9급 국가직 화학공학일반 2024년 기출문제

Mach 수($Ma$)는 다음과 같이 정의된다. 아음속(subsonic) 영역에 해당하는 Mach 수는? (단, $u$는 유속, $a$는 유체가 흐르는 조건에서의 음속이다)

$Ma=\frac{u}{a}$

충격관(impact tube)과 정압관(static tube)에 가해지는 압력차를 측정하여 관내 유체의 국부 유속을 측정하는 장치는?

유체의 에너지를 증가시키기 위한 장치가 아닌 것은?

제조원가에 포함되지 않는 것은?

농도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

반지름이 10 $\mu$m이고 밀도가 1.1 g cm^-3인 구형 입자가 정지하고 있는 물 속에서 자유침강(free settling)할 때의 종말속도[cm s^-1]는? (단, 구형 입자에는 부력, 항력, 중력만이 작용하며, 물의 밀도는 1.0 g cm^-3, 물의 점도는 0.001 Pa s, 중력가속도는 9 m s^-2이다)

Nusselt 수와 Prandtl 수의 정의에 공통으로 사용되는 물성은?

제작비용이 $\mathrm{A}$인 1,000 L 용량의 반응기를 10,000 L 용량으로 스케일 업(scale-up) 한다면, 10,000 L 용량 반응기의 추정 제작비용은? (단, 스케일 업에 따른 반응기의 추정 제작비용은 6/10 인자 법칙(six-tenths factor rule)을 따른다)

다음은 성분 A의 기체흡수에서 기－액 계면 근처의 몰분율을 나타낸 그림과 A의 물질전달속도($r$)를 총괄 물질전달계수($K_y$)로 나타낸 식이다. 계면으로의 물질전달속도는 계면으로부터의 물질전달속도와 같다. 액체 경막과 기체 경막의 물질전달계수는 각각 $k_x$, $k_y$이고, $x_{\mathrm{A}}$와 $y_{\mathrm{A}}$는 각각 벌크 액체와 벌크 기체의 몰분율이며, $x_{\mathrm{A},i}$와 $y_{\mathrm{A},i}$는 각각 기－액 계면에서 액체와 기체의 몰분율이라고 할 때, $\frac{1}{K_y}$은? (단, 기체흡수는 이중경막론을 따르고, $y_{\mathrm{A}}^{\ast }$는 $x_{\mathrm{A}}$와 평형을 이루는 기체의 몰분율이다)

$r=K_y(y_{\mathrm{A}}-y_{\mathrm{A}}^{\ast })$

그림과 같이 무한한 두 평행판 사이에서 완전히 발달된 층류로 흐르는 비압축성 뉴턴유체(Newtonian fluid)에 대해 a와 b 지점 간의 압력차($P_{\mathrm{a}}-P_{\mathrm{b}}$)는? (단, $L$은 a와 b 지점 간의 판 길이, $\overline{v}$는 유체의 평균속도, $\mu$는 유체의 점도, $H$는 판 사이의 간격이고, 유체는 정상상태로 $x$축 방향으로만 흐르며, 중력과 말단 영향(end effect)은 무시한다)

연속 분별 증류탑에서 최소 이론단수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

화학공정에서 사용되는 건조기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

그림과 같이 원형관으로 연결된 수압기에서 왼쪽 관 수면에 수직으로 작용하는 힘($F_1$)이 40 N일 때, 오른쪽 관 수면에 수직으로 작용하는 힘($F_2$)의 크기[N]는? (단, $D_1$과 $D_2$는 관의 지름이고, 두 수면의 높이는 같다)

