국가기술자격기술사시혐문제 댈화학많됨화공기술사찮첼 1$ l 훌마음문제중 10 문제를선택하여절명하시오. ( 각 10 점 ) 1. 파이프내를흐르는비압축성유체에대해레이놀즈수 (Re) 의변화에따른 Fanning 마찰계수 (f) 와의관계를설명하시오. 2. 촉매반응에서의표변속도론과연관된반응의 3 단계진행과정에대하여적절한가정과 함께설명하시오. 3 어떤압력과온도에서가연성기체 A 의 LFL(Lower Flammability Lirnit) 은 2 vol%, B 의 LFL 은 10 vol% 이다. 어떤용기내에이 압력과온도에서성분 A 가 30 mol%, B 가 70 mol% 인혼합기체가 5 vol% 를차지하고나머지는공기로채워져있을때 인화가능여부를판정하시오. ( 단, 충분히크다고가정한다 ) 각성분의 UFL(Upper Flammability Lirnit) 값은 4. 어떤단위공정의초기고정비용은 1 억원, 운전비용은해마다 1 천만원, 수명은 10 년, 잔존가격은 2 천만원이다. 이공정의총연간비용 (Total Annualized Cost, TAC) 을연리 5% 를가정한대등연간비용 (Equivalent Annual Cost, EAC) 으로계산하시오. 5 연속교반반웅기 (CSTR) 에원료 A와 B를투입하여발열반응을일으키고반웅기재킷에냉각수를통과시켜반응기의옹도를제어하려고한다. 반응기에서나오는생성물의온도와재킷을통과한냉각수의옹도를측정하여냉각수의유량제어밸브를전기신호로 조작하는다단제어 (Cascade ControD 시스램이표시된공정흐름도 (Process Flow Diagram, PFD) 를작성하시오. 4-1
기술사제 106 회제 1 교시 ( 시험시간 : 100 분 ) 룹 화학 종목 화공기술사찮첼벼 6 폴리스티렌 (PS), 고밀도폴리에틸렌 (HDPE) 및고무 (Rubber) 의상온에서의응력 - 변형 시험에서나타나는곡션을개략적으로각각도시하고, 곡선이달리나타나는원인을 설명하시오. 7. 화학공장에서가스의냉각또는액화를위해채택되는냉동공정 (Refrigeration Process) 은 Linde 냉동순환공정 (Linde Refrigeration Cycle) 과이를개량한 Claude 냉동순환공정 (Claude Refrigeration Cycle) 에기초하고있다공정을구성하는요소장치들 ( 예. 압축기, 열교환기등 ) 을이용하여이들두순환공정을도시하고설명하시오. 8. 유기물 A 가효소 E 를촉매로하여일어나는효소 (E) 기질 (S) 반응은마이캘리스 - 맨튼 (Michalis- Menton, M - M) 반응식에의하여잘설명될수있다 M - M 반응속도식 으로부터설명할수있는효소 (E)- 기질 (S) 반응에서의특징적인거동 3 가지에대하여 설명하시오. 9. 스팀배관이나웅축수회수배관에서자주목격되는수격현상 (Water Hammering 또는 S team Hammering 또는 Hydaulic Hammering) 이 일어나는원인 2 가지를 설명하시오. 10. 고분자에서의점탄성현상을시험하는방법에대하여대표적인 2 가지방법을설명 하시오. 4-2
기술사재 106 회제 l 교시 ( 시험시간 : 100 분 ) 룹 화학 종목 화공기술사똘훨밟 11. 다음각각의화학공장내의공정 Service 요구조건에합당한 Process Vessel이나 Process Drum Type을선정하고그이유를설명하시오. ( 예 Vertical Drum, Horizontal Drum with Leg 등 ) A) Vapor Phase의 flow는많고 Liquid flow는적은 Process Stream을 Surge하기 위한목적으로설치되는 Vessel B) Vapor Phase 는없고두개의 Liquid Phase 가존재하는 ( 예. 