 이용하여 기준 물성( )등을 계산할 수 있다.
(정답률: 44%)
  • 삼차 상태방정식은 실제 기체의 거동을 묘사하여 잔류 물성을 계산하는 데 사용되지만, 표준 상태에서의 기준 물성인 $H^0, C_P^0, S^0$ 등은 실험적으로 측정된 값이나 별도의 표준 데이터 테이블을 통해 얻는 값이지 상태방정식으로 계산하는 것이 아닙니다.
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2과목: 단위조작 및 화학공업양론

21. 정상상태로 흐르는 유체가 유로의 확대된 부분을 흐를 대 변화하지 않는 것은?

  1. 유량
  2. 유속
  3. 압력
  4. 유동단면적
(정답률: 75%)
  • 질량 보존의 법칙에 따라 정상상태(Steady-state)로 흐르는 유체는 유로의 단면적이 변하더라도 유입되는 양과 유출되는 양이 동일하므로 유량은 일정하게 유지됩니다.
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22. 25℃에서 10L의 이상기체를 1.5L까지 정온 압축시켰을 때 주위로부터 2250cal의 일을 받았다면 이 이상기체는 몇 mol인가?

  1. 0.5mol
  2. 1mol
  3. 2mol
  4. 3mol
(정답률: 66%)
  • 정온 압축 과정에서 외부로부터 받은 일의 양을 통해 몰수를 구할 수 있습니다. 단, $1\text{cal} = 4.184\text{J}$이며 $T = 25 + 273.15 = 298.15\text{K}$를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $W = nRT \ln \frac{V_1}{V_2}$
    ② [숫자 대입] $2250 \times 4.184 = n(8.314)(298.15) \ln \frac{10}{1.5}$
    ③ [최종 결과] $n = 2\text{mol}$
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23. 이상기체 1몰이 300K에서 100kPa로부터 400kPa로 가역과정으로 등온 압축되었다. 이 때 작용한 일의 크기를 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 75%)
  • 이상기체의 가역 등온 과정에서 계가 받은 일의 크기는 기체 상수, 몰수, 온도의 곱에 압력 변화의 자연로그 값을 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = nRT \ln \frac{P_2}{P_1}$
    ② [숫자 대입] $W = (1)(8.314)(300) \ln \frac{400}{100}$
    ③ [최종 결과]
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24. 톨루엔 속에 녹은 40%의 이염화에틸렌용액이 매 시간 100mol씩 증류탑 중간으로 공급되고 탑 속의 축적량 없이 두 곳으로 나간다. 위로 올라가는 것을 증류물이라 하고, 밑으로 나가는 것을 잔류물이라 한다. 증류물은 이염화에틸렌 95%를 가졌고 잔류물은 이염화에틸렌 10%를 가졌다고 할 때 각 흐름의 속도는 약 몇 mol/h 인가?

  1. D=0.35 B=0.64
  2. D=64.7 B=35.3
  3. D=35.3 B=64.7
  4. D=0.64 B=0.35
(정답률: 68%)
  • 전체 물질 수지식과 성분 물질 수지식을 연립하여 증류물($D$)과 잔류물($B$)의 유량을 구하는 문제입니다.
    전체 수지: $F = D + B$ $\rightarrow$ $100 = D + B$
    성분 수지: $F \times X_F = D \times X_D + B \times X_B$ $\rightarrow$ $100 \times 0.4 = D \times 0.95 + B \times 0.1$
    ① [기본 공식] $D = \frac{F(X_F - X_B)}{X_D - X_B}$
    ② [숫자 대입] $D = \frac{100(0.4 - 0.1)}{0.95 - 0.1}$
    ③ [최종 결과] $D = 35.3, B = 64.7$
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25. 대기압이 760mmHg 이고 기온이 30℃인 공기의 밀도는 약 몇 kg/m3인가?

  1. 1.167
  2. 1.206
  3. 1.513
  4. 1.825
(정답률: 71%)
  • 이상기체 상태방정식을 이용하여 공기의 밀도를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\rho = \frac{P}{RT}$ 밀도 = 압력 / (기체상수 × 절대온도)
    ② [숫자 대입] $\rho = \frac{101325}{287.05 \times (273.15 + 30)}$
    ③ [최종 결과] $\rho = 1.167$
    따라서 공기의 밀도는 $1.167\text{ kg/m}^3$ 입니다.
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26. 이상기체에서 단열공정(adiabatic process)에 대한 관계를 옳게 나타낸 것은?(단, K는 비열비이다.)

(정답률: 70%)
  • 이상기체의 단열공정에서 온도와 압력의 관계식은 비열비 $K$를 이용하여 다음과 같이 나타냅니다.
    $$\frac{T_{2}}{T_{1}} = (\frac{P_{2}}{P_{1}})^{\frac{K-1}{K}}$$
    따라서 정답은 입니다.
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27. Hess 의 법칙에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 정압하에서 열(QP)을 추산하는 데 무관한 법칙이다.
  2. 경로함수의 성질을 이용하는 법칙이다.
  3. 상태함수의 변화치를 추산하는데 이용할 수 없는 법칙이다.
  4. 엔탈피 변화는 초기 및 최종상태에만 의존한다.
(정답률: 56%)
  • Hess의 법칙은 화학 반응에서 엔탈피 변화량이 반응 경로에 상관없이 오직 초기 상태와 최종 상태에 의해서만 결정된다는 상태함수의 성질을 이용한 법칙입니다.

    오답 노트
    정압하 열 추산 무관: 엔탈피 변화는 정압 열량과 같으므로 밀접한 관련이 있음
    경로함수 성질 이용: 엔탈피는 상태함수임
    상태함수 변화치 추산 불가: 상태함수의 변화를 추산하는 핵심 법칙임
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28. 혼합물인 공기의 조성은 질소(N2) 79mol%, 산소(O2) 21mol%이다. 공기를 이상기체로 가정했을 때 질소의 질량분율은 얼마인가?

  1. 0.325
  2. 0.531
  3. 0.767
  4. 0.923
(정답률: 74%)
  • 질량분율은 전체 질량에 대한 특정 성분의 질량비로 계산합니다. 각 성분의 분자량은 질소 $N_{2} = 28$, 산소 $O_{2} = 32$입니다.
    ① [기본 공식] $\text{질량분율} = \frac{y_{N2} \times M_{N2}}{(y_{N2} \times M_{N2}) + (y_{O2} \times M_{O2})}$
    ② [숫자 대입] $\text{질량분율} = \frac{0.79 \times 28}{(0.79 \times 28) + (0.21 \times 32)}$
    ③ [최종 결과] $\text{질량분율} = 0.767$
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29. 다음 중 가장 낮은 압력을 나타내는 것은?

  1. 760mmHg
  2. 101.3kPa
  3. 14.2psi
  4. 1bar
(정답률: 65%)
  • 각 압력 단위를 표준 단위인 kPa로 환산하여 비교하면 가장 낮은 값을 찾을 수 있습니다.
    760 mmHg = 101.3 kPa
    101.3 kPa = 101.3 kPa
    14.2 psi = 14.2 × 6.895 ≈ 97.9 kPa
    1 bar = 100 kPa
    따라서 14.2 psi가 가장 낮은 압력입니다.
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30. 1atm, 25℃에서 상대습도가 50%인 공기 1m3중에 포함되어 있는 수증기의 양은? (단, 25℃에서 수증기의 증기압은 24mmHg이다.)

  1. 11.6g
  2. 12.5g
  3. 28.8g
  4. 51.5g
(정답률: 47%)
  • 이상기체 상태방정식을 이용하여 특정 온도와 압력 조건에서 수증기의 질량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $m = \frac{P \cdot V \cdot M}{R \cdot T}$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{(24 \cdot 0.5 \cdot \frac{1}{760} \cdot 1 \cdot 18)}{0.0821 \cdot (273 + 25)}$
    ③ [최종 결과] $m = 11.6\text{g}$
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31. Isotropic turbulent란?

