9급 지방직 공무원 화학공학일반 필기 기출문제복원 (2020-06-13)

9급 지방직 공무원 화학공학일반 2020-06-13 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 지방직 공무원 화학공학일반 2020-06-13 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 지방직 공무원 화학공학일반
(2020-06-13 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 농도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 질량농도는 단위 부피의 용액에 들어있는 용질의 질량이다.
  2. 1ppb는 1000ppm이다.
  3. 몰농도는 용액 1L에 들어있는 용질의 몰수다.
  4. 몰랄농도는 용매 1kg당 용질의 몰수다.
(정답률: 75%)
  • 농도 단위의 정의를 묻는 문제입니다. $1\text{ppm}$은 $10^{-6}$이며, $1\text{ppb}$는 $10^{-9}$이므로 $1\text{ppm}$은 $1000\text{ppb}$와 같습니다.

    오답 노트
    1ppb는 1000ppm이다: $1\text{ppm} = 1000\text{ppb}$가 옳은 관계입니다.
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2. 유체에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 전단응력(shear stress)은 전단력(shear force)과 전단면적을 곱한 값이다.
  2. 동점도(kinematic viscosity)는 유체의 밀도를 절대점도로 나눈 값이다.
  3. 뉴튼 유체(Newtonian fluid)의 점도는 전단변형률 크기에 무관하다.
  4. 뉴튼 유체가 원관 속을 흐를 때 레이놀즈(Reynolds) 수가 2000 이하면 난류(turbulent flow)이다.
(정답률: 58%)
  • 뉴튼 유체는 점도가 전단변형률의 크기에 관계없이 일정하게 유지되는 유체를 의미합니다.

    오답 노트
    전단응력: 전단력을 전단면적으로 나눈 값입니다.
    동점도: 절대점도를 밀도로 나눈 값입니다.
    레이놀즈 수: 2000 이하면 층류(laminar flow)입니다.
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3. 연속식 반응기와 비교할 때 회분식 반응기의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 소량 다품종 제품의 생산에 적합하다.
  2. 반응기가 닫혀 있어 운전 중에는 유입과 유출 흐름이 없다.
  3. 장치비가 적게 들고 조업에 융통성이 있다.
  4. 운전정지 시간이 짧다.
(정답률: 45%)
  • 회분식 반응기는 원료 투입, 반응, 생성물 배출 및 세척 과정이 순차적으로 이루어지므로, 연속식 반응기에 비해 운전정지 시간(비가동 시간)이 깁니다.

    오답 노트
    소량 다품종: 적합함
    유입/유출 없음: 폐쇄계 특징
    장치비/융통성: 상대적으로 저렴하고 유연함
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4. 증류탑의 총괄효율이 50%이고, 이상단의 수가 12일 때 실제단의 수는?

  1. 6
  2. 12
  3. 18
  4. 24
(정답률: 64%)
  • 실제단의 수는 이상단의 수를 총괄효율로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $N_{actual} = \frac{N_{ideal}}{\eta}$
    ② [숫자 대입] $N_{actual} = \frac{12}{0.5}$
    ③ [최종 결과] $N_{actual} = 24$
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5. 기체 중에 부유하고 있는 고체나 액체 미립자를 포집하는 집진장치에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 스크러버(scrubber)는 공기를 이용한 건식 집진장치다.
  2. 사이클론(cyclone)은 원심력을 이용한 집진장치다.
  3. 코트렐(Cottrell) 집진기는 전기집진장치다.
  4. 백필터(bag filter)는 여과포를 이용한 집진장치다.
(정답률: 67%)
  • 스크러버(scrubber)는 세정액이라는 액체를 사용하여 입자를 제거하는 대표적인 습식 집진장치입니다.

    오답 노트
    사이클론: 원심력 이용
    코트렐: 전기력 이용
    백필터: 여과포 이용
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6. 벤젠 60wt%, 톨루엔 40wt%의 혼합액이 1000kgh-1의 질량유속으로 증류탑에 공급된다. 탑상제품에서 톨루엔의 질량유속은 100kgh-1고 벤젠의 조성은 80wt%일 때, 탑저제품에서 벤젠의 질량유속[kgh-1]은?

