7급 국가직 반응공학 2010년 기출문제

부피가 일정한 회분식반응기에서 1차 가역반응이 순수한 A로부터 출발하여 진행된다. 평형에 도달했을 때 A의 전화율이 60 %라고 하면, 반응의 평형상수 K_C값은?

$A\underset{k_2}{\overset{k_1}{\rightleftarrows }}R,K_c=\frac{k_1}{k_2}$

가역발열반응이 일어나는 관형반응기(tubular reactor)를 가장 효율적으로 설계하는 방법에 대한 설명으로 옳은 것은?

촉매 및 촉매반응에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

메탄올 제조에 필요한 합성가스(CO와 H₂)는 천연가스의 수증기 개질반응으로 생성된다. 이 때 생성된 CO의 1/3은 부반응인 수성가스 전환반응에 의해서 CO₂와 H₂로 변환된다. 이 때 생성된 합성가스의 H₂ : CO의 몰비(mole ratio)값은 얼마인가?

(아래 반응식을 참조하여 계산하라)

CH₄ ＋ H₂O → CO ＋ 3H₂ (수증기 개질반응)

CO ＋ H₂O → CO₂ ＋ H₂ (수성가스 전환반응)

반응물 A는 다음과 같이 동시에 일어나는 두 반응에 의하여 희망하는 제품 D와 희망하지 않는 제품 U로 전환된다. D를 최대화하는 방법은?

A → D, r_D ＝ [0.012 exp [24,000 (1300 － 1T) ] ] C_A

A → U, r_U ＝ [0.018 exp [22,000 (1300 － 1T) ] ] C_A^1.5

반응기 부피가 4 m³인 혼합흐름반응기에 액상의 반응물A가 농도 100 mol/ℓ, 유량 100 ℓ/min로 공급된다. 이 반응기에서 아래와 같은 가역반응이 진행될 경우, 평형전화율과 주어진 반응기에서의 전화율은?

$A\rightleftarrows R,-r_A=$$0.02C_A-0.01C_R\left[\frac{\mathrm{mol}}{\ell \cdot \min }\right]$

평형전화율 전화율

농도가 4 mol/ℓ인 액상 반응물 A가 직렬로 연결된 두개의 혼합흐름반응기를 통과하면서 비가역 2차반응에 의해 전환된다. 첫 번째 반응기 통과 후 A의 농도는 1 mol/ℓ로 측정되었으며, 두 번째 반응기 부피가 첫 번째 반응기 부피의 4배라면 두 번째 반응기 출구에서 A의 농도 [mol/ℓ]는?

어떤 불균일계 고체 촉매반응 실험결과, 기공확산저항이 커서 촉매기공 내 내부확산속도가 전체반응속도를 지배하였고, 반응속도식을 측정하여 보니 활성화 에너지가 40 kJ/mol인 2차반응임이 밝혀졌다. 기공확산저항의 영향을 받지 않는 실제반응속도(intrinsic reaction rate)의 차수와 활성화 에너지 [kJ/mol]의 값은?

차수 활성화 에너지

연속흐름반응기에서 공간시간, 공간속도 및 체류시간과 관련한 설명으로 옳지 않은 것은?

다공성 담체에 활성성분을 부착하여 제조한 입자상 촉매하에서 일어나는 기상반응에서는 반응속도가 여러가지 인자에 의하여 지배된다. 이와 관련한 설명으로 옳지 않은 것은?

반응물 A가 생성물 R로 변화하는 기초 자동촉매 반응(elementary autocatalytic reaction)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

A → R 인 비가역 1차반응에서 다른 조건은 모두 같고 A의 농도를 증가시킬 때 반응전화율의 변화는?

다음의 복합반응은 모두 1차반응이고 반응속도상수가 각각 $k_1=10^{3}e{}^{-1200/T}$, $k_2=10^2{e}^{-12000/T}$, $k_3=10^5{e}^{-8200/T}$ 및 $k_4=$$10e^{-120/T}$이다. 이 반응의 생성물들 중 고온에서 조업할 때 가장 많이 생성되는 것은?

혼합흐름반응기(mixed flow reactor)에서 반응물 A가 전화율 80 %에 도달하는데 필요한 공간시간(space time)이 4시간이다. 반응물을 분당 5ℓ로 주입할 경우 필요한 반응기의 부피 [ℓ]와 공간속도 [hr^-1]는 얼마인가?

반응기부피[ℓ] 공간속도[hr^-1]

혼합흐름반응기(mixed flow reactor) 2개를 직렬 연결하여 사용하고자 한다. 각 반응기에서 부피변화가 없는 액체반응이 일어난다면 이들 2개의 반응기를 연결하는 방법에 대한 설명으로 옳은 것은?

화학반응을 이용하여 연속적으로 제품을 생산하기 위해서는 혼합흐름반응기(mixed flow reactor, MFR)와 플러그흐름반응기(plug flow reactor, PFR)를 사용할 수 있다. 두 반응기 중 어떤 반응기가 같은 반응전화율을 얻기 위해서 더 큰 부피를 필요로 하는지에 대한 비교 설명으로 옳은 것은? (단, V_m ＝ V_MFR, V_p ＝ V_PFR)

플러그흐름반응기(PFR) 다음에 혼합흐름반응기(MFR)를 직렬

연결한 복합 반응기 시스템에서 비가역 1차반응$(A\stackrel{k}{\to }P)$이 일어날 경우 반응기 출구의 농도를 나타낸 식으로 옳은 것은?

(단, C_A0는 A의 반응기 유입농도이고 ${\tau }_{PFR}$ ,${\tau }_{MFR}$은 각각 PFR, MFR의 공간시간이다)

30ℓ의 플러그흐름반응기와 45ℓ의 완전혼합흐름반응기를 직렬로

연결하여 C_A0 ＝ 1mol/ℓ, F_A0 ＝ 15mol/min인 액상반응 $A\stackrel{k}{\to }R$

($k$ ＝ 1 min^－1)을 진행시킬 때 얻어지는 A의 최종 농도 [mol/ℓ]는 얼마인가? (단, e^-2 ＝ 0.135 이다)

액상반응 A → R(－r_A ＝ kC_A)를 혼합흐름반응기에서 진행시켜 20 %의 전화율을 얻었다. 크기가 4배이면서 똑같은 성능의 혼합흐름반응기로 대치할 경우의 전화율 [%]은?

액상반응 A ＋ B → R 가 플러그흐름반응기에서 수행된다. 반응

속도식은 －r_A ＝ (500 ℓmol·min)C_AC_B 이고, 반응기의 부피는

0.1ℓ, 공급물의 부피유량은 0.05 ℓ/min, 공급물의 초기농도는 C_A0 ＝ C_B0 ＝ 0.01 mol/ℓ이다. 이 경우 얻어지는 반응물의 전화율 [%]에 가장 가까운 값은?