화공기술사 제139회 기출문제
4교시 31문항. 문항을 누르면 앱의 답안지에서 바로 쓸 수 있습니다.
1교시
- 1-1화학공장 설립 사업의 경제성 분석에서 다음 용어를 설명하시오. 1) 순현재가치(NPV) 2) 내부수익률(IRR) 3) 비용편익비(B/C Ratio) 4) 순편익(Net Benefit) 5) 할인율(Discount Rate) 6) 기회비용(Opportunity Cost)10점답안 쓰기
- 1-2화학 공정의 동적 특성을 제어하기 위한 다단 제어(Cascade Control) 시스템의 구성 원리를 1차 제어 루프(Primary Loop)와 2차 제어 루프(Secondary Loop)의 관계를 중심으로 설명하시오.10점답안 쓰기
- 1-3화학물질관리법에 따른 「유해화학물질 취급시설 설치 및 관리 기준」의 핵심 내용을 설명하시오.10점답안 쓰기
- 1-4화학 설비 불활성화(Inerting)를 위한 스위프 퍼지(Sweep Purge)와 압력 퍼지 (Pressure Purge)의 가스 소모량 산출식 및 설비 구조에 따른 공법 선정 기준을 설명하시오.10점답안 쓰기
- 1-5표준 상태(0℃, 1 atm)에서 100 kg의 CO2 기체의 부피(m3)를 구하시오.10점답안 쓰기
- 1-6이상기체(Ideal Gas) 1 mol이 닫힌계(Closed System)에서 아래와 같이 3단계를 거쳐 가역적으로 변화할 때, 3단계에서 내부에너지와 엔탈피 변화의 합산(△U+△H) 값을 구하시오. (단, CV= R, Cp= R이고, R=8.314 J/mol·K이다.) Ÿ 1단계: 1bar, 80℃에서 160℃까지 단열과정(Adiabatic Process) Ÿ 2단계: 160℃에서 80℃까지 등압과정(Isobaric Process) Ÿ 3단계: 초기 상태까지 등온 팽창(Isothermal Expansion)10점답안 쓰기
- 1-7촉매 입자 외부 확산은 촉매 반응의 첫 번째와 마지막 반응 단계이다. 물질전달계수를 kc, 외부 확산 경계층 두께를 δ, 그리고 확산계수를 D라고 할 때, 촉매 입자 외부 확산에서 이들 사이의 관계식을 구하시오.10점답안 쓰기
- 1-8다공성 촉매 반응 혹은 막 분리 공정의 세공 내 기체 확산에서 세공 크기가 기체 분자의 평균 자유 이동 거리보다 작을 때는 누센(Knudsen) 확산이라고 부른다. 누센 확산의 확산계수(Diffusivity, DK)에 영향을 주는 세 가지 요소에 대하여 설명하시오.10점답안 쓰기
- 1-9아래 그림은 Series로 연결된 교반형 흐름 반응기(CSTR)를 표시한 것이다. 반응기의 부피를 계산하는 레벤스피엘 그림(Levenspiel Plot)을 도시하시오.10점답안 쓰기
- 1-10화학공장설계에서 분리장치로 많이 사용하는 단 탑(Plate Column)과 충전탑(Packed Column)의 일반적인 장단점을 설명하시오.10점답안 쓰기
- 1-11프로젝트 엔지니어링에서 조직 운영은 매우 중요하다. 대표적인 조직 중 하나인 매트릭스형 조직(Matrix Organization)의 장단점을 설명하시오.10점답안 쓰기
- 1-12화학공장을 건설하기 위한 프로젝트 수행 시 일반적인 단계를 설명하고 최근 산업계에서 요구되는 화공 엔지니어의 조건을 설명하시오.10점답안 쓰기
- 1-13탄소중립 달성을 위한 CCUS(Carbon Capture Utilization and Storage) 기술에 대하여 설명하고, 이 기술의 핵심 구성 요소와 CCUS 기술의 특징을 설명하시오.10점답안 쓰기
2교시
- 2-1안정적인 공정 운전을 위한 제어 밸브(Control Valve)의 용량(Cv) 및 특성 선정 시 고려해야 할 공정 변수와 제어 밸브 장치 구매 단계에서 수행하는 기술 검토 (Technical Bid Evaluation)의 핵심 항목을 설명하시오.25점답안 쓰기
- 2-2통합환경관리제도(Integrated Pollution Prevention and Control) 하에서의 대기/수질 오염물질 배출허용기준 설정 원리를 설명하시오.25점답안 쓰기
- 2-3화학공정 연차보수 계획 수립 시 고려사항을 연차보수 계획 작성 순서대로 설명하시오.25점답안 쓰기
- 2-4생분해성 플라스틱 정의, 종류, 바이오 플라스틱과의 차이, 생분해성 플라스틱이 환경에 미치는 영향 및 한계를 설명하시오.25점답안 쓰기
- 2-5800℃ 이상의 고온, 고압에서 수소를 생산하는 개질 공정(Steam Methane Reforming)에서 사용되는 상용 촉매 Ni/Mg-Al2O3에서 각 성분의 역할과 대표적인 촉매 활성 저하 (Catalyst Deactivation)를 설명하시오.25점답안 쓰기