성분 A와 B의 이성분계에서 Fick의 법칙으로 옳지 않은 것은? (단, $J_{\mathrm{A}}$와 $J_{\mathrm{B}}$는 각각 A와 B의 몰 플럭스(flux), $j_{\mathrm{A}}$는 A의 질량 플럭스, $D_{\mathrm{AB}}$와 $D_{\mathrm{BA}}$는 각각 A와 B의 확산계수, $\nabla c_{\mathrm{A}}$와 $\nabla c_{\mathrm{B}}$는 각각 A와 B의 몰농도 구배, $\nabla x_{\mathrm{A}}$는 A의 몰분율 구배, $\nabla w_{\mathrm{A}}$는 A의 질량분율 구배이고, $c$는 전체 몰농도로서 일정하다)

미국재료시험협회(ASTM) 규격에 따른 50 메시(mesh) 체의 단위면적당 체눈(screen opening) 개수(N₅₀)와 100 메시 체의 단위면적당 체눈 개수(N₁₀₀)의 비(N₅₀ : N₁₀₀)는?

298 K에서 각 반응의 표준 반응 엔탈피($\Delta H_{298}^o$)가 다음과 같을 때, 298 K에서 ${\mathrm{CH}}_4(g)$ ＋ $2{\mathrm{O}}_2(g)$ → ${\mathrm{CO}}_2(g)$ ＋ $2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(g)$ 반응의 표준 반응 엔탈피[kJ]는?

${\mathrm{CH}}_4(g)$ → $\mathrm{C}(s)$ ＋ $2{\mathrm{H}}_2(g)$ $\Delta H_{298}^o$ ＝ 70 kJ

$\mathrm{C}(s)$ ＋${\mathrm{O}}_2(g)$ → ${\mathrm{CO}}_2(g)$ $\Delta H_{298}^o$ ＝ －390 kJ

${\mathrm{H}}_2(g)$ ＋ $\frac{1}{2}{\mathrm{O}}_2(g)$ → ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(g)$ $\Delta H_{298}^o$ ＝ －240 kJ

성분 A와 B의 이성분계가 기－액 평형 상태에 있고, 이 온도에서 A의 증기압은 900 mmHg, B의 증기압은 400 mmHg이다. 전체 압력이 450 mmHg일 때, A의 액상 몰분율($x_{\mathrm{A}}$), A의 기상 몰분율($y_{\mathrm{A}}$), B에 대한 A의 상대휘발도(${\alpha }_{\mathrm{AB}}$)는? (단, A와 B의 혼합물은 라울(Raoult)의 법칙과 돌턴(Dalton)의 부분 압력 법칙을 따른다)

$x_{\mathrm{A}}$ $y_{\mathrm{A}}$ ${\alpha }_{\mathrm{AB}}$

이중관 열교환기의 원형 내관의 안지름과 두께는 각각 20 mm, 5 mm이다. 내관의 외부 표면적(outside surface area)을 기준으로 한 총괄 열전달계수($U_o$)에 대한 내부 표면적(inside surface area)을 기준으로 한 총괄 열전달계수($U_i$)의 비($U_i/U_o$)는? (단, 이중관 열교환기에 리턴 밴드(return band)와 리턴 헤드(return head)는 없고, 원형관에서만 정상상태의 열교환이 일어난다)

고체의 열전도도($k$)가 온도($T$)의 선형함수로서 다음과 같을 때, $T_1$과 $T_2$의 온도 범위에서 평균 열전도도($k_{avg}$)는? (단, $k_0$와 $\beta$는 상수이다)

$k=k_0(1+\beta T)$

그림과 같이 두께($d$)가 10 mm인 평면 유리 창문의 바깥 온도는 －10 °C, 방 안 온도는 20 °C로 유지되고 있다. 방 안의 열전달계수($h_1$)는 10 W m^-2 K^-1이고, 바깥의 열전달계수($h_2$)는 40 W m^-2 K^-1이다. 유리의 전도 열저항이 바깥의 대류 열저항보다는 크고 방 안의 대류 열저항보다는 작게 되는 유리의 열전도도($k$)[W m^-1 K^-1]의 범위는? (단, 유리 두께 방향으로의 열전달만을 고려하고, 복사에너지는 무시한다)