물과기름 ) Process Stream 을각각의 Liquid Phase 로상분리하려는경우 C) Vapor Phase와두개의 Liquid Phase가존재하며 Light Liquid Phase에비해 Heavy Liquid Phase 량이상대적으로적은 Process Stream을각각의 Phase (Vapor, Light Liquid, Heavy Liquid) 로분리하려는경우 D) Vapor Phase와두개의 Liquid Phase가존재하며 Heavy Liquid Phase에비해 Light Liquid Phase 량이상대적으로적은 Process Stream을각각의 Phase (Vapor, Light Liquid, Heavy Liquid) 로분리하려는경우 12. 화학장치설계에서설계압력을정할때장치가정상조건에서상압보다낮은 Vacuum 조건에서운전될때는 Full Vacuum' 조건을설계압력의한가지조건으로 설정해야한다. 그러나 Vacuum 조건으로상시운전하고있지않더라도장치가어떤 특정공정조건에서운전또는 Service 되는경우가생길수있다변 Vessel, 중류탑, 열교환기설계의설계압력에반드시 Full Vacuum' 조건을명시해야만하는경우가있다. Full Vacuum 조건이되는특정한공정운전조건 3가지를설명하시오 4-3
기술사제 106 회제 1 교시 ( 시험시간 : 100 분 ) 룹 화학 종목 화공기술사똘첼꿇 13. 250 oc 포화수증기로가열되는회분식반웅기에서합성반응이진행되고있다. 반웅은반응기에있는원료 1 kg 당 3000 kj을홉수하는홉열반응이다. 반응기 표변에서대기로손실되는열량은시간당 1800 kj이다. 반응기는반응물의주입이완료된초기에 20 oc의조건에있었고반응이완료된후에는흡열반응임에도불구하고포화수증기로지속적으로가열을하였기때문에 100 oc가되어있었다. 반웅은 1 시간에 모두진행되었으며처음반응기에주입한원료는 100 kg 일때, 이반웅에필요한 스팀사용량을계산하시오. ( 단, 반응물, 반응물과제품의혼합물, 제품의평균열용량은 3.00 kj/kg.k로반응중 일정하다고가정하며, 250 oc 포화수증기의증발잡열은 1701 kj/kg 이다.) 4-4
흙화학파력화공기술사찮첼 $l 훌다음문제중 4 문제를선택하여셜명하시오 - ( 각 25 점 ) 1. 고분자의수평균분자량 ( 짜.), 중량평균분자량 ( 짜 ll) 및다분산지수 (Polydispersity Index, PDI) 의정의를쓰고, 이들값의변화에따른고분자의기계적성질, 용융점도및성형성과의상관성을설명하시오. 2. 화학반응에서의활성화에너지 (E) 의온도의존성에대하여설명하시오. 3. 에너지합리화를위한화학공장진단중에설치된 API 원심펌프가초기과도한설계 여유치 (Design Margin) 의적용으로인해실제공정요구조건보다유량과양정 (Differential Head) 값이모두큰펌프가설치되어운전되고있다는것을알게되었다. 정기보수기간중에이펌프를개조, 설치하여동력사용량을줄이고자할때, 검토될수있는개선안을 2 가지제시하고펌프성능곡션을이용하여제시한개선안들에대한합리적인근거를설명하시오. 4. 어떤석유화학공장에있는 Debutanizer 증류탑을공정변경을하기위하여 Depentanizer 증류탑으로개조하여사용하고자한다. 예비타당성조사에서새로운공정조건과 공장에설치되어있는증류탑및주변장치의사양을가지고 Process Simulator 를 이용하여 Depentanizer 로운전할때를가상한레이팅 (Rating) 작업을해본결과, 일부 장치를개조또는변경하면충분히가능성이있는것으로판단되었다. 이증류탑의리뱀핑 (Revamping) 작업을성공적으로수행하기위한작업절차를계획단계에서시운전단계까지필수적으로수행하여야할작업을위주로하여순차적으로설명하시오. 2-1
