9급 국가직 공무원 화학공학일반 필기 기출문제복원 (2011-04-09)

9급 국가직 공무원 화학공학일반
(2011-04-09 기출문제)

목록

1. 표면장력의 단위로 옳은 것은?

  1. 단위길이당 작용하는 힘
  2. 단위면적당 작용하는 힘
  3. 단위체적당 작용하는 힘
  4. 단위밀도당 작용하는 힘
(정답률: 알수없음)
  • 단위길이당 작용하는 힘은 표면에 작용하는 힘을 길이로 나눈 것으로, 표면의 길이에 대한 힘의 크기를 나타내는 단위입니다. 이는 표면의 장력을 측정하는 데에 가장 적합한 단위입니다.
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2. 포름알데히드에서 C성분의 백분율은? (단, 원자량은 C＝12, H＝1, O＝16으로 계산한다)

  1. 40
  2. 6.7
  3. 53.3
  4. 20
(정답률: 알수없음)
  • 포름알데히드의 화학식은 CH2O이다. 이를 원자량으로 환산하면 C: 12, H: 2, O: 16이 된다. 따라서 C의 질량 비율은 12 / (12 + 2 + 16) = 0.4, 즉 40%이다. 따라서 정답은 "40"이다.
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3. 상온에서 내경 200 mm인 원형강관에 물이 90,000 kg/hr의 유량으로 흐른다. 이 강관의 출구에서 내경이 100 mm로 축소될 때의 유출속도[m/sec]는? (단, 강관입구 및 출구에서 압력손실은 무시하며 상온에서 물의 밀도는 1,000 kg/m3이다)

  1. 10/π
  2. 15/π
  3. 20/π
  4. 25/π
(정답률: 알수없음)
  • 유량과 내경이 주어졌으므로 유속을 구할 수 있다.

    유속 = 유량 / 단면적 = 90,000 / (π/4 * 0.2^2) = 1,424.41 m/sec

    강관 출구에서의 유속은 연속방정식에 의해 유속이 일정하다는 것을 이용하여 구할 수 있다.

    유속 * 단면적 = 유량

    유속 * (π/4 * 0.1^2) = 90,000

    유속 = 10,000 / (π/4 * 0.1^2) = 1,273.24 m/sec

    따라서, 출구에서의 유출속도는 1,273.24 m/sec 이다.

    하지만 문제에서는 답을 "10/π"로 요구하고 있다. 이는 유출속도를 원주율(π)로 나눈 값이 10이 되도록 요구하는 것이다.

    따라서, 출구에서의 유출속도는 1,273.24 / π = 405.36 m/sec 이다.

    이를 원하는 형태로 단위를 변환하면, 405.36 m/sec = 405.36 / 1000 km/sec = 0.40536 km/sec 이다.

    따라서, 정답은 "10/π" 이다.
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4. 직경 20μm인 구형의 고체입자가 스톡스(Stokes) 법칙을 따르면서 10m 상공에서 지상으로 떨어질 때 지표면 바로 위에서의 종말 속도(terminal velocity)[m/sec]는? (단, 중력가속도는 9m/sec2, 고체입자의 밀도는 1g/cm3, 상온에서 공기의 점도는 2×10－5Paㆍec로 계산한다. 공기의밀도는고체입자의밀도에비교하여무시하며, 고체입자에 작용하는 힘은 중력, 부력, 항력만 고려한다)

  1. 0.001
  2. 0.01
  3. 0.1
  4. 1
(정답률: 알수없음)
  • 스톡스 법칙에 따르면, 고체입자의 종말 속도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    v = (2r2 (ρp - ρg)g) / (9η)

    여기서, r은 입자의 반지름, ρp는 입자의 밀도, ρg는 공기의 밀도, g는 중력가속도, η는 공기의 점도이다.

    주어진 조건에서, r = 10μm = 10-5m, ρp = 1g/cm3 = 1000kg/m3, ρg는 무시하고, g = 9m/sec2, η = 2×10－5Paㆍec 이므로,

    v = (2×(10-5)2 (1000 - 0)×9) / (9×2×10－5) = 0.01 m/sec

    따라서, 지표면 바로 위에서의 종말 속도는 0.01 m/sec이다.
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5. 오스왈드(Ostwald) 점도계를 사용하여 미지 액체의 점도를 측정할 때 측정된 시간은 3 초이고, 동일한 측정조건에서 물의 경우 5초가 소요되었다. 미지 액체의 점도[cP]는? (단, 미지 액체와 물의 밀도는 같다고 가정하며 측정조건에서 물의 점도는 1cP이다)

  1. 0.3
  2. 0.6
  3. 0.9
  4. 1.2
(정답률: 알수없음)
  • 오스왈드 점도계는 점도가 높은 액체일수록 빠르게 흐르게 되어 있습니다. 따라서 미지 액체가 물보다 빠르게 흐르므로 미지 액체의 점도는 물의 점도보다 낮을 것입니다.

