화공기사(구)(구) 필기 기출문제복원 (2001-09-23)

화공기사(구)(구) 2001-09-23 필기 기출문제 해설

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화공기사(구)(구)
(2001-09-23 기출문제)

목록

1과목: 화공열역학

1. 다음 중 시량변수(extensive property)는 어느 것인가?

  1. 엔탈피
  2. 압력
  3. 온도
  4. 비용
(정답률: 알수없음)
  • 시량변수(Extensive property)는 물질의 양에 따라 그 값이 변하는 성질을 의미합니다. 엔탈피는 물질의 양이 많아질수록 전체 값이 증가하는 대표적인 시량변수입니다.

    오답 노트
    압력, 온도: 물질의 양과 관계없이 일정한 강도성 변수(Intensive property)입니다.
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2. 탄화수소 공업분야에서 흔히 사용되는 어떤성분의 평형비 (Ki는 로 정의된다. 이상용액이라 생각할 때 Ki를 어떻게 표시하는가?

(정답률: 알수없음)
  • 이상용액의 경우 라울의 법칙이 적용되어 기상 성분분율 $y_{i}$와 액상 몰분율 $x_{i}$의 관계는 $P_{t} y_{i} = P_{i}^{0} x_{i}$로 나타낼 수 있습니다. 이를 평형비 $K_{i}$에 대해 정리하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $K_{i} = \frac{y_{i}}{x_{i}} = \frac{P_{i}^{0}}{P_{t}}$
    ② [숫자 대입] (해당 없음)
    ③ [최종 결과]
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3. 다음 중 맥스웰(Maxwell)의 관계식으로 적당하지 않은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 맥스웰 관계식은 열역학 상태 함수들의 편미분 관계를 나타내며, 각 변수의 조합과 부호가 정확해야 합니다.
    정답인 는 $$(\frac{\partial T}{\partial P})_S = -(\frac{\partial P}{\partial S})_V$$ 로 표기되어 있으나, 올바른 맥스웰 관계식은 $$(\frac{\partial T}{\partial P})_S = (\frac{\partial V}{\partial S})_P$$ 또는 다른 조합이어야 하며, 제시된 형태는 열역학적 정의에 부합하지 않습니다.
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4. 일정온도 및 압력하에서 반응좌표(reaction coordinate)에 따른 Gibbs 에너지의 관계도에서 화학반응 평형점은?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
(정답률: 50%)
  • 화학 반응의 평형 상태는 깁스 자유 에너지($G$)가 최소가 되는 지점에서 이루어집니다. 그래프에서 곡선의 가장 낮은 지점인 D가 평형점에 해당합니다.
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5. 반데르 바알스 방정식, 에서 P는 atm단위 V는 L/mole단위로 취하면, 상수 a의 단위는?

(정답률: 알수없음)
  • 반데르 바알스 방정식 $(P + \frac{a}{V^2})(V - b) = RT$에서 각 항의 단위는 동일해야 합니다.
    압력 $P$의 단위가 $\text{atm}$이므로, $\frac{a}{V^2}$ 항의 단위 역시 $\text{atm}$이어야 합니다.
    $$a = \text{atm} \cdot V^2$$ 이며, $V$의 단위가 $\text{L/mole}$이므로 이를 대입하면 다음과 같습니다.
    $$a = \text{atm} \cdot (\text{L/mole})^2 = \text{L}^2 \cdot \text{atm/mole}^2$$
    따라서 정답은 입니다.
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6. 고립계의 총 엔트로피의 증가와 관련이 없는 것은?

  1. 넓은 의미로서 안정도와 확율이 증가되는 것
  2. 좁은 의미로서 볼 때 더욱 무질서해진다는 것
  3. 열이 일로 전환할 때 이부가 열의 형태로 고립계에 축적된다는 것
  4. 열이 일로 가역적으로 전환 된다는 뜻
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 제2법칙에 따라 고립계의 총 엔트로피는 항상 증가하거나 일정하며, 결코 감소하지 않습니다. 열이 일로 가역적으로 전환된다는 것은 엔트로피 변화가 $0$인 이상적인 상태를 의미하므로, 엔트로피가 증가하는 현상과는 관련이 없습니다.
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7. 다음 그림은 1기압하에서의 A, B 2성분계 용액에 대한 비점선도(Boiling point diagram)이다. XA=0.40인 용액을 1기압하에서 서서히 가열할 때 일어나는 현상을 설명한 다음 사항 중 틀린 것은? (단, 처음온도는 40℃이고, 마지막 온도는 70℃이다.)

  1. 용액은 50℃에서 끓기 시작하여 60℃가 되는 순간 완전히 기화한다.
  2. 용액이 끓기 시작하자마자 생긴 최초의 증기조성은 YA=0.70이다.
  3. 용액이 계속 증발함에 따라 남아있는 용액의 조성은 곡선 DE를 따라 변한다.
  4. 마지막 남은 한방울의 조성은 XA=0.15이다.
(정답률: 알수없음)
  • 비점선도에서 용액의 조성 변화는 액상선(Bubble point curve)을 따라 이동합니다. $X_A = 0.40$인 용액을 가열하면 온도 상승에 따라 액상선인 곡선 CF를 따라 조성이 변하며 증발하므로, 기상선인 곡선 DE를 따라 변한다는 설명은 틀린 것입니다.
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8. 우리 주변에서 일어나는 과정은 다음 중 어느 것에 가장 가까운가?

  1. isothermal process
  2. adiabatic process
  3. polytropic process
  4. isoentropy process
(정답률: 알수없음)
  • 실제 자연 현상이나 공정에서 일어나는 대부분의 과정은 온도와 압력이 동시에 변하는 일반적인 과정이므로, 특정 조건(등온, 단열 등)이 고정된 과정보다 polytropic process에 가장 가깝습니다.
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9. 어떤 냉동장치에서 냉동제의 순환과정이 다음 그림과 같을 경우 1냉동톤당 냉동제의 순환속도는? (단, HA= 53㎉/㎏, HB= 49㎉/㎏, HC=HD= 16㎉/㎏)

  1. 81.7㎏/hr
  2. 73.181.7㎏/hr
  3. 50.481.7㎏/hr
  4. 41.381.7㎏/hr
(정답률: 19%)
  • 냉동제의 순환속도는 냉동능력을 냉동제의 냉동효과로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $G = \frac{Q}{q_e}$ (순환속도 = 냉동능력 / 냉동효과)
    ② [숫자 대입] $G = \frac{3320}{\text{H}_A - \text{H}_C} = \frac{3320}{53 - 16}$
    ③ [최종 결과] $G = 89.7$
    ※ 제시된 정답 50.481.7㎏/hr는 오타로 판단되며, 계산상으로는 $89.7\text{kg/hr}$가 도출됩니다.
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10. 아래의 P-T선도에서 이상기체의 단열 압축과정을 나타내는 선은?

  1. 선 ①
  2. 선 ②
  3. 선 ③
  4. 선 ④
(정답률: 알수없음)
  • 이상기체의 단열 압축 과정은 외부와의 열 교환 없이 압력이 증가함에 따라 온도 또한 상승하는 과정입니다. P-T 선도에서 압력($P$)과 온도($T$)가 모두 증가하며 우상향하는 곡선을 그리므로, 에서 선 ④가 이에 해당합니다.
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11. 열역학적 시스템은 주위와 열, 일 그리고 물질의 교환을 통하여 상호작용하고 있다. 다음 중 열과 물질의 교환이 일어나지 않는 시스템을 자칭하는 것으로 가장 적당한 것은?

  1. adiabatic
  2. closed
  3. isolated
  4. isothermal
(정답률: 알수없음)
  • 주위와 에너지(열, 일) 및 물질의 교환이 모두 일어나지 않는 완전히 차단된 시스템을 고립계(isolated system)라고 합니다.

    오답 노트
    adiabatic: 단열계(열 교환만 차단)
    closed: 닫힌계(물질 교환만 차단)
    isothermal: 등온계(온도 일정)
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12. 평형(equilibrium)의 정의중 틀린 것은?

  1. △GT.P=0
  2. 변화가 일어날 확률이 압도적으로 큰 상태
  3. 정반응의 속도와 부반응의 속도가 같을 때
  4. △Vmix=0
(정답률: 8%)
  • 화학 평형 상태는 정반응 속도와 역반응 속도가 같아 겉보기에 변화가 없는 동적 평형 상태를 의미합니다. 따라서 정반응 속도와 부반응 속도가 같다는 설명은 평형의 정의로 적절하지 않습니다.

    오답 노트
    변화가 일어날 확률이 압도적으로 큰 상태: 평형 상태는 가장 안정한 상태이므로 자발적인 변화가 일어날 확률이 매우 낮습니다.
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13. 공기를 이상기체로 생각할 때, 기체상수 R값을 ㎏f m/㎏mㆍK로 표시하면, 가장 가까운 값은? (단, 표준상태에서 공기의 밀도는 1.29㎏/m3이다.)

  1. 8.314
  2. 1.987
  3. 62.4
  4. 29.3
(정답률: 37%)
  • 이상기체 상태방정식을 이용하여 공기의 기체상수 $R$을 구합니다.
    $$P V = m R T$$ 공식에서 $R = \frac{P V}{m T}$를 이용하며, 표준상태($P = 1.0332\text{ kgf/cm}^2$, $T = 273.15\text{ K}$, $\rho = 1.29\text{ kg/m}^3$) 값을 대입합니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{P}{\rho T}$
    ② [숫자 대입] $R = \frac{1.0332 \times 10^4}{1.29 \times 273.15}$
    ③ [최종 결과] $R = 29.3$
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14. 그림은 air-standerd Otto cycle의 P-V선도이다. 틀린 것은?

  1. AB경로는 단열과정이다.
  2. BC경로는 정용과정이다.
  3. CD경로는 등온과정이다.
  4. DA경로는 정용과정이다.
(정답률: 82%)
  • Otto 사이클의 P-V 선도에서 각 과정의 특성을 분석하면 다음과 같습니다.
    AB 경로는 단열 압축 과정, BC 경로는 정적(정용) 가열 과정, CD 경로는 단열 팽창 과정, DA 경로는 정적(정용) 방열 과정입니다.
    따라서 CD 경로는 등온과정이 아니라 단열과정이므로 틀린 설명입니다.
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15. α상과 β상이 서로 평형상태에 있다. 다음 조건 중 틀린 것은? (단, G : Gibbs free energy, μ : chemical potential, f : fugacity, S : entropy)

(정답률: 59%)
  • 두 상 $\alpha$와 $\beta$가 평형 상태에 있을 때, 온도($T$), 압력($P$), 그리고 각 성분의 화학 퍼텐셜($\mu_{i}$)이 두 상에서 서로 같아야 합니다. 는 평형 조건의 기본 원리와 일치하지 않는 잘못된 표현입니다.
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16. C(s)+O2(g)→CO2(g) : △H1 = -94050kca/kmolㆍCO2, CO(g)+1/202(g)→CO2(g) : △H2 = -67640kcal/kmolㆍCO2 위와 같은 반응을 알고 있을 때 다음 반응열은 얼마인가?

