9급 지방직 공무원 화학공학일반 필기 기출문제복원 (2018-05-19)

9급 지방직 공무원 화학공학일반 2018-05-19 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 지방직 공무원 화학공학일반 2018-05-19 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 지방직 공무원 화학공학일반
(2018-05-19 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 전압이 0.9atm이고 수증기 분압이 0.18atm인 공기의 절대습도[kg H2O/kg dry air]는? (단, 수증기의 분자량은 18g/mol이고 건조공기의 분자량은 30g/mol로 가정한다)

  1. 0.12
  2. 0.15
  3. 0.25
  4. 0.42
(정답률: 72%)
  • 절대습도는 건조공기 1kg당 포함된 수증기의 질량으로, 분압과 분자량을 이용하여 계산합니다.
    ① [절대습도 공식] $H = 622 \times \frac{P_w}{P - P_w}$
    ② [숫자 대입] $H = \frac{18}{30} \times \frac{0.18}{0.9 - 0.18}$
    ③ [최종 결과] $H = 0.15$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

2. 반응 (가)와 (나)의 표준생성열(standard heat of formation)이 다음과 같을 때, 반응 (다)의 표준반응열(standard heat of reaction)[kcal/mol]은?

  1. －41.3
  2. －67.7
  3. 41.3
  4. 67.7
(정답률: 88%)
  • 헤스의 법칙을 이용하여 반응 (다)의 반응열을 구합니다. 반응 (다)는 반응 (가)에서 반응 (나)를 뺀 형태와 같습니다.
    반응식: $CO(g) + \frac{1}{2}O_{2}(g) \rightarrow CO_{2}(g)$
    ① [기본 공식] $\Delta H_{다} = \Delta H_{가} - \Delta H_{나}$
    ② [숫자 대입] $\Delta H_{다} = -94.1 - (-26.4)$
    ③ [최종 결과] $\Delta H_{다} = -67.7$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

3. 휘발성의 차이를 이용하여 액체 혼합물의 각 성분을 분리하는 조작은?

  1. 추출
  2. 흡수
  3. 흡착
  4. 증류
(정답률: 74%)
  • 증류는 액체 혼합물을 가열하여 성분 물질 간의 휘발도(끓는점) 차이를 이용해 분리하는 조작입니다.

    오답 노트
    추출: 용해도의 차이 이용
    흡수: 가스 성분이 액체에 용해되는 성질 이용
    흡착: 고체 표면에 분자가 달라붙는 성질 이용
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

4. 대류에 의한 열전달에 해당하는 법칙은?

  1. Stefan-Boltzmann 법칙
  2. Fourier의 법칙
  3. Fick의 법칙
  4. Newton의 냉각법칙
(정답률: 57%)
  • 대류에 의한 열전달량은 물체 표면의 온도와 유체의 온도 차이에 비례한다는 Newton의 냉각법칙으로 설명됩니다.

    오답 노트
    Stefan-Boltzmann 법칙: 복사 열전달
    Fourier의 법칙: 전도 열전달
    Fick의 법칙: 물질 확산
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

5. 두께가 500mm인 벽돌 벽에서 단위면적(1m2)당 80kcal/h의 열손실이 발생하고 있다. 벽 내면의 온도가 900℃라 할 때, 벽 외면의 온도[℉]는? (단, 이 벽돌의 열전도도는 0.1kcal/hㆍmㆍ℃이다)

  1. 41
  2. 122
  3. 932
  4. 9,032
(정답률: 95%)
  • 푸리에의 열전도 법칙을 이용하여 벽 외면의 온도를 구한 뒤, 섭씨온도를 화씨온도로 변환합니다.
    ① [기본 공식] $q = \frac{k \Delta T}{L}$
    ② [숫자 대입] $80 = \frac{0.1 \times (900 - T_{out})}{0.5}$
    ③ [최종 결과] $T_{out} = 500$
    구해진 섭씨온도 $500^{\circ}C$를 화씨온도로 변환하면 다음과 같습니다.
    $$T_{F} = 500 \times 1.8 + 32 = 932$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

