화공기사 2015년 2회 기출 풀이(21번,22번,23번,*24번,25번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 21번, 22번, 23번

21. NaCl 10%, KCl 3%, H2O 87% 의 수용액 18400kg 을 증발기(evaporator)에서 농축하여 NaCl 결정만이 석출되고 NaCl 16.8%, KCl 21.6%, H2O 61.6%의 농축액을 얻었다면 석출된 NaCl의 양은 얼마인가?

 ① 4700kg

 ② 1840kg

 ③ 1411kg

 ④ 1250kg

정답 : 3번

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18400kg 중 NaCl 1840kg, KCl 552kg, 물 16008kg

석출된 NaCl 을 x kg , 증발시킨 물을 y kg 이라고 하면,

NaCl 농도 = (1840-x) / (18400-x-y) = 0.168

KCl 농도 = 552 / (18400-x-y) = 0.216

물 농도 = (16008-y) / (18400-x-y) = 0.616

x = 1410.67 kg, (y=14433.77kg)

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22. 표준상태에서 측정한 프로판가스 100㎥ 을 액화하였다. 액체 프로판은 몇 kg 인가?

 ① 196.43

 ② 296.43

 ③ 396.43

 ④ 469.43

정답 : 1번

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PV=nRT

n = 101325 Pa * 100 ㎥ / (8.3145 J/molK * 273K)

n = 4463.93 mol

프로판(C3H8)의 분자량은 12*3+1*8 = 44 g/mol

4463.93 mol * 44 g/mol = 196412.92 g = 196.41 kg 

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23. 개천의 유량을 측정하기 위하여 dilution method 를 사용하였다. 처음 개천물을 분석하였더니 의 농도가 180 ppm 이었다. 1시간에 걸쳐 10kg 을 혼합한 후 하류에서 를 측정하였더니 3300ppm 이었다. 이 개천물의 유량은 약 몇 kg/h 인가?

 ① 3195

 ② 3250

 ③ 3345

 ④ 3395

정답 : 1번

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복잡하니까 시간 단위는 떼버리고 생각해보자.(편할대로 하면 된다.)

개천물을 x kg 이라고 하자.

초기 Na2SO4 는 x * 180*10^(-6) kg 이고, 

여기에 10kg 를 더했다. 그랬더니 (x+10) * 3300*10^(-6) kg 이 되었다.

식으로 써보면, x * 180*10^(-6) kg + 10 kg = (x+10) * 3300*10^(-6) kg

이를 풀면 x = 3194.55 kg

이 일이 한 시간 동안 벌어졌으므로, 3195 kg/h

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24. 어떤 여름날의 일기가 낮의 온도 32℃, 상대습도 80% 대기압 738mmHg 에서 밤의 온도 20℃, 대기압 745mmHg 로 수분이 포화되어 있다. 낮의 수분 몇 % 가 밤의 이슬로 변하였는가?

(단, 32℃ 와 20℃ 에서 포화수증기압은 각각 36mmHg 17.5mmHg 이다.)

 ① 39.3%

 ② 40.7%

 ③ 51.5%

 ④ 60.7%

정답 : 2번

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낮 수증기분압 : 36 mmHg * 0.8 = 28.8 mmHg

낮 건조공기 : 738 - 28.8 = 709.2 mmHg

밤이되어 온도가 내려가면 공기 중에는 17.5mmHg 의 수증기만 존재할 수 있다.

밤 수증기분압 : 17.5 mmHg

밤 건조공기 : 745 - 17.5 = 727.5 mmHg

온도에 따라 대기압이 다르니 압력 단위로 그대로 계산하면 안된다.

건조공기의 양이 같은 조건에서 비교해야 한다.

수증기분압을 건조공기 분압으로 나누어주면 몰습도이고,

이로써 같은 양의 건조공기에 대해서 수증기 양을 나타낼 수 있다.

낮 몰습도 : 28.8/709.2 = 0.0406

밤 몰습도 : 17.5/727.5 = 0.0241

(0.0406-0.0241)/0.0406 = 0.4064 = 40.64%

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25. 터빈을 운전하기 위해 2kg/s의 증기가 5atm, 300℃에서 50m/s로 터빈에 들어가고 300m/s 속도로 대기에 방출된다. 이 과정에서 터빈은 400kw의 축일을 하고 100KJ/s 열을 방출하였다면, 엔탈피 변화는 얼마인가?

(단, work:외부에 일할시 +, heat:방출시 -)

 ① 212.5kw

 ② -387.5kw

 ③ 412.5kw

 ④ -587.5kw

정답 : 4번

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이런 류의 문제가 나오면 다음 에너지수지 식을 떠올린다.

순서대로, 엔탈피변화, 운동에너지 변화, 위치에너지 변화, 열량, 축일 이다.

여기서는 위치에너지 변화는 없다.

엔탈피변화를 구하기 위해 주어진 값들을 대입해보면,

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