  1. 난류에서 x, y, z 세 방향의 편차속도의 자승의 평균값이 모두 다른 경우
  2. 난류에서 x, y, z 세 방향의 편차속도의 자승의 평균값이 모두 같은 경우
  3. 난류의 편차속도가 x, y, z 세 방향에 대하여 서로 다른 경우
  4. 난류의 편차속도가 x, y, z 세 방향에 대하여 서로 같은 경우
(정답률: 49%)
  • 등방성 난류(Isotropic turbulent)란 난류의 통계적 특성이 모든 방향에 대해 동일한 상태를 말하며, 구체적으로 $x, y, z$ 세 방향의 편차속도의 자승의 평균값이 모두 같은 경우를 의미합니다.
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32. 건조 조작에서 대료의 임계(critical)함수율이란?

  1. 건조속도가 0 일 때 함수율
  2. 감율 건조가 끝나는 때의 함수율
  3. 항률 단계에서 감율 단계로 바뀌는 함수율
  4. 건조 조작이 끝나는 함수율
(정답률: 73%)
  • 건조 과정에서 표면의 수분이 충분하여 건조 속도가 일정하게 유지되는 항률 단계가 끝나고, 내부 확산 저항으로 인해 건조 속도가 감소하기 시작하는 감율 단계로 전환되는 시점의 함수율을 임계함수율이라고 합니다.
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33. [그림]은 충전흡수탑에서 기체의 유량변화에 따른 압력강하를 나타낸 것이다. 부하점(Loading point)에 해당하는 곳은?

  1. a
  2. b
  3. c
  4. d
(정답률: 64%)
  • 충전탑의 압력강하 곡선에서 기체 유량이 증가함에 따라 압력강하가 급격히 증가하기 시작하는 지점이 부하점(Loading point)입니다. 그래프에서 직선적으로 증가하다가 곡선으로 꺾여 올라가는 지점인 b가 이에 해당합니다.
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34. 기체 흡수 설계에 있어서 평행선과 조작선이 직선일 경우 이동단위높이(HTU)와 이동단위수(NTU)에 대한 해석으로 옳지 않은 것은?

  1. HTU는 대수 평균 농도차(평균추진력)만큼의 농도변화가 일어나는 탑 높이이다.
  2. NTU는 전탑 내에서 농도 변화를 대수 평균 농도차로 나눈 값이다.
  3. HTU는 NTU로 전충전고를 나눈 값이다
  4. NTU는 평균 불활성 성분 조성의 역수이다.
(정답률: 45%)
  • 이동단위수(NTU)는 전탑 내에서 일어난 총 농도 변화를 대수 평균 농도차(추진력)로 나눈 값으로, 필요한 전이 단계의 수를 의미합니다. 불활성 성분 조성의 역수와는 관계가 없습니다.

    오답 노트
    HTU는 NTU로 전충전고를 나눈 값이다: 틀림 (전충전고 $Z = HTU \times NTU$이므로 $HTU = Z / NTU$가 맞음)
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35. 증류에 있어서 원료 흐름 중 기화된 증기의 분율을 f라 할 때 f에 대한 표현 중 틀린 것은?

  1. 원료가 포화액체일 때 f = 0
  2. 원료가 포화증기일 때 f = 1
  3. 원료가 증기와 액체 혼합물일 때 0 ＜ f ＜ 1
  4. 원료가 과열증기일 때 f ＜ 1
(정답률: 73%)
  • 원료 흐름 중 기화된 증기의 분율 $f$는 원료의 상태에 따라 결정됩니다. 과열증기의 경우 모든 원료가 기체 상태이므로 $f$ 값은 1보다 큽니다.

    오답 노트
    원료가 포화액체일 때 $f = 0$: 맞음
    원료가 포화증기일 때 $f = 1$: 맞음
    원료가 증기와 액체 혼합물일 때 $0 < f < 1$: 맞음
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36. p-Xylene 40mol%, o-Xylene 60mol% 인 혼합물을 비점으로 연속 공급하여 탑정 중의 p-Xylene을 95mol%로 만들고자 한다. 비휘발도가 1.5라면 최소환류비는 얼마인가?

  1. 1.5
  2. 2.5
  3. 3.5
  4. 4.5
(정답률: 35%)
  • 최소환류비 $R_{min}$은 원료가 포화액체일 때, 조작선이 평형선과 만나는 지점을 통해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $R_{min} = \frac{1}{\alpha - 1} ( \frac{x_D}{x_F} - \alpha \frac{1 - x_D}{1 - x_F} )$
    ② [숫자 대입] $R_{min} = \frac{1}{1.5 - 1} ( \frac{0.95}{0.4} - 1.5 \frac{1 - 0.95}{1 - 0.4} )$
    ③ [최종 결과] $R_{min} = 4.5$
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37. 공비 혼합물에 관한 설명으로 거리가 먼 것은?

  1. 보통의 증류방법으로 고순도의 제품을 얻을 수 없다.
  2. 비점도표에서 극소 또는 극대점을 나타낼 수 있다.
  3. 상대휘발도가 1이다.
  4. 전압을 변화시켜도 공비 혼합물의 조성과 비점이 변하지 않는다.
(정답률: 52%)
  • 공비 혼합물은 특정 조성에서 액체와 기체의 조성이 같아져 일반 증류로는 분리가 불가능한 혼합물입니다. 공비점과 조성은 외부 압력(전압)의 영향을 받으므로, 전압을 변화시키면 공비 조성과 비점이 변하여 분리가 가능해집니다.
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38. 태양광선 중 최대강도를 갖는 파장이 6×10-5cm라고 할 때 비인(Wien)의 변위법칙을 사용하여 태양의 표면온도를 구하면? (단, 상수값은 2.89×10-3mK이다.)

  1. 약 4,544℃
  2. 약 5,011℃
  3. 약 5,500℃
  4. 약 6,010℃
(정답률: 45%)
  • 비인의 변위법칙을 이용하여 최대 강도 파장과 표면온도의 관계를 계산합니다. 온도는 절대온도 $K$로 구한 뒤 섭씨온도 $℃$로 변환합니다.
    ① [기본 공식] $\lambda_{max} \times T = b$
    ② [숫자 대입] $T = \frac{2.89 \times 10^{-3}}{6 \times 10^{-5}}$
    ③ [최종 결과] $T = 4816.67 K \approx 4543.52 ℃$
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39. 2중관 열교환기를 사용하여 500kg/h의 기름을 240℃의 포화수증기를 써서 60℃에서 200℃까지 가열하고자 한다. 이때 총괄전열계수가 500kcal/m2ㆍhㆍ℃, 기름의 정압비열은 1.0kcal/kgㆍ℃이다. 필요한 가열면적은 몇 m2인가?

  1. 3.1
  2. 2.4
  3. 1.8
  4. 1.5
(정답률: 46%)
  • 먼저 기름이 흡수하는 열량($q$)을 구한 뒤, 대수평균온도차($\Delta T_{lm}$)를 이용하여 필요한 전열면적($A$)을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $q = \dot{m} C_p \Delta T$ 및 $$A = \frac{q}{U \Delta T_{lm}}$$
    ② [숫자 대입] $q = 500 \times 1.0 \times (200 - 60) = 70000 \text{ kcal/h}$
    $$\Delta T_{lm} = \frac{(240 - 60) - (240 - 200)}{\ln(\frac{240 - 60}{240 - 200})} = \frac{180 - 40}{\ln(\frac{180}{40})} \approx 93.08 \text{ ℃}$$
    $$A = \frac{70000}{500 \times 93.08}$$
    ③ [최종 결과] $A = 1.5 \text{ m}^2$
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40. 다음중 고점도를 갖는 액체를 혼합하는데 가장 적합한 교반기는?

  1. 공기(air) 교반기
  2. 터빈(turbine) 교반기
  3. 프로펠러(propeller) 교반기
  4. 나선형 리본(helical-ribbon) 교반기
(정답률: 54%)
  • 나선형 리본(helical-ribbon) 교반기는 고점도 유체에서 재료를 효율적으로 밀어내며 혼합할 수 있는 구조를 가지고 있어 고점도 액체 혼합에 가장 적합합니다.
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3과목: 공정제어

41. 주제어기의 출력신호가 종속제어기의 목표값으로 사용되는 제어는?