  1. -37025 ㎉/k㏖ㆍCO2
  2. -26410 ㎉/k㏖ㆍCO2
  3. -74050 ㎉/k㏖ㆍCO2
  4. +26410 ㎉/k㏖ㆍCO2
(정답률: 80%)
  • 헤스의 법칙을 이용하여 주어진 두 반응식을 조합해 목표 반응식의 반응열을 구합니다. 목표 반응식은 $\text{C(s)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2}\text{(g)} \rightarrow \text{CO(g)}$이므로, 첫 번째 반응식에서 두 번째 반응식을 빼주면 됩니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H = \Delta H_{1} - \Delta H_{2}$
    ② [숫자 대입] $\Delta H = -94050 - (-67640)$
    ③ [최종 결과] $\Delta H = -26410 \text{ kcal/kmol} \cdot \text{CO}_{2}$
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17. 압축 또는 팽창에 관해 옳게 설명된 것은?

  1. 압축기의 효율은 로 나타낸다.
  2. 노즐에서 에너지 수지식은 이다.
  3. 터빈에서 에너지 수지식은 이다.
  4. 조름공정에서 에너지 수지식은 dH = -u du 이다.
(정답률: 40%)
  • 압축기의 효율 $\eta$는 실제 압축 과정에서 소요된 엔탈피 변화량 대비 등엔트로피(가역 단열) 과정에서 소요되었을 엔탈피 변화량의 비로 정의합니다.
    ① [기본 공식] $\eta = \frac{(\Delta H)_{s}}{\Delta H}$
    ② [숫자 대입] (해당 없음)
    ③ [최종 결과]
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18. 다음 중 에너지의 출입은 가능하나 물질의 출입은 불가능한 계는?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. open system
  2. closed system
  3. isolated system
  4. reversible system
(정답률: 알수없음)
  • 에너지의 출입은 가능하지만 물질의 출입은 불가능한 계는 닫힌계(closed system)입니다. 다만, 본 문제의 공식 정답은 reversible system으로 지정되어 있으나, 열역학적 정의상 닫힌계가 정확한 설명입니다.
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19. 25℃에서 기체혼합물이 100m3의 용기속에 9 bar의 계기압력으로 담겨져 있다. N2와 H2의 분압이 각각 60 kPa과 140kPa이라 할 때, 기체혼합물중 H2기체의 부피는 25℃에서 몇 m3가 용기속에 차지하고 있는 셈인가? (단, 기체혼합물은 이상기체로 간주하며 대기압력은 1bar 이다.)

  1. 14m3
  2. 15.6m3
  3. 16m3
  4. 17.7m3
(정답률: 34%)
  • 혼합 기체에서 특정 성분의 부분 부피는 전체 부피에 그 성분의 몰 분율(분압/전압)을 곱하여 구합니다.
    전압 $P = \text{계기압력} + \text{대기압력} = 9 \text{ bar} + 1 \text{ bar} = 10 \text{ bar} = 1000 \text{ kPa}$
    ① [기본 공식] $V_{H2} = V_{total} \times \frac{P_{H2}}{P_{total}}$
    ② [숫자 대입] $V_{H2} = 100 \times \frac{140}{1000}$
    ③ [최종 결과] $V_{H2} = 14 \text{ m}^{3}$
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20. 다음 기본 관계식에서 틀린 것은?

  1. dE = SdT - PdV
  2. dH = TdS + VdP
  3. dA = -SdT - PdV
  4. dF = -SdT + VdP
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 기본 관계식에서 내부 에너지 $E$(또는 $U$)의 변화량은 엔트로피와 온도의 곱에서 압력과 부피 변화량의 곱을 뺀 값과 같습니다.
    정답인 $dE = SdT - PdV$는 잘못된 식이며, 올바른 식은 다음과 같습니다.
    $$dE = TdS - PdV$$
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2과목: 화학공업양론

21. 산의 질량분율이 XA인 수용액 L ㎏과 XB인 수용액 N ㎏을 혼합하여 XM인 산 수용액을 얻으려고 한다. L과 N의 비를 구한 것은?

(정답률: 8%)
  • 혼합 전후의 산의 총 질량은 보존된다는 질량 수지 식을 세워 L과 N의 비율을 도출합니다.
    $$\text{질량 수지: } (L + N)X_M = L X_A + N X_B$$
    $$L(X_M - X_A) = N(X_B - X_M)$$
    $$\frac{L}{N} = \frac{X_B - X_M}{X_M - X_A}$$
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22. 어떤 반응탑에 18℃, 700㎜Hg, 관계습도 50%의 공기를 도입하였다. 몰습도는?

  1. 0.001 ㎏ㆍmole(㎏ㆍ.mole건조공기-1)
  2. 0.011 ㎏ㆍmole(㎏ㆍ.mole건조공기-1)
  3. 0.022 ㎏ㆍmole(㎏ㆍ.mole건조공기-1)
  4. 0.033 ㎏ㆍmole(㎏ㆍ.mole건조공기-1)
(정답률: 알수없음)
  • 몰습도는 건조공기 1 mole당 포함된 수증기의 mole 수이며, 포화수증기압과 관계습도를 이용하여 수증기 분압을 먼저 구한 뒤 계산합니다.
    $$\text{몰습도} = 0.622 \times \frac{P_w}{P - P_w}$$
    $$\text{몰습도} = 0.622 \times \frac{0.5 \times 23.37}{700 - (0.5 \times 23.37)}$$
    $$\text{몰습도} = 0.011$$
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23. Na2SO4를 포함하는 수용액의 조성을 mole백분율로 표시하면? (단, Na2SO4의 분자량은 142)(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 5.2mole%
  2. 21.8mole%
  3. 26.4mole%
  4. 30mole%
(정답률: 17%)
  • 기존 문제에 수용액의 농도 조건이 누락되어 있으나, 타 기출문제의 조건인 30wt%를 적용하여 풀이합니다. 몰백분율은 전체 몰수 대비 용질의 몰수 비율로 계산합니다.
    $$\text{mole}\% = \frac{\frac{w_{solute}}{M_{solute}}}{\frac{w_{solute}}{M_{solute}} + \frac{w_{solvent}}{M_{solvent}}} \times 100$$
    $$\text{mole}\% = \frac{\frac{30}{142}}{\frac{30}{142} + \frac{70}{18}} \times 100$$
    $$\text{mole}\% = 5.2$$
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24. 다음과 같은 연도가스(Flue gas)의 평균 분자량은 약 얼마인가?

  1. 18.25
  2. 28.84
  3. 30.07
  4. 35.05
(정답률: 20%)
  • 혼합 가스의 평균 분자량은 각 성분 가스의 분자량에 몰 분율을 곱하여 모두 합산하여 구합니다.
    $$\text{평균 분자량} = \sum (M_i \times y_i)$$
    $$\text{평균 분자량} = (44 \times 0.119) + (28 \times 0.016) + (32 \times 0.041) + (28 \times 0.824)$$
    $$\text{평균 분자량} = 30.07$$
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25. 이상기체 1몰의 정압열용량이 이다. 정용열용량은?

  2. R
(정답률: 36%)
  • 이상기체에서 정압열용량( $C_p$)과 정용열용량($$C_v$$)의 차이는 기체상수($R$ )와 같습니다.
    ① [기본 공식] $C_v = C_p - R$
    ② [숫자 대입] $C_v = \frac{5}{2}R - R$
    ③ [최종 결과] $C_v = \frac{3}{2}R$
    따라서 정답은 입니다.
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26. 다음 중 시강특성에 해당되지 않는 것은?

  1. 온도
  2. 압력
  3. 부피
  4. 밀도
(정답률: 27%)
  • 시강특성(Intensive property)은 물질의 양에 상관없이 일정한 성질을 말합니다. 부피는 물질의 양이 많아질수록 함께 증가하는 시량특성(Extensive property)에 해당하므로 시강특성이 아닙니다.
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27. 질량분율 Xf의 유입량 F가 계로 유입되어 질량분율 Xℓ의 배출량 L과 질량분량 XV의 배출량 V가 계를 떠날 때 직각 삼각형에서 표시될 수 있는 지렛대의 원리에 적합치 않은 것은?

(정답률: 24%)
  • 지렛대의 원리를 이용한 물질 수지 분석에서 각 선분의 길이 비는 유량의 비와 반비례 관계를 가집니다. 그림에서 유량 비는 $\frac{F}{V} = \frac{AC}{AB}$가 되어야 하므로, $\frac{F}{V} = \frac{AB}{AC}$ 라고 표현한 는 적합하지 않습니다.
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28. 건조공기와 수증기의 열용량은 각각 1.0J/gㆍK 및 1.92 J/gㆍK이다. 습도가 13(g H2O/kg건조공기)인 습한 공기의 열용량 (습윤열용량)은 얼마인가?

  1. 1.025kJ/㎏ㆍK
  2. 0.345㎉/㎏ㆍK
  3. 0.125kJ/㎏ㆍK
  4. 0.125㎉/㎏ㆍK
(정답률: 10%)
  • 습윤공기의 열용량은 건조공기의 열용량과 포함된 수증기의 열용량을 합산하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $C_{pm} = C_{pa} + \omega \cdot C_{pv}$
    ② [숫자 대입] $C_{pm} = 1.0 + 0.013 \times 1.92$
    ③ [최종 결과] $C_{pm} = 1.025$
    단위는 kJ/kg·K입니다.
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29. 원하는 생성물의 양이 결정되는데 기인하는 선택도의 정의는?

  1. 원하는 생성물의 몰수 / 원하지 않는 생성물의 몰수
  2. 원하는 생성물의 몰수 / 원하지 않는 반응물의 몰수
  3. 원하지 않는 생성물의 몰수 / 원하는 생성물의 몰수
  4. 원하지 않는 생성물의 몰수 / 원하는 반응물의 몰수
(정답률: 0%)
  • 선택도(Selectivity)란 반응에서 원하지 않는 생성물 대비 원하는 생성물이 얼마나 많이 생성되었는지를 나타내는 척도입니다. 따라서 원하는 생성물의 몰수를 원하지 않는 생성물의 몰수로 나눈 값으로 정의합니다.
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30. acetone 14.8 vol%를 포함하는 아세톤, 질소의 혼합물이 있다. 20℃, 745mmHg에서 비교 포화도는 얼마인가?

  1. 17%
  2. 28%
  3. 53%
  4. 60%
(정답률: 알수없음)
  • 비교 포화도는 현재 성분의 분압을 해당 온도에서의 포화 증기압으로 나눈 비율을 의미합니다.
    ① [기본 공식] $\text{Relative Saturation} = \frac{P_{actual}}{P_{sat}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{Relative Saturation} = \frac{745 \times 0.148}{185} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{Relative Saturation} = 59.6\%$
    계산 결과 약 $60\%$에 가까우나, 주어진 정답 $53\%$는 문제 조건이나 포화 증기압 값의 미세한 차이에서 기인한 것으로 보입니다. 다만, 공식의 적용 원리는 위와 같습니다.
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31. Turbine을 운전하기 위해 증기량 2㎏/S로 5atm, 300℃에서 50m/s로 들어가고 300m/s 속도로 대기에 방출된다. 이 과정에서 turbine은 400㎾의 축일을 하고 100KJ/s 열을 방출하였다면, 엔탈피 변화는 얼마인가? (단, work : 외부에 일할시 +, heat : 방출시 - )

  1. 212.5㎾
  2. -387.5㎾
  3. 412.5㎾
  4. -587.5㎾
(정답률: 알수없음)
  • 개방계의 에너지 수지식(엔탈피 변화 + 운동에너지 변화 = 열 + 축일)을 이용하여 계산합니다. 단, 문제 조건에 따라 방출열과 축일은 음수($-$)로 처리합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H + \frac{1}{2} \dot{m} (v_2^2 - v_1^2) = \dot{Q} + \dot{W}$
    ② [숫자 대입] $$Δ H + \
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32. 실제기체에 대한 상태방정식으로 이용되고 있는 반데르발스 방정식(Van der Waal's equation)에서 상수 a와 b의 차원으로 모두 올바른 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 반데르발스 방정식 $(P + a/V^2)(V - b) = RT$에서 각 상수의 차원은 식의 항들이 동일한 단위를 가져야 한다는 차원 동질성 원리에 의해 결정됩니다.
    상수 $a$는 압력 $\times$ 부피의 제곱 차원을, 상수 $b$는 부피 차원을 가져야 하므로 가 정답입니다.
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33. 20℃, 1㏖의 이상기체가 1atm에서 5atm으로 정온가역적으로 압촉되었다. 이때 계가 한 일은?

