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

9급 지방직 공무원 화학공학일반
(2020-06-13 기출문제)

목록

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: 71%)
  • 1ppb는 1000ppm이 아니다. 1ppb는 0.001ppm이다. 이유는 ppm은 백만분율을 나타내는 단위이고, ppb는 10억분율을 나타내는 단위이기 때문이다. 따라서 1ppb는 0.001ppm이 된다.
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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: 50%)
  • 뉴튼 유체는 전단응력과 전단변형률 사이에 비례 관계가 성립하는 유체를 말한다. 이러한 유체에서는 전단변형률의 크기에 상관없이 점도가 일정하다. 따라서 뉴튼 유체의 점도는 전단변형률 크기에 무관하다는 것이 옳다.
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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: 42%)
  • 운전정지 시간이 짧다는 것은 회분식 반응기가 반응 조건을 빠르게 바꿀 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 생산성을 높이고, 반응 조건을 정확하게 조절할 수 있어 제품 품질을 유지할 수 있습니다. 따라서, "운전정지 시간이 짧다"는 회분식 반응기의 특징으로 옳은 것입니다.
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4. 증류탑의 총괄효율이 50%이고, 이상단의 수가 12일 때 실제단의 수는?

  1. 6
  2. 12
  3. 18
  4. 24
(정답률: 57%)
  • 증류탑의 총괄효율이 50%이므로, 이상단의 수가 12일 때 실제로 증류탑에서 분리되는 구성요소는 6개입니다. 이는 이상단의 수를 2로 나눈 값과 같습니다. 따라서, 실제단의 수는 이상단의 수인 12에 분리되는 구성요소의 수인 6을 곱한 72개가 아니라, 이상단의 수인 12에서 분리되지 않는 구성요소의 수인 6을 빼준 6개를 더한 18개가 됩니다. 그러나, 증류탑에서는 이상단과 실제단이 일치하지 않기 때문에, 실제단의 수는 이상단의 수인 12보다 더 많습니다. 따라서, 보기에서 정답이 "24"인 이유는, 이상단의 수인 12에서 분리되지 않는 구성요소의 수인 6을 빼준 6개를 더한 18개에 6을 더한 24개가 실제단의 수라는 것입니다.
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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: 70%)
  • "스크러버(scrubber)는 공기를 이용한 건식 집진장치다."가 옳지 않은 것은 사실입니다. 스크러버는 공기 중에 떠다니는 먼지나 기타 오염물질을 물 또는 화학약품과 반응시켜 제거하는 기기로, 건식이 아닌 습식 집진장치입니다.
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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: 74%)
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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: 32%)
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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: 40%)
  • 단위 분석을 통해 차원을 비교해보면, "v/α"는 [L2/T] / [L2/T] = 차원이 같다. "μ/ρ・D"는 [M/(L・T)] / [M/(L3・T)] = [L]와 차원이 다르다. "D/α"는 [L2/T] / [L2/T] = 차원이 같다. 따라서, "ρ・cp/k・μ"이 차원이 다른 것이다. 이는 열전달의 효율성을 나타내는 물리량인 열전도도(k)와 열저항(ρ・cp/μ)의 비율을 나타내기 때문에, 열전달의 효율성을 나타내는 차원이다.
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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: 70%)
  • 액-액 추출에서 추제는 추질과 추잔상을 분리하기 위해 사용되는데, 이때 추제가 가져야 할 성질은 추질과 추잔상을 분리하기 위한 선택도가 커야 한다는 것입니다. 즉, 추질에 대한 선택도가 추잔상에 대한 선택도보다 커야 추질과 추잔상을 효과적으로 분리할 수 있습니다. 이는 추질과 추잔상의 물리적 성질에 따라 달라지며, 추질과 추잔상의 밀도, 용해도, 휘발도 등이 서로 비슷하면 추출 효율이 떨어지게 됩니다. 따라서 추질과 추잔상의 물리적 성질을 고려하여 적절한 추제를 선택해야 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: 71%)
  • 열전달식 Q = mCpΔT를 이용한다. 여기서 m은 질량유속, Cp는 비열, ΔT는 온도차이를 나타낸다. 따라서,