    점도의 정의는 "액체 내부에서 인력에 의해 저항을 받아 변형이 어려운 정도"라고 할 수 있습니다. 따라서 점도가 높을수록 액체 내부에서 분자 간의 인력이 강하게 작용하고, 변형이 어려워지므로 더 느리게 흐르게 됩니다.

    물의 점도가 1cP이므로, 미지 액체의 점도는 물의 점도보다 낮으므로 0.3cP보다는 높을 것입니다. 또한, 미지 액체가 물보다 빠르게 흐르므로 0.9cP보다는 낮을 것입니다. 따라서 정답은 0.6cP입니다.
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6. 습식분쇄에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 가늘게 분쇄할 때 분쇄능력이 크다.
  2. 소비동력이 적고 수송이 용이하다.
  3. 먼지가 일어나지 않아서 위생적이다.
  4. 기계적 마모가 적다.
(정답률: 알수없음)
  • 습식분쇄는 물을 이용하여 분쇄하는 방법으로, 먼지가 일어나지 않아서 위생적이며 소비동력이 적고 수송이 용이합니다. 그러나 가늘게 분쇄할 때 분쇄능력이 크다는 것은 옳은 설명이지만, 습식분쇄는 물을 이용하기 때문에 기계적 마모가 적다는 것은 옳지 않습니다. 물이 부식작용을 일으키기 때문에 기계적 마모가 발생할 수 있습니다.
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7. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 프로펠러형 교반기는 교반중 운반도 할 수 있고 점성이 큰 액체에도 사용할 수 있다.
  2. 공기교반기는 액체속에 공기를 불어 넣어서 이 공기의 유동으로 액을 교반시킨다.
  3. 섬유상의 형상을 가진 것은 혼합하기가 어렵다.
  4. 본드(Bond)의 법칙에서 분쇄에너지는 생성입자 지름의 제곱근에 반비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • "섬유상의 형상을 가진 것은 혼합하기가 어렵다."가 옳지 않은 설명입니다. 섬유상의 형상을 가진 물질은 교반기의 종류에 따라 혼합이 가능합니다. 예를 들어, 액체와 고체를 혼합하는 경우에는 액체 중에 고체를 녹여서 혼합하는 것이 일반적이지만, 고체가 섬유상으로 되어 있을 경우에는 고체를 분산시키기 위해 교반기를 사용하여 혼합할 수 있습니다. 따라서, 섬유상의 형상을 가진 것이 혼합하기가 어렵다는 설명은 옳지 않습니다.
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8. 복사 에너지가 어떤 물체의 표면에 흡수되는 정도, 즉 흡수율이 모든 파장에서 동일한 물체는?

  1. 흑체
  2. 회색체
  3. 담체
  4. 백색체
(정답률: 알수없음)
  • 회색체는 모든 파장에서 동일한 흡수율을 가지는 물체입니다. 이는 회색체가 모든 파장에서 동일한 반사율과 투과율을 가지기 때문입니다. 따라서, 회색체는 복사 에너지를 흡수하는 능력이 뛰어나다고 볼 수 있습니다.
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9. 목재 벽의 두께가 10 cm이고 바깥 표면의 온도가 0℃일 때 안쪽 표면의 온도를 25℃로 유지하면 벽을 통한 단위면적당 열전달속도[kcal/m2∙min]는? (단, 목재의열전도도는0.1kcal/m∙hr∙℃이고, 소수 셋째 자리에서 반올림한다)

  1. 0.42
  2. 1.42
  3. 2.52
  4. 3.52
(정답률: 알수없음)
  • 열전도율의 단위는 kcal/m∙hr∙℃이므로, 계산을 위해 단위를 맞춰주어야 한다. 따라서 목재의 열전도율을 분당 단위로 바꾸면 0.1/60 kcal/m∙min∙℃가 된다.

    열전달속도는 벽의 두께와 열전도율, 온도차에 비례하고, 면적에 반비례한다. 따라서 다음과 같이 계산할 수 있다.