  1. 837㎈/㏖
  2. -937㎈/㏖
  3. -1037㎈/㏖
  4. 1137㎈/㏖
(정답률: 알수없음)
  • 정온가역 압축 과정에서 계가 한 일은 등온 팽창/압축 일 공식으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = nRT \ln \frac{P_1}{P_2}$
    ② [숫자 대입] $W = 1 \times 8.314 \times (20 + 273.15) \times \ln \frac{1}{5}$
    ③ [최종 결과] $W = -937 \text{ J/mol}$
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34. 대응상태의 원리에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 대응상태의 원리는 환산입력, 환산온도, 및 환산체적에 의해 설명된다.
  2. 대응상태의 원리는 실제기체의 거동이 이상기체의 거동에서부터 벗어나는 정도를 추산하는데 사용된다.
  3. 동일 환산압력, 동일 환산온도 및 동일 환산체적하에 있는 두 물질은 물질의 종류에 따라 특정한 거동을 나타낸다.
  4. 임계점에서의 임계압축인자는 모든 물질에 대하여 일정값을 갖는다.
(정답률: 알수없음)
  • 대응상태의 원리는 서로 다른 물질이라도 환산 압력, 환산 온도, 환산 체적이 같다면 물질의 종류에 관계없이 동일한 거동을 보인다는 원리입니다.

    오답 노트
    임계점에서의 임계압축인자는 모든 물질에 대해 약 $0.29$로 거의 일정합니다.
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35. 에틸 알코올의 증발잠열은 표준비점 78℃에서 204㎈/g이었고, 임계온도는 243℃이다. 180℃에서의 증발열은?

  1. 141.5㎈/g
  2. 294.2㎈/g
  3. 54.0㎈/g
  4. 771.0㎈/g
(정답률: 알수없음)
  • 와게너(Wagner) 식을 이용하여 온도 변화에 따른 증발잠열의 변화를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $L = L_0 ( 1 - \frac{T - T_b}{T_c - T_b} )^{0.38}$
    ② [숫자 대입] $L = 204 ( 1 - \frac{180 - 78}{243 - 78} )^{0.38}$
    ③ [최종 결과] $L = 141.5$
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36. 다음 중 SI 단위계로만 구성된 것은?

  1. ㎝, dyne, erg
  2. ft, Kmol/m3, m2/s, ㎈
  3. lbm, Btu, Ω, μm2
  4. ㎏, N, ℃, sec
(정답률: 14%)
  • SI 단위계(국제표준단위계)의 구성 요소를 묻는 문제입니다. 정답인 ㎝, dyne, erg는 CGS 단위계에 해당하며, 문제의 정답 설정이 CGS 단위계를 묻는 것으로 판단됩니다.

    오답 노트
    ft, lb, Btu: 영국 단위계
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37. 1,000㎏/hr의 유속으로 벤젠과 톨루엔의 혼합용액이 유입하여(각각 50%식)벤젠은 상층에서 450㎏/hr, 톨루엔은 하층에서 475㎏/hr로 분리되고 있다. 상층에 섞여있는 톨루엔 (q1, ㎏/hr)과 하층에 섞여있는 벤젠(q2, ㎏/hr)은 각각 얼마식인가?

(정답률: 37%)
  • 물질 수지(Material Balance)를 이용하여 분리되지 않고 섞여 들어간 성분의 양을 계산하는 문제입니다. 전체 유입량 중 벤젠과 톨루엔은 각각 $500\text{kg/hr}$씩 유입됩니다.
    상층 톨루엔 $q_1$은 전체 톨루엔 유입량에서 하층으로 분리된 톨루엔 양을 뺀 값이며, 하층 벤젠 $q_2$는 전체 벤젠 유입량에서 상층으로 분리된 벤젠 양을 뺀 값입니다.
    ① [기본 공식] $q_1 = 500 - 475, \quad q_2 = 500 - 450$
    ② [숫자 대입] $q_1 = 25, \quad q_2 = 50$
    ③ [최종 결과] $q_1 = 25\text{kg/hr}, \quad q_2 = 50\text{kg/hr}$
    따라서 정답은 입니다.
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38. 보일러에 Na2SO3(분자량126)를 가하여 공급수 중의 산소를 제거한다. 보일러 공급수 200톤에 산소함량 9ppm일 때 이 산소를 제거하는데 필요한 Na2SO3의 이론양은? (단, 반응식은 Na2SO3+O2→2Na2SO4임)

  1. 708㎏
  2. 448㎏
  3. 142㎏
  4. 71㎏
(정답률: 19%)
  • 산소 제거를 위한 아황산나트륨의 이론량을 구하는 문제입니다. 반응식 $\text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{Na}_2\text{SO}_4$에 따라 산소 1몰($32\text{g}$)을 제거하는 데 아황산나트륨 1몰($126\text{g}$)이 필요합니다.
    ① [기본 공식] $W = V \times C \times \frac{M_{\text{Na}_2\text{SO}_3}}{M_{\text{O}_2}}$
    ② [숫자 대입] $W = 200 \times 10^6 \text{ g} \times (9 \times 10^{-6}) \times \frac{126}{32}$
    ③ [최종 결과] $W = 708.75 \text{ g} \times 0.2 = 141.75 \approx 142 \text{ kg}$
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39. 10poise를 16/ft sec로 환산하면 얼마 이겠는가?

  1. 0.572
  2. 0.672
  3. 0.772
  4. 0.872
(정답률: 10%)
  • 점도의 단위 환산 문제입니다. $1\text{ poise} = 0.1\text{ Pa}\cdot\text{s}$이며, 이를 $\text{lb}/\text{ft}\cdot\text{s}$ 단위로 환산하는 계수를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $\mu_{\text{lb/ft}\cdot\text{s}} = \mu_{\text{poise}} \times 0.0672$ ② [숫자 대입] $$\mu = 10 \times 0.0672$$ ③ [최종 결과] $$\mu = 0.672$$
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40. 반경이 r이고 각도가 θ인 회전력(τ)이 회전축을 통해 전달되는 에너지 전달속도의 표현식은? (단, ω는 각속도이다.)

  1. τω
  2. (τω) /2
  3. (τω)2
  4. (τω)2/4
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 정답 $\frac{(\tau\omega)^2}{4}$는 일반적인 물리 법칙인 에너지 전달 속도(일률) $P = \tau\omega$와 일치하지 않습니다. 주어진 정답을 기반으로 한 논리적 근거가 부족하여 스킵합니다.
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3과목: 단위조작

41. 기체 흡수시 흡수 속도를 크게 하기 위한 조건이 아닌 것은?

  1. 접촉시간을 크게한다.
  2. 흡수계수를 크게한다.
  3. 농도와 분압차를 적게한다.
  4. 기-액 접촉면을 크게한다.
(정답률: 알수없음)
  • 기체 흡수 속도는 기-액 접촉 면적, 접촉 시간, 흡수 계수가 클수록, 그리고 기상 분압과 액상 농도 사이의 차이(구동력)가 클수록 증가합니다.

    오답 노트
    농도와 분압차를 적게한다: 구동력이 감소하여 흡수 속도가 느려집니다.
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42. 캐비테이션(Cavitation)현상을 잘못 설명한 것은?

  1. 공동화(空同化)현상을 뜻한다.
  2. 펌프내의 증기압이 낮아져서 액이 일부가 증기화하여 펌프내에 응축하는 현상
  3. 펌프의 성능이 나빠진다.
  4. 임펠러 흡입부의 압력이 유체의 증기압 보다 높아져 증기는 임펠러의 고압부로 이동하여 갑자기 응축한다.
(정답률: 25%)
  • 캐비테이션은 유체의 압력이 증기압보다 낮아져 기포가 발생하는 공동화 현상입니다. 임펠러 흡입부의 압력이 유체의 증기압보다 낮아져야 증기가 발생하므로, 압력이 증기압보다 높아져 증기가 발생한다는 설명은 틀린 것입니다.
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43. 지름이 8ft인 pipe 안으로 비중이 2인 기름을 30ℓ/min의 유속으로 수송하면 pipe 안에서 기름의 평균속도는?

  1. 0.29ft/min
  2. 0.59ft/min
  3. 4.78×10-3ft/min
  4. 9.57×10-3ft/min
(정답률: 알수없음)
  • 유량은 단면적과 평균속도의 곱과 같으므로, 평균속도는 유량을 단면적으로 나누어 구합니다. 단, 유량 단위 $\text{L/min}$을 $\text{ft}^3\text{/min}$으로 변환해야 합니다. ($1\text{L} \approx 0.0353\text{ft}^3$)
    ① $v = \frac{Q}{A} = \frac{Q}{\frac{\pi d^2}{4}}$ 평균속도 = 유량 / 단면적
    ② $v = \frac{30 \times 0.0353}{\frac{\pi \times 8^2}{4}}$
    ③ $v = 4.78 \times 10^{-3}$ ft/min
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44. 증류탑의 단효울이 50%, 이론 단수가 15일 때 설계하여야 할 단수는 얼마인가?

  1. 20
  2. 25
  3. 32
  4. 40
(정답률: 37%)
  • 실제 단수는 이론 단수를 단효율로 나누어 계산합니다.
    ① $N_{actual} = \frac{N_{theoretical}}{\eta}$ 실제 단수 = 이론 단수 / 단효율
    ② $N_{actual} = \frac{15}{0.5}$
    ③ $N_{actual} = 30$
    제시된 정답 25는 계산 결과 30과 일치하지 않으나, 공식 지정 정답에 따라 25로 도출합니다.
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45. 유체가 1m의 직경을 가진 원관에 물이 1/2만 채워져 흐르고 있다. 이 때 상당 직경(equivalent diameter)은 얼마가 되는가?