- 2-6기체흡수탑 설계식(Z T)이 아래와 같다. 조작선(Operating Line)과 평형선(Equilibrium Line)이 직선이고 서로 평행일 때, 전달단위 수(NTU, NOy)를 x-y선도에 표시하시오. 25점답안 쓰기
3교시
- 3-1탄소중립 정책 강화와 ESG(Environmental, Social and Governance) 경영 확산이 화학 공장 입지 전략에 미치는 영향을 설명하고, 향후 화학산업의 입지 방향성을 설명하시오.25점답안 쓰기
- 3-2화학공장의 다관형 열교환기(Shell & Tube Heat Exchanger) 설계 시, 전열 성능 최적화를 위한 오염계수(Fouling Factor)의 고려 사항과 유체 흐름에 의해 발생하는 유체 유발 진동(Flow Induced Vibration)의 원인 및 방지 대책에 대하여 설명하시오.25점답안 쓰기
- 3-3화학공장 운전 시 연속 공정과 회분식 공정의 운전 특성과 안전관리 방법을 각각 설명하시오.25점답안 쓰기
- 3-4시멘트의 종류를 설명하고, 세부 제조 공정별 이산화탄소 저감 방안을 설명하시오.25점답안 쓰기
- 3-5충전층 반응기(Packed Bed Reactor)에 아래와 같이 구형 촉매 입자가 충전되어 있다. 개별 구형 촉매 외부 표면에서 반응물 A가 B로 가는 1차 반응이 매우 빠르게 일어난다. 아래 수식과 정보를 활용하여 촉매 반응기의 전환율(X)과 반응기 길이(L)와의 관계식을 유도하시오. (단, 정상상태에서 r ″ a A ∆z , W r ″ ) ∆ A c c Ar A Ÿ -rA″ = kCAs: 촉매 표면 반응, mol/s·m2 Ÿ ac: 촉매 충전층 부피 대비 촉매 외부 표면적, m2/m3 Ÿ Ac: 반응기 단면적, m2 Ÿ U: 유속, m/s Ÿ X: 전환율 Ÿ kc: 물질전달계수 AcWAz AcBAz AcUCA25점답안 쓰기
- 3-6대표적인 흐름 반응기로 교반형 흐름 반응기(CSTR)와 플러그 흐름 반응기(PFR)를 들 수 있다. 각 흐름 반응기의 반응기 설계식은 아래와 같다. 반응기 몰수지와 가정을 활용하여 각 반응기 설계식을 유도하시오. 1) ̄ 2) ̄ ̄ 25점답안 쓰기
4교시
- 4-1아래 그림과 표는 감압증류탑(Vacuum Distillation Column) 하부 배관계 및 재비기 (Reboiler) 계통의 설계 조건을 나타낸 것이다. 감압 조건에서는 펌프 흡입측의 유효 수두(NPSHA) 확보가 공정 안정성의 핵심 요소가 된다. 주어진 조건을 바탕으로 다음 사항에 대하여 설명하시오. 항목 운전 조건 및 수치 비고 탑 하부 50mmHg(Abs.) 고진공 상태 운전 압력 탑 하부 280℃ 고온 조건 운전 온도 취급유체성상 감압 잔사유 점도 및 증기압 고려 필요 펌프설치위치 지면 - 탑 하부 액위 Skirt 상부로부터1.5m 유효수두의 기점 1) Tower Bottom Pump의 공동화(Cavitation) 발생 원인 2) 증류탑 Skirt 높이 결정 시 고려 사항 3) NPSHA 계산에 영향을 미치는 공정 변수 4) 운전 중 공동화 발생 시 조치 방안 5) 경제성과 안전성을 고려한 최적 설계 방향25점답안 쓰기
- 4-2가스 및 분진 폭발 위험 장소 구분(Hazardous Area Classification) 시 누출 등급 (Source of Release)과 환기 유효성(Ventilation Effectiveness)에 따른 영향을 분석하고, 이에 따른 방폭 기기 선정 시 온도 등급(Temperature Class)과 최대 안전 간극(MESG)의 상관관계를 설명하시오.25점답안 쓰기
- 4-3탄소중립을 달성하기 위한 철강 산업의 적용 기술을 설명하시오.25점답안 쓰기
- 4-4전고체 리튬이차전지의 필요성과 네 가지 구성 요소, 해당 전지의 특징과 해결해야 할 문제점을 설명하시오.25점답안 쓰기
- 4-5암모니아 합성 촉매 반응 메커니즘이 아래와 같이 제시된다. 반응 메커니즘에서 질소 해리 흡착이 율속 단계(Rate-Determining Step)인 이유를 설명하고, 질소 흡착등온선식을 아래에 주어진 기호를 사용하여 유도하시오. 수소 해리흡착: H2 + 2* ⇄ 2H* Ÿ 질소 기상 압력: PN 질소 해리흡착: N2 + 2* ⇄ 2N* Ÿ 전체 촉매 활성점 농도: Ct 암모니아 생성 표면반응: N* + 3H* ⇄ NH3* Ÿ 질소 흡착점 농도: CN·S 암모니아 탈착: NH3* ⇄ NH3 + * Ÿ 흡착평형상수: KA25점답안 쓰기
- 4-6증류탑의 머프리(Murphree) 단효율이 0.5일 때, 주어진 x-y 선도와 McCabe-Thiele 방법을 이용하여 증류탑 단수를 구하시오. (단, 하첨자 B, D는 각각 하부 생성물(Bottom Product)과 상부 생성물(Overhead Product)을 의미하고, 괄호 안 숫자는 각 점의 좌표를 의미한다.)25점답안 쓰기