  1. 비율제어
  2. 내부모델제어
  3. 예측제어
  4. 다단제어
(정답률: 61%)
  • 다단제어(Cascade Control)는 하나의 제어기(주제어기)가 다른 제어기(종속제어기)의 설정값을 결정하여 제어하는 구조로, 외란을 빠르게 제거하기 위해 사용됩니다.
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42. 다음 공정은 2/(2S+1)이고 거기에 PI제어기(Kc =0.5, τI=1)가 연결되어 있을 때 설정값에 대한 출력의 닫힌루프(closed-loop) 전달함수는? (단, 나머지 요소의 전달함수는 1이다.)

(정답률: 40%)
  • 닫힌루프 전달함수는 $\frac{G_c G_p}{1 + G_c G_p}$ 공식을 사용합니다. 공정 전달함수 $G_p = \frac{2}{2s+1}$와 PI 제어기 $G_c = K_c(1 + \frac{1}{\tau_I s}) = 0.5(1 + \frac{1}{1s}) = \frac{0.5(s+1)}{s}$를 대입하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{Y(s)}{Y_{SP}(s)} = \frac{G_c G_p}{1 + G_c G_p}$
    ② [숫자 대입] $\frac{Y(s)}{Y_{SP}(s)} = \frac{\frac{0.5(s+1)}{s} \cdot \frac{2}{2s+1}}{1 + \frac{0.5(s+1)}{s} \cdot \frac{2}{2s+1}} = \frac{\frac{s+1}{s(2s+1)}}{\frac{s(2s+1) + (s+1)}{s(2s+1)}}$
    ③ [최종 결과] $\frac{Y(s)}{Y_{SP}(s)} = \frac{s+1}{2s^2 + 2s + 1}$
    따라서 정답은 입니다.
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43. PID제어기에서 적분동작에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 제어기 입력신호의 절대값을 적분한다.
  2. 설정점과 제어변수 간의 오프셋을 제거해준다.
  3. 적분상수 τI가 클수록 적분동작이 줄어든다.
  4. 제어기 이득 Kc가 클수록 적분동작이 커진다.
(정답률: 34%)
  • PID 제어기의 적분동작은 오차(설정점과 제어변수의 차이)를 시간에 대해 적분하여 정상상태 오차(오프셋)를 제거하는 동작입니다.
    적분동작은 입력신호의 절대값이 아니라 '오차 그 자체'를 적분하여 누적된 값에 비례해 제어량을 조절합니다.

    오답 노트
    설정점과 제어변수 간의 오프셋을 제거해준다: 적분동작의 핵심 목적입니다.
    적분상수 $\tau_I$가 클수록 적분동작이 줄어든다: 적분 시간 상수가 커지면 적분 속도가 느려져 동작이 약해집니다.
    제어기 이득 $K_C$가 클수록 적분동작이 커진다: 전체적인 제어 출력의 크기가 증가하므로 적분 영향력도 커집니다.
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44. 일차계 전달함수 G(s)= 의 구석점 주파수(corner frequency)에서 이 일차계 2개가 직렬로 연결된 Goverall(s)의 위상각(phase angle)은 얼마인가?

  3. -π
(정답률: 47%)
  • 일차계 전달함수 $G(s) = \frac{1}{s+1}$의 구석점 주파수($s=1$)에서 위상각을 구하는 문제입니다.
    일차계 하나의 위상각 $\phi$는 $\tan^{-1}(-s)$로 계산되며, $s=1$ 일 때 $\phi = -45^{\circ}$ 즉, $-\frac{\pi}{4}$ 입니다.
    동일한 일차계 2개가 직렬로 연결되면 전체 위상각은 각 위상각의 합이 됩니다.
    ① [기본 공식] $\phi_{total} = \phi_1 + \phi_2$
    ② [숫자 대입] $\phi_{total} = -\frac{\pi}{4} + (-\frac{\pi}{4})$
    ③ [최종 결과] $\phi_{total} = -\frac{\pi}{2}$
    따라서 정답은 입니다.
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45. 동일한 2개의 1차계가 상호작용 없이(non interacting) 직렬연결 되어 있는 계는 다음 중 어느 경우의 2차계와 같이지는가? (단, 는 감쇄계수(damping coeffient)이다.)

  1. ＞ 1
  2. = 1
  3. ＜ 1
  4. = ∞
(정답률: 68%)
  • 동일한 2개의 1차계가 상호작용 없이 직렬로 연결되면, 전체 시스템은 2차계가 됩니다. 이때 두 1차계의 시간상수가 동일한 경우, 시스템의 감쇄계수 $\zeta$는 정확히 1이 되어 임계 감쇄(critically damped) 상태가 됩니다.
    따라서 정답은 = 1 입니다.
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46. 다음은 parallel cascade 제어시스템의 한 예이다. D(s)와 Y(s)사이의 전달함수 Y(s)/D(s)는?

(정답률: 54%)
  • 전달함수 $\frac{Y(s)}{D(s)}$를 구하기 위해 시스템의 전체 특성 방정식을 분석합니다.
    주어진 블록선도는 두 개의 제어 루프가 병렬로 구성된 구조이며, 외란 $D(s)$가 출력 직전에 더해지는 형태입니다.
    전체 시스템의 루프 이득의 합이 분모에 위치하게 되며, 외란에서 출력으로 가는 경로는 이득이 1입니다.
    따라서 전달함수는 가 됩니다.
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47. 다음 블록선도로부터 서보 문제(Servo problem)에 대한 총괄전달함수 C/R 는?

(정답률: 72%)
  • 서보 문제(Servo problem)는 외란 $U$가 0인 상태에서 입력 $R$에 대한 출력 $C$의 관계를 구하는 것입니다.
    전향 경로 이득은 $G_1$과 $G_2$의 곱인 $G_1 G_2$이며, 피드백 경로 이득은 $H$입니다.
    폐루프 전달함수 공식에 의해 $\frac{C}{R} = \frac{G_1 G_2}{1 + G_1 G_2 H}$가 되므로 정답은 입니다.
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48. 다음과 같은 블록 다이어그램에서 총괄전달함수(overall transfer function)는?

(정답률: 75%)
  • 피드백 제어 시스템의 총괄전달함수는 전향 경로 이득을 1 더하기 (전향 경로 이득 × 피드백 경로 이득)으로 나눈 값입니다.
    전향 경로의 이득은 $G_C$, $G_V$, $G_P$가 직렬로 연결되어 있으므로 이들의 곱인 $G_C G_V G_P$가 되며, 피드백 경로의 이득은 $G_m$입니다.
    따라서 총괄전달함수는 가 됩니다.
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49. 아날로그 계장의 경우, 센서 정송기의 출력신호, 제어기의 출력신호는 흔히 4~20mA의 전류로 전송된다. 이에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전류신호는 전압신호에 비하여 장거리 전송시 전자기적 잡음에 덜 민감하다.
  2. 0%를 4mA로 설정한 이유는 신호선의 단락여부를 쉽게 판단하고, 0% 신호에서도 전자기적 잡음에 덜 민감하게 하기 위함이다.
  3. 0~150℃의 범위를 측정하는 전송기의 이득은 150/16(℃/mA)이다.
  4. 제어기 출력으로 ATC(Air-To-Close)밸브를 동작시키는 경우, 8mA에서 밸브 열림도 (valve position)가 0.75 가 된다.
(정답률: 56%)
  • 전송기의 이득(Gain)은 출력 신호의 변화량에 대한 측정값의 변화량 비율을 의미합니다. 측정 범위가 $0 \sim 150^{\circ}\text{C}$이고 출력 전류 범위가 $4 \sim 20\text{mA}$일 때, 전류 변화량은 $20 - 4 = 16\text{mA}$입니다.
    ① [기본 공식] $\text{Gain} = \frac{\text{측정 범위}}{\text{전류 변화량}}$
    ② [숫자 대입] $\text{Gain} = \frac{150 - 0}{20 - 4}$
    ③ [최종 결과] $\text{Gain} = \frac{150}{16} = 9.375 \text{ }^{\circ}\text{C}/\text{mA}$
    계산 결과는 맞으나, 일반적으로 이득은 입력(측정값) 대비 출력(전류)의 비율인 $16/150\text{mA}/^{\circ}\text{C}$로 정의하거나, 문제의 보기에서 제시한 단위와 수치 관계를 다시 확인해야 합니다. 하지만 주어진 보기 중 0~150℃ 범위에서 $150/16$이라는 수치 자체가 이득의 정의(출력/입력)와 반대로 표현되었거나 설정이 틀렸으므로 정답이 됩니다.
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50. 다음 전달함수를 갖는 계 중 sin 응답에서 Phase lead를 나타내는 것은?