6. 우리나라에서 8월에 측정된 복사체의 표면온도는 A°C였으며, 같은 해 12월에 측정된 복사체의 표면온도는 B°C였다. 동일한 복사체 표면에서 8월에 방출된 단위시간당 복사에너지는 12월의 몇 배인가? (단, 복사체의 복사율은 일정하다고 가정한다)

  1. A2/B2
  2. A4/B4
  3. (A＋273.15)2/(B＋273.15)2
  4. (A＋273.15)4/(B＋273.15)4
(정답률: 72%)
  • 슈테판-볼츠만 법칙에 따라 복사체에서 방출되는 단위시간당 복사에너지는 절대온도의 4제곱에 비례합니다. 이때 섭씨온도($^{\circ}C$)는 반드시 절대온도($K$)로 변환하여 계산해야 합니다.
    ① [기본 공식] $E = \sigma \epsilon T^{4}$
    ② [숫자 대입] $\frac{E_{Aug}}{E_{Dec}} = \frac{\sigma \epsilon (A + 273.15)^{4}}{\sigma \epsilon (B + 273.15)^{4}}$
    ③ [최종 결과] $\frac{E_{Aug}}{E_{Dec}} = \frac{(A + 273.15)^{4}}{(B + 273.15)^{4}}$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

7. 정류탑(rectification tower)이나 충전탑(packed column)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 정류탑을 실제 운전할 때 공장은 조업 유연성을 확보하기 위하여 최적환류비보다 더 큰 환류비로 조업하기도 한다.
  2. 정류탑에서 원료가 공급되는 단을 원료 공급단이라 하며, 저비점 성분은 윗단으로 올라갈수록 적어지고 아랫단으로 내려갈수록 많아진다.
  3. 충전탑에서 액체가 한쪽으로만 흐르는 현상을 편류(channeling)라고 하며, 충전탑의 기능을 저하시키는 요인이 된다.
  4. 충전탑은 라시히 링(Raschig ring)과 같은 충전물을 채운 것으로서 이 충전물의 표면에서 기체와 액체의 접촉이 연속적으로 일어나도록 되어 있다.
(정답률: 82%)
  • 정류탑에서 저비점 성분은 휘발성이 강해 위로 올라가려는 성질이 있습니다. 따라서 윗단으로 갈수록 저비점 성분의 농도가 높아지고, 아랫단으로 갈수록 고비점 성분의 농도가 높아지는 것이 정상입니다.

    오답 노트
    최적환류비보다 큰 환류비 조업: 조업 유연성 확보를 위해 가능함
    편류(channeling): 액체가 한쪽으로 쏠려 접촉 효율을 떨어뜨리는 현상임
    라시히 링(Raschig ring): 기-액 접촉 면적을 넓히기 위한 대표적 충전물임
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

8. 0.5mm의 간격으로 놓여 있는 두 개의 평행한 판 사이에 점도가 1.0×10-3Nㆍs/m2인 뉴턴 유체(Newtonian fluid)가 채워져 있다. 위쪽 판을 2m/s의 속도로 이동시킬 때, 전단응력[N/m2]은?

  1. 2
  2. 4
  3. 6
  4. 8
(정답률: 88%)
  • 뉴턴 유체의 전단응력은 점도와 속도 기울기(전단율)의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \mu \frac{v}{\Delta y}$
    ② [숫자 대입] $\tau = 1.0 \times 10^{-3} \times \frac{2}{0.5 \times 10^{-3}}$
    ③ [최종 결과] $\tau = 4$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

9. 다음은 에테인(C2H6)으로부터 탄소(C)를 생산할 때 일어나는 반응이다. 수소(H2) 3mol과 에틸렌(C2H4) 1mol이 생성되었을 경우, 생산된 탄소의 질량[g]은? (단, C의 원자량은 12g/mol이다)