기술사제 106 회채 2 교시 ( 시험시간 : 100 분 ) 룹 화학 j 종목 화공기술사찮훨낼 5. 화학반응 A B를이용하여물질 B를생산하는연속공정을설계하려고한다. 원료는물질 A가 99 wt%, 불순물 C가 1 wt% 로구성된혼합물이며총 100 kg씨의유량으로 공정에투입된다. 반응기유출물중성분 B는분리공정을통해제품으로완전히분리하고나머지성분 A와 C는혼합된상태로반응기로재투입하되불순물 C가공정내에축적되지않도록일정부분을퍼지 (purge) 시키고자한다. 반웅기의전환율 konversion) 이최대 0.8이고반응물의반응기통과유량이최대 200 kg써일때전체공정의수율 (yield) 을최대화하기위한퍼지흐름의유량을구하시오. 6. 비례적분미분 (Proportional Integral Derivative, PID) 제어기의매개변수들을나열하고, 이제어기를되먹임제어 (Feedback Controj) 시스랩에적용했을때각매개변수의변화가 응답 (Response) 의속도와안정성 (Stability) 에미치는영향을설명하시오. 2-2
렐화학파되화공기술사찮휩 $ 왔다음문제중 4 문제를선택하여설명하시오. ( 각 25 점 ) 1. 비압축성뉴턴유체 (Incompressible Newtonian Fluid) 가수평원형관내부를층류 (Laminar Flow) 형태로흐를때, 아래와같은 Hagen - Poiseuille 식이성립한다. (ð. P = pressure loss, μ ð.p= 8μ LQ - r-.., πr Q = volumetric flowrate, R 二 = dynamic viscosity, L = length, radius) 내부지름 10 cm, 길이 5m 의관을수직으로설치하고이를통해밀도 1000 kg/m 3, 점도 1.0 Pa 's 의유체를평균 2 m1s 속도로상승시키려고한다. 이유체흐름의레이놀즈수 (Reynolds Number, Re) 를계산하여층류인지판정하고, 효율이 75% 인 펌프를사용 할때필요한파워 (Power) 를계산하시오. 2. ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII "Rules for Construction of Pressure Vessels" 에는 Division 1, Division Il, Division III 의 3 가지 Version 이있다. Division 1 을기준으로 Division Il 나 Division m 는대안 (Altemative R 띠 es) 을제시하며 특히 Division III 는 70,000 kpa 이상의고압에적용되는대안을정의하고있다. 이 경우 Division II 의 rules 는 Division 1 rules 에비해서어떤점이다른지특히 Division Il 를적용할때얻을수있는비용절약측면에서의장점과이에따르는불리한 점은무엇인지설명하시오. 3-1
기술사재 106 회재 3 교시 ( 시험시간 : 100 분 ) 룹 화학 종목 화공기술사찮휠밟 3. 용융온도이상에서상온으로급냉된일반적인폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate, PET) 시료를시차주사열량계 (DSC) 를사용하여상온에서 300 oc 까지 5 0 C/min 의숭온속도로가열할때나타냐는열량흐름 (Heat Flow) 의변화를도시하고, 각변화에서의원인을분자움직임에근거하여설명하시오. 4. n 차반응에대한반응속도식 -ra =k ζt (n>o) 에대하여, 통일한공급물이같은속도로 유입되고있다고가정할때, 흔합흐름반웅기 (MFR) 의부피 ( VMFR ) 와플러그흐름반응기 (PFR) 의부피 ( VPFR ) 의비율인 VMF.tJ VPFR 를전환율 (XA ) 및 n 값과연관하여설명하시오 5. 물 70 mol% 와 THF(tetrahydrofuran) 30 mol% 로구성된혼합물 100 kmol/h 를각 성분으로분리하려고한다. 물과 THF 는다음 T - xy 도표와같이최소끓는점 (minimum boiling point) 공비혼합물 (azeotropic mixture) 을형성하기때문에하나의증류탑으로는 완전분리가불가능하다. 두개의증류탑을각각 1 bar 및 10 bar 에서운전하는압력 변환증류 (Pressure Swing Distillation, PSD) 의공정흐름도 (Process Flow Diagram, PFD) 를작성하시오. 3-2