  2. e-τs
  4. 1+τS
(정답률: 45%)
  • Phase lead(위상 앞섬)는 응답의 위상이 입력보다 앞서는 경우를 말합니다. 미분 동작을 포함하는 전달함수는 위상을 앞서게 만듭니다.
    $1 + \tau s$ 형태의 전달함수는 미분 성분을 포함하고 있어 위상을 앞서게 하는 특성을 가집니다.

    오답 노트
    $\frac{1}{1 + \tau s}$: 1차 지연 요소로 위상 지연(Phase lag) 발생
    $e^{-\tau s}$: 무사각 지연 요소로 위상 지연 발생
    $\frac{1}{\tau s}$: 적분 요소로 $90^{\circ}$ 위상 지연 발생
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51. 안정도 판정에 사용되는 열린루프 전달함수가 G(s)H(s)= 인 제어계에서 이득여유가 2.0 이면 K 값은 얼마인가?

  1. 1.0
  2. 2.0
  3. 5.0
  4. 10.0
(정답률: 31%)
  • 이득여유(Gain Margin)는 현재 이득 $K$를 몇 배 했을 때 시스템이 임계 안정 상태(위상각 $-180^{\circ}$)가 되는지를 나타냅니다. 위상각이 $-180^{\circ}$가 되는 주파수 $\omega_{pc}$에서 크기가 $1/GM$이 되어야 합니다.
    전달함수: $G(s)H(s) = \frac{K}{s(s+1)^2}$
    위상각 $\angle G(j\omega)H(j\omega) = -90^{\circ} - 2\tan^{-1}(\omega) = -180^{\circ}$에서 $\tan^{-1}(\omega) = 45^{\circ}$이므로 $\omega_{pc} = 1$ rad/s 입니다.
    이때의 크기 $|G(j1)H(j1)| = \frac{K}{1 \cdot (1^2 + 1^2)} = \frac{K}{2}$이며, 이득여유 $GM = 2.0$이므로 $\frac{K}{2} = \frac{1}{2}$가 되어야 합니다.
    ① [기본 공식] $GM = \frac{1}{|G(j\omega_{pc})H(j\omega_{pc})|}$
    ② [숫자 대입] $2.0 = \frac{1}{\frac{K}{2}}$
    ③ [최종 결과] $K = 1.0$
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52. 다음의 2차계들 중 어느 것이 1차계 2개를 직렬로 연결한 것과 같은 가?

  1. 1/(S2+3S+2)
  2. 1/(S2+0.9S+0.7)
  3. 1/(S2+5)
  4. 1/(S2+S+2)
(정답률: 65%)
  • 1차계 2개를 직렬로 연결하면 전달함수의 분모가 서로 다른 두 일차식의 곱으로 표현되는 2차계가 됩니다. 즉, 분모가 실수 범위에서 서로 다른 두 일차식으로 인수분해되어야 합니다.
    $$s^2 + 3s + 2 = (s + 1)(s + 2)$$
    위와 같이 인수분해가 가능하므로 $1/(s^2 + 3s + 2)$가 정답입니다.
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53. 2차계에 단위계단입력이 가해져서 자연진동(진폭이 일정한 지속적 진동)을 할 때 이 계의 특징을 옳게 설명한 것은?

  1. 제동비(damping ratio) 값이 0이다.
  2. 제동비(damping ratio) 값이 1이다.
  3. 시간상수 값이 1이다.
  4. 2차계는 자연진동할 수 없다.
(정답률: 36%)
  • 2차계에서 제동비(damping ratio) $\zeta$가 $0$일 때, 에너지가 소실되지 않아 진폭이 일정하게 유지되는 지속적인 자연진동(Undamped oscillation)이 발생합니다.

    오답 노트
    제동비 값이 1이다: 임계 제동 상태로 진동 없이 빠르게 수렴합니다.
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54. 비례대가 거의 영에 가까운 제어동작은?

  1. PD 제어동작
  2. PI 제어동작
  3. PID 제어동작
  4. on-off 제어동작
(정답률: 69%)
  • on-off 제어동작은 설정값과 측정값의 아주 작은 차이만으로도 조작량이 최대 또는 최소로 급격히 변하는 제어 방식입니다. 이는 비례대(Proportional Band)가 $0\%$에 가까워 비례 동작이 없는 극한의 상태와 같습니다.
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55. 어떤 증류탑의 응축기에서 유입되는 증기의 유량은 V, 주성분의 몰분율은 y, 재순환되는 액체 유량은 R, 생성물로 얻어지는 유량은 D, 생성물의 주성분 몰분율은 x이다. 응축기 드럼내의 액체량(hold-up)을 M이라 할 때 성분수지식으로 맞는 것은?

(정답률: 48%)
  • 성분수지식은 [축적률 = 유입률 - 유출률]의 원리를 따릅니다. 응축기 드럼 내 주성분의 축적량은 $Mx$이며, 유입되는 주성분량은 $Vy$, 유출되는 주성분량은 재순환 유량 $R$과 생성물 유량 $D$에 각각 몰분율 $x$를 곱한 값의 합입니다.
    따라서 성분수지식은 다음과 같습니다.
    $$\frac{d}{dt}(Mx) = Vy - (R + D)x$$
    해당 식은 와 일치합니다.
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56. 사람이 원하는 속도, 원하는 방향으로 자동차를 운전할 때 일어나는 상황이 공정제어 시스템과 비교될 때 연결이 잘못된 것은?

  1. 눈 - 계측기
  2. 손 - 제어기
  3. 발 - 최종 제어 요소
  4. 공정 - 자동차
(정답률: 52%)
  • 자동차 운전 시스템을 공정제어에 비유하면, 눈은 상태를 측정하는 계측기, 뇌는 판단을 내리는 제어기, 발은 실제 조작을 수행하는 최종 제어 요소, 자동차는 제어 대상인 공정에 해당합니다.

    오답 노트
    손 - 제어기: 손은 뇌(제어기)의 명령을 받아 조작하는 최종 제어 요소의 일부입니다.
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57. 공정의 정상상태 이득(k), ultimate gain(Kcu) 그리고 ultimare periode(Pu) 를 실험으로 측정하였다. k=2, Kcu=3, Pu=3.14일 때, 이와 같은 결과를 주는 일차시간지연 모델, 의 시간상수 τ를 구하면?

  1. 1.414
  2. 2.958
  3. 3.163
  4. 3.872
(정답률: 31%)
  • Ziegler-Nichols 튜닝법에서 임계 이득 $K_{cu}$와 임계 주기 $P_u$를 이용하여 일차시간지연 모델 $$G(s) = \frac{ke^{-\theta s}}{\tau s + 1}$$ 의 시간상수 $\tau$를 구할 수 있습니다. 임계 상태에서 위상각은 $-\pi$이며, $\tan^{-1}(\omega_u \tau) + \omega_u \theta = \pi$ 관계를 가집니다. 또한 $K_{cu} = \frac{\tau}{k} e^{\omega_u \theta}$ (단, $\omega_u = 2\pi / P_u$) 식을 통해 $\tau$를 도출합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{K_{cu} \cdot k}{e^{\omega_u \theta}}$ (단, $\omega_u = \frac{2\pi}{P_u}$ 및 $\theta = \frac{\pi - \tan^{-1}(\omega_u \tau)}{\omega_u}$)
    ② [숫자 대입] $\omega_u = \frac{2 \times 3.14}{3.14} = 2, \quad \tau = \frac{3 \times 2}{e^{2 \theta}}$ (위상 조건 $\tan^{-1}(2\tau) + 2\theta = \pi$ 대입)
    ③ [최종 결과] $\tau = 2.958$
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58. 다음 미분방적식을 라플라스 변환시키면?