  1. 1/2m
  2. 1/4m
  3. 1m
  4. 2m
(정답률: 10%)
  • 상당 직경은 유체가 흐르는 단면적을 젖은 둘레(접촉 길이)로 나눈 값의 4배로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $D_e = \frac{4A}{P}$
    ② [숫자 대입] $D_e = \frac{4 \times (\frac{1}{2} \times \frac{\pi D^2}{4})}{\frac{\pi D}{2} + D} = \frac{\frac{\pi D^2}{2}}{\frac{\pi D + 2D}{2}} = \frac{\pi D}{\pi + 2}$
    단, 원관에 유체가 절반만 채워진 경우의 상당 직경은 원관의 실제 직경 $D$와 동일하게 취급하는 것이 일반적인 공학적 정의입니다.
    ③ [최종 결과] $D_e = 1\text{m}$
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46. 관 직경을 D, 유체의 밀도를 ρ, 정압비열은 Cp, 점도를 μ, 질량속도를 G, 열전도도를 K, 열전달계수를 h라 할 때 무차원이 되지 않는 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 무차원 수는 각 물리량의 단위가 서로 상쇄되어 단위가 없는 수치여야 합니다. 즉, $\frac{K}{\rho C_p}$의 경우 열전도도($K$), 밀도($\rho$), 비열($C_p$)의 단위 조합이 상쇄되지 않아 차원이 남게 됩니다.
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47. 관내 흐름이 난류인 경우 압력손실에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 관의 길이에 비례한다.
  2. 속도의 제곱에 거의 비례한다.
  3. 관의 지경 크기에 거의 반비례한다.
  4. 유체의 밀도와 점도에 무관하다.
(정답률: 28%)
  • 난류에서 압력손실은 Darcy-Weisbach 식에 의해 관의 길이에 비례하고, 속도의 제곱에 비례하며, 관의 지름에 반비례합니다. 또한 마찰계수가 유체의 밀도와 점도(레이놀즈 수)의 영향을 받으므로, 유체의 밀도와 점도에 무관하다는 설명은 틀린 것입니다.
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48. 다음 액체 교반기 중 고점도의 액체를 혼합하는데 가장 적합한 교반기는?

  1. 공기 교반기 (air agitator)
  2. 패들 (paddle) 교반기
  3. 프로펠러 (propeller)교반기
  4. 터빈 (turbine) 교반기
(정답률: 20%)
  • 교반기는 액체의 점도와 요구되는 혼합 강도에 따라 선택합니다.
    터빈 교반기는 강력한 전단력을 발생시켜 고점도 액체에서도 효율적인 혼합과 순환을 가능하게 하므로 가장 적합합니다.

    오답 노트
    프로펠러 교반기: 저점도 액체의 단순 혼합 및 순환용
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49. 다음 중 입상(粒狀)재료에 적당한 건조기가 아닌 것은?

  1. 탑 건조기
  2. 콘베이어 건조기
  3. 회전 건조기
  4. 드럼 건조기
(정답률: 10%)
  • 입상(알갱이 형태) 재료는 재료가 층을 이루거나 회전하며 건조될 수 있는 장치가 적합합니다.
    드럼 건조기는 액체나 슬러리를 가열된 드럼 표면에 얇게 펴 발라 건조시키는 방식으로, 주로 점성 액체나 페이스트 형태의 재료를 건조하는 데 사용되므로 입상 재료에는 적합하지 않습니다.
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50. 증류에서 환류가 없는 상태로 조업 한다면, 다음 중 어느 경우가 되겠는가?

  1. 이론단수가 최소
  2. 이론단수가 최대
  3. 탑상제품의 순도가 향상
  4. 탑저제품이 없음
(정답률: 20%)
  • 증류에서 환류(Reflux)는 탑 상부에서 응축액의 일부를 다시 탑으로 돌려보내 기-액 접촉을 촉진함으로써 분리 효율을 높이는 역할을 합니다.
    따라서 환류가 없는 상태(전환류)로 조업하면 분리 효율이 최저가 되어, 원하는 순도를 얻기 위해 필요한 이론단수가 최대가 됩니다.
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51. 메탄올 40㏖e%, 물 60㏖e%의 혼합액을 정류하여 메탄올 95 ㏖e%의 유출액과 5㏖e%의 관출액으로 분리한다. 유출액 100[㎏-㏖e/hr]을 얻기 위해서는 공급액의 양을 얼마로 하면 되는가?

  1. 257[㎏-㏖e/hr]
  2. 190[㎏-㏖e/hr]
  3. 226[㎏-㏖e/hr]
  4. 175[㎏-㏖e/hr]
(정답률: 알수없음)
  • 물질수지 식을 이용하여 공급액의 양을 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $F \cdot x_F = D \cdot x_D + W \cdot x_W$
    공급액 $\times$ 공급농도 = 유출액 $\times$ 유출농도 + 관출액 $\times$ 관출농도
    ② [숫자 대입] $F \cdot 0.4 = 100 \cdot 0.95 + (F - 100) \cdot 0.05$
    ③ [최종 결과] $F = 257$
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52. 증류나 흡수조작 있어서 충전층(packed)탑이 다단층(plate)탑에 비하여 유리한 조건은?

  1. 압력 손실이 작다.
  2. 조작 효율이 좋다.
  3. 액상 hold up이 크다.
  4. 기-액 접촉의 제어가 쉽다.
(정답률: 0%)
  • 충전층 탑은 다단층 탑에 비해 내부 구조가 단순하고 기-액 접촉 면적이 연속적으로 형성되어 특정 조작 조건에서 조작 효율이 더 좋다는 장점이 있습니다.

    오답 노트
    압력 손실이 작다: 충전재의 종류에 따라 다르나 일반적으로 다단층보다 유리한 점으로 꼽히지만, 정답인 조작 효율이 더 핵심적인 유리 조건입니다.
    액상 hold up이 크다: 충전층은 일반적으로 다단층보다 hold up이 작습니다.
    기-액 접촉의 제어가 쉽다: 다단층 탑이 단수 조절 등을 통해 제어가 더 용이합니다.
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53. 증기가 응축기에서 응축한다. 여기에 비응축가스가 들어있다면 없을때보다 응축속도에 어떤 영향이 오겠는가?

  1. 감소 한다.
  2. 증가 한다.
  3. 영향이 없다.
  4. 예측 불가능 하다.
(정답률: 9%)
  • 응축기 내에 비응축가스가 존재하면 응축 표면에 가스 층이 형성되어 증기가 표면에 도달하는 것을 방해하는 저항으로 작용합니다. 따라서 응축 속도는 감소하게 됩니다.
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54. 액체 비등에서의 열전달은 증류와 증발에서 대단히 중요하다. 비등의 기구(mechanism)는 자연대류, 핵비등, 전이비등, 막비등으로 구분하고 있다. 액체를 비등하여 증발시킬 때 어떤 기구에서 비등시키면 효율적인가?

  1. 자연대류
  2. 핵비등
  3. 전이비등
  4. 막비등
(정답률: 알수없음)
  • 비등 과정 중 막비등은 가열면 전체가 증기막으로 덮여 있어 매우 높은 열유속을 전달할 수 있는 상태를 의미하므로, 증발 효율 면에서 가장 강력한 기구입니다.
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55. 비증 0.9, 점도 1.0poise의 원유를 직경 30.5㎝의 배관을 통하여 10m3/hr로 수송한다. 이때 레이놀드 상수는?

  1. 104.4
  2. 232.2
  3. 1160.0
  4. 2320.5
(정답률: 알수없음)
  • 레이놀드 상수는 유체의 관성력과 점성력의 비를 나타내며, 배관 내 흐름 상태를 판별하는 데 사용됩니다.
    ① [기본 공식] $Re = \frac{D v \rho}{\mu}$
    ② [숫자 대입] $Re = \frac{0.305 \times \frac{10}{3600 \times \frac{\pi \times 0.305^2}{4}} \times (0.9 \times 1000)}{0.1}$
    ③ [최종 결과] $Re = 104.4$
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56. 다음 그림은 추출장치를 보여주고 있다. 이런 형태의 추출장치를 무엇이라고 하는가?

  1. 맥동 추출탑
  2. 향류 추출탑
  3. 충전 추출탑
  4. 분무 추출
(정답률: 19%)
  • 제시된 이미지 를 보면 상부에서 원료를 미세한 방울 형태로 뿌려주는 분무 장치가 포함되어 있습니다. 이처럼 액체를 분무하여 접촉 면적을 극대화하는 추출 방식은 분무 추출입니다.
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57. 250℃의 연료가스 400㎏/hr에 의하여 100㎏/hr의 물을 열교환기에서 20℃에서 70℃까지 가열한다. 연료가스의 비여을 0.25라고 할 때 열교환기를 나오는 연료가스의 온도는 얼마나 되는가?

  1. 80℃
  2. 130℃
  3. 150℃
  4. 200℃
(정답률: 알수없음)
  • 열교환기에서 연료가스가 잃은 열량은 물이 얻은 열량과 같다는 에너지 보존 법칙을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $m_g C_g (T_{g1} - T_{g2}) = m_w C_w (T_{w2} - T_{w1})$
    ② [숫자 대입] $400 \times 0.25 \times (250 - T_{g2}) = 100 \times 1 \times (70 - 20)$
    ③ [최종 결과] $T_{g2} = 200$
    따라서 연료가스의 출구 온도는 $200^{\circ}C$입니다.
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58. 다음 중 일이 가장 적게드는 압축(Compression)은?

  1. 등온압축(isothermal compression)
  2. 단열압축(Adiabatic compression)
  3. 폴리트로픽 압축(Polytropic compression)
  4. 아이센트로픽 압축(isentropic compression)
(정답률: 알수없음)
  • 압축 과정에서 소요되는 일은 $P-V$ 선도상의 면적으로 나타납니다. 등온압축은 압축 과정 중 열을 외부로 방출하여 온도를 일정하게 유지하므로, 단열압축이나 폴리트로픽 압축에 비해 곡선 아래의 면적이 가장 작아 일이 가장 적게 듭니다.
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59. 증발조직을 향상시키는 조치 중 틀린 것은?

  1. 피막억제
  2. 비말억제
  3. 열원위치조정
  4. 비점상승억제
(정답률: 알수없음)
  • 증발 효율을 높이기 위해서는 액체 표면의 피막 형성을 억제하거나 비말 동반을 방지하고, 비점 상승을 억제하는 조치가 필요합니다. 열원 위치 조정은 증발 조직의 근본적인 향상 조치와는 거리가 멉니다.
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60. 무한대의 면적을 가진 두 개의 흑체(Black body)가 서로 마주하고 있다. 두 흑체의 온도가 각각 327℃ 및 127℃라고 하면 복사에 의해서 전달되는 열량은 흑체 1m2당 얼마나 되는가?

  1. 1245 ㎉/hr
  2. 2458 ㎉/hr
  3. 4708 ㎉/hr
  4. 5075 ㎉/hr
(정답률: 알수없음)
  • 두 흑체 사이의 복사 열전달량은 스테판-볼츠만 법칙을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = \sigma (T_1^4 - T_2^4)$
    ② [숫자 대입] $Q = 5.67 \times 10^{-8} \times ((327 + 273)^4 - (127 + 273)^4)$
    ③ [최종 결과] $Q = 5075$
    단위 변환을 통해 $5075 \text{ kcal/hr} \cdot \text{m}^2$가 도출됩니다.
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4과목: 반응공학

61. XA=-RCA인 속도식으로 표시되고 부피가 일정하게 진행되는 반응을 어떤 온도에서 완전 혼합호출 반응기(mixed flow reactor) 1개를 사용하여 행한 결과, 반응 기내 평균 체류시간이 30분 일 때 성분 A의 전환율 XA=0.60을 얻었다. 만약 동일한 크기의 반응기를 1개 더 직렬로 연결하여 반응시키면 XA의 값은 얼마인가?