기술사 제 106 회 룹 화학 종목 재 3 교시 ( 시험시간 : 100 분 ) 화공기술사찮첼벼 460 440 g 420 ~400 어 훌 380 j 360 340 320 o QI ~ ~ M ~ M ~ M M 1 Mole Fraction HzO 6. 성능보장이역무범위에포함된일괄도급방식 (Turn Key) 의화학공장건설프로젝트를수행하려고할때프로젝트수행계약서 (Project Contract Document) 에대해발주자 (Project Owner) 와도급자 (Contractor ) 가필수적으로검토해야할주요항목 5가지를선돼하고설명하시오. 3-3
탤 - 학많됨화공기술사찮훨 $ 훌다음문제중 4 문제를선택하여설명하시오. ( 각 25 점 ) 1. 상온, 상압에서의고무탄성이금속이나세라믹의탄성과구별되는근본적인원인에 대하여열역학적인근거를이용하여설명하시오. 2. 어느공정에서아래표의흐름들이펼요하다유틸리티 ( 스팀및냉각수 ) 를사용하지 않고각흐름의목표온도를달성하는열교환망 (Heat Exchanger Network, HEN) 을 합성하고공정흐름도 (Process Flow Diagram, PFD) 에각열교환기의열부하 (Heat Duty) 및각흐름의구간별온도를표시하시오. Stream Flow rate Heat capacity Temperature (K) (kg/ s) (kj/ (kg K)) Source Target H1 1.0 2.0 400 310 H2 2.0 1.0 360 310 C1 2.5 1.6 300 370 3. 고정비와운전비를고려한열교환기설계의최적화작업중열교환의형상에영향을 주는튜브길이또는 Shell 의 직경과같은설계변수 8 가지를추가로쓰시오 3-1
기술사제 106 회제 4 교시 ( 시험시간 : 100 분 ) 룹 화학 종목 l 화공기술사똘첼꿇 4. 일반적으로고분자제품은사용온도에서매우장시간에걸쳐물성의열화가진행된다. 따라서 이러한고분자재료의수명을예측하는것은실제적인응용측면에서매우 중요하며이를위하여단기간의실험을통하여수명을예측하기위한 고온노화촉진 시험법 이많이이용되고있다. 고분자시료의물성변화가아레니우스 (Arrhenius) 타입의형태로표현될수있을때 고온노화촉진시험법을이용하여사용온도에서의 수명을예측하기위한기본원리와그방법을설명하시오. 5. 연속교반반응기 (Constant Stirred Tank Reactor, CSTR) 내에서다음과같은화학반응이 동시에일어나고있다. A B, TB = 0.4 min- 1 CA A C, Tc = 0.4 L!(mol rnin) CA 2 A D, TD = 0.1 mov(l min) 반응기를통과하는반응물또는생성물의농도변화는다음식으로계산할수있다. L'; C i = Ti T (T = residence time, i = A, B, C, D) 투업농도가 CAO = 1 movl, CBO = Cco = CDO = 0 일때생성물중성분 B 의선택도 (selectivity) 를최대화하기위한반응물의체류시 Z}(residence time) 을구하시오. 3-2
기술사제 106 회제 4 교사 ( 시험시간 : 100 분 ) 룹 화학 종목 화공기술사찮훨댈 6. 2014년중반부터떨어지기시작한원유가격은한때 40달러선까지떨어졌다가최근배럴당 50 ~ 60달러선을유지한채현저한가격회복의조짐을아직까지보이고있지않는상황이다. 한때반도체에이어수출 2위품목으로국내경제를뒷받침하던국내화학산업은이러한국제유가폭락으로단기적으로심한타격을받고있으나경제전반적으로는낮은원유가격은해외에너지의존도가높은국내경제에반드시부정적인측면만있는것은아니다. A) 저유가시대가시작된원인과향후유가전망에대한의견과그근거에대해 설명하시오. B) 화학산업의장래에긍정적인영향과부정적인영향을가지고있는저유가시대 환경에서국내화학산업계의대응책에대해서의견을제시하시오. 3-3