  1. Y(s)=
  2. Y(s)
  3. Y(s)
  4. Y(s)
(정답률: 49%)
  • 미분방정식 $2\frac{dy(t)}{dt} + y(t) = 3, y(0) = 1$을 라플라스 변환합니다.
    ① [기본 공식] $2(sY(s) - y(0)) + Y(s) = \frac{3}{s}$
    ② [숫자 대입] $2sY(s) - 2(1) + Y(s) = \frac{3}{s} \implies (2s+1)Y(s) = \frac{3}{s} + 2 = \frac{3+2s}{s}$
    ③ [최종 결과] $Y(s) = \frac{2s+3}{s(2s+1)}$
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59. 라플라스 변환의 주요 목적은?

  1. 비선형 대수방정식을 선형 대수방정식으로 변환
  2. 비선형 미분방정식을 선형 미분방정식으로 변환
  3. 선형 미분방정식을 대수방정식으로 변환
  4. 비선형 미분방정식을 대수방정식으로 변환
(정답률: 50%)
  • 라플라스 변환은 시간 영역의 선형 미분방정식을 복소 주파수 영역($s$-domain)의 대수방정식으로 변환하여, 복잡한 미분 연산을 단순한 곱셈과 나눗셈의 대수적 연산으로 쉽게 풀기 위해 사용합니다.
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60. 시간지연항의 성격에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 공정의 측정지연, 이송지연을 표현하기도 하며, 또한 고차 전달함수를 간략하게 표현하기 위한 용도로도 사용된다.
  2. 어떤 전달함수를 공정에 시간지연이 더해지면 더해지지 않을 때에 비하여 한계이득(ultimate gain)이 작아진다.
  3. 어떤 전달함수 공정에 시간지연이 더해지면 더해지지 않을 때에 비하여 한계주파수(ultimate 혹은 crossover frequency)가 감소한다.
  4. 주파수의 증가에 따라 위상각(phase angle)이 음의 방향으로 지수적으로 증가하기 때문에 피드백 제어계에 좋지 않은 영향을 준다.
(정답률: 36%)
  • 시간지연항에 의해 위상각은 주파수의 증가에 따라 선형적으로 감소하며, 이로 인해 위상 여유가 줄어들어 피드백 제어계의 안정성에 좋지 않은 영향을 줍니다.

    오답 노트
    지수적으로 증가: 위상각은 선형적으로 감소함
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4과목: 공업화학

61. 인광석에 의한 과린산석회 비료의 제조공정 화학반응식으로 옳은 것은?

(정답률: 52%)
  • 인광석인 인산칼슘 $\text{Ca}(\text{PO}_4)_2$에 황산 $\text{H}_2\text{SO}_4$와 물 $\text{H}_2\text{O}$를 반응시켜 과린산석회를 제조하는 화학반응식은 입니다.
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62. 페놀을 수소화한 후 질산으로 산화시킬 때 생성되는 주 생성물은 무엇인가?

  1. 프탈산
  2. 아디프산
  3. 시클로헥산올
  4. 말레산
(정답률: 53%)
  • 페놀을 수소화하면 시클로헥산올이 생성되며, 이를 다시 질산으로 산화시키면 탄소 사슬이 끊어지며 디카르복실산인 아디프산이 주 생성물로 얻어집니다.
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63. 암모니아 산화법에 의하여 질산을 제조하면 상압에서 순도가 약 65% 내외가 되어 공업적으로 사용하기 힘들다. 이럴 경우 순도를 높이기 위해 일반적으로 어떻게 하는가?

  1. H2SO4의 흡수제를 첨가하여 3성분계를 만들어 농축한다.
  2. 온도를 높여 끓여서 물을 날려 보낸다.
  3. 촉매를 첨가하여 부가반응을 시킨다.
  4. 계면활성제를 사용하여 물을 제거한다.
(정답률: 63%)
  • 질산과 물은 공비점(Azeotrope)을 형성하여 단순 증류로는 농축에 한계가 있습니다. 이때 $H_{2}SO_{4}$와 같은 흡수제를 첨가하여 3성분계를 형성함으로써 공비점을 깨뜨리고 질산을 고농도로 농축할 수 있습니다.
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64. 고분자의 결정구조를 분석할 수 있는 방법은?

  1. FT-IR
  2. X-선 회절
  3. NMR
  4. UV-visible spectroscopy
(정답률: 65%)
  • X-선 회절(XRD)은 결정성 물질의 원자 배열 간격을 측정하여 결정 구조와 결정화도를 분석하는 대표적인 방법입니다.

    오답 노트
    FT-IR: 작용기 분석
    NMR: 분자 구조 및 수소/탄소 환경 분석
    UV-visible spectroscopy: 전자 전이 및 농도 분석
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65. 아세트산알데히드가 산화되어 생성되는 주요물질은?

  1. 프탈산
  2. 벤조산
  3. 아세트산
  4. 피크르산
(정답률: 72%)
  • 아세트산알데히드($CH_{3}CHO$)가 산화되면 카복실기가 형성되어 아세트산($CH_{3}COOH$)이 생성됩니다.
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66. 연실법 황산제조 공정에서 질소 산화물 공급을 위해 HNO3를 사용할 수 있다. 36wt%의 HNO3용액 10kg으로부터 약 몇 kg의 NO가 발생할 수 있는가?

  1. 1.72
  2. 3.43
  3. 6.86
  4. 10.29
(정답률: 62%)
  • 질산의 분해 반응을 통해 발생하는 $NO$의 질량을 계산하는 문제입니다. 반응식 $4HNO_{3} \rightarrow 4NO_{2} + O_{2} + 2H_{2}O$ 및 $NO_{2}$의 분해 등을 고려하여 $HNO_{3}$ 1몰당 $NO$ 1몰이 생성된다고 계산합니다.
    ① [기본 공식] $m_{NO} = m_{sol} \times w \times \frac{M_{NO}}{M_{HNO_{3}}}$
    ② [숫자 대입] $m_{NO} = 10 \times 0.36 \times \frac{30}{63}$
    ③ [최종 결과] $m_{NO} = 1.714$
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67. 정유공정에서 감압증류법을 사용하여 유분을 감압하는 가장 큰 이유는 무엇인가?

  1. 공정 압력손실을 줄이기 위해
  2. 석유의 열분해를 방지하기 위해
  3. 고온에서 증류하여 수율을 증가시키기 위해
  4. 제품의 점도를 낮추어 주기 위해
(정답률: 62%)
  • 석유의 무거운 성분들은 끓는점이 매우 높습니다. 이를 상압에서 끓이면 끓는점에 도달하기 전 열분해가 일어나 성분이 변질되므로, 압력을 낮추어 끓는점을 떨어뜨림으로써 석유의 열분해를 방지하는 것입니다.
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68. 원유 정유공정에서 비점이 낮은 순으로부터 옳게 나열된 것은?

  1. 가스-경유-중유-등유-나프타-아스팔트
  2. 가스-경유-등유-중유-아스팔트-나프타
  3. 가스-나프타-등유-경유-중유-아스팔트
  4. 가스-나프타-경유-등유-중유-아스팔트
(정답률: 62%)
  • 원유의 분별 증류는 끓는점(비점)이 낮은 성분부터 순차적으로 분리되는 공정입니다. 분자량이 작을수록 비점이 낮으므로 가스 $\rightarrow$ 나프타 $\rightarrow$ 등유 $\rightarrow$ 경유 $\rightarrow$ 중유 $\rightarrow$ 아스팔트 순으로 나열하는 것이 옳습니다.
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69. 200℃에서 활성탄 담체를 촉매로 아세틸렌에 아세트산을 작용시키면 생성되는 주 물질은?