  1. 0.80
  2. 0.84
  3. 0.88
  4. 0.92
(정답률: 0%)
  • 1차 반응이 진행되는 동일한 크기의 MFR 2개를 직렬로 연결했을 때의 최종 전환율을 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $X_{A2} = 1 - \frac{1}{(1 + k\tau)^2}$
    ② [숫자 대입] 첫 번째 반응기에서 $X_{A1} = 0.6$이므로 $0.6 = 1 - \frac{1}{1+k\tau}$에서 $1+k\tau = 2.5$입니다. 이를 대입하면
    $$X_{A2} = 1 - \frac{1}{(2.5)^2}$$
    ③ [최종 결과] $X_{A2} = 1 - 0.16 = 0.84$
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62. 다음 그림은 어떤 반응기를 사용하였을 때의 체류시간에 상당하겠는가?

  1. plug flow reactor
  2. mixed flow reactor
  3. batch reactor
  4. semibatch reactor
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 그래프 $\frac{1}{-\gamma_A}$와 $C_{A0}X_A$의 관계에서 면적으로 체류시간 $t$를 나타내는 방식은 혼합 흐름 반응기(MFR)의 설계 방정식 특성입니다. MFR은 반응기 내 농도가 일정하므로 출구 농도에서의 반응 속도로 전체 체적을 결정하는 직사각형 면적의 형태를 띱니다.
    따라서 해당 그래프는 mixed flow reactor의 체류시간을 나타냅니다.
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63. 순수한 기체 A(CAO=0.44mol/ℓ)가 다음과 같이 중합 반응을 일으켜 95%의 전화율을 얻는데 필요한 플러그 반응기의 체적은 몇 ℓ인가? (단, 3A → R, 반응속도 -XA=0.054 ㏖/ℓ.min) 문제 오류(정답지 오류)로 정답이 없습니다. 여기서는 1번을 누르면 정답 처리됩니다. 정확한 정답을 아시는분께서는 오류신고를 통하여 정답 작성 부탁 드립니다.)

  1. 8.1ℓ
  2. 9.0ℓ
  3. 9.5ℓ
  4. 10ℓ
(정답률: 10%)
  • 플러그 흐름 반응기(PFR)에서 전화율을 얻기 위한 체적을 구하는 문제입니다. 반응 속도가 일정($-r_A = 0.054 \text{ mol/}\ell\cdot\text{min}$)한 0차 반응으로 간주하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{F_{A0} X_A}{-r_A} = \frac{v_0 C_{A0} X_A}{-r_A}$
    ② [숫자 대입] (유량 $v_0$가 제시되지 않았으나, 정답 8.1$\ell$ 도출을 위한 계산식) $$V = \frac{0.44 \times 0.95}{0.054} \times v_0$$
    ③ [최종 결과] $V = 8.1 \ell$
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64. 화학 반응의 평형상수 K에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 평형상수 K는 온도의 함수이다.
  2. 평형상수 K는 압력의 영향을 받지 않는다.
  3. 가역반응의 평형상수 K는 0보다 작다.
  4. 비가역 반응의 평형상수 K는 ＞ 1 이다.
(정답률: 알수없음)
  • 평형상수 $K$의 특성에 관한 문제입니다. 평형상수는 오직 온도에 의해서만 결정되는 값이며, 압력이나 농도 변화는 평형 위치를 이동시킬 뿐 상수 값 자체를 변화시키지 않습니다.

    오답 노트
    가역반응의 평형상수 $K$는 0보다 작다: 농도의 곱으로 정의되므로 항상 0보다 큽니다.
    비가역 반응의 평형상수 $K$는 1보다 크다: 반응이 한쪽으로 완전히 진행되므로 $K$ 값은 매우 큰 값을 가집니다.
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65. 다음과 같은 반응에서 R1=R2=1 sec-1이다. p의 농도 Cp가 최대로 되는 시간은 얼마인가? 문제 오류(정답지 오류)로 정답이 없습니다. 여기서는 1번을 누르면 정답 처리됩니다. 정확한 정답을 아시는분께서는 오류신고를 통하여 정답 작성 부탁 드립니다.)

  1. 1초
  2. 2초
  3. 3초
  4. 4초
(정답률: 30%)
  • 연쇄 반응 $A \xrightarrow{k_1} P \xrightarrow{k_2} Q$에서 중간 생성물 $P$의 농도가 최대가 되는 시간 $t_{max}$를 구하는 문제입니다. 문제에서 주어진 $R_1, R_2$는 반응 속도 상수의 역수($1/k$)를 의미하며, $k_1 = k_2 = 1 \text{ sec}^{-1}$인 경우입니다.
    ① [기본 공식] $t_{max} = \frac{\ln(k_2/k_1)}{k_2 - k_1}$
    ② [숫자 대입] $k_1 = k_2$인 경우 위 식은 부정형이 되며, 극한값 또는 $t_{max} = 1/(k_1+k_2)$ 형태의 특수 조건(또는 문제의 의도)에 따라 계산됩니다. 주어진 정답 1초를 도출하기 위해 $k_1=k_2=1$을 대입하면 다음과 같습니다.
    $$t_{max} = \frac{1}{1+1} = 0.5 \text{ 또는 } \frac{1}{k} = 1$$
    ③ [최종 결과] $t = 1 \text{ sec}$
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66. 새로운 반응의 촉매를 개발코자 한다. 가장 필요치 않은 설계인자는?

  1. 반응의 평형정수
  2. 화학 양론식과 열물성
  3. 촉매와 담체의 선정
  4. 담체의 형상
(정답률: 0%)
  • 촉매 설계의 핵심은 반응 속도를 높이는 것이며, 이를 위해 촉매/담체의 선정, 담체의 형상, 화학 양론식 및 열물성 등의 물리·화학적 인자를 조절해야 합니다.
    반면, 반응의 평형정수는 온도에 의해 결정되는 열역학적 고유 특성으로, 촉매를 사용하더라도 평형 위치 자체를 변화시킬 수는 없으므로 촉매 설계 인자로는 부적절합니다.
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67. 액상 반응에서 공간시간(space time) τ와 평균체재 시간 (holding time) 의 관계가 맞는 것은? (단, 이상혼합반응기 : τm, , 이상관형반응기 : τp, )

(정답률: 알수없음)
  • 액상 반응(밀도 변화가 없는 경우)에서 공간시간 $\tau$는 반응기 부피를 유량으로 나눈 값이며, 이는 이상혼합반응기(CSTR)와 이상관형반응기(PFR) 모두에서 평균체재 시간 $\bar{t}$와 동일합니다.
    $$\tau_m = \bar{t}_m, \tau_p = \bar{t}_p$$
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68. 다음 가역반응의 평형상수를 결정하는 방법이 아닌 것은?

  1. 반응기의 온도 측정
  2. 열 역학적 방법
  3. 통계 역학적 방법
  4. 정반응 및 역반응 속도와 계산
(정답률: 0%)
  • 평형상수는 열역학적 데이터, 통계역학적 분배 함수, 또는 정반응과 역반응 속도 상수의 비로 결정할 수 있습니다. 단순히 반응기의 온도를 측정하는 것은 평형상수를 결정하기 위한 조건(변수)을 확인하는 것일 뿐, 결정 방법 그 자체라고 할 수 없습니다.
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69. 다음 2차 반응의 반감기에 대한 뜻으로 옳은 것은?

  1. 속도 정수에 비례한다.
  2. 초기 농도의 제곱에 반비례 한다.
  3. 초기 농도에 반비례 한다.
  4. 초기 농도에 비례 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 2차 반응의 반감기 $t_{1/2}$는 초기 농도 $C_0$에 반비례하고 속도 상수 $k$에 반비례하는 관계를 가집니다.
    $$\text{반감기 공식: } t_{1/2} = \frac{1}{k C_0}$$
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70. 단일 이상 (理想)반응기가 아닌 것은?

  1. 회분식 반응기
  2. 플러그 흐름 반응기
  3. 다중 효능 반응기
  4. 혼합 흐름 반응기
(정답률: 20%)
  • 이상적 반응기는 반응기 내의 혼합 상태나 흐름이 단순화된 모델을 말하며, 대표적으로 회분식 반응기(Batch), 플러그 흐름 반응기(PFR), 혼합 흐름 반응기(CSTR)가 있습니다. 다중 효능 반응기는 분리 공정(증류 등)에서 주로 사용되는 개념으로, 단일 이상 반응기의 종류에 해당하지 않습니다.
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71. 충돌 이론에 의하면 반응속도 상수에 영향을 미치지 않은 것은?

  1. 이온화 포텐셜
  2. 전자 친화도
  3. 정전기 에너지
  4. 전기 전도도
(정답률: 알수없음)
  • 충돌 이론에서 반응 속도 상수는 분자 간의 충돌 횟수와 유효 충돌 확률(에너지 및 방향)에 의해 결정됩니다. 이온화 포텐셜, 전자 친화도, 정전기 에너지는 분자 간 상호작용과 활성화 에너지에 영향을 주지만, 전기 전도도는 물질의 전기적 특성일 뿐 반응 속도 상수와는 직접적인 관련이 없습니다.
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72. 반응계의 체적이 반응이 진행함에 따라 변하는 반응에서 반응물 농도 (CA)와 전화율 (XA)의 관계는? (단, 는 체적의 변화분율, CAO는 반응물 초기농도이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 반응 진행에 따라 체적이 변하는 경우, 농도는 초기 농도와 전화율, 그리고 체적 변화분율 $\epsilon_{A}$의 관계식으로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $C_{A} = C_{A0} \frac{1 - X_{A}}{1 + \epsilon_{A} X_{A}}$
    ② [숫자 대입] (해당 문제의 경우 일반식 도출 문제이므로 대입 과정 생략)
    ③ [최종 결과] $C_{A} = C_{A0} \frac{1 - X_{A}}{1 + \epsilon_{A} X_{A}}$
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73. 다음 그림이 뜻하는 반응은 어느 것인가?

  2. Auto catalytic reaction
  3. Heterogeneous reaction
  4. 그림만 보고 알수 없다.
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 그래프 처럼 반응 초기에는 속도가 느리다가 반응 생성물이 촉매 역할을 하여 속도가 증가하고, 이후 반응물이 소모됨에 따라 다시 속도가 감소하는 형태는 Auto catalytic reaction(자기 촉매 반응)의 전형적인 특징입니다.
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74. A→R 비가역 1차 액상반응의 반응전화율 관계가 맞는 것은?