  1. 12
  2. 16
  3. 20
  4. 24
(정답률: 60%)
  • 제시된 반응식에서 탄소 생산 반응과 에틸렌 생성 반응의 화학 양론적 관계를 분석하여 탄소의 몰수를 구한 뒤 질량으로 환산합니다.
    반응식 $\text{C}_{2}\text{H}_{6} \rightarrow 2\text{C} + 3\text{H}_{2}$와 $\text{C}_{2}\text{H}_{6} \rightarrow \text{C}_{2}\text{H}_{4} + \text{H}_{2}$에서 생성된 $\text{H}_{2}$의 총합은 $3\text{mol} + 1\text{mol} = 4\text{mol}$ 입니다. 이때 에틸렌 $1\text{mol}$ 생성에 $\text{H}_{2}$ $1\text{mol}$이 소모되었으므로, 나머지 $\text{H}_{2}$ $3\text{mol}$은 탄소 생산 반응에서 나왔습니다. 탄소 생산 반응의 계수비 $\text{C} : \text{H}_{2} =
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

10. 이중관식 열교환기(double pipe heat exchanger)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 병류(parallel flow)의 경우, 두 관 액체 사이의 온도 차이가 입구에서는 작지만 출구로 갈수록 커진다.
  2. 열교환기를 설계하기 위해 두 관 액체 사이의 평균 온도 차이를 구하는 경우, 입구에서의 온도 차이와 출구에서의 온도 차이의 산술평균을 주로 사용한다.
  3. 관의 길이가 길수록 전체 열 교환량은 감소한다.
  4. 관을 통한 열 교환은 대류－전도－대류의 방식으로 이루어진다.
(정답률: 60%)
  • 이중관식 열교환기에서 열은 내부 유체에서 관 벽으로 대류, 관 벽을 통해 전도, 다시 외부 유체로 대류되는 과정을 거쳐 전달됩니다.

    오답 노트
    병류의 경우: 입구에서 온도 차이가 가장 크고 출구로 갈수록 작아집니다.
    평균 온도 차이: 산술평균이 아닌 대수평균온도차(LMTD)를 사용합니다.
    관의 길이: 길이가 길수록 열전달 면적이 증가하여 전체 열 교환량은 증가합니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

11. A＋B→C로 주어진 반응의 반응속도[mol/Lㆍs]식이 다음과 같을 때, 속도상수(k)의 단위는?

  1. 1/s
  2. 1/molㆍs
  3. L/molㆍs
  4. L2/mol2ㆍs
(정답률: 85%)
  • 반응속도식 $-r_A = k[A]^2[B]$에서 전체 반응 차수는 $2+1=3$차입니다. 속도상수 $k$의 단위는 $\text{L}^{n-1} / (\text{mol}^{n-1} \cdot \text{s})$ 공식을 따릅니다.
    ① [단위 공식] $\text{unit of } k = \frac{\text{mol}}{\text{L} \cdot \text{s}} \div (\frac{\text{mol}}{\text{L}})^3$
    ② [단위 정리] $\text{unit of } k = \frac{\text{mol}}{\text{L} \cdot \text{s}} \times \frac{\text{L}^3}{\text{mol}^3}$
    ③ [최종 결과] $\text{unit of } k = \text{L}^2 / \text{mol}^2 \cdot \text{s}$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

12. 정류탑을 구성하는 요소장치가 아닌 것은?

  1. 재비기(reboiler)
  2. 응축기(condensor)
  3. 단(stage)
  4. 임펠러(impeller)
(정답률: 65%)
  • 정류탑은 기체와 액체의 접촉을 통해 성분을 분리하는 장치로, 재비기, 응축기, 단(stage) 등이 주요 구성 요소입니다.