  1. 비닐에테르
  2. 비닐카르복실산
  3. 비닐아세테이트
  4. 비닐알코올
(정답률: 65%)
  • 아세틸렌($C_{2}H_{2}$)과 아세트산($CH_{3}COOH$)이 활성탄 담체 촉매 하에서 반응하면, 아세틸렌의 삼중결합에 아세트산이 첨가되어 에스테르 화합물인 비닐아세테이트가 주 생성물로 얻어집니다.
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70. 다음 물질 중 친전자적 치환반응이 일어나기 쉽게 하여 술폰화가 가장 용이하게 일어나는 것은?

  1. C6H5NO2
  2. C6H5NH2
  3. C6H5SO3H
  4. C6H4(NO2)2
(정답률: 61%)
  • 친전자적 치환반응에서 전자 공여체(EDG)는 벤젠 고리의 전자 밀도를 높여 반응성을 증가시킵니다. $C_{6}H_{5}NH_{2}$의 아미노기($-NH_{2}$)는 강력한 전자 공여체이므로 술폰화 반응이 가장 용이하게 일어납니다.

    오답 노트
    $C_{6}H_{5}NO_{2}$, $C_{6}H_{5}SO_{3}H$, $C_{6}H_{4}(NO_{2})_{2}$: 전자 흡성기(EWG)가 결합되어 있어 반응성을 크게 떨어뜨립니다.
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71. 다음 중 사슬중합(혹은 연쇄중합)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 중합말기의 매우 높은 전환율에서 고분자량의 고분자사슬이 생성된다.
  2. 주로 비닐 단량체의 중합이 이에 해당한다.
  3. 단량체의 농도는 단계중합에 비해 급격히 감소한다.
  4. 단량체는 서로 반응할 수 있는 관능기를 가지고 있어야 한다.
(정답률: 45%)
  • 사슬중합은 개시제에 의해 생성된 활성 중심에 단량체가 빠르게 결합하며 성장하는 반응으로, 주로 비닐 단량체의 중합이 이에 해당합니다.

    오답 노트
    중합말기의 높은 전환율에서 고분자량 생성: 사슬중합은 반응 초기부터 고분자량 사슬이 생성됩니다.
    단량체 농도의 급격한 감소: 단계중합에 비해 단량체 농도가 천천히 감소합니다.
    관능기 필요: 관능기는 단계중합의 특징이며, 사슬중합은 불포화 결합(이중결합 등)이 필요합니다.
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72. 다음 중 유기용매 중에서 물과 가장 섞이지 않는 것은?

  1. CH3COCH3
  2. CH3COOH
  3. C2H6OH
  4. C2H5OC2H5
(정답률: 60%)
  • 물과의 용해도는 분자의 극성과 수소 결합 형성 가능 여부에 결정됩니다. $C_{2}H_{5}OC_{2}H_{5}$(디에틸에테르)는 비극성 성질이 강해 물과 가장 잘 섞이지 않습니다.

    오답 노트
    $CH_{3}COCH_{3}$, $CH_{3}COOH$, $C_{2}H_{6}OH$: 모두 극성 작용기를 가지고 있어 물과 잘 섞이거나 완전히 용해됩니다.
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73. 질산제조에서 암모니아 산화에 사용되는 촉매에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 가장 널리 사용되는 것은 Pt-Bi 이다.
  2. Pt 계의 일반적인 수명은 1개월 정도이다.
  3. 공업적으로 Fe-Bi 계는 작업범위가 가장 넓다.
  4. 산화코발트의 조성은 CO3O4이다.
(정답률: 65%)
  • 질산 제조 시 암모니아 산화 촉매의 특성을 묻는 문제입니다. 산화코발트 촉매의 화학적 조성은 $Co_{3}O_{4}$입니다.

    오답 노트
    Pt-Bi: 백금-로듐(Pt-Rh) 합금이 가장 널리 사용됩니다.
    Pt 계 수명: 일반적으로 수개월에서 수년까지 사용 가능합니다.
    Fe-Bi 계: 작업 범위가 좁아 제한적으로 사용됩니다.
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74. 다음 반응식으로 공기를 이용한 산화반응을 하고자 한다. 공기와 NH3의 혼합가스 중 NH3부피 백분율은?

  1. 44.4
  2. 34.4
  3. 24.4
  4. 14.4
(정답률: 49%)
  • 화학 반응식의 계수를 통해 반응물 간의 부피비를 구하고, 전체 혼합 가스 중 암모니아의 비율을 계산하는 문제입니다.
    반응식: $4NH_{3} + 5O_{2} \rightarrow 4NO + 6H_{2}O + 216.4\text{ kcal}$
    공기 중 산소의 부피 분율은 $21\%$이므로, 필요한 공기의 양은 산소량의 $\frac{100}{21}$배입니다.
    ① [기본 공식] $\text{부피 \%} = \frac{NH_{3}}{NH_{3} + (O_{2} \times \frac{100}{21})} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{부피 \%} = \frac{4}{4 + (5 \times \frac{100}{21})} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{부피 \%} = 14.4$
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75. 무수염산의 제법에 속하지 않는 것은?

  1. 직접합성법
  2. 농염산증류법
  3. 염산분해법
  4. 흡착법
(정답률: 44%)
  • 무수염산의 제조 방법은 직접합성법, 농염산증류법, 흡착법 등이 사용됩니다.

    오답 노트
    염산분해법: 무수염산 제조 공정에 해당하지 않습니다.
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76. 비료중 P2O5이 많은 순서대로 열겨된 것은?

  1. 과린산석회 ＞ 용성인비 ＞ 중과린산석회
  2. 용성인비 ＞ 중과린산석회 ＞ 과린산석회
  3. 과린산석회 ＞ 중과린산석회 ＞ 용성인비
  4. 중과린산석회 ＞ 소성인비 ＞ 과린산석회
(정답률: 64%)
  • 인산 비료의 성분 함량 비교 문제입니다. 중과린산석회는 인산 함량이 가장 높으며, 소성인비, 과린산석회 순으로 $P_{2}O_{5}$ 함량이 낮아집니다.
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77. 일반적인 성질이 열경화성 수지에 해당하지 않는 것은?

  1. 페놀수지
  2. 폴리우레탄
  3. 요소수지
  4. 폴리프로필렌
(정답률: 67%)
  • 폴리프로필렌은 가열하면 녹고 냉각하면 굳는 성질을 가진 열가소성 수지입니다.

    오답 노트
    페놀수지, 폴리우레탄, 요소수지는 한 번 경화되면 열을 가해도 다시 녹지 않는 열경화성 수지입니다.
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78. 건식법 H3PO4제조의 원료로서 적합한 것은?

  1. 인광석, 규사, 코크스
  2. 인광석, 석회암, 규사
  3. 석회석, 사문암, 코크스
  4. 백운석, 황산, 규사
(정답률: 65%)
  • 건식법으로 $H_{3}PO_{4}$ (인산)를 제조할 때는 인광석을 주원료로 하며, 환원제인 코크스와 용융제인 규사를 함께 사용하여 반응시킵니다.
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79. 제염방법 중 해수를 가열하여 농축된 슬러리를 건조기로 보낸 후 소금을 얻는 방식으로 각종 미네랄 및 흡습방지 성분이 포함되어 식탁염을 생산하는 것은?

  1. 진공증발법
  2. 증기압축식 증발법
  3. 액중 연소법
  4. 이온수지막법
(정답률: 47%)
  • 해수를 가열 농축하여 슬러리를 건조하고, 미네랄 및 흡습방지 성분이 포함된 식탁염을 생산하는 제염 방식은 액중 연소법입니다.
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80. 니트로화합물 중 트리니트로톨루엔에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 물에 매우 잘 녹는다.
  2. 톨루엔을 니트로화하여 제조 할 수 있다.
  3. 폭발물질로 많이 이용된다.
  4. 공업용 제품은 담황색 결정형태이다.
(정답률: 67%)
  • 트리니트로톨루엔(TNT)은 유기 니트로 화합물로, 물에 거의 녹지 않는 난용성 성질을 가지고 있습니다.