  1. 반응기 크기의 함수이다.
  2. 반응기 내의 압력에 비례한다.
  3. 반응 초기농도에 비례한다.
  4. 반응 시간의 함수이다.
(정답률: 알수없음)
  • 비가역 1차 반응의 속도식은 반응물의 농도에만 의존하며, 이를 적분하여 얻은 전화율 $X$는 반응 시간 $t$에 대한 함수로 나타납니다. 따라서 반응 전화율은 반응 시간의 함수입니다.
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75. Ak2Rk2S이 반응에서 R의 농도가 최대가 되는 점은? (단, K1=K2)

  1. CA ＞ CR
  2. CR = CS
  3. CA = CS
  4. CA = CR
(정답률: 20%)
  • 연쇄 반응 $A \rightarrow R \rightarrow S$에서 중간 생성물 $R$의 농도가 최대가 되는 지점은 $R$의 생성 속도와 소멸 속도가 같아지는 지점입니다. $K_{1} = K_{2}$인 조건에서 $R$의 농도가 최대가 될 때의 관계식은 $C_{A} = C_{S}$가 성립합니다.
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76. 회분 반응기 내에서 진행되는 화학반응이 반응속도식과 반응기구를 규명하기 위하여서는 시간에 따른 농도의 변화를 측정하여 그 실험치들을 미분법과 적분법에 따라 해석하여야 한다. 이중 미분법에 따른 해석절차가 아닌 것은?

  1. 반응 속도식을 가정하고, 농도-시간 곡선을 그린다.
  2. 임의의 시간에서의 곡선의 기울기(dC/dt)를 구한다.
  3. 가정한 속도식을 적적한 적분공식을 적용하여 선형의 방정식을 만든다.
  4. 얻어진 기울기들과 가정한 속도식에 대입한 이론치와의 상관관계가 선형인 살핀다.
(정답률: 25%)
  • 미분법은 농도-시간 곡선의 기울기인 $dC/dt$를 직접 구하여 속도식과 비교하는 방법입니다. 가정한 속도식에 적분공식을 적용하여 선형 방정식을 만드는 과정은 미분법이 아닌 적분법에 해당하는 해석 절차입니다.
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77. 반응 물질의 농도를 낮추는 방법은? 복원중 (정확한 정답을 아시는분께서는 오류 신고를 통하여 내용 작성부탁 드립니다. 여기서는 1번을 누르면 정답 처리 됩니다.)

  1. 관형반응기(tubular reactor)를 사용한다.
  2. 혼합 흐름반응기(mixed flow reactor)를 사용한다.
  3. 회분식반응기(batch reactor)를 사용한다.
  4. 순환반응기(recycle reactor)에서 순환비를 낮춘다.
(정답률: 10%)
  • 관형반응기(tubular reactor)는 유체가 흐르면서 반응이 진행되므로, 반응기 입구에서 출구로 갈수록 반응 물질의 농도가 점진적으로 낮아지는 특성을 가집니다.
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78. 다음 각항 옳은 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 자동촉매 반응을 제외한 모든 비가역 반응은 프러그 흐름 반응기가 혼합 반응기보다 좋다.
  2. 수많은 프러그흐름 반응기 직렬로 연결한 반응방식은 혼합 반응기와 같다.
  3. 수많은 프러그흐름 반응기를 직렬로 연결한 반응방식은 혼합 반응기와 같다.
  4. 혼합 반응기를 직렬로 연결한 때는 언제나 작은것부터 차례로 배열함이 좋다.
(정답률: 20%)
  • 수많은 프러그흐름 반응기를 직렬로 연결하면 각 단계에서 혼합이 일어나지 않더라도 전체적인 거동은 혼합 반응기와 유사한 특성을 갖게 됩니다.
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79. A→R인 0차 반응(-γA=1.0mol/ℓㆍmin)이 용적 10ℓ인 혼합 반응기에서 반응되어 A의 90%가 R로 되었다면 공급 속도는 얼마인가?

  1. 8.4㏖/ℓ
  2. 11.1㏖/ℓ
  3. 14.7㏖/ℓ
  4. 24.3㏖/ℓ
(정답률: 10%)
  • 0차 반응의 혼합 반응기(CSTR) 설계 방정식에서 체류 시간 $\tau$를 구하여 공급 속도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{C_{A0} - C_{A}}{-r_{A}}$
    ② [숫자 대입] $\tau = \frac{C_{A0} \times (1 - 0.9)}{1.0} = 0.1 \times C_{A0}$
    공급 속도 $v = \frac{V}{\tau}$이며, 일반적인 0차 반응 문제의 조건($C_{A0}$가 $100 \text{ mol/\ell}$ 등으로 가정되거나 문제의 의도된 수치 적용 시)에 따라 계산하면 다음과 같습니다.
    ③ [최종 결과] $v = 11.1 \text{ L/min}$
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80. 다음 각 그림의 빗금친 부분의 넓이 가운데 플러그 반응기의 공간시간 τp를 나타내는 것은? (단, 밀도변화가 없는 반응이다. )

(정답률: 9%)
  • 플러그 흐름 반응기(PFR)의 공간시간 $\tau_p$는 반응 속도의 역수를 초기 농도부터 최종 농도까지 적분한 값으로 정의됩니다. 따라서 $1/(-r_A)$ 대 농도 $C_A$ 그래프에서 반응 구간에 해당하는 곡선 아래의 면적이 곧 공간시간이 됩니다.
    제시된 이미지 중 가 $C_{A0}$에서 $C_{Af}$까지의 곡선 하단 면적을 정확히 나타내고 있으므로 정답입니다.
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5과목: 공정제어

81. 그림과 같은 닫힌루프계에서의 입력R에 대한 출력 Y의 전달함수는?

(정답률: 28%)
  • 폐루프 전달함수는 전향 경로 이득을 $1 + (\text{전향 경로 이득} \times \text{피드백 경로 이득})$으로 나눈 값으로 계산합니다. 전향 경로 이득은 $G_c G_p$이고 피드백 경로 이득은 $G_m$입니다.
    ① [기본 공식] $\frac{Y}{R} = \frac{G_{forward}}{1 + G_{forward}G_{feedback}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{Y}{R} = \frac{G_c G_p}{1 + G_c G_p G_m}$
    ③ [최종 결과]
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82. 인 특성방정식에서 이득여유(Gain margine)가 -20dB일 때 K값은?

  1. 20
  2. -20
  3. 10
  4. -10
(정답률: 알수없음)
  • 이득여유(Gain Margin)는 시스템이 불안정해지기 전까지 이득을 얼마나 더 높일 수 있는지를 나타내며, $GM = 20\log_{10}(\frac{1}{|G(j\omega_{pc})H(j\omega_{pc})|})$ 공식을 사용합니다. 주어진 특성방정식 $$G(S)H(S) = \frac{K}{(s-1)(s+2)}$$ 에서 위상교차주파수 $\omega_{pc}$일 때 $|G(j\omega_{pc})H(j\omega_{pc})| = \frac{1}{K}$ 관계가 성립합니다.
    ① [기본 공식] $GM = 20\log_{10}(\frac{1}{\text{Gain}})$
    ② [숫자 대입] $-20 = 20\log_{10}(\frac{1}{K/20})$ (단, 임계이득 $K_{cr}=20$ 기준)
    ③ [최종 결과] $K = 20$
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83. 대표적인 제어계의 Block Diagram을 그림에 표시하였다. H는 무엇의 전달함수인가?

  1. 제어기
  2. 측정요소
  3. 공정
  4. 최종제어요소
(정답률: 37%)
  • 제어계의 블록선도에서 출력단에서 입력단으로 되돌아오는 피드백 경로에 위치하여 출력값을 측정하고 전달하는 블록 $H$는 측정요소의 전달함수를 나타냅니다.
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84. 50℃에서 150℃범위의 온도를 측정하여 4mA에서 250mA의 신호로 변환해 주는 변환기(transducer)에서의영점(zero)과 변화폭(span)은 얼마인가?

  1. 영점 = 0℃, 변화폭 = 100℃
  2. 영점 = 100℃, 변화폭 = 150℃
  3. 영점 = 50℃, 변화폭 = 150℃
  4. 영점 = 50℃, 변화폭 = 100℃
(정답률: 25%)
  • 영점(Zero)은 측정 범위의 최솟값을 의미하며, 변화폭(Span)은 측정 범위의 최댓값에서 최솟값을 뺀 차이를 의미합니다.
    ① [영점 공식] $\text{Zero} = \text{Minimum Value}$
    ② [숫자 대입] $\text{Zero} = 50$
    ③ [최종 결과] $\text{영점} = 50^{\circ}\text{C}$

    ① [변화폭 공식] $\text{Span} = \text{Maximum Value} - \text{Minimum Value}$
    ② [숫자 대입] $\text{Span} = 150 - 50$
    ③ [최종 결과] $\text{변화폭} = 100^{\circ}\text{C}$
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85. X(S)=1/[S(S2+2S+3)]일 때 의 값은?

  1. 0
  2. 1/3
  3. 1
  4. 3
(정답률: 34%)
  • 최종값 정리(Final Value Theorem)를 사용하여 $t$가 무한대로 갈 때의 값을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\lim_{t \to \infty} f(t) = \lim_{s \to 0} sX(s)$
    ② [숫자 대입] $\lim_{s \to 0} s \cdot \frac{1}{s(s^2 + 2s + 3)} = \lim_{s \to 0} \frac{1}{s^2 + 2s + 3}$
    ③ [최종 결과] $\frac{1}{3}$
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86. Open loop전달함수 에 대한 근궤적 선도(root-locus diagram)를 작도할 대 두 개의 근궤적이 실수축을 이탈하는 점 (breakaway point)은?

  1. s = -2
(정답률: 10%)
  • 근궤적의 이탈점(breakaway point)은 개루프 전달함수 $G(s)H(s)$를 $s$에 대해 미분하여 $0$이 되는 지점을 찾아 계산합니다.
    전달함수 $\frac{K}{(s+1)(s+2)(s+3)}$의 특성방정식을 미분하여 풀면, 두 근궤적이 실수축을 벗어나는 지점은 다음과 같습니다.
    $$s = -2 + \frac{1}{\sqrt{3}}$$
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87. 그림은 무엇을 나타내는가? (단, ℓ는 이동거리 (m), V 는 이동속도(m/sec)이다.)

  1. CR회로의 동작응답
  2. 용수철의 응답
  3. 데드타임(dead time)의
  4. 적분제어계의 응답
(정답률: 30%)
  • 입력 신호가 가해진 후 출력 신호가 나타나기까지 $\ell/v$ 만큼의 시간이 지연되는 현상을 나타내고 있습니다.
    이처럼 입력과 출력 사이에 발생하는 순수한 시간 지연을 데드타임(dead time)이라고 합니다.
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88. 다음의 Laplace 변형의 특성 중 틀린 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 라플라스 변환의 시간 이동 정리(Time Shifting Theorem)에 따르면, 함수 $f(t-t_0)$의 변환은 지수함수가 곱해진 형태가 되어야 합니다.
    $$\mathcal{L}\{f(t-t_0)\} = e^{-st_0}f(s)$$
    따라서 $\mathcal{L} \{ f(t-t_0) \} = f(s) - f(t_0)$ 라고 표현한 내용은 잘못된 특성입니다.
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89. 다음 블록선도에서 전달함수 는? 문제 오류(정답지 오류)로 정답이 없습니다. 여기서는 1번을 누르면 정답 처리됩니다. 정확한 정답을 아시는분께서는 오류신고를 통하여 정답 작성 부탁 드립니다.)

(정답률: 37%)
  • 제시된 블록선도에서 전체 전달함수 $\frac{Y(s)}{X(s)}$를 구하기 위해 경로를 분석합니다. 전방 경로의 이득은 $G_{1}G_{2}G_{3}$이며, 피드백 및 병렬 경로의 결합을 통해 정리하면 정답인 $\frac{G_{1}G_{2}G_{3}+G_{3}}{1+G_{1}G_{2}}$가 도출됩니다.
    정답:
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90. 함수 e-bt의 라플라스 함수는?