    오답 노트
    임펠러(impeller): 유체를 섞거나 이동시키는 교반기 또는 펌프의 회전 날개입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

13. 내경 15cm인 원형 도관을 흐르는 유체의 레이놀즈 수(Re)가 3,000일 때, 유체의 평균유속[m/s]은? (단, 유체의 밀도는 1,000kg/m3이며, 유체의 점도는 1cP이다)

  1. 0.02
  2. 0.2
  3. 2
  4. 20
(정답률: 54%)
  • 레이놀즈 수 공식을 이용하여 유체의 평균유속을 구할 수 있습니다. 점도 $1\text{cP}$는 $0.001\text{kg/m}\cdot\text{s}$로 환산하여 계산합니다.
    ① [레이놀즈 수 공식] $\text{Re} = \frac{\rho v D}{\mu}$
    ② [숫자 대입] $3000 = \frac{1000 \times v \times 0.15}{0.001}$
    ③ [최종 결과] $v = 0.02$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

14. 100℃의 금속 조각 0.5kg을 물 1kg이 들어 있는 비커에 넣었더니 물 온도가 18℃에서 20℃로 증가하였다. 금속 조각의 열용량[J/gㆍ℃]은? (단, 비커는 완전히 단열되어 있고, 물과 금속 조각의 체적 변화는 없으며, 물의 열용량은 4J/gㆍ℃이다)

  1. 0.2
  2. 0.4
  3. 0.6
  4. 0.8
(정답률: 75%)
  • 에너지 보존 법칙에 따라 금속 조각이 잃은 열량은 물이 얻은 열량과 같습니다.
    ① [기본 공식]
    $$C_m \times m_m \times \Delta T_m = C_w \times m_w \times \Delta T_w$$
    ② [숫자 대입]
    $$C_m \times 500 \times (100 - 20) = 4 \times 1000 \times (20 - 18)$$
    ③ [최종 결과]
    $$C_m = 0.2$$
    따라서 금속 조각의 열용량은 $0.2 \text{ J/g} \cdot {}^{\circ}\text{C}$ 입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

15. 4℃의 물이 10mol/s의 몰유속(molar flow rate)으로 단면적이 10cm2인 관을 흐르고 있다. 이 흐름이 플러그 흐름(plug flow)일 때, 관 중심에서의 유속[cm/s]은? (단, 물의 분자량은 18g/mol이다)

  1. 18
  2. 36
  3. 72
  4. 144
(정답률: 34%)
  • 플러그 흐름에서는 관 내 모든 지점의 유속이 일정합니다. 몰유속을 질량유속으로 변환한 뒤, 단면적으로 나누어 유속을 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$u = \frac{\dot{n} \times M}{\rho \times A}$$
    ② [숫자 대입]
    $$u = \frac{10 \times 18}{1 \times 10}$$
    ③ [최종 결과]
    $$u = 18$$
    따라서 관 중심에서의 유속은 $18 \text{ cm/s}$ 입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

16. 분체의 체 분리(screening)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 입자 크기와 입자 밀도를 이용하여 입자를 분리하는 방법이다.
  2. Tyler 표준체의 어느 한 체의 개방공(screen opening) 면적은 그 다음 작은 체의 개방공 면적의 4배이다.
  3. 메쉬(mesh) 숫자가 클수록 작은 입자를 분리할 수 있다.
  4. 150메쉬보다 미세한 체일수록 공업적으로 더 많이 사용된다.
(정답률: 93%)
  • 체 분리는 입자의 크기 차이를 이용하여 분리하는 공정입니다. 메쉬(mesh)는 1인치 길이 안에 있는 구멍의 수를 의미하므로, 메쉬 숫자가 클수록 구멍의 크기가 작아져 더 미세한 입자를 분리할 수 있습니다.

    오답 노트
    입자 크기와 입자 밀도를 이용: 밀도는 분리 기준이 아니며 크기만 이용합니다.
    개방공 면적이 4배: Tyler 표준체는 개방공의 선형 치수가 2배 차이 나므로 면적은 4배가 아니라 다른 기준을 따릅니다.
    150메쉬보다 미세한 체: 너무 미세한 체는 눈막힘 현상 등으로 공업적 사용에 제한이 많습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

17. 다음은 원형 도관에 유체가 흐를 때 마찰에 의한 압력손실을 나타내는 식이다. △P는 압력손실, f는 마찰계수, ρ는 유체의 밀도, u는 평균유속, Lp는 도관의 길이, D는 도관의 직경일 때, f의 차원은? (단, M은 질량, L은 길이, T는 시간을 나타낸다)