    오답 노트
    톨루엔을 니트로화하여 제조하며, 강력한 폭발성으로 인해 폭발물질로 널리 이용되고, 공업용 제품은 담황색 결정 형태를 띱니다.
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5과목: 반응공학

81. N220%, H2 80%로 구성된 혼합 가스가 암모니아 합성 반응기에 들어갈 때 체적 변화율 는?

  1. -0.4
  2. -0.5
  3. 0.4
  4. 0.5
(정답률: 57%)
  • 암모니아 합성 반응 $\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \to 2\text{NH}_3$에서 $\text{N}_2$ 기준의 체적 변화율 $\epsilon_{N2}$를 구하는 문제입니다. 전체 몰수 변화량 $\delta$는 $2 - (1 + 3) = -2$이며, 공급 가스 중 $\text{N}_2$의 분율 $y_{N2}$는 $0.2$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon_{N2} = y_{N2} \delta$
    ② [숫자 대입] $\epsilon_{N2} = 0.2 \times (-2)$
    ③ [최종 결과] $\epsilon_{N2} = -0.4$
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82. A 분해반응의 1차 반응속도 상수는 0.345/min 이고 반응초기의 농도 CAO가 2.4mol/L이다. 정용 회분식 반응기에서 A의 농도가 0.9mol/L 될 때까지의 시간은?

  1. 1.84min
  2. 2.84min
  3. 3.84min
  4. 4.84min
(정답률: 63%)
  • 1차 반응의 농도 감소 시간을 구하는 공식으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{1}{k} \ln \frac{C_{A0}}{C_A}$
    ② [숫자 대입] $t = \frac{1}{0.345} \ln \frac{2.4}{0.9}$
    ③ [최종 결과] $t = 2.84$ min
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83. 다음과 같은 기상반응이 30L 정용회분반응기에서 등온적으로 일어난다. 초기 A가 30mol 이 들어있으며, 반응기는 완전 혼합된다고 할 때 1차 반응일 경우 반응기에서 A의 몰수가 0.2mol로 줄어드는데 필요한 시간은?(단, A → B, -rA = kCA, k=0.865/min)

  1. 7.1min
  2. 8.0min
  3. 6.3min
  4. 5.8min
(정답률: 50%)
  • 1차 반응의 정용 회분식 반응기에서 농도 변화에 따른 소요 시간을 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{1}{k} \ln \frac{C_{A0}}{C_A}$
    ② [숫자 대입] $t = \frac{1}{0.865} \ln \frac{30}{0.2}$
    ③ [최종 결과] $t = 5.8$ min
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84. A+B→R 인 비가역 기상 반응에 대해 다음과 같은 실험 데이터를 얻었다. 반응 속도식으로 옳은 것은?(단, t1/2은 B의 반감기이고 PA 및 PB 는 각각 A 및 B의 초기 압력이다.)

(정답률: 50%)
  • 반감기 $t_{1/2}$와 초기 압력의 관계를 통해 반응 차수를 결정합니다. 실험 3과 4를 비교하면 $P_A$가 일정할 때 $P_B$가 2배($10 \to 20$)가 되면 $t_{1/2}$가 $1/2$배($160 \to 80$)가 되므로, $B$에 대해 2차 반응입니다. 또한 실험 1과 3을 비교하면 $P_B$가 일정할 때 $P_A$가 $1/2$배($500 \to 250$)가 되면 $t_{1/2}$가 2배($80 \to 160$)가 되므로, $A$에 대해 1차 반응입니다. 따라서 전체 반응 속도식은 가 됩니다.
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85. 액체물질 A가 플러그흐름 반응기 내에서 비가역 2차 반응 속도식에 의하여 반응되어 95%의 전화율을 얻었다. 기존 반응기와 크기가 같은 반응기를 한 개 더 구입해서 같은 전화율을 얻기 위하여 두 반응기를 직렬로 연결한다면 공급속도 FA0는 몇배로 증가시켜야 하는가?

  1. 0.5
  2. 1
  3. 1.5
  4. 2
(정답률: 49%)
  • PFR에서 2차 반응의 체류시간 $\tau$는 공급속도 $F_{A0}$에 반비례하며, 반응기 부피 $V$에 비례합니다. 동일한 전화율을 얻기 위해 반응기 수를 1개에서 2개로 늘리면 전체 부피 $V$가 2배가 되므로, 동일한 체류시간을 유지하여 같은 전화율을 얻기 위해서는 공급속도 $F_{A0}$ 역시 2배로 증가시켜야 합니다.
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86. 다음과 같은 자동촉매 반응에서 A가 분해되는 속도 -rA와 A의 농도비 CA/CA0를 그래프로 그리면 어떤 형태가 되겠는가?(단, CA0 : A의 초기농도, CA : A의 농도, CR : R의 농도, K : 속도상수)

(정답률: 56%)
  • 자동촉매 반응은 생성물 R이 촉매 역할을 하여 반응 속도를 가속화시킵니다.
    반응 초기에는 $C_R$이 적어 속도가 느리지만, R이 생성됨에 따라 속도가 증가하다가, 나중에는 반응물 A가 고갈되어 다시 속도가 감소하는 산 모양의 곡선을 그리게 됩니다. 따라서 정답은 입니다.
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87. 다음 그림에 해당되는 반응 형태는?

(정답률: 43%)
  • 제시된 그래프는 반응물 A가 중간 생성물 R을 거쳐 최종 생성물 S로 변하는 연속 반응의 전형적인 농도 변화를 보여줍니다.
    A의 농도는 감소하고, R은 증가했다가 다시 감소하며, S는 서서히 증가하는 형태이므로 해당 반응 형태는 입니다.
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88. 다음과 같은 1차 병렬 반응이 일정한 온도의 회분식 반응기에서 징행되었다. 반응시간이 1000s일 때 반응물 A가 90%분해되어 생성물은 R이 S의 10배로 생성되었다. 반응초기에 R과 S의 농도를 0으로 할 때, K1및 K1/K2은 각각 얼마인가?

  1. K1 = 0.131/min, K1/K2 = 20
  2. K1 = 0.046/min, K1/K2 = 10
  3. K1 = 0.131/min, K1/K2 = 10
  4. K1 = 0.046/min, K1/K2 = 20
(정답률: 59%)
  • 1차 병렬 반응에서 생성물 비율은 속도상수의 비와 같으며, 반응물의 분해도는 적분 속도식을 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$\frac{C_R}{C_S} = \frac{k_1}{k_2}, \quad \ln\frac{C_{A0}}{C_A} = (k_1 + k_2)t$$
    ② [숫자 대입]
    $$\frac{C_R}{C_S} = 10, \quad \ln\frac{1}{0.1} = (k_1 + k_2) \times 1000$$
    ③ [최종 결과]
    $$k_1 = 0.131/\text{min}, \quad \frac{k_1}{k_2} = 10$$
    ※ 주의: 정답지에는 $k_1/k_2 = 20$으로 표기되어 있으나, 문제 조건인 'R이 S의 10배 생성'에 따르면 $k_1/k_2 = 10$이 타당합니다. 다만 공식 정답인 [보기 1]을 기준으로 산출 시 $k_1 = 0.131/\text{min}$ 입니다.
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89. 다음 반응이 기초 반응(elementary reaction)이라고 가정하면 이 반응의 분자도(molecularity)는 얼마인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 48%)
  • 기초 반응(elementary reaction)에서 분자도는 반응물 계수의 합과 같습니다.
    제시된 반응식 $2\text{NO} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}_2$에서 반응물인 $\text{NO}$ 2분자와 $\text{O}_2$ 1분자가 충돌하여 반응하므로 분자도는 $2 + 1 = 3$ 입니다.
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90. 비가역 1차 액상반응을 부피가 다른 두 개의 이상혼합 반응기에서 다른 조건은 같게하여 반응시켰더니 전환율이 각각 40%, 60%이었다면 두 반응기의 부피비(V40%/V60%)는 얼마인가?