    Q = 1kg/s x 0.3kcal/kg℃ x (50℃ - 5℃) = 13.5kcal/s

    단위시간당 전달된 열량을 구하기 위해 kcal/s를 kcals-1으로 변환하면,

    13.5kcal/s = 13.5kcals-1

    따라서 정답은 "13.5"이다.
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11. 화학공장의 화재 발생 요인 3요소가 아닌 것은?

  1. 환원제
  2. 산소
  3. 점화원
  4. 가연성 물질
(정답률: 86%)
  • 환원제는 화재 발생 요인 중 하나가 아닙니다. 화재 발생 요인은 산소, 점화원, 가연성 물질로 구성됩니다. 산소는 화재 발생에 필수적인 요소이며, 점화원은 화재를 일으키는 원인이 됩니다. 가연성 물질은 화재 발생 가능성이 높은 물질로, 산소와 점화원이 함께 존재할 때 화재가 발생할 가능성이 높아집니다. 반면, 환원제는 화재 발생 요인 중 하나가 아니며, 화재 진압에 사용되는 화학 물질입니다.
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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: 62%)
  • 두 재질의 열전도도가 다르므로, 두 재질의 열전달 속도는 다르다. 하지만 문제에서는 두 재질의 단위면적당 정상상태 열전달 속도가 같다고 했으므로, 두 재질의 열전달 속도가 같다는 것을 알 수 있다.

    따라서, 은 평판과 같은 열전달 속도를 가지는 철 평판의 두께를 구하기 위해서는 두 재질의 열전도도 비율과 두께 비례식을 이용할 수 있다.

    은 평판과 같은 열전달 속도를 가지는 철 평판의 열전도도는 다음과 같다.

    450Wm-1K-1 / 15Wm-1K-1 = 30

    즉, 철 평판의 열전도도는 은 평판의 열전도도의 30배이다.

    따라서, 은 평판의 두께가 1cm이므로, 같은 열전달 속도를 가지는 철 평판의 두께는 1cm / 30 = 1/30cm = 0.0333cm 이다.

    따라서, 정답은 "1/30"이다.
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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: 46%)
  • 반응식을 보면 A가 B로 전환될 때 A의 몰수는 1 감소하고, B의 몰수는 1 증가한다. 따라서 A의 몰분율은 전체 몰수 중에서 20% 감소하므로 0.8배가 된다. 따라서 A의 몰분율은 0.2에서 0.16으로 감소하고, B의 몰분율은 0.0에서 0.04로 증가한다. 따라서 A의 몰분율은 전체 몰분율의 0.16 / (0.16 + 0.04) = 0.8이므로, 정답은 0.5가 된다.
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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: 50%)
  • 압축 장비에서 압출되는 국수의 부피 유량은 일정하므로, 압출 속도는 압출 단면적의 비율로 계산할 수 있다. 따라서, 압출 속도는 다음과 같다.

    압출 속도 = (피스톤 속도) x (피스톤 단면적) / (압출 단면적)
    = (10cms^-1) x (1cm^2) / (0.1m^2 x 10^4cm^2/m^2)
    = 20cms^-1

    따라서, 정답은 "20"이다.
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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: 34%)
  • 옳지 않은 설명은 "레이저 회절법은 현탁액을 통과하는 빛의 회절각이 입도에 비례한다는 것을 이용한 분석법이다." 입니다. 이유는 레이저 회절법은 현탁액 내 입자들이 레이저 빛을 산란시키는 현상을 이용하여 입도를 측정하는 분석법입니다. 회절각과는 관련이 있지만 직접적인 비례 관계는 아닙니다.
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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: 45%)
  • 피스톤 펌프는 펌핑 작업 중에 역류가 발생할 수 있기 때문에 체크 밸브가 필요합니다. 체크 밸브는 유체가 한 방향으로만 흐를 수 있도록 막아주는 역할을 합니다. 따라서 피스톤 펌프는 체크 밸브가 필요한 펌프입니다.
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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: 66%)
  • "열전달 속도는 비열에 비례한다."라는 설명이 옳지 않습니다.