  1. 무차원
  2. ML-1
  3. MT-3
  4. ML-1T-1
(정답률: 83%)
  • 압력손실 식에서 각 항의 차원을 분석하여 마찰계수 $f$의 차원을 구합니다.
    압력손실 식: $\Delta P = f \frac{L_p}{D} \frac{\rho u^2}{2}$
    각 항의 차원: $\Delta P$ (압력) = $ML^{-1}T^{-2}$, $\rho$ (밀도) = $ML^{-3}$, $u$ (속도) = $LT^{-1}$, $L_p/D$ (길이비) = 무차원
    $$f = \frac{\Delta P}{\frac{L_p}{D} \frac{\rho u^2}{2}}$$
    $$f = \frac{ML^{-1}T^{-2}}{(ML^{-3})(LT^{-1})^2}$$
    $$f = \frac{ML^{-1}T^{-2}}{ML^{-1}T^{-2}} = 1$$
    따라서 마찰계수 $f$는 무차원입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

18. 흡수탑을 사용하여 성분(A)을 흡수할 때 기액 계면 근처에서의 농도구배는 그림 (가)와 같다. 이 그림에서 xA와 yA는 각각 벌크 액체와 벌크 기체의 몰분율이고, xAi와 xAi는 각각 기액 계면에서 액체와 기체의 몰분율이다. A의 물질전달속도(r)는 총괄 물질전달계수(Ky, overall mass transfer coefficient)를 사용하여 식 (나)와 같이 나타낼 수 있다. 개별 물질전달계수(individual mass transfer coefficient)는 액상에서 0.2mol/m2ㆍs이고 기상에서 0.1molm2/ㆍs라고 할 때, 총괄 물질전달저항(1/Ky)의 값[m2ㆍs/mol]은? (단, 기체흡수는 이중경막론을 따르고, yAi＝0.8xAi이며, ＝0.8xA이다)

  1. 14
  2. 18
  3. 24
  4. 30
(정답률: 36%)
  • 총괄 물질전달저항은 기상 저항과 액상 저항의 합으로 나타내며, 액상 저항에는 평형 관계 계수가 곱해집니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{K_y} = \frac{1}{k_y} + \frac{m}{k_x}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{K_y} = \frac{1}{0.1} + \frac{0.8}{0.2}$
    ③ [최종 결과] $\frac{1}{K_y} = 10 + 4 = 14$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

19. 앞먹임 제어(feedforward control)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 공정에 미치는 외부 교란변수의 영향을 미리 보정하는 제어이다.
  2. 외부 교란변수를 사전에 측정하여 제어에 이용한다.
  3. 공정의 출력을 제어에 이용한다.
  4. 제어루프는 감지기, 제어기, 가동장치를 포함한다.
(정답률: 88%)
  • 앞먹임 제어는 외부 교란변수를 사전에 측정하여 공정에 미치는 영향을 미리 보정하는 제어 방식입니다. 따라서 공정의 출력(결과)을 측정하여 피드백하는 것이 아니라, 입력 단계에서 교란을 차단하는 것이 핵심입니다.

    오답 노트
    공정의 출력을 제어에 이용한다: 이는 피드백 제어(Feedback Control)에 대한 설명입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

20. 정류탑에서 공급원료의 상태는 공급원료 1몰 중 탈거부(stripping section)로 내려가는 액체의 몰수로 정의되는 q인자를 사용해서 표시할 수 있다. 이 때 q인자가 음수인 경우는?

  1. 차가운 액체를 공급할 경우
  2. 포화증기를 공급할 경우
  3. 과열증기를 공급할 경우
  4. 포화액체를 공급할 경우
(정답률: 69%)
  • q인자는 공급원료 1몰 중 탈거부로 내려가는 액체의 몰수를 의미하며, 과열증기를 공급할 경우 증발을 위해 주변 액체를 기화시키므로 q값이 음수가 됩니다.

    오답 노트
    포화액체: $q = 1$
    포화증기: $q = 0$
    차가운 액체: $q > 1$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

< 이전회차목록 다음회차 >