  1. 100
  2. 200
  3. 300
  4. 400
(정답률: 76%)
  • 전체 질량 수지와 벤젠에 대한 성분 수지를 이용하여 탑저제품의 벤젠 유량을 계산합니다.
    탑상제품의 총 유량 $D$ 계산: 톨루엔 유량이 $100\text{kg/h}$이고 벤젠이 $80\text{wt}\%$이므로, 톨루엔은 $20\text{wt}\%$입니다. 따라서 $D = 100 / 0.2 = 500\text{kg/h}$이며, 이 중 벤젠 유량은 $500 \times 0.8 = 400\text{kg/h}$입니다.
    ① [기본 공식] $\text{Bottom Benzene} = \text{Feed Benzene} - \text{Distillate Benzene}$
    ② [숫자 대입] $\text{Bottom Benzene} = (1000 \times 0.6) - 400$
    ③ [최종 결과] $\text{Bottom Benzene} = 200\text{ kg/h}$
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7. 수직으로 놓인 지름 1m의 원통형 탱크에 높이 1.8m까지 물이 채워져 있다. 탱크 바닥에 내경 5cm의 관을 연결하여 1.2ms-1의 일정한 관내 평균유속으로 물을 배출한다면, 탱크의 물이 모두 배출되는데 걸리는 시간[min]은?

  1. 10
  2. 20
  3. 40
  4. 60
(정답률: 45%)
  • 탱크 내 전체 물의 부피를 시간당 배출되는 부피 유량으로 나누어 전체 배출 시간을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{V_{tank}}{Q} = \frac{\frac{\pi D^2}{4} \times H}{\frac{\pi d^2}{4} \times v}$
    ② [숫자 대입] $t = \frac{\frac{\pi \times 1^2}{4} \times 1.8}{\frac{\pi \times 0.05^2}{4} \times 1.2} = \frac{1.8}{0.003} = 600\text{ s}$
    ③ [최종 결과] $t = 10\text{ min}$
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8. 차원(dimension)이 다른 것은? (단, v는 동점도, μ는 절대점도, α는 열확산계수, k는 열전도도, ρ는 밀도, D는 물질확산계수, cp는 비열을 의미한다)

  1. v/α
  2. μ/ρ・D
  3. D/α
  4. ρ・cp/k・μ
(정답률: 44%)
  • 각 무차원 수의 정의를 통해 차원을 분석하면, 프란틀 수($Pr$)와 슈미트 수($Sc$)의 형태를 띠는 보기들은 모두 차원이 없으나, $\rho c_p / k \mu$는 차원이 존재합니다.

    오답 노트
    v/$\alpha$: 프란틀 수($Pr$)로 무차원
    $\mu / \rho D$: 슈미트 수($Sc$)의 역수로 무차원
    D/$\alpha$: 루이스 수($Le$)의 역수로 무차원
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9. 액－액 추출에서 추제가 가져야 할 성질로 옳은 것은?

  1. 추질과 밀도 차이가 작아야 한다.
  2. 추질에 대한 선택도가 추잔상에 대한 선택도보다 커야 한다.
  3. 추질과 휘발도의 차이가 작아야 한다.
  4. 추잔상에 대한 용해도가 커야 한다.
(정답률: 74%)
  • 효율적인 액-액 추출을 위해서는 추출하고자 하는 성분(추질)을 남기고자 하는 성분(추잔상)보다 훨씬 더 잘 녹여낼 수 있어야 하므로, 추질에 대한 선택도가 추잔상에 대한 선택도보다 커야 합니다.

    오답 노트
    밀도 차이: 층 분리가 잘 되려면 밀도 차이가 커야 합니다.
    휘발도: 추출은 용해도 차이를 이용하는 공정이며 휘발도와는 무관합니다.
    추잔상 용해도: 추잔상이 용매에 많이 녹으면 분리 효율이 떨어지므로 용해도가 작아야 합니다.
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10. 5℃의 공기가 1kgs-1의 일정한 질량유속으로 관에 들어가서 50℃로 관을 나간다. 공기의 비열을 0.3kcalkg-1℃-1라고 할 때, 단위시간당 공기로 전달된 열량[kcals-1]은?

