7급 국가직 반응공학 2011년 기출문제

다음 반응이 기상에서 가역적으로 일어난다. 이 반응이 기초반응(elementary reaction)일 때 반응속도식은? (단, $K=\frac{k_1}{k_{-1}}$이다)

$3A\underset{k_{-1}}{\overset{k_1}{\rightleftarrows }}2C+D$

이상기체인 $A$와 $B$가 일정한 부피 및 온도 조건의 회분식반응기에서 반응이 일어날 때, 반응물 $A$의 분압이 $P_A$라고 한다면 반응속도식은?

반응 $A$ → $R$ 에서 반응속도식은 다음과 같다.

$-r_A=-\frac{d{C}_A}{dt}=\frac{k_1{C}_A}{1+k_2{C}_A}$

반응차수 및 $k_1$, $k_2$에 대한 설명으로 옳은 것으로만 묶은 것은?

ㄱ. $\frac{1}{C_A}$에 대하여 $\frac{1}{-r_A}$를 나타낸 그래프에서 실험 data 회귀선의 기울기는 $\frac{1}{k_1}$이다.

ㄴ. $\frac{1}{C_A}$에 대하여 $\frac{1}{-r_A}$을 나타낸 그래프에서 실험 data 회귀선의 기울기는 $\frac{k_2}{k_1}$이다.

ㄷ. 반응물 $A$가 낮은 농도에서는 1차이고 높은 농도에서는 0차이다.

ㄹ. 반응물 $A$가 낮은 농도에서는 0차이고 높은 농도에서는 1차이다.

화학양론식이 $A+3B\to 2R+S$인 반응이 다음과 같이 2차 반응속도식으로 표현된다.

$-r_A=k_1{C}_A{C}_B$

반응속도($r_A,r_B,r_R$)의 관계식으로 옳은 것은?

다음과 같은 복합반응이 액상반응으로 진행되며 반응 원료는 순수한 성분 $A$이다. 원하는 생성물이 $R$일 경우 이 반응에 대한 설명으로 옳은 것은?

$\begin{array}{r}A\stackrel{k_1}{\to }R,-r_1=k_1{C}_A(\text{단},k_1=0.2{min}^{-1})\\ 2A\stackrel{k_2}{\to }S,-r_2=k_2{C}_A^2(\text{단},k_2=0.05L{mol}^{-1}{min}^{-1})\end{array}$

$A\to 2B$의 1차 기상반응이 10 $\mathrm{atm}$의 순수한 $A$에서 시작되어 정용회분식반응기에서 진행되고 있다. 반응개시 10 $min$ 후에 전환율이 50 %가 되었다. 이때의 반응기 전체압력 $P_t[\mathrm{atm}]$와 반응속도상수 $k[{min}^{-1}]$는? (단, 온도는 일정하며, $A$, $B$는 이상기체로 가정한다)

회분식반응기에서 실험을 통하여 1차 비가역 액상반응이 10분 동안 50 % 전환됨을 확인하였다. 이 반응을 공급 몰유량 $100\mathrm{mol}{h}^{-1}$, 반응물 공급 농도 $4\mathrm{mol}{L}^{-1}$로 연속 공정에 도입하여 95 % 전환율을 달성하고자 한다. 연속교반반응기(CSTR)의 부피는 플러그흐름반응기(PFR) 부피의 몇 배인가? (단, 부피유량$[L{h}^{-1}]$은 일정하며, $\ln 2=0.7,\ln 5=1.6$으로 한다)

회분식반응기에서 237 °C의 온도로 비가역반응을 진행시켜 전환율 90 %를 얻었다. 온도를 227 °C로 낮추어 반응을 수행하여 동일한 전환율을 얻는데 2.7배의 시간이 소모되었을 경우, 이 반응의 활성화에너지[$\mathrm{kJ}{\mathrm{mol}}^{-1}$]는? (단, $\ln 2.7=1,$ $R=8J{\mathrm{mol}}^{-1}{K}^{-1}$로 한다)

다음의 액상반응 $A+B\to C+R$에서 생성물 $C$가 촉매로 작용하여 반응속도를 증진시킨다. 반응속도식은 $-r_A$ ＝ $k{C}_A{C}_C$로 나타낼 수 있다. $A$와 $C$의 초기 농도는 $C_{A0}=0.8\mathrm{mol}{L}^{-1}$, $C_{C0}=0.4\mathrm{mol}{L}^{-1}$이다. 이 반응에서 반응속도가 최대가 되는 $A$의 전환율[%]은?

