7급 국가직 반응공학 2007년 기출문제

혼합흐름반응기(CSTR)에서 액상 반응물 A가 1차반응으로 진행되고 있다. 공간시간과 속도상수의 곱으로 나타나는 무차원수(Damköhler number)가 각각 0.5와 0.1인 반응기 2대를 직렬로 연결하였을 때 얻을 수 있는 최종 전환율[%]은?

반응물 A는 A → B＋C 로 전환된다. 이 반응의 25 °C에서의 표준반응열은 60 kJ mol^-1이고, 물질 A, B, C의 평균열용량은 각각 0.15, 0.09, 0.06 kJ mol^-1°C^-1로 알려져 있다. 순수 반응물 A가 300 °C로 단열반응기에 공급되어 전환율이 40 %에 도달할 때 생성물 흐름의 온도[°C]는?

다음 중 발열가역반응을 단열반응기에서 조작할 경우 옳지 않은 것은?

다음의 연속반응이 회분반응기에서 일어난다.

$\mathrm{A}\stackrel{k_1}{\to }\mathrm{R}\stackrel{k_2}{\to }\mathrm{S}$ (단, $k_1=k_2=k$)

R의 농도가 최대값($C_{\text{R}\max }$)에 도달하는 시간 ${\mathrm{t}}_{\max }$과 $C_{\text{R}\max }$은?(단, 반응초기에는 반응물 $\mathrm{A}$만 존재한다)

${\mathrm{t}}_{\max }$ $C_{\text{R}\max }$

균일계 평행반응이 다음과 같을 때 $\mathrm{R}$을 가장 많이 얻을 수 있는 흐름 방식은?

$\begin{array}{r}\mathrm{A}+\mathrm{B}\stackrel{k_1}{\to }\mathrm{R}+\mathrm{T}\frac{d{C}_R}{dt}=\frac{d{C}_T}{dt}=k_1{C}_A^{0.3}{C}_B^{1.5}\\ \mathrm{A}+\mathrm{B}\stackrel{k_2}{\to }\mathrm{S}+\mathrm{U}\frac{d{C}_S}{dt}=\frac{d{C}_U}{dt}=k_2{C}_A^{1.8}{C}_B^{0.5}\end{array}$

불균일계 촉매반응에서 촉매기공내 내부확산속도가 반응을 지배하는 경우, 실험에 의해 다음과 같은 반응속도식이 얻어졌다. 참(true) 반응속도의 차수와 활성화에너지[cal mol^-1]는?

$-r_A=A_1\exp (-E_1/RT)C_A^2$, $E_1=4000\mathrm{cal}{\mathrm{mol}}^{-1}$

차수 활성화에너지

비이상 흐름 반응기의 해석을 위해 추적자의 펄스주입(pulse input)에 대한 체류시간 분포함수 $E(t)$와 계단주입(step input)에 대한 응답함수인 $F(t)$를 활용한다. 이들의 올바른 함수 관계는?

다음 중 촉매반응에 대한 설명으로 옳은 것은?

500 K에서 기체반응속도식이 $-\frac{d{P}_A}{dt}=2P_A^2[\mathrm{atm}{\mathrm{hr}}^{-1}]$로 보고되어 있다. 이 반응속도식을 $-r_A=k{C}_A^2[\mathrm{mol}{\mathrm{L}}^{-1}{\mathrm{h}}^{-1}]$로 표시한다면 이 반응에 대한 반응속도상수 $k[\mathrm{L}{\mathrm{mol}}^{-1}{\mathrm{h}}^{-1}]$값은? (단, 이상기체로 가정하고 $\mathrm{R}$은 이상기체 상수이다)

반응물 A와 B를 반응시켜 생성물 C를 얻는 반응 $\mathrm{A}+2B\stackrel{k}{\to }\mathrm{C}$ 는 비가역 기초반응이고, 반응조건에 따라 기상반응이 되기도 하고 액상반응이 되기도 한다. 이 경우 반응속도식에 대한 설명 중 옳은 것은?

기상반응 액상반응

회분반응기(batch reactor)에서 A → B 반응이 일어나고 있다. 적분법을 이용하여 반응차수를 구해보니 2차반응이었다. A의 초기농도는 0.5 mol L^-1이고, 10분 후에 20 %의 전환율을 얻었다. 이 반응의 반응속도상수[L mol^-1min^-1]는?

25 ^oC에서 N₂O₅의 반감기는 10시간이다. N₂O₅의 기상분해반응이 1차반응이라고 할 때 20시간 후 반응하지 않고 남아있는 N₂O₅의 비율[%]은?

메탄올에 대한 산화반응 속도식이 다음과 같다.

$-{\text{r}}_M=k[{\mathrm{CH}}_3\mathrm{OH}][{\mathrm{O}}_2]$

여기서 속도상수 $k$ 와 반응온도 T 관계식 $-\frac{\ln k_2-\ln k_1}{\left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right)}$의 값은 2763 $\mathrm{K}$이다. 이 반응의 활성화에너지$[\mathrm{kJ}{\mathrm{mol}}^{-1}]$는?

질소와 수소로부터 암모니아를 합성하는(N₂ ＋ 3H₂ → 2NH₃) 등온 기상 플러그흐름반응기(PFR)에 공급되는 질소와 수소의 몰 비가 1 : 1이다. 반응기 출구에서 질소의 전환율은 20 %이다. 반응기 내에서 일어나는 압력강하를 무시할 경우, 반응기 출구 부피유량은 반응기 입구 부피유량의 몇 배가 되겠는가? (단, 이상기체로 가정할 것)

반응물 A가 A → 2P 로 분해되는 기상반응이 있다. 반응속도식은 － r_A ＝ 0.005 C_A [mol L^-1sec^-1]로 알려져 있다. 순수한 반응물 A가 혼합흐름반응기(CSTR)로 도입될 때 A의 전환율을 50 %까지 올리려 한다. 이때 필요한 공간시간(space time)[sec]은?

부피가 100 L인 플러그흐름반응기 안에서 액상 비가역 2차반응이 일어난다. 반응물의 부피유속이 5 L min^-1일 때 전환율이 50 %였다. 전환율을 80 %로 올리려면 반응기 부피[L]는?

초기농도가 0.2 mol L^-1인 액상의 A가 분해되어 액상물질 B와 기상물질 C가 생성되는 1차반응 (A → B+C)이 회분반응기에서 진행된다. 시간이 23.03 min 흘렀을 때와 시간이 무한히 흘렀을 때 생겨난 기체 C의 몰 수는 각각 0.09 와 0.10 mol이다. 이 반응의 반응속도상수[min^-1]는?

순수한 기체 반응물 A가 1 dm³sec^-1의 유량속도로 부피 1 dm³의 혼합흐름반응기에 공급된다. 등온, 등압하에서 A → 4R 의 반응이 일어나며, 반응물 A의 전환율은 0.5이다. 반응기내의 평균체류시간[sec]은?

효소-기질(enzyme-substrate)반응 거동 중 옳지 않은 것은?

액상반응물 A가 4 mol L^-1로 CSTR반응기를 거쳐 같은 부피의 PFR반응기로 유입된다. CSTR반응기 내에서 C_A ＝ 1 mol L^-1라면 PFR반응기 출구 농도 C_A는? (단, 반응속도식은 반응물 A에 대하여 0차이다)