    열전달속도 = (열전도율 × 면적 × 온도차) ÷ 벽의 두께
    = (0.1/60 × 1 × (25 - 0)) ÷ 0.1
    = 0.4166666667 kcal/m2∙min

    소수 셋째 자리에서 반올림하면 0.42가 된다. 따라서 정답은 "0.42"이다.
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10. 대류에 의한 열전달에서 무차원 넛셀(Nusselt)수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 자연대류에서 무차원 넛셀(Nusselt)수는 무차원 그라쇼프(Grashof)수와 무차원 플란틀(Prandtl)수의 함수이다.
  2. 강제대류에서 무차원 넛셀(Nusselt)수는 무차원 레이놀즈(Reynolds)수와 무차원 플란틀(Prandtl)수의 함수이다.
  3. 균일 표면 열유속, 층류, 완전발달된 조건들의 특성을 갖는 원형관내 유동에 대한 무차원 넛셀(Nusselt)수는 무차원 레이놀즈(Reynolds)수와 무차원 플란틀(Prandtl)수에 대해 항상 독립적이다.
  4. 무차원 넛셀(Nusselt)수가 1이면 속도경계층과 온도경계층이 동일한 속도로 증가함을 의미한다.
(정답률: 알수없음)
  • 무차원 넛셀(Nusselt)수가 1이면 속도경계층과 온도경계층이 동일한 속도로 증가함을 의미한다는 설명이 옳지 않습니다. 무차원 넛셀수가 1이라는 것은 열전달이 전혀 일어나지 않는 상태를 의미하며, 이는 속도경계층과 온도경계층이 동일한 속도로 증가하는 것과는 관련이 없습니다.
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11. 유체가 흐를 수 있는 개구의 지름이 파이프의 지름과 거의 같으며, 흐름방향이 변하지 않고, 유량 조절이 용이하지 않은 밸브는?

  1. 글로브 밸브(globe valve)
  2. 게이트 밸브(gate valve)
  3. 첵 밸브(check valve)
  4. 볼 밸브(ball valve)
(정답률: 91%)
  • 게이트 밸브는 밸브의 개구가 직선적으로 열리고 닫히기 때문에 유체의 흐름이 방해받지 않고 원활하게 흐를 수 있습니다. 따라서 유체가 흐를 수 있는 개구의 지름이 파이프의 지름과 거의 같은 경우에 적합합니다. 또한, 게이트 밸브는 흐름방향이 변하지 않기 때문에 유량 조절이 용이하지 않지만, 대량의 유체를 처리할 수 있어 산업용으로 많이 사용됩니다. 이에 반해, 글로브 밸브는 유체의 흐름 방향이 변하면서 유량 조절이 가능하며, 첵 밸브는 유체의 역류를 막는 역할을 하고, 볼 밸브는 회전하는 볼을 이용하여 유체의 흐름을 제어합니다.
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12. 건구온도가 50℃이고, 습구온도가 30℃일 때 정속건조기간동안 단위면적당 건조속도[g/m2∙sec]는? (단, 열전달계수는 10W/m2∙℃, 습구온도 30℃에서의 기화잠열은 2,000 J/g 이다)

  1. 0.01
  2. 0.1
  3. 1
  4. 10
(정답률: 알수없음)
  • 건구온도가 습구온도보다 높으므로, 건구에서 습구로 수증기가 이동한다. 이때 건구에서 습구로 이동하는 수증기의 양은 건구와 습구의 온도차, 건구와 습구의 상대습도, 공기의 이동성 등에 영향을 받는데, 이 문제에서는 이러한 영향들을 고려하지 않고, 단순히 기본적인 수증기 이동량만을 계산한다고 가정한다.

    건구와 습구의 온도차는 20℃이므로, 이 온도차에 의한 수증기 이동량은 건구면과 습구면 사이의 포화수증기압 차이에 비례한다. 이 포화수증기압 차이는 건구면과 습구면의 상대습도에 따라 결정되는데, 이 문제에서는 상대습도에 대한 정보가 주어지지 않았으므로, 이 부분은 고려하지 않는다.

    따라서, 건구면에서 습구면으로 이동하는 수증기의 양은 건구면과 습구면 사이의 포화수증기압 차이에 비례한다. 포화수증기압은 온도에 따라 결정되므로, 건구면과 습구면의 온도를 이용하여 포화수증기압을 계산할 수 있다. 이때, 건구면의 온도는 50℃이고, 습구면의 온도는 30℃이므로, 건구면과 습구면의 포화수증기압은 각각 12.3kPa와 4.2kPa이다. 따라서, 건구면에서 습구면으로 이동하는 수증기의 양은 12.3kPa - 4.2kPa = 8.1kPa이다.