원전 노심에서 유출되는 방사선 물질인 요오드 131의 반감기는 8일 정도로 알려져 있다. 10톤 정도 되는 방사선 요오드 오염수가 현재의 방사성 강도의 $\frac{1}{100}$로 떨어지는 데 걸리는 기간[일]은? (단, 방사선 물질의 감쇄는 1차 반응으로 가정한다)

아래와 같은 반응계에서 T를 가능한 한 많이 생산하고자 한다. 이를 위해 필요한 조건에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

(단, 활성화에너지($E$)의 크기는 $E_1>E_2,E_3<E_4,E_5>E_6$이다)

주어진 반응전환율에 대하여 $\frac{V}{F_{A0}}$를 최소로 할 수 있는 최적의 온도진행에 대하여 옳지 않은 것은? (단, $V$는 반응기의 부피이고, $F_{A0}$는 반응물 A의 몰공급속도(molar feed rate)이다)

액상에서 반응물이 촉매의 표면에 도달할 때 반응물의 농도는 점차적으로 줄어들게 된다. 촉매 표면에서 멀리 떨어진 지점의 농도가 $C_{A\infty }$이고 촉매 표면에서의 농도가 $C_{AS}$라고 할 때, 정상상태에서 이 두 농도 사이에 성립되는 관계식은? (단, $k_L$은 액상에서 촉매 표면으로의 물질전달 계수이고, $k$는 촉매 표면에서의 반응속도 상수이며, 촉매반응은 1차 반응으로 진행된다)

불균일계 촉매반응에서 유효인자(effectiveness factor, $\eta$)와 틸레계수(Thiele modulus, $\varphi$)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

2차 비가역반응일 때, 일정한 온도의 정용회분식반응기에서 75 %의 전환율을 얻는데 필요한 반응시간[s]은? (단, 반응물의 초기 농도 ＝ 1 mol L^-1, 반응속도상수 ＝ 1 × 10^-4 L mol^-1 s^-1)

다음과 같은 액상의 병렬반응이 연속교반반응기(CSTR)에서 일어나 반응물 A의 유입농도 $C_{A0}=2.0\mathrm{mol}{L}^{-1}$로부터 80 %의 전환율을 얻었다.

$\begin{array}{r}A\stackrel{k_1}{\to }R(\text{원하는 반응}),-r_{A1}[\mathrm{mol}{L}^{-1}{\min }^{-1}]=C_A\\ A\stackrel{k_2}{\to }S(\text{부반응}),-r_{A2}[\mathrm{mol}{L}^{-1}{\min }^{-1}]=0.5C_A^2\end{array}$

이 반응기에서 공간시간($\tau [min]$)과 R의 총괄수득율(${\Phi }_R$)은?

반응물 A에 대해서 1차 반응으로 알려진 반응이 연속교반반응기(CSTR)에서 액상으로 진행되고 있다. 공간시간과 속도상수의 곱으로 나타나는 무차원군 Damköhler number가 0.5인 연속교반반응기(CSTR) 4개를 직렬로 연결하였을 때 전체 반응기를 통해 얻어지는 A의 전환율[%]은? (단, $1.5^4=5$)

Langmuir 흡착등온식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

(단, $P_A$ : 기체 $A$의 분압, ${\theta }_A$ : $A$가 흡착된 표면분율, $k_{aA}$ : $A$의 흡착속도상수, $k_{dA}$ : $A$의 탈착속도상수)

연속반응 $A\stackrel{k_1}{\to }R\stackrel{k_2}{\to }S$ 가 연속교반반응기(CSTR)에서 진행되고 있다. 이 반응기에서 $R$의 농도를 최대로 하기 위한 $A$의 전환율은? (단, 반응속도 상수 : $k_1=2\times 10^{-2}{\min }^{-1}$, $k_2=8\times 10^{-2}{\min }^{-1}$)

부피가 $500L$인 케모스타트(미생물이 들어 있는 연속교반반응기)에서 균체를 생산하고자 한다. 무균 공급액의 유속은 $100L{h}^{-1}$이며, 포도당(기질)의 농도는 $5.0g{L}^{-1}$이다. 균체 생산속도는 $r={\mu }_m\frac{S}{K_S+S}$이고, 수율은 $Y_{X/S}=\frac{0.4g\text{균체세포}}{1.0g\text{포도당}}$인 경우, 정상상태에서 운전되는 케모스타트의 유출액에서 균체세포의 농도는 포도당 농도의 몇 배인가? (단, $S$는 반응기 내 포도당 농도이며, ${\mu }_m=0.3h^{-1},K_S=0.1g{L}^{-1}$)