화공기사 2017년 4회 기출 풀이(1번,2번,3번,4번,5번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 1번, 3번, 4번, 5번

1. 어떤 연료의 발열량이 10000kcal/kg 일 때 이 연료 1kg 이 연소해서 30% 가 유용한 일로 바뀔 수 있다면 500kg 의 무게를 들어 올릴 수 있는 높이는 약 얼마인가?

 ① 26m

 ② 260m

 ③ 2.6km

 ④ 26km

정답 : 3번

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유용한 일은,

3000 kcal = 3000*4200J

일이 위치에너지(mgh)로 바뀌므로,

3000*4200 J = 500kg * 9.8m/s2 * h(m)

(3000*4200)/(500*9.8) = 2571 m

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2. 플래쉬(Flash) 계산에 대한 다음의 설명 중 틀린 것은?

 ① 알려진 T, P 및 전체조성에서 평형상태에 있는 2상계의 기상과 액상 조성을 계산한다.

 ② K 인자는 가벼움의 척도이다.

 ③ 라울의 법칙을 따르는 경우 K 인자는 액상과 기상 조성만의 함수이다.

 ④ 기포점 압력계산과 이슬점 압력계산으로 초기조건을 얻을 수 있다.

정답 : 3번

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난 잘 모르는 내용이지만..

전공책에는 기액 평형에서 중요한 응용 중 하나라고 한다.

먼저 flash 라는 것은 기포점 압력 이상의 압력 하에 있는 액체가 압력이 감소되는 경우

부분적으로 증발되어 기액 평형을 이루는 것을 말한다.

라울의 법칙, K value (=yi/xi) 등을 이용해서 물질수지식을 세우고,

각 물질의 양, 조성 등을 계산하는 것을 플래시 계산(flash calculation)

이라고 한다.

여기서 K=Yi/Xi 라고 한다. 휘발성을 나타냄을 알 수 있다.

온도, 압력, 조성의 함수가 되겠다.

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3. 질량 40kg, 온도 427℃ 의 강철주물(= 500 J/kgㆍ℃)을 온도 27℃, 200kg의 기름(= 2500J/kgㆍ℃) 속에서 급냉시킨다. 열손실이 없다면 전체 엔트로피(Entropy) 변화는 얼마인가?

 ① 6060J/K

 ② 7061J/K

 ③ 8060J/K

 ④ 9052J/K

정답 : 4번

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나한테만 그런지 모르겠지만 굉장히 좋은 문제인 것 같다.

대충 보니 Q를 구하는 문제인가! 하고 쉬워보였지만 엔트로피를 구하라는 말에 조금 당황스럽다.

일단 Q=cmΔT 를 써야할 것 같다.

500*40*(700K-T)=2500*200*(T-300K)

강철주물의 열이 기름으로 이동하면서 T=315.38K 에서 평형을 이룬다.

여기서 멍.. 엔트로피를 구하려면..끄적끄적..

내가 아는 엔트로피 식은,

근데 온도가 변하니 뭐 어떻게 해야될지 모르겠다.

자 여기서 dq=CpdT 등판. 문제의 상황이면 정압 상태임에는 이의가 없다.

대입하고 적분해주면

(Cp가 kg당 이었으니 질량m을 곱해주는 걸 잊지말자)

이제 강철주물과 기름에 대해 각각 엔트로피 변화량을 계산한 다음 합해주면 된다.

ΔS(강철)=40*500*ln(315.38/700)=-15946.0J/K

ΔS(기름)=200*2500*ln(315.38/300)=+24997.9J/K

ΔS(total)=9051.9J/K

부분적으로는 엔트로피 변화가 음수일 수 있지만 전체는 양수임도 알 수 있다.

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4. 150kPa, 300K에서 2몰의 이상기체 부피는 얼마인가?

 ① 0.03326㎥

 ② 0.3326㎥

 ③ 3.326㎥

 ④ 33.26㎥

정답 : 1번

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PV=nRT

150000 * V m3 = 2mol * 8.3145J/molK * 300K

V = 0.033258 m3

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5. 기체-액체 평형을 이루는 순수한 물에 대한 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

 ① 자유도는 1 이다.

 ② 같은 조건에서 기체의 내부에너지는 액체의 내부에너지보다 크다.

 ③ 같은 조건에서 기체의 엔트로피가 액체의 엔트로피보다 크다.

 ④ 같은 조건에서 기체의 깁스에너지가 액체의 깁스에너지보다 크다.

정답 : 4번

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1번 : C-P+2 = 1-2+2 = 1

2번 : 증발잠열만큼 기체의 내부에너지가 큰 것으로 알고 있다.

3번 : 기체의 엔트로피가 액체의 엔트로피보다 크다.(더 무질서함)

4번 : 깁스에너지는 같다.(평형 하면 깁스에너지를 떠올리자)

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