[화학직] 20년 중부발전 화공직 전공 복원 -2

★ 문제 아래에 바로 정답과 해답이 있습니다 ★

 
1. -30도 얼음 20g을 50도의 물로 만드는데 필요한 잠열(cal)은?
(얼음의 비열 0.5cal/g℃, 융해열 80cal/g)
① 400
② 800
③ 1600
④ 2100
 
 
여기서 주의할 점은 무의식적으로 총 필요한 열량이 아니라 잠열이다!
잠열(cal) = 용해열(cal/g) × 질량(g) = 80 ×20 = 1600
 
정답은 3번
 
 
 
2. 온도 327도, 127도의 범위 안에서 얻은 시간당 최대 동력이 8HP일 때, 흡수한 열량은?
(1HPh = 2550BTU)
① 46500 BTU
② 58240 BTU
③ 61800 BTU
④ 84480 BTU
 
 
 
문제 복원이 조금 잘못 되었다
기존에는 1HP = 2550cal이고 '시간당'이 누락되어 있었다
열기관의 효율을 구하면, η = (Th-Tc) / Th = 200 / 600 = 1/3
(당연히 효율 구할때는 Th만 절대온도로 하면 된다! 온도차이는 섭씨든 K이든 똑같음)
 
최대동력 = 흡수한 열량 × 효율이므로
흡수한 열량 = 최대 동력 / 효율 = 8HP ×  3 = 24HP × 2550BTU/HP = 61200BTU
정답은 3번
 
* 참고(동력) https://chmical.tistory.com/5
1HPh = 638kcal = 638 × 4 = 2552BTU
(1kcal = 4BTU)
 
 
 
3. 유체의 흐름 면적 변화 시, 운동에너지와 내부에너지의 상호교환에서 가역단열팽창 시 틀린 것은?
① 온도 감소
② 압력 감소
③ 엔탈피 증가
④ 비중량 감소
 
 
 
가열단열팽창이므로 △S=0(가역), Q=0(단열)이다

비중량을 밀도에서 중력가속도를 곱한것이므로 밀도랑 같다고 생각하면
팽창하면서 압력 감소되고 부피는 증가하므로 밀도

즉, 비중량은 감소
 
단열(Q=0)이므로 열의 공급이 없어 내부에너지가 감소하여 팽창하는데 필요한 에너지로 된다
즉, 온도가 감소하게 된다

열역학 식으로는 dU = dQ + dW => dU = dW = -PdV < 0

(∵ 팽창하여 dV가 양수)

 

그러므로 내부에너지는 감소하게 되어 온도가 감소한다
 
내부에너지는 감소했으니, 운동에너지는 증가하여 유속이 증가하게 된다

 

참고로 유동의 단면적을 변화시켜 운동E와 내부E간의 상호작용을 일으키는 장치는 노즐(Nozzle)이다
노즐의 에너지 수지식은 △H+1/2△u2 = 0이다
그러므로 속도가 증가한 대신, 엔탈피가 감소한다
 
이해하기 어렵다면, 노즐에서는 내부에너지가 즉, 엔탈피라고 생각하면 된다!

★노즐에서 가역단열팽창 시 압력, 비중량, 엔탈피, 온도는 모두 감소한다
 
정답 3번
 
 
 
 
4. 등온과정 이상기체가 흡수한 일의 표현으로 가장 먼 것은?
① W = ∫ dV/v
② W = ∫ PdV
③ W = RTln(P2/P1)
④ W = RTln(V2/V1)
 
 
 
등온과정에서 △U =△H = 0이므로
W = Q = ∫ PdV = ∫ (RT/V)dV = RTln(V2/V1) = RTln(P1/P2)
4번 보기가 조금 애매한데 1번은 확실하게 틀렸다
 
정답은 1번
 
 
 
5. 실제기체의 비리얼계수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 실제기체가 z=1이면 이상기체와 같이 거동
② B, C, D는 비리얼 계수로 압력에 의존
③ 보일온도에서 실제기체는 일정 압력범위에서 이상기체와 같은 거동을 보인다
④ z > 1이면 압축이 잘되고, z < 1이면 압축이 잘 되지 않는다
 
 
 
비리얼계수는 온도만의 함수이다
보일의 온도란 B=0이되는 온도이며, 실제 기체가 적당한 압력범위에서 이상기체와 같이 거동한다
압축인자(z)라는 말부터 압축에 대한 지표이므로 z > 1이면 압축 잘된다고 생각하면 된다!

 

그 이유는 z >1 이라는 거는 z = Vreal / Vig > 1

즉, 실제 기체가 더욱 부피가 큰 것이므로 더욱 압축하기 쉽다
 
정답 2번
 
 
 
6. 표준상태의 CO2 22.4L를 일정압력 하에 2730K로  연소 시켜, 아래와 같은 반응을 하였다.
이 때, 생성된 전체기체의 부피는?
2CO2 → 2CO + O2
① 33.6L
② 67.2L
③ 168L
④ 336L 
 
 
22.4L = 1mol CO2
  2CO2 → 2CO + O2
 1mol       1mol  0.5mol
생성된 전체 기체는 1.5mol 즉 1.5 X 22.4L = 33.6L
 
단, 유의할 점은 1mol = 22.4L는 273K 즉 표준상태(0도, 1기압)에서 이므로 온도보정을 해줘야 한다
V1/T1 = V2/T2 
V2 = V1 x T2/T1 = 33.6 X 2730/273 = 336L
 
