화공기사 2022년 1회 기출 풀이(41번,42번,43번,44번,45번)

* 41번~45번

41. 같은 질량을 갖는 2개의 구가 공기중에서 낙하한다. 두 구의 직경$\left(\mathrm{D}_{1} / \mathrm{D}_{2}\right)$가 3일 때 입자 레이놀드수$\left(N_{\text {Re,p }}\right)$는 $N_{\text {Re,p }}<1.0$이라면 종단속도의 비$\left(\mathrm{V}_{1} / \mathrm{V}_{2}\right)$는?

 ① $9$

 ② ${9}^{-1}$

 ③ $3$

 ④ ${3}^{-1}$

 

정답 : 4번

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입자(여기서는 구)가 중력에 의해 자유낙하할 때 점점 속도가 빨라지다가

중력 반대방향으로 작용하는 유체의 부력, 마찰저항력의

세 힘이 평형을 이루면서 일정한 속도로 낙하하게 된다.

이를 종단속도라 한다.

레이놀즈수<1일 때 마찰저항력 Fd는 아래와 같이 쓸 수 있다고 한다.

\( F_{d}=3 \pi \mu d V_{g} \)

\(\mu\) : 기체점도, Vg : 침강속도, d : 입자 직경

마찰저항력 = 중력 - 부력

\( 3 \pi \mu d V_{g}= \frac{\pi}{6} d^{3} \rho_{s} g - \frac{\pi}{6} d^{3} \rho g \) 

정리하면,

\( V_{g}=\frac{\left(\rho_{s}-\rho\right) d^{2} g}{18 \mu} \)

\(\rho_{s} \) : 입자밀도, $\rho $ : 기체밀도

식에서 기체밀도는 입자밀도에 비해 무시할 수 있다고 보면

종단속도는 입자밀도에 비례하고 직경의 제곱에 비례한다.

문제에서 1은 2보다 직경은 3배 크고,

질량이 같으므로 밀도는 3^3배 작다.

결론적으로 종단속도 비는 1/3 이 된다.

 

뭐..유도하려면 못할 것도 없긴한데..좀..

그렇다고 종단속도 식을 외우자니 그것도 좀..

(이 식을 쓸일이 거의 없기 때문에..)

종단속도는 입자밀도에 비례하고, 직경의 제곱에 비례한다는 정도로 외워두면 될듯하다.

뭐 그냥 한 문제 버려도 무방..

* 참고로 대기환경기사 중력 집진에도 이 내용이 나온다.

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42. 물질전달 조작에서 확산현상이 동반되며 물질자체의 분자운동에 의하여 일어나는 확산은?

 ① 분자확산

 ② 난류확산

 ③ 상호확산

 ④ 단일확산

 

정답 : 1번

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난류확산 : 교반과 빠른 유속에 의한 난류상태에 의하여 일어나는 확산

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43. 유량측정기구 중 부자 또는 부표(float)라고 하는 부품에 의해 유량을 측정하는 기구는?

 ① 로터미터(rotameter)

 ② 벤투리미터(venturi meter)

 ③ 오리피스미터(orifice meter)

 ④ 초음파유량계(ultrasonic meter)

 

 

정답 : 1번

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부표?부자? → 로터미터(면적식 유량계)

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44. 충전 흡수탑에서 플러딩(flooding)이 일어나지 않게 하기 위한 조건은?

 ① 탑의 높이를 높게 한다.

 ② 탑의 높이를 낮게 한다.

 ③ 탑의 직경을 크게 한다.

 ④ 탑의 직경을 작게 한다.

 

정답 : 3번

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단위조작 단골 충진탑 문제

충진탑은 흔히 화학공장 같은데서 폐가스를 정화?시킬 때 쓴다.

플라스틱 세탁볼 처럼 생긴 충진물을 채워놓고

폐가스를 아래에서 위로 밀어넣고,

위에서 액체(물)을 뿌려서 기체 속의 불순물 입자나 산성분 등을 걸러낸다.

플러딩은 기체의 속도가 너무 빨라서 액체가 제대로 흐르지 못하고

운전에 문제가 생기는 현상을 얘기한다.

그러면 액체를 잘 흐르게 하려면 어떻게 하는게 좋을까?

탑 직경을 키우면 아무래도 막힘없이 잘 흐르지 않을까?

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45. 분쇄에 대한 설명으로 틀린 것은?

 ① 최종입자가 중요하다.

 ② 최초의 입자는 무관하다.

 ③ 파쇄물질의 종류도 분쇄동력의 계산에 관계된다.

 ④ 파쇄기 소요일량은 분쇄되어 생성되는 표면적에 비례한다.

 

정답 : 2번

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뭐 잘몰라도 천천히 읽어보면 문제는 없어보인다.

어떤 필요에 의해서 큰 물질을 잘게 쪼개는 과정이 분쇄이지 않겠나.

최초입자는 어떤 상태인가, 목표로 하는 최종입자는 어떤 입자인가.

모두 고려해야할 것으로 보인다.

물질의 종류에 따라 당연히 분쇄하는 데 들어가는 힘도 다를 것이고,

4번 보기는 뭐 그런가보다...

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