  1. 10.5
  2. 11.5
  3. 12.5
  4. 13.5
(정답률: 76%)
  • 유체의 온도 변화에 따른 단위 시간당 열전달량은 질량유속, 비열, 온도 차의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = \dot{m} \cdot C_p \cdot \Delta T$
    ② [숫자 대입] $Q = 1 \cdot 0.3 \cdot (50 - 5)$
    ③ [최종 결과] $Q = 13.5$
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11. 화학공장의 화재 발생 요인 3요소가 아닌 것은?

  1. 환원제
  2. 산소
  3. 점화원
  4. 가연성 물질
(정답률: 90%)
  • 화재의 3요소는 가연성 물질, 산소(공기), 점화원입니다. 환원제는 화학 반응의 일종일 뿐 화재 발생의 필수 3요소에 해당하지 않습니다.
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12. 두께가 1cm인 은 평판과 단위면적당 정상상태 열전달 속도가 같은 철 평판의 두께[cm]는? (단, 은의 열전도도는 450Wm-1K-1, 철의 열전도도는 15Wm-1K-1이며, 열전달 조건은 동일하다)

  1. 1/60
  2. 1/30
  3. 30
  4. 60
(정답률: 69%)
  • 정상상태에서 단위면적당 열전달 속도(열유속)가 동일하므로, 열전도도와 두께의 곱이 일정해야 합니다.
    ① [기본 공식]
    $$k_{Ag} \times L_{Ag} = k_{Fe} \times L_{Fe}$$
    ② [숫자 대입]
    $$450 \times 1 = 15 \times L_{Fe}$$
    ③ [최종 결과]
    $$L_{Fe} = 30$$
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13. 기체 A가 기체 B로 전환되는 아래 반응식에 의해 A의 20%가 B로 전환된다면, 반응 후 얻게 되는 기체 혼합물 중 A의 몰분율은? (단, 초기에는 A만 반응기에 존재한다)

  1. 0.1
  2. 0.2
  3. 0.5
  4. 0.8
(정답률: 56%)
  • 반응식 $A(g) \rightarrow 4B(g)$에 따라 $A$가 $1 \text{ mol}$ 반응하면 $B$가 $4 \text{ mol}$ 생성됩니다. 초기 $A$를 $1 \text{ mol}$이라 할 때, $20\%$ 반응 후 남은 $A$는 $0.8 \text{ mol}$, 생성된 $B$는 $0.2 \times 4 = 0.8 \text{ mol}$입니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{몰분율} = \frac{n_A}{n_A + n_B}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{몰분율} = \frac{0.8}{0.8 + 0.8}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{몰분율} = 0.5$$
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14. 압출 방향에 대해 수직으로 자른 실린더 내부 단면적이 0.1m2인 압출 장비로 국수를 뽑고 있다. 피스톤이 10cms-1의 속도로 반죽을 밀어 단면적이 1cm2인 국수가 500 가닥 압출되고 있다면, 국수의 압출 속도[cms-1]는? (단, 실린더 내부는 국수 반죽으로 가득 차 있고 공극은 없으며 국수 반죽은 밀도가 일정한 비압축성 유체이고 국수 압출 시 실린더 내에서 동일한 압력을 받는다)

  1. 0.2
  2. 2
  3. 20
  4. 200
(정답률: 57%)
  • 비압축성 유체의 연속 방정식에 따라 유입되는 부피 유량과 유출되는 부피 유량은 동일합니다.
    ① [기본 공식]
    $$A_{in} v_{in} = n A_{out} v_{out}$$
    ② [숫자 대입]
    $$0.1 \times 10 = 500 \times (1 \times 10^{-4}) \times v_{out}$$
    ③ [최종 결과]
    $$v_{out} = 20$$
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15. 입도 측정법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 체질법은 체를 사용하여 질량 분포 및 입도를 측정한다.
  2. 현미경 측정법은 광학현미경과 전자현미경을 주로 사용한다.
  3. 침강법은 입자의 침강 속도를 토대로 현탁액의 밀도를 측정하여 입도를 계산하는 분석법이다.
  4. 레이저 회절법은 현탁액을 통과하는 빛의 회절각이 입도에 비례한다는 것을 이용한 분석법이다.
(정답률: 44%)
  • 레이저 회절법은 입자의 크기가 클수록 회절각이 작아지는 반비례 관계를 이용하는 분석법입니다. 따라서 회절각이 입도에 비례한다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    체질법: 체의 눈금 크기로 질량 분포 측정
    현미경 측정법: 광학/전자현미경으로 직접 크기 측정
    침강법: 스토크스 법칙에 따른 침강 속도로 입도 계산
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16. 체크 밸브(check valve)가 필요한 펌프는?