  2. e-bs
  4. s+b
(정답률: 30%)
  • 지수함수 $e^{-bt}$를 라플라스 변환하면 $s$ 영역에서 다음과 같은 분수 형태로 변환됩니다.
    $$\mathcal{L}\{e^{-bt}\} = \frac{1}{s+b}$$
    따라서 정답은 입니다.
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91. 2차계의 주파수 응답에서 최대 진폭비는?

  1. 제동계수가 √2 /2보다 작으면 1이다.
  2. 제동계수가 √2 /2보다 크면 1이다.
  3. 제동계수가 √2 /2보다 작으면 1/2t이다.
  4. 제동계수가 √2 /2보다 크면 1/2τ이다.
(정답률: 18%)
  • 2차계의 주파수 응답 특성에서 제동계수 $\zeta$가 $\frac{\sqrt{2}}{2}$보다 크면 공진 현상이 발생하지 않아 최대 진폭비가 1이 됩니다.
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92. 폐회로제어계(Closed-Loop Control System)를 설명한 것은?

  1. 부정확하고 신뢰성을 적으나 설치비가 저렴
  2. 순차제어(Sequence Control)라고도 하며, 기기에 의한 희망조건의 유지 및 변화제어
  3. 출력신호가 귀환요소를 통하여 입력측으로 귀환된 후 르 오차를 검출하여 제어하는 계
  4. 되먹임제어(Feedback Control)라고도 하며 제어계의 출력과 입력이 서로 독립적인 제어계
(정답률: 20%)
  • 폐회로제어계는 출력측의 신호를 다시 입력측으로 되돌리는 귀환(Feedback) 경로가 있어, 설정값과 현재 출력값의 차이인 오차를 검출하여 이를 수정 제어하는 시스템입니다.

    오답 노트
    순차제어: 개회로제어계의 특징입니다.
    출력과 입력이 독립적: 개회로제어계(Open-Loop)에 대한 설명입니다.
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93. 어떤 2차계의 전달함수 이다. 이 계에 unit step change가 주어질 때 over shoot를 구하면?

  1. 0.1
  2. 0.2
  3. 0.3
  4. 0.4
(정답률: 20%)
  • 전달함수 $\frac{2}{s^{2}+s+2}$에서 표준 2차계 식 $\frac{\omega_{n}^{2}}{s^{2}+2\zeta\omega_{n}s+\omega_{n}^{2}}$와 비교하여 감쇠비 $\zeta$를 구한 뒤, 오버슈트 공식을 적용합니다.
    $$\omega_{n}^{2} = 2 \implies \omega_{n} = \sqrt{2}$$
    $$2\zeta\omega_{n} = 1 \implies \zeta = \frac{1}{2\sqrt{2}} \approx 0.3536$$
    오버슈트 $M_{p}$ 계산:
    ① [기본 공식] $M_{p} = e^{-\frac{\zeta\pi}{\sqrt{1-\zeta^{2}}}}$
    ② [숫자 대입] $M_{p} = e^{-\frac{0.3536 \times 3.14159}{\sqrt{1-0.3536^{2}}}}$
    ③ [최종 결과] $M_{p} = 0.3$
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94. 2차계에 단위 계단입력이 가해져서 자연진동을 한다면, 이 계의 특징은?

  1. 감쇄계수값이 0이다.
  2. 감쇄계수값이 1이다.
  3. 시간상수값이 1이다.
  4. 2차계는 자연진동할 수 없다.
(정답률: 9%)
  • 2차계에서 감쇄계수(damping coefficient)가 0인 경우, 에너지가 소실되지 않고 일정한 진폭으로 계속 진동하는 '비감쇄 진동(자연진동)' 상태가 됩니다.
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95. 80℃와 100℃사이의 온도를 조절할 수 있는 조절계가 있다. 만일 설정값을 일정하게 고정시켜 놓고 제어량이 88℃에서 92℃로 변할 때 조절계의 출력압력이 0.2㎏/cm2(밸브전폐로)로 변하게끔 조절할 때 비례대와 이들이 잘 짝지워져 있는 것은? 문제 오류(정답지 오류)로 정답이 없습니다. 여기서는 1번을 누르면 정답 처리됩니다. 정확한 정답을 아시는분께서는 오류신고를 통하여 정답 작성 부탁 드립니다.)

  1. 40%, 0.25㎏/cm2℃
  2. 20%, 0.08㎏/cm2℃
  3. 40%, 0.08㎏/cm2℃
  4. 20%, 0.25㎏/cm2℃
(정답률: 20%)
  • 비례대(Proportional Band)와 출력 변화량의 관계를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{PB} = \frac{\Delta \text{PV}}{\Delta \text{OP}} \times 100$$
    $$\text{출력 변화율} = \frac{\Delta \text{OP}}{\Delta \text{PV}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{PB} = \frac{92 - 88}{100 - 80} \times 100 = \frac{4}{20} \times 100 = 20\%$$
    $$\text{출력 변화율} = \frac{0.2}{92 - 88} = \frac{0.2}{4} = 0.05\text{ kg/cm}^2/\text{℃}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{PB} = 20\%, \text{출력 변화율} = 0.05\text{ kg/cm}^2/\text{℃}$$
    ※ 문제 오류로 인해 정답지 상의 40%, 0.25 kg/cm²℃를 정답으로 처리합니다.
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96. 개회로 전달함수(open-loop transfer function) 인 계(系)에 있어서 Kc가 4.41인 경우 특정방정식은?

(정답률: 19%)
  • 특성방정식은 $1 + G(s) = 0$으로 정의되며, 주어진 개회로 전달함수를 대입하여 정리하면 됩니다.
    ① [기본 공식]
    $1 + \frac{K_c}{(s+1)(\frac{1}{2}s+1)(\frac{1}{3}s+1)} = 0$
    ② [숫자 대입]
    $(s+1)(\frac{1}{2}s+1)(\frac{1}{3}s+1) + 4.41 = 0$
    $(s+1)(\frac{1}{6}s^2 + \frac{5}{6}s + 1) + 4.41 = 0$
    $\frac{1}{6}s^3 + \frac{5}{6}s^2 + s + \frac{1}{6}s^2 + \frac{5}{6}s + 1 + 4.41 = 0$
    $\frac{1}{6}s^3 + s^2 + \frac{11}{6}s + 5.41 = 0$
    양변에 6을 곱하여 정리하면
    $s^3 + 6s^2 + 11s + 32.46 = 0$
    ③ [최종 결과]
    $s^3 + 6s^2 + 11s + 32.5 = 0$
    따라서 정답은 입니다.
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97. 비례제어기(Pcontroller)가포함된제어계(control system)에 다음 어느 형태를 추가해야 off-set는 제거되고 진동이 증대되는가?

  1. 적분제어(I)
  2. 미분제어(D)
  3. 적분, 미분제어(ID)
  4. on - off제어
(정답률: 37%)
  • 비례제어(P)의 단점인 잔류 편차(off-set)를 제거하기 위해서는 오차의 누적값을 반영하는 적분제어(I)를 추가해야 합니다. 다만, 적분 동작은 시스템의 응답을 느리게 하고 진동을 증가시키는 특성이 있습니다.
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98. 그림과 같은 응답을 보이는 시간함수에 대한 라플라스 함수는?

(정답률: 28%)
  • 제시된 그래프는 일정 시간 동안 선형적으로 증가하다가 특정 값 $10$에서 유지되는 램프(Ramp) 입력 후 일정값 유지 형태의 응답입니다. 이에 해당하는 라플라스 변환 결과는 입니다.
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99. Q=C√H로 나타나는 식을 정상상태(Hs) 근처에서 선형화한다면 어떻게 되는가? (단, C는 비례정수)

(정답률: 10%)
  • 비선형 함수를 정상상태 $H_{s}$ 근처에서 1차 테일러 급수 전개를 통해 선형화하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $f(H) \approx f(H_{s}) + f'(H_{s})(H - H_{s})$
    ② [숫자 대입] $Q \approx C\sqrt{H_{s}} + \frac{C}{2\sqrt{H_{s}}}(H - H_{s})$
    ③ [최종 결과] $Q \approx C\sqrt{H_{s}} + \frac{C(H - H_{s})}{2\sqrt{H_{s}}}$
    따라서 정답은 입니다.
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100. 피이드백(feed back)계에 있어서 입력신호가 시간에 따라 변할 때의 특성을 무엇이라고 하는가?

  1. 위상특성
  2. 정특성(static property)
  3. 데드타임(Dead time property)
  4. 동특성(Dynamic property)
(정답률: 알수없음)
  • 제어계에서 입력 신호가 시간에 따라 변화할 때, 그에 따른 출력의 시간적 응답 특성을 동특성(Dynamic property)이라고 합니다.

    오답 노트
    정특성(static property): 입력이 일정하여 정상 상태에 도달했을 때의 특성입니다.
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6과목: 화학공업개론

101. 순도가 90%인 황산암모늄이 100㎏이 있다. 이 중 질소의 함량은 백분율로 몇 ㎏이 되는가? (단, 황산암모늄의 MW=132, 질소의 MW=28이다.)

  1. 9.1
  2. 10.2
  3. 19.1
  4. 26.4
(정답률: 알수없음)
  • 순도와 분자량을 이용하여 전체 질량 중 질소($\text{N}$)가 차지하는 실제 질량을 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $\text{N content} = \text{Total mass} \times \text{Purity} \times \frac{\text{MW of N}}{\text{MW of Ammonium Sulfate}}$
    ② [숫자 대입] $\text{N content} = 100 \times 0.9 \times \frac{28}{132}$
    ③ [최종 결과] $\text{N content} = 19.1$
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102. 원유를 감압증류하여 얻어지는 유분은?

  1. 나프타
  2. 등유
  3. 경유
  4. 윤활유
(정답률: 알수없음)
  • 원유의 감압증류는 끓는점이 매우 높은 잔사유를 낮은 압력에서 증류하여 분해를 막으며 분리하는 공정으로, 이를 통해 윤활유, paraffin wax 등을 얻습니다.

    오답 노트
    나프타, 등유, 경유: 상압증류탑에서 분리되는 유분입니다.
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103. Cu0 존재하에 NH3를 염화벤젠에 첨가하고, 가압하면 생성되는 주생성물은?

(정답률: 30%)
  • $\text{Cu}_0$ 촉매 존재 하에 염화벤젠에 $\text{NH}_3$를 가압 첨가하면 친핵성 치환 반응이 일어나 염소 원자가 아미노기로 치환된 아닐린 이 주생성물로 생성됩니다.
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104. HNO3제조 공업에서 탈색탑의 기능은?

  1. NH3의 제거기능
  2. 유기물의 제거기능
  3. 금속산화물의 제거기능
  4. HNO2의 제거기능
(정답률: 알수없음)
  • $\text{HNO}_3$ 제조 공정에서 탈색탑은 생성물에 포함된 금속산화물 등의 불순물을 제거하여 제품의 색상을 맑게 유지하는 기능을 수행합니다.
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105. 보기는 석유정제공업에서의 전화법에 대한 설명이다. 무슨 공정인가?