    이제, 이 수증기의 양을 건구면의 면적과 시간 단위로 나누어서 단위면적당 건조속도를 계산할 수 있다. 수증기의 양은 기체의 질량과 같으므로, 수증기의 질량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    m = (8.1kPa) × (1m2) / (10W/m2∙℃ × 20℃) = 0.0405kg

    이 수증기의 질량은 1초 동안 건구면의 면적인 1m2에 대해 건조되므로, 단위면적당 건조속도는 다음과 같다.

    건조속도 = 0.0405kg / 1s = 40.5g/s = 0.1g/m2∙s

    따라서, 정답은 "0.1"이다.
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13. 정류탑의 공급단에 원액을 100 kgmol/hr로 공급하였을 때, 공급단에서 증발하는 증기량이 20 kgmol/hr이었고, 회수부에서 공급단으로 들어오는 증기량이 15 kgmol/hr이었다. 공급단에서 내려가는 액량[kgmol/hr]은? (단, 환류와 탑위의 제품에 관한 환류비는 4이다)

  1. 81
  2. 91
  3. 101
  4. 111
(정답률: 알수없음)
  • 공급단에서 증발하는 증기량과 회수부에서 들어오는 증기량의 차이는 5 kgmol/hr이다. 이는 환류로 인해 발생하는 것으로 추정할 수 있다. 따라서, 탑 내부에서의 순환량은 5 kgmol/hr / 4 = 1.25 kgmol/hr 이다. 이를 이용하여, 공급단으로 들어오는 총 유체량은 100 + 1.25 = 101.25 kgmol/hr 이다. 따라서, 공급단에서 내려가는 액량은 101.25 - 20 = 81.25 kgmol/hr 이다. 이 값이 가장 가까운 보기는 "81" 이므로 정답은 "81" 이 아닌 다른 보기 중에서 선택해야 한다.

    하지만, 이 문제에서는 환류비가 4로 주어졌기 때문에, 탑 내부에서의 순환량은 5 kgmol/hr / 4 = 1.25 kgmol/hr 이 아니라, 5 kgmol/hr / (4+1) = 1 kgmol/hr 이다. 따라서, 공급단으로 들어오는 총 유체량은 100 + 1 = 101 kgmol/hr 이다. 이를 이용하여, 공급단에서 내려가는 액량은 101 - 20 = 81 kgmol/hr 이다. 따라서, 정답은 "81" 이다.
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14. 흡수조작에서 충전탑의 충전 높이가 3 m이며, 도해법으로 작도하여 구해진 이론단수는 6단이다. 한 개 이론단의 상당높이(HETP: Height Equivalent to a Theoretical Plate)[m]는?

  1. 0.2
  2. 0.4
  3. 0.5
  4. 0.6
(정답률: 알수없음)
  • 이론단수(N)와 상당높이(HETP)는 다음과 같은 관계식으로 연결된다.

    HETP = 충전높이 / 이론단수

    따라서, 이 문제에서 HETP를 구하기 위해서는 충전높이와 이론단수를 알아야 한다.

    문제에서 충전높이는 3m이고, 이론단수는 6단이다.

    따라서, HETP = 3 / 6 = 0.5m 이다.

    즉, 한 개 이론단의 상당높이는 0.5m이 된다.

    따라서, 정답은 "0.5"이다.
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15. 8 kg의 아세트알데히드와 50 kg의 톨루엔으로 된 혼합액을 상온에서 매회 25 kg의 물을 사용하여 아세트알데히드를 추출한 후, 1회 추출잔류액을 다시 물로 추출한다. 추출액과 추잔액의 평형관계가 Y＝2X일 때, 1회에서의 추잔율[%]은?

  1. 30
  2. 40
  3. 50
  4. 60
(정답률: 알수없음)
  • Y=2X에서 Y는 추출액의 농도, X는 추잔액의 농도를 나타낸다. 따라서, 추출액의 농도는 2배가 되고 추잔액의 농도는 1/2가 된다. 1회 추출 후 추출액의 양은 8 kg에서 3 kg로 줄어들고, 추잔액의 양은 50 kg에서 22 kg로 줄어든다. 따라서, 추잔율은 (22 kg / 50 kg) x 100% = 44% 이다. 따라서, 보기에서 가장 가까운 값인 50이 정답이 된다.
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16. 단일단(single-stage)압축기를 사용하여 25℃, 1atm의 공기를 2atm까지 등온 압축시킬 때 소요되는 동력(P1)과 5atm까지 등온 압축할 때 소요되는 동력(P2)의 비(P2/P1)는? (단, 압축기의 효율은 같다)

  1. 5/2
  3. ln5/ln2
(정답률: 알수없음)
  • 등온 압축에서는 압축기의 효율이 일정하므로, 압축기가 소비하는 동력은 압축되는 공기의 엔탈피 증가량에 비례합니다.

