7급 국가직 반응공학 2008년 기출문제

$A\to 2R$은 비가역 2차반응이다. 반응물 A의 농도가 2 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$일 때 반응속도($-r_A$)가 0.04 $\mathrm{mol}{L}^{-1}{s}^{-1}$라고 한다면, 반응물 A의 농도가 6 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$일 때의 반응속도[$\mathrm{mol}{L}^{-1}{s}^{-1}$]는?

온도와 압력이 일정한 회분반응기(batch reactor)에서 $2A+B\to 2R$

반응이 일어난다. 반응물 A가 25 %, 반응물 B가 20 %, 그리고 불활성기체가 55 %인 혼합기체로 반응이 시작되었다고 가정할 때, 부피변화율(${ϵ}_A$)은?

반응물 A에 대해 $A+R\to R+R$인 액상 자동촉매반응(auto

-catalytic reaction)이 회분반응기(batch reactor)에서 진행된다. 이 반응의 반응속도식이 $-r_A=2C_A{C}_R$이고, 초기농도가 $C_{A0}+C_{R0}=6$ $\mathrm{mol}{L}^{-1}$인 경우 최대반응속도[$\mathrm{mol}{L}^{-1}{min}^{-1}$]는?

다음의 병렬반응에서 원하는 생성물 R을 많이 생성하기 위한 방법으로 옳은 것은?

$A\stackrel{k_1}{\to }R$, $r_R=k_1{C}_A^m$

$A\stackrel{k_2}{\to }S$, $r_S=k_2{C}_A^n$

$A\underset{k_{-1}}{\overset{k_1}{\rightleftarrows }}B+C$인 액상 기초 가역반응에서 초기 A, B, C의 농도를 각각 1 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$, 0 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$, 0 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$로 할 때 평형에서 A의 농도가 0.5 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$였다. 주어진 온도에서 정반응속도상수($k_1$)가 0.01 ${min}^{-1}$일 경우, 역반응속도상수($k_{-1}$, [$L{\mathrm{mol}}^{-1}{min}^{-1}$])는?

반응 $A+B\to R$이 다음과 같이 $A{B}_2^{\ast }$를 활성중간체로 한 기초반응(elementary reaction)들로 이루어졌다고 가정할 때 그 반응속도식으로 옳은 것은?

$A+2B\stackrel{k_1}{\to }A{B}_2^{\ast }$, $A{B}_2^{\ast }+A\stackrel{k_2}{\to }2R$

다음과 같은 $A\to R$ 반응이 혼합흐름반응기(CSTR)에서 일어난다.

$A\to R$,

300 K에서 $-r_A=(0.05{\min }^{-1})C_A$, $\Delta H_r=-20\mathrm{kcal}{\mathrm{mol}}^{-1}$

반응물 A는 온도 300 K, 초기농도($C_{A0}$) 2 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$로 10 L의 반응기에 공급된다. 반응을 300 K의 등온으로 유지하기 위해 필요한 열제거속도[$\mathrm{kcal}{min}^{-1}$]는?

(단, 출구에서 A의 전화율($X_A$)은 0.9이다)

플러그흐름반응기(PFR)에서 $A+B\to R+S$인 액상 기초반응이 일어난다. 반응기에 유입되는 반응물 A와 B의 농도가 각각 1 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$로 동일할 때, 0.96의 전화율을 얻기 위한 Damköhler 수는?

알루미나에 $0.1\mathrm{wt}$ %의 팔라듐(Pd)이 담지된 촉매 1 $g$에 수소가 0.0224 $\mathrm{mL}$(STP 상태)만큼 화학흡착되었다. 수소분자는 해리하여 표면 팔라듐 원자에 1 : 1로 흡착한다. 팔라듐의 원자량을 100으로 가정하고 촉매의 분산(dispersion, 전체 금속원자에 대한 표면노출 금속원자의 분율)을 구하면?

알루미나에 $28\mathrm{wt}$ %의 Fe가 활성성분으로 담지된 촉매에서 $3H_2+N_2\to 2{\mathrm{NH}}_3$ 반응이 진행된다. 분산(dispersion)은 표면에 노출된 활성성분의 분율을 나타내며, 이 촉매의 경우 0.1로 조사되었다. 이 반응에서 반응물 $N_2$에 대한 전도수(turnover frequency, 단위시간·단위활성점 당 반응하는 분자수)가

0.01 $s^{-1}$일 때, ${\mathrm{NH}}_3$의 생성속도를 [$(\mathrm{mol}{\mathrm{NH}}_3)(g\text{촉매}{)}^{-1}{s}^{-1}$]의 단위로 나타내면?