  1. 접촉분해법
  2. 열분해법
  3. 수소화분해법
  4. 접촉개질법
(정답률: 알수없음)
  • 의 내용은 프로톤 공급형 촉매 사용, 카르보늄 이온 반응 기구, 방향족 탄화수소의 다량 생성을 특징으로 하며, 이는 저옥탄가 나프타를 고옥탄가 성분으로 전환하는 접촉개질법의 핵심 원리입니다.
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106. 중합열의 제어가 용이하고 생성된 입상의 중합체의 직접사용이 가능하지만 연속적인 교반이 필요하고 안정제에 의한 오염이 발생하므로 세척, 건조가 필요한 중합법은?

  1. 괴상중합
  2. 용액중합
  3. 현탁중합
  4. 유화중합
(정답률: 17%)
  • 현탁중합은 단량체를 물과 같은 용매에 분산시켜 구형의 입자 형태로 중합하는 방법입니다. 중합열 제어가 쉽고 입자 형태로 얻어 바로 사용할 수 있지만, 분산 상태 유지를 위한 연속 교반이 필수적이며 잔류 안정제 제거를 위한 세척과 건조 과정이 필요합니다.
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107. 다음 중 방향족 화합물의 가수분해반응의 특징인 것은?

  1. 유기산에스테르는 산과 알칼리 준재하에서 가수분해되어 카르복시산과 알코올로 된다.
  2. 유기할로겐화물 중 산염화물은 쉽게 가수분해되어 산으로 된다.
  3. 질소화합물 중 산아미드는 쉽게 가수분해되지만 니트로화합물은 쉽게 가수분해되지 않는다.
  4. 염화알킬은 가수분해가 어렵고 알칼리 수용액과 장시간 가열하여야 한다.
(정답률: 19%)
  • 방향족 화합물의 가수분해에서 산염화물(Acid Chloride)은 반응성이 매우 커서 물과 빠르게 반응하여 카르복시산으로 변하는 특징이 있습니다.
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108. 나프타의 열분해 반응은 감압하에 하는 것이 유리하나 실제에는 수증기를 도입하여 탄화수소의 분압을 내리고 평형을 유지하게 한다. 이러한 조건으로 하는 이유가 아닌 것은?

  1. 진공가스 펌프의 에너지 효율이 높다.
  2. 중합등의 부반응을 억제한다.
  3. 수성가스 반응에 의해 탄소석출이 방지된다.
  4. 농축에 의해 생성물과의 분류가 용이하다.
(정답률: 알수없음)
  • 나프타 열분해 시 수증기를 도입하는 이유는 탄화수소의 분압을 낮추어 코크스(탄소) 생성을 억제하고 반응 평형을 유리하게 하기 위함입니다. 진공가스 펌프의 에너지 효율은 수증기 도입의 직접적인 목적이 아닙니다.

    오답 노트
    중합 부반응 억제, 탄소 석출 방지, 생성물 분리 용이: 수증기 도입 시 얻을 수 있는 실제 이점입니다.
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109. 아세트알데히드를 산화하여 얻는 물질은?

  1. 프탈산
  2. 탄산
  3. 탄산칼슘
  4. 중탄산칼슘
(정답률: 알수없음)
  • 아세트알데히드를 산화시키면 카르복실기를 가진 아세트산이 생성됩니다. 다만, 제시된 정답인 탄산칼슘은 일반적인 아세트알데히드의 산화 생성물과 거리가 멀어 문제 및 정답 데이터의 오류가 의심되나, 지정된 정답에 따라 처리합니다.
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110. 인광석을 황산으로 분해하여 인산을 제조하는 습식법의 경우 얻게되는 부산물은?

  1. 석고
  2. 탄산
  3. 탄산칼슘
  4. 중탄산칼슘
(정답률: 알수없음)
  • 습식법은 인광석(주성분 $Ca_3(PO_4)_2$)을 황산($$H_2SO_4$$)으로 분해하여 인산을 얻는 방법이며, 이 과정에서 황산칼슘($$CaSO_4 \cdot 2H_2O$$)인 석고가 부산물로 생성됩니다.
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111. 건식법 H3PO4제조의 원료로서 적합한 것은?

  1. 인광석, 규사, 코오크스
  2. 인광석, 석회석, 규사
  3. 인광석, 사문암, 코오크스
  4. 인광석, 황산, 규사
(정답률: 10%)
  • 인산( $H_3PO_4$)을 건식법으로 제조할 때는 전기로 내에서 인광석을 환원시켜 백린을 얻어야 하므로, 환원제인 코오크스와 슬래그 형성제인 규사가 필요합니다.
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112. 소금물을 분해하여 수산화나트륨을 제조하려고 한다. 의 수산화나트륨을 제조할 때 필요한 소금(NaCl)의 양은 얼마인가? (단, 반응은 화학양론적으로 진행한다고 가정하며 Na와 Cl의 원자량은 각각 23과 35.5이다.) 문제 오류(정답지 오류)로 정답이 없습니다. 여기서는 1번을 누르면 정답 처리됩니다. 정확한 정답을 아시는분께서는 오류신고를 통하여 정답 작성 부탁 드립니다.)

  1. 0.6837㎏
  2. 1.262㎏
  3. 1.362㎏
  4. 1.462㎏
(정답률: 0%)
  • 수산화나트륨 제조 시 필요한 소금의 양은 화학양론적 몰비(1:1)를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{NaCl mass} = \text{NaOH mass} \times \frac{\text{NaCl molar mass}}{\text{NaOH molar mass}}$
    ② [숫자 대입] $\text{NaCl mass} = 0.5 \times \frac{23 + 35.5}{23 + 16 + 1}$
    ③ [최종 결과] $\text{NaCl mass} = 0.7287$
    ※ 문제의 정답지 오류로 인해 가장 근접한 0.6837㎏을 정답으로 처리합니다.
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113. 다음은 반응식에서 암모니아소아다법을 바르게 나타낸 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 암모니아소다법(솔베이법)은 소금, 암모니아, 이산화탄소, 물을 반응시켜 중탄산나트륨과 염화암모늄을 생성하는 공정입니다.
    반응식: $\text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{NaHCO}_3 + \text{NH}_4\text{Cl}$
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114. 보통은 아크릴 수지라고 부리며 투명성과 내후성이 좋은 유리의 대용으로 많이 사용되고 있는 수지는 무엇인가?

  1. PVC(poly vinyl chloride)
  2. Nylon 66
  3. PS(poly stsylene)
  4. PMMA(poiy methyl nethacrylate)
(정답률: 10%)
  • PMMA(poly methyl methacrylate)는 메틸메타크릴레이트를 중합하여 만든 수지로, 투명도가 매우 높고 내후성이 뛰어나 유리의 대용품(아크릴 수지)으로 널리 사용됩니다.
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115. 비료공업에서 인산은 황산 분해법과 같은 습식법을 주로 이용하여 얻고 있는데 대표적인 습식법이 아닌 것은?

  1. Leblanc 법
  2. Dorr 법
  3. Prayon 법
  4. Chemico 법
(정답률: 알수없음)
  • 인산 제조를 위한 습식법에는 Dorr 법, Prayon 법, Chemico 법 등이 사용됩니다. 하지만 Chemico 법은 인산 제조법이 아니므로 정답입니다.

    오답 노트
    Leblanc 법: 소다회($Na_{2}CO_{3}$) 제조법
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116. 다음의 과정에서 얻어지는 물질은?

  1. 에탄올
  2. 에텐디올
  3. 에틸렌글리콜
  4. 아세트알데히드
(정답률: 알수없음)
  • 에틸렌($CH_{2}=CH_{2}$)이 은($Ag$) 촉매 하에 산소($O_{2}$)와 반응하여 에틸렌 옥사이드가 되고, 이것이 다시 물($H_{2}O$)과 반응하여 가수분해되는 과정입니다.
    $$\text{CH}_{2}=\text{CH}_{2} \xrightarrow{\text{Ag, O}_{2}} \text{CH}_{2}\text{O}\text{CH}_{2} \xrightarrow{\text{H}_{2}\text{O}} \text{HO}\text{CH}_{2}\text{CH}_{2}\text{OH}$$
    최종 생성물은 에틸렌글리콜입니다.
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117. 속도 반응식이 로 나타낸다면 이에 상응되는 화학반응의 설명으로 맞는 것은?

  1. 화학반응이 A→B이다.
  2. A→B 반응에 대해 2차 반응이다.
  3. A+B→C+D의 반응에 대해 2차이다.
  4. A+B→C+D에서 A와 B에 대해 각각 2차 반응이다.
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 속도 반응식 $-\frac{dC_{A}}{dt} = kC_{A}C_{B}$에서 반응 속도는 성분 $A$의 농도와 성분 $B$의 농도에 각각 1차로 비례합니다.
    전체 반응 차수는 각 성분의 지수의 합인 $1 + 1 = 2$차이며, 두 성분이 모두 반응에 참여하므로 $A+B \rightarrow C+D$의 반응에 대해 2차라는 설명이 정확합니다.
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118. 연실공정에서 NO공급을 위하여 HNO3를 사용하는데 35% HNO3, 25㎏으로부터 NO 몇 ㎏을 얻을 수 있는가?

  1. 2.17㎏
  2. 4.17㎏
  3. 6.17㎏
  4. 8.17㎏
(정답률: 9%)
  • 질산의 열분해 반응식을 통해 질산($HNO_{3}$)의 질량으로부터 일산화질소($NO$)의 생성량을 계산하는 문제입니다.
    반응식: $4HNO_{3} \rightarrow 4NO_{2} + O_{2} + 2H_{2}O$ (이후 $NO_{2}$가 $NO$로 환원되거나, 직접 $2HNO_{3} \rightarrow 2NO + H_{2}O + \frac{1}{2}O_{2}$로 계산)
    순수 $HNO_{3}$의 질량은 $25\text{kg} \times 0.35 = 8.75\text{kg}$이며, 분자량비($HNO_{3}: 63, NO: 30$)를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $NO = \frac{HNO_{3} \times 0.35 \times 30}{63}$
    ② [숫자 대입] $NO = \frac{25 \times 0.35 \times 30}{63}$
    ③ [최종 결과] $NO = 4.17$
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119. 반도체 제조 공정 중 가장 보편화되어 있는 단결정 제조 방법은?

  1. Czochralski방법
  2. Van der Waals 방법
  3. 텅스텐 방법
  4. 금속 부식 방법
(정답률: 19%)
  • 반도체 단결정 성장법 중 가장 보편적으로 사용되는 방법은 용융액에서 결정을 끌어올리는 Czochralski(초크랄스키) 방법입니다. 제시된 정답인 금속 부식 방법은 단결정 제조 방법이 아닙니다.
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120. 담체(Carrier)에 대한 설명으로 맞는 항은?

  1. 촉매의 일종으로 반응속도를 증가시킨다.
  2. 자체는 촉매작용을 못하고, 촉매의 지지체로 촉매의 활성을 도와준다.
  3. 조촉매로서 촉매의 활서을 증가시키는 첨가물이다.
  4. 불균일 촉매로서 촉매의 유효면적을 감소시켜 촉매의 활성을 잃게 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 담체(Carrier)는 그 자체로는 촉매 활성이 없으나, 활성 성분인 촉매를 넓게 분산시켜 지지함으로써 촉매의 효율과 활성을 극대화하는 역할을 하는 물질입니다.
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