    열전달 속도는 온도 차에 비례하며, 열전도도와도 관련이 있습니다. 그러나 비열과는 직접적인 관련이 없습니다.

    비열은 물질이 담긴 온도 변화에 따른 열의 흡수 또는 방출 능력을 나타내는 값으로, 열전달 속도와는 관련이 있지만 직접적인 영향을 미치지는 않습니다.
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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: 23%)
  • Nusselt 수는 유체와 고체 경계면에서 열전달이 얼마나 잘 일어나는지를 나타내는 비례상수이다. 이 문제에서는 고체 평판 표면의 수직방향으로의 열전달에 대한 Nusselt 수를 구하는 것이 목적이다.

    고체 평판 표면의 수직방향으로의 열전달은 고체 평판과 유체 경계면에서 일어나는 열전달과 고체 평판 내부에서 일어나는 열전달의 합으로 나타낼 수 있다. 고체 평판 내부에서의 열전달은 고체의 열전도도 ks에 비례하고, 고체 평판과 유체 경계면에서의 열전달은 유체의 열전달계수 h와 고체 평판과 유체 경계면 사이의 거리 L에 비례한다.

    따라서, 고체 평판 표면의 수직방향으로의 열전달에 대한 Nusselt 수는 h∙L/ks가 될 것이다. 하지만 이 문제에서는 고체 평판의 두께 D가 주어지고, 고체 평판 내부에서의 열전달은 무시할 수 있다고 가정하고 있다. 따라서, 고체 평판과 유체 경계면에서의 열전달만 고려하면 된다.

    고체 평판과 유체 경계면에서의 열전달은 유체의 열전달계수 h와 고체 평판과 유체 경계면 사이의 거리 L에 비례한다. 따라서, 고체 평판 표면의 수직방향으로의 열전달에 대한 Nusselt 수는 h∙L/kf가 될 것이다.
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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: 32%)
  • 열전달 시간은 물체의 열전달 면적과 열전달 계수, 그리고 물체의 열용량과 초기 온도 차이에 영향을 받는다. 수박 A와 B는 같은 냉장고에서 냉각되므로 열전달 면적과 열전달 계수는 동일하다고 가정할 수 있다. 따라서 냉각 시간은 수박의 열용량과 초기 온도 차이에만 영향을 받는다.

    수박의 열용량은 수박의 부피와 밀도에 비례하므로, 수박 A와 B의 열용량은 각각 (rA)^3과 (rB)^3에 비례한다. 반면 초기 온도 차이는 동일하므로, 냉각 시간은 수박 A와 B의 부피에 비례한다.

    수박 A와 B의 부피는 각각 (4/3)π(rA)^3과 (4/3)π(rB)^3이므로, tA/tB는 (rA)^3/(rB)^3에 비례한다. 하지만 문제에서 주어진 조건에 따르면 rA=3rB이므로, (rA)^3/(rB)^3=27이다. 따라서 tA/tB=27/1=<<27=27>>27이다.

    따라서 정답은 "3"이다.
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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: 79%)
  • 노무 및 복지 비용은 인력과 관련된 비용으로, 자본비용과는 다른 개념입니다. 자본비용은 기계, 장비, 건물 등의 구입 및 설치 비용을 의미하며, 이에 대한 투자는 기업의 생산성과 경쟁력을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 따라서 노무 및 복지 비용은 자본비용과는 구분되어야 합니다.
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