개념 한 쪽
퍼지와 관련된 문제는 공정에서의 흐름 처리 방식과 물질 수지 계산 두 축으로 나온다. 되돌려 보내는 재순환과 공정을 건너뛰어 흐름을 바꾸는 우회의 정의와 목적을 정확히 구분해야 한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「퍼지(Purging)」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 순환·우회 개념 판별 | 1 | 순환과 우회의 정의·목적을 구별하여 틀린 선지를 찾기 |
| 물질수지 농도 계산 | 1 | 질량→몰 전환 및 당량 적용으로 노르말 농도 계산하기 |
| 기체 반응 생성량 계산 | 1 | 초기·평형 전체 몰수 차로 생성물 몰수 산출하기 |
퍼지(Purging)는 공정 내 불순물 제거 또는 안전을 위한 공정 조작을 포함할 수 있으나, 주어진 재료에서는 주로 순환과 우회의 개념 구분과 물질 수지 계산이 핵심으로 다루어진다. 순환은 공정 출구 흐름의 일부를 원료 또는 반응기 입구로 되돌려 보내는 조작으로, 미반응물 회수나 원료 이용 효율 향상을 목적으로 사용한다. 우회는 특정 공정 장치를 거치지 않고 흐름을 건너뛰게 하거나 다른 흐름과 합류시켜 전체 유량이나 출구 조성을 조절하는 조작이다.
두 개념은 흐름 경로에서 근본적으로 다르므로 목적과 공정에 미치는 영향도 다르다. 순환은 되돌림(loop) 구조로 인해 반응기 입구 농도와 전환율에 영향을 줄 수 있고, 우회는 공정 장치의 부담을 낮추거나 혼합비를 통해 출구 조성을 직접 조절하는 효과가 크다. 따라서 문제에서 순환과 우회를 혼동하면 목적·효과 관련 선지에서 오답을 고르게 된다.
물질 수지·농도 계산은 보존 법칙과 화학양론을 기반으로 한다. 분리·혼합 문제에서는 전체 질량 수지와 성분 질량 수지를 세워 연립방정식으로 해결한다. 노르말 농도 계산은 용질의 당량 수를 리터 수로 나누어 구하고, 기체 생성량 문제는 반응식의 계수로 몰수 변화를 구하여 이상기체 상태방정식을 적용해 부피를 산출한다.
기체 반응에서 전체 몰수 변화는 반응물 계수 합과 생성물 계수 합의 차에 따라 결정된다. 총 몰수 감소량을 통해 생성물 몰수를 역산할 수 있는 경우가 자주 출제되므로, 초기 전체 몰수와 평형 전체 몰수를 비교하여 감소량을 구한 뒤 계수 관계로 연결하는 방법을 익혀야 한다.
순환과 우회 문제에서는 먼저 "순환=되돌림, 우회=건너뜀"이라는 기본 정의를 떠올린다. 예컨대 순환은 미반응물 회수로 전환율에 영향을 주는 반면, 우회는 혼합비 조절로 출구 조성을 바꾸는 용도라는 점을 기준으로 선지를 판별한다.
농도·수지 계산 예로, 500mL 용액에 10g NaOH가 들어 있을 때 노르말 농도는 질량을 분자량으로 나누어 몰수로 변환하고 당량 개념을 적용한 뒤 부피를 리터로 바꿔 계산하면 0.5N이 된다. 또, 반응 전 전체 몰수와 평형 전체 몰수의 차이가 주어지면 그 감소량을 계수 비로 환산하여 생성물 몰수를 구할 수 있는데, N2+3H2⇌2NH3에서 총 몰수 감소량이 4mol이면 NH3 생성량은 4mol이 된다.
순환(recycle)과 우회(bypass)에 대한 설명 중 틀린 것은?
정답 ④ · 순환과 우회 조작의 정의와 특성에 대한 설명 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 순환은 공정 출구 흐름의 일부를 다시 원료와 합쳐 공정 입구로 되돌려 보내는 것으로 미반응 원료의 회수 등에 쓰이고, 우회는 원료의 일부를 공정을 거치지 않고 출구 흐름과 합류시키는 것으로 처리 강도의 조절에 쓰인다.
우회와 순환은 흐름 경로와 목적에서 근본적으로 다르므로 조성 변화 패턴도 동일할 수 없다.
500mL 용액에 10g의 NaOH가 들어 있다. 이 물질의 N농도는?
정답 ③ · NaOH는 1가의 염기이므로 1몰당 1당량을 가집니다. 10g의 NaOH는 분자량 40을 이용해 0.25 몰(= 0.25 당량)입니다.
노르말 농도는 '용질의 당량 수 ÷ 용액의 리터 수'로 계산하며 NaOH는 1가 염기다.
10mol의 N2와 32 mol의 H2를 515℃, 300 atm에서 반응시킨 결과 평형에서 전체 가스는 38 mol이 되었다. 생성된 NH3의 몰수는?
정답 ③ · N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 반응에서 평형 상태의 총 몰수를 통해 반응량을 역산합니다. 초기 42몰에서 평형시 38몰로 감소했으므로 4몰이 감소하였습니다.
화학양론적 몰수 변화 비율을 이용해 초기 몰수 대비 평형 몰수 감소량에서 생성물 몰수를 역산한다.
화공기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.