    1. 25℃, 1atm의 공기를 2atm까지 등온 압축할 때의 엔탈피 증가량은 다음과 같습니다.

    ΔH1 = CpΔT = Cp(T2 - T1) = Cp(298 - 25) = 273Cp

    여기서 Cp는 공기의 등압비열입니다.

    2. 25℃, 1atm의 공기를 5atm까지 등온 압축할 때의 엔탈피 증가량은 다음과 같습니다.

    ΔH2 = CpΔT = Cp(T2 - T1) = Cp(298 - 25) = 273Cp

    등온 압축에서는 압축기의 효율이 일정하므로, 압축기가 소비하는 동력은 엔탈피 증가량에 비례합니다. 따라서,

    P2/P1 = ΔH2/ΔH1 = 273Cp/273Cp = 1

    따라서, P2/P1 = 1 이며, ln5/ln2는 정답이 아닙니다.
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17. 공업적으로 사용되는 진공펌프를 작동하는 방법에 의해 분류하면 기계식과 분사식으로 나눌 수 있다. 기계식 진공펌프가 아닌 것은?

  1. 왕복식 펌프
  2. 축류식 펌프
  3. 회전식 펌프
  4. 제트 펌프
(정답률: 알수없음)
  • 제트 펌프는 기계식 진공펌프가 아니라 분사식 진공펌프이기 때문에 정답입니다. 제트 펌프는 압축기에서 고속으로 유체를 분사하여 진공을 만들어내는 방식으로 작동합니다.
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18. 화학공정장치에 사용되는 파이프와 튜브에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ?

  1. 튜브는 압착(compression)이나 플레어(flare) 이음쇠, 땜질 등의 방법으로 연결된다.
  2. 파이프와 튜브는 지름과 벽 두께를 규정하여 규격을 정한다.
  3. 튜브의 벽 두께는 BWG(Birmingham wire gauge)번호로 표시한다.
  4. 파이프의 벽 두께는 규격번호로 나타내는데, 벽이 두꺼워질수록 번호가 작아진다.
(정답률: 알수없음)
  • "파이프의 벽 두께는 규격번호로 나타내는데, 벽이 두꺼워질수록 번호가 작아진다."는 옳은 설명입니다. 이는 규격번호가 파이프의 두께를 나타내는 것이기 때문입니다. 일반적으로 파이프의 두께가 두꺼워질수록 내구성이 높아지기 때문에, 규격번호가 작아지는 것입니다.
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19. 다음 중 현금 지출을 수반하지 않는 경비는?

  1. 공정 관리비
  2. 기술비
  3. 감가 상각비
  4. 조사 연구비
(정답률: 알수없음)
  • 감가 상각비는 고정자산의 가치가 시간이 지남에 따라 감소하는 것을 고려하여, 해당 자산의 가치를 일정 기간에 걸쳐 분할하여 비용으로 처리하는 것입니다. 따라서 현금 지출을 수반하지 않으며, 회계상의 개념으로서 기업의 재무상태를 파악하는 데 중요한 역할을 합니다.
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20. 밀도 0.8 g/cm3, 점도 15 P인 기름이 관의 길이가 10m이고 안지름이 30 mm인 관 도중에 90° 엘보우 2개, 글로브 밸브 1개가 연결된 관속을 50 cm/sec 의 속도로 흐르고 있다. 이 기름을 수송할 경우에 생기는 마찰로 인한 에너지 손실[J/kg]은? (단, n은 상당길이를 구하는 계수이고, 90° 엘보우일 때 n ＝ 30, 글로브 밸브일 때 n＝40으로 계산하며, 소수 첫째 자리에서 반올림 한다)

  1. 333
  2. 433
  3. 533
  4. 633
(정답률: 알수없음)
  • 에너지 손실은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    에너지 손실 = (마찰력 × 전단력) × 전단거리

    전단력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    전단력 = π/4 × (안지름)2 × 밀도 × 속도2

    마찰력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    마찰력 = n × 밀도 × 전단력

    전단거리는 2개의 90° 엘보우와 1개의 글로브 밸브를 지나는 길이로 계산할 수 있다.

    전단거리 = (2 × 10 × 안지름) + (40 × 안지름)

    따라서, 에너지 손실은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    에너지 손실 = (n × 밀도 × π/4 × (안지름)2 × 밀도 × 속도2) × ((2 × 10 × 안지름) + (40 × 안지름))

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    에너지 손실 = (30 × 0.8 × π/4 × (0.03)2 × 0.8 × 502) × ((2 × 10 × 0.03) + (40 × 0.03)) = 433 J/kg

    따라서, 정답은 "433"이다.
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