  1. 1/3
  2. 4/9
  3. 2/3
  4. 3/2
(정답률: 54%)
  • 1차 반응이 일어나는 CSTR의 설계 방정식에서 부피와 전환율의 관계를 이용하여 부피비를 구합니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{v_0 X}{k(1-X)}$
    ② [숫자 대입] $\frac{V_{40\%}}{V_{60\%}} = \frac{0.4 / (1-0.4)}{0.6 / (1-0.6)} = \frac{0.4 / 0.6}{0.6 / 0.4}$
    ③ [최종 결과] $\frac{V_{40\%}}{V_{60\%}} = \frac{2/3}{3/2} = \frac{4}{9}$
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91. 자동 촉매반응에서 최소 부피의 반응기 선정에 관한 내용으로 가장 적당한 것은?

  1. 혼합 흐름 반응기가 유리하다.
  2. 플러그 흐름 반응기가 유리하다.
  3. 전화율에 따라 유리한 반응기가 다르다.
  4. 전화율과 무관하게 어떤 반응기를 사용해도 된다.
(정답률: 50%)
  • 자동 촉매반응은 반응 초기에는 생성물이 촉매 역할을 하여 속도가 증가하다가, 이후 반응물 농도 감소로 속도가 떨어지는 특성이 있습니다. 따라서 낮은 전환율 구간에서는 CSTR이, 높은 전환율 구간에서는 PFR이 유리하므로 전환율에 따라 최적 반응기가 달라집니다.
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92. 1차 비가역 액상반응이 일어나는 관형반응기에서 공간시간은 2min이고 전환율이 40%였을 때 전환율이 90%로 하려면 공간시간은 얼마가 되어야 하는가?

  1. 0.26min
  2. 0.39min
  3. 5.59min
  4. 9.02min
(정답률: 62%)
  • 1차 비가역 액상반응이 일어나는 PFR의 공간 시간과 전환율 관계식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{1}{k} \ln \frac{1}{1-X}$
    ② [숫자 대입] $k = \frac{1}{2} \ln \frac{1}{1-0.4} = 0.2554, \quad \tau_{90\%} = \frac{1}{0.2554} \ln \frac{1}{1-0.9}$
    ③ [최종 결과] $\tau_{90\%} = 9.02$
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93. 공간 시간이 5분이라고 할 때의 설명으로 옳은 것은?

  1. 5분 안에 100% 전화율을 얻을 수 있다.
  2. 반응기 부피의 5배 되는 원료를 처리할 수 있다.
  3. 매 5분마다 반응기 부피만큼의 공급물이 반응기에서 처리된다.
  4. 5분동안에 반응기 부피의 5배 원료를 도입한다.
(정답률: 70%)
  • 공간 시간($\tau$)은 반응기 부피($V$)를 공급 유량($v_0$)으로 나눈 값으로, 반응기 부피만큼의 공급물이 처리되는 데 걸리는 시간을 의미합니다.
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94. 동일 조업조건, 일정밀도와 등온, 등압하의 CSTR과 PFR에서 반응이 진행될 때 반응기부피를 옳게 설명한 것은?

  1. 반응차수가 0보다 크면 PFR 부피가 CSTR보다 크다.
  2. 반응차수가 0이면 두반응기 부피가 같다.
  3. 반응차수가 커지면 CSTR 부피는 PFR 보다 작다.
  4. 반응차수와 전화율은 반응기 부피에 무관하다.
(정답률: 54%)
  • 반응차수가 0일 때는 반응 속도가 농도에 무관하여 일정하므로, CSTR과 PFR의 부피가 동일합니다.

    오답 노트
    반응차수가 0보다 크면: PFR 부피가 CSTR보다 작음
    반응차수가 커지면: CSTR 부피가 PFR보다 큼
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95. 균일계 액상반응 A→R→S에서 1단계는 2차 반응, 2단계는 1차 반응으로 진행되고 R이 원하는 제품일 경우, 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. A의 농도를 높게 유지할수록 좋다.
  2. 반응온도를 높게 유지할수록 좋다.
  3. 혼합반응이가 플러그 반응기보다 성능이 더 좋다.
  4. A의 농도는 R의 수율과 직접관계가 없다.
(정답률: 66%)
  • 원하는 생성물 $R$의 수율을 높이기 위해서는 $A \rightarrow R$ 반응 속도는 높이고 $R \rightarrow S$ 반응 속도는 낮추어야 합니다. 1단계가 2차 반응($v_1 = k_1[A]^2$)이므로 $A$의 농도를 높게 유지할수록 $R$의 생성 속도가 급격히 증가하여 유리합니다.
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96. 크기가 같은 관형반응기와 혼합반응기에서 다음과 같은 액상 1차 직렬반응이 일어날 때 관형반응기에서의 R의 성분수율 와 혼합반응기에서의 R의 성분수율 에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. K1 = K2이면 이다.
  2. K1＜ K2이면 이다.
  3. 는 항상 보다 크다.
  4. 은 항상 보다 크다.
(정답률: 42%)
  • 1차 직렬 반응 $\text{A} \to \text{R} \to \text{S}$에서 중간 생성물 $\text{R}$의 수율은 반응기의 체류 시간과 반응 속도 상수에 의해 결정됩니다.
    관형반응기(PFR)는 혼합반응기(CSTR)보다 농도 구배가 효율적으로 유지되어 동일 부피일 때 중간 생성물 $\text{R}$의 최대 수율을 더 높게 얻을 수 있습니다. 따라서 $\Phi_{P}$는 항상 $\Phi_{m}$ 보다 큽니다.
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97. Thiele 계수에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. Thiele 계수는 가속도와 속도의 비를 나타내는 차원수이다.
  2. Thiele 계수가 클수록 입자내 농도는 저하된다.
  3. 촉매입자내 유효농도는 Thiele 계수의 값에 의존한다.
  4. Thiele 계수는 촉매표면과 내부의 효율적 이용의 척도이다.
(정답률: 51%)
  • Thiele 계수는 촉매 입자 내부의 확산 속도와 화학 반응 속도의 비를 나타내는 무차원 수입니다.

    오답 노트
    가속도와 속도의 비: 확산 속도와 반응 속도의 비임
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98. 다음중 연속 평행반응(series - parallel reaction)은?

(정답률: 50%)
  • 연속 평행반응은 반응물이 생성물을 만들고, 그 생성물이 다시 다른 반응물과 반응하여 또 다른 생성물을 만드는 계열의 반응을 의미합니다. 는 $A$가 $R$이 되고, 다시 $R$이 $S$로 변하는 연속적인 구조를 가지므로 정답입니다.
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99. 기체 - 고체 반응에서 율속단계(rate-determining)에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 고체표면 반응단계가 항상 율속단계이다.
  2. 기체막에서의 물질전달 단계가 항상 율속단계이다.
  3. 저항이 작은 단계가 율속단계이다.
  4. 전체반응 속도를 지배하는 단계가 율속단계이다.
(정답률: 61%)
  • 율속단계(Rate-determining step)란 전체 반응 과정 중 속도가 가장 느려 전체 반응 속도를 결정하고 지배하는 단계를 의미합니다.

    오답 노트
    저항이 작은 단계: 저항이 가장 큰 단계가 율속단계가 됨
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100. 다음 반응에서 R이 요구하는 물질일 때 어떻게 반응시켜야 하는가?

  1. A 에 B 를 한 방울씩 넣는다.
  2. B 에 A 를 한 방울씩 넣는다.
  3. A 와 B 를 동시에 넣는다.
  4. A 와 B를 넣는 순서는 무관하다.
(정답률: 44%)
  • 원하는 생성물 $R$의 생성 속도 $r_{1} = k_{1}C_{A}C_{B}^{2}$는 $B$의 농도 제곱에 비례하고, 원치 않는 생성물 $S$의 생성 속도 $r_{2} = k_{2}C_{R}C_{B}$는 $B$의 농도 1승에 비례합니다. $R$의 선택도를 높이기 위해서는 $B$의 농도를 낮게 유지하면서 $A$와 $B$를 균형 있게 공급해야 하므로, $A$와 $B$를 동시에 넣는 것이 가장 적절합니다.
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