(단, Fe 원자량 ＝ 56이다)

혼합흐름반응기(CSTR)를 사용하여 $A\to R$의 액상 반응을 통해 R을 생성하고자 한다. A의 농도에 따른 반응 속도는 다음과 같다.

$C_A$ [$\mathrm{mol}{L}^{-1}$]	$-r_A$ [$\mathrm{mol}{L}^{-1}{\min }^{-1}$]
0.1	0.1
0.3	0.5
0.7	0.1
1.2	0.05
2.0	0.04

초기농도($C_{A0}$)가 1.2 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$인 반응물 A를 600 $\mathrm{mol}{\mathrm{hr}}^{-1}$의 몰 유속으로 공급하면서 0.75의 전화율을 얻고자 할 때 반응기의 크기[$L$]는?

균일계 비가역 액상 2차반응을 혼합흐름반응기(CSTR)와 플러그흐름반응기(PFR)에서 각각 진행시킬 때 공간시간의 비(${\tau }_{CSTR}/{\tau }_{PFR}$)를 전화율($X_A$)의 함수로 옳게 나타낸 것은?

$A\to 3R$인 1차 기상반응이 부피가 일정한 등온 회분반응기(batch reactor)에서 진행된다. 일정 시간 경과 후 반응기의 압력이 2배 증가하였다면 이상기체라고 가정했을 때 A의 전화율은?

$A+B\to 2R$ 반응의 25 ˚C에서의 반응열은 $\Delta H_{r,298K}=-50,000$ $J{\mathrm{mol}}^{-1}$이다. 25 ˚C와 1,025 ˚C의 온도영역에서 A, B 및 R의 평균비열($\overline{C_P}$)이 각각 35 $J{\mathrm{mol}}^{-1}{K}^{-1}$, 45 $J{\mathrm{mol}}^{-1}{K}^{-1}$, 70 $J{\mathrm{mol}}^{-1}{K}^{-1}$일 경우, 1,025 ˚C에서의 반응열[$J{\mathrm{mol}}^{-1}$]은?

다음과 같은 액상 병렬반응에서 반응물 A에 대한 생성물 R의 순간수율로 옳은 것은?

$2A+B\to R$, $r_R=C_A^2{C}_B$

$A+2B\to S$, $r_S=C_A{C}_B^2$

부피가 6 $m^3$인 혼합흐름반응기(CSTR)에서 1차반응 $A\to R$이 일어나고 0.75의 전화율을 나타내고 있다. 체류시간분포를 측정한 결과 반응기 부피 중 4 $m^3$가 사각지역으로 반응에 관여하지 않고 있었다. 혼합을 개선하여 완전혼합상태에서 반응기를 운전하였을 경우의 전화율은?

혼합흐름반응기(CSTR)에 플러그흐름반응기(PFR)가 직렬로 연결되어 있다. CSTR에 유입되는 반응물의 농도는 3 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$이고, CSTR 출구에서의 농도는 1 $\mathrm{mol}{L}^{-1}$였다. 이 때 반응속도식이 $-r_A=k{C}_A^2$인 액상 2차반응이고 PFR의 부피가 CSTR의 2배라면 PFR 출구에서의 농도는?

액상 1차반응 $A\to R$에 대하여 전화율 0.99에서 조업하고 있는 혼합흐름반응기(CSTR)가 있다. 최종 전화율을 동일하게 유지하면서 생산량을 증가시키기 위해 같은 크기의 CSTR을 1개 더 직렬로 연결하고자 한다. CSTR 1개만 있는 경우에 비하여 생산능력은 몇 배가 되는가?

부피가 변하는 기상반응의 경우 반응속도는 시간에 따른 부피 변화를 측정함으로써 미분법이나 적분법을 사용하여 구할 수 있다. 온도와 압력이 일정한 회분반응기(batch reactor)에서 반응속도를 부피변화속도로 올바르게 표현한 식은?

(단, ${ϵ}_A$는 부피 변화율이다)

순환비가 2인 등온 순환반응기(recycle reactor)에서 액상 기초 2차반응 $A\to R$의 전화율이 0.5였다. 만약 순환류를 폐쇄시킨다면 전화율은 얼마가 되겠는가?