정답은 4번
 
 
 
7. 비휘발성물질 40%가 1000kg/h로 증류탑이 유입된다. 유출액의 98%가 비휘발성물질이고 하부액의 2%가 비휘발성물질일 때, 유출액(kg/h)와 하부액(kg/h)이 양은?
① 350 650
② 372 628
③ 396 604
④ 408 592
 
 
 
너무 쉬워서 이런건 틀리면 절대 안된다!
(0.4) x 1000 = (0.98)D + 0.02(1000-D)
0.96D = 380   ∴ D = 380 X 100/96
 
여기서 유출액이 380보다 큰 보기가 3번이냐 4번이냐 고민된다

대략적인 수치만 하면 되므로 100/96 = 25/24 = 1 + 1/24이다
1/20 = 5%이므로 380의 5%미만으로 증가했다 
380의 5% 즉, 380/20 = 19 약 380+19 = 399 미만이므로 정답은 3번
 
 
 
8. 15kg 건조공기에 5kg 물을 넣었을 때, 습식기준으로 함수율은?
① 45%
② 30%
③ 25%
④ 20%
 
 
 
문제자체에서도 나왔듯이 습식기준 함수율이므로

5kg수분 / 20kg 습식 = 1/4 = 25%
 
다만, 통상적인 함수율은 건조기준으로 계산하는 것이므로 유의하자!
함수율 = kg H2O / kg 건조량 = 수분 / 수분을 제외한 나머지
 
정답 3번
 
 
 
9. 다음 중 증기압 추정방법으로 옳지 않은 것은?
① Antoine식
② Clausius-Clapeyron식
③ CO-X선도
④ 펭-로빈슨 선도
 
 
증기압 추정방법은
1. Clapeyron식
2. Antoine식 : 온도에 따른 포화증기압
3. CO-X 선도 : P*와 T를 직선화한 차트
 
정답 4번
 

*(참고) 증발/기화잠열 추정식
1) Clausius-Clapeyron식
2) Waston식
3) Riedel 식
4) Trouton식
5) Chen식
 
 
 
10. 유속의 흐름을 바꾸는 장치는?
① union
② tee
③ flange
④ coupling
 
 
 
유속의 흐름을 바꾸는 장치는 tee, 'T'므로 모양처럼 흐름을 바꾼다고 외우면 쉽다!

 

union, flange, coupling은 두 관을 연결할 때 쓴다
 
정답 2번
 

* (참고) 유속의 흐름/관의 방향을 바꾸는 장치 - 모양이 꺽여있는걸로 외우면 된다!
엘보(elbow), tee, Y-branch, 십자(cross)
 
 
 
11. 열전도도에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 금속고체의 열전도도는 자유전자운동에 기인한다
② 액체의 열전도는 원자간의 열이동 또는 주변 진동분자의 운동량 전달에 기인한다
③ 기체의 열전도는 무질서한 분자운동(확산)이다
④ 고체부도체는 회전운동에 기인한다
 
 
 
정답 4번
 
 
 
12. 배관에서 유체가 흐를 때, 경계층이 분리되지 않을 때의 마찰은?
① 표면마찰
② 형태마찰
③ 난류마찰
④ 경계마찰
 
 
 
이게 표면마찰이랑 형태마찰이 은근 헷갈린다
형태마찰 : (암기법) 분리가 되니깐 형태가 생긴다! -> 형태마찰
표면마찰 : 분리가 되지 않을때 마찰
 
 
정답 2번
 
 
 
13. 추출증류로 옳지 않은것은?
① 벤젠-시클로헥산(푸르푸랄 첨가)
② 물-질산(황산 추가)
③ 에틸알콜-물(벤젠 이용)
④ 이소프로필알콜-물(염화칼슘 이용)
 
 
 
이것도 역시나 은근 헷갈린다,,
주로 공비증류랑 추출증류 예시를 섞어서 헷갈리게 문제를 내므로 구분만 되면 된다!
 
추출증류의 예시
1) 벤젠 + 시클로헥산 / 푸르푸랄
2) 에탄올 + 물 / 글리세린
3) 질산 + 물 / 황산
4) I-propyl 알콜 + 물 / CaCl2(염화칼슘)
 

공비증류의 예시
1) 알코올 + 물 / 벤젠
2) 아세트산 + 물 / 아세트산 부틸
 
암기법은 공비혼합물에 첨가하는 걸로 구분하면 된다
추출증류는 황산을 제외하고 첨가제가 4글자이다!!

푸르푸랄(4), 글리세린(4), 염화칼슘(4), CaCl2(4)

여기서 황산만 추출증류라고 생각하면 된다
 
그러므로 3번(공비증류)을 제외한 나머지가 추출증류이므로 정답은 3번
 
 
 
14. 충진탑에서 압력손실을 유발하는 인자가 아닌것은?
① 충진물의 종류
② 충진물의 재질
③ 충진물의 크기
④ 충진물의 상태
 
 
충진물의 재질은 압력손실을 유발하지 않는다!
 
정답 2번
 
 
 
자세한 자료를 원하시면 아래를 참고해주세요
https://kmong.com/self-marketing/532464/LshUjjkdwP

화공직 공기업 요약본 - 열역학, 유체역학, 반응공학등 - 크몽