  1. 원심 펌프(centrifugal pump)
  2. 피스톤 펌프(piston pump)
  3. 스크류 펌프(screw pump)
  4. 기어 펌프(gear pump)
(정답률: 52%)
  • 피스톤 펌프는 왕복동식 펌프로서 유체가 역류하는 것을 방지하고 한 방향으로만 흐르게 하기 위해 체크 밸브가 반드시 필요합니다.
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17. 전도에 의한 열전달 현상에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 열전달은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 일어난다.
  2. 열전달 속도는 온도 차에 비례한다.
  3. 열전달 속도는 열전도도에 비례한다.
  4. 열전달 속도는 비열에 비례한다.
(정답률: 72%)
  • 전도에 의한 열전달 속도는 푸리에 법칙(Fourier's Law)에 따라 온도 차, 열전도도, 면적에 비례하고 두께에 반비례하며, 비열과는 직접적인 관계가 없습니다.
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18. 다음 그림과 같이 두께 D의 차가운 고체 평판(빗금친 부분) 위로 뜨거운 유체가 x=0부터 평행하게 흐르고 있다. 유체의 열전달계수와 열전도도를 각각 h와 kf라고 하고, 고체의 열전도도를 ks라고 할 때 x=L에서 고체 평판 표면의 수직방향으로의 열전달에 대한 Nusselt 수는?

  1. h∙L/kf
  2. h∙L/ks
  3. h∙D/kf
  4. h∙D/ks
(정답률: 29%)
  • Nusselt 수는 대류 열전달과 전도 열전달의 비를 나타내는 무차원 수로, 특성 길이 $L$과 열전달계수 $h$, 유체의 열전도도 $k_f$의 관계로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $Nu = \frac{h L}{k_f}$
    ② [숫자 대입] $Nu = \frac{h L}{k_f}$
    ③ [최종 결과] $Nu = h \cdot L / k_f$
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19. 구형 수박 A의 반지름은 구형 수박 B의 반지름의 3배다. 수박 A, B를 냉장고에 넣어 25℃에서 15℃로 냉각하는 데 걸리는 시간을 각각 tA, tB라 할 때 tA/tB값은? (단, 냉장고 내부 온도와 수박 표면에서의 열전달계수는 일정하고, 수박 내부 열전달 저항은 무시한다)

  1. 1/9
  2. 1/3
  3. 3
  4. 9
(정답률: 37%)
  • 수박 내부 열전달 저항을 무시하므로 집중용가설(Lumped Capacitance Method)을 적용합니다. 냉각 시간 $t$는 부피 $V$에 비례하고 표면적 $A$에 반비례합니다.
    ① [기본 공식] $t \propto \frac{V}{A}$
    ② [숫자 대입] $\frac{t_A}{t_B} = \frac{R_A}{R_B} = \frac{3}{1}$
    ③ [최종 결과] $t_A/t_B = 3$
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20. 자본비용(capital cost)으로 분류되지 않는 것은?

  1. 노무 및 복지 비용
  2. 장치 구입 및 설치 비용
  3. 배관(piping) 비용
  4. 토지 및 건물 비용
(정답률: 83%)
  • 자본비용은 설비 구축을 위한 초기 투자비용을 의미하며, 노무 및 복지 비용은 제품 생산 과정에서 지속적으로 발생하는 운전비용(운영비)에 해당합니다.

    오답 노트
    장치 구입/설치, 배관, 토지 및 건물: 모두 초기 투자에 필요한 자본비용임
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