7급 국가직 반응공학 2012년 기출문제

부피가 일정한 등온회분식반응기에서 N₂O₅가 N₂O₄와 O₂로 분해되는 기상반응을 진행시켜 100 %의 전환율을 얻었다. 초기 반응기 내에는 50 mol%의 N₂O₅와 50 mol%의 N₂로 구성되어 있었다. 반응이 끝난 뒤 반응기의 압력은 처음 압력의 몇 배인가? (단, 모든 기체는 이상기체로 가정한다)

반응속도식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

다음은 균일계 반응에서 반응시간에 따른 각 성분의 농도변화를 표시한 도표이다. 이 반응을 바르게 나타낸 것은? (단, $k_1\ne k_2$이다)

100 L와 200 L 크기인 2개의 연속교반반응기(CSTR)를 차례로 직렬 연결시켜 A → B의 1차반응을 수행하고자 한다. 반응기 입구로 2 mol L^-1 농도의 순수한 반응물 A가 10 L min^-1의 속도로 주입될 때 최종적으로 얻을 수 있는 전환율은 약 몇 %인가? (단, 반응속도상수는 0.1 min^-1이다)

플러그흐름반응기(PFR)와 연속교반반응기(CSTR)가 차례로 연결된 반응기시스템에서 액상 0차반응이 일어난다. 반응물 $A$의 초기농도는 $C_{A0}$, 반응속도상수는 $k$, PFR과 CSTR의 공간시간은 각각 ${\tau }_1$과 ${\tau }_2$라 할 때, $A$의 최종 출구농도는?

회분식반응기에서 액상 1차 비가역반응을 통해 1분 만에 90 %의 전환율을 얻었다. 이 반응기를 동일한 조건 하에서 공간시간이 1분인 연속교반반응기(CSTR)로 대체하여 얻을 수 있는 전환율은?

부피가 일정한 등온회분식반응기에서 A → 3B의 기상반응을 1시간 진행시켰다. 이 때 초기 A의 반응물 농도는 2 mol L^-1이었고 반응속도는 2 mol L^-1 h^-1이었다. 이 반응기에 피스톤을 설치하여 압력을 일정하게 유지할 경우 동일한 전환율을 얻는데 소요되는 시간은? (단, $\ln 2=0.7$, $\ln 3=1.1$로 가정한다)

동일한 크기로 된 3개의 연속교반반응기(CSTR)가 차례로 직렬 연결된 반응기시스템에서 등온 액상 1차반응이 일어난다. 3번째 반응기 출류에서의 전환율을 Damköhler수(Da)를 이용하여 바르게 나타낸 것은?

공간시간이 $\tau$인 반응기에서 추적자 실험을 통해 얻은 체류시간 분포함수는 다음과 같다. 이 반응기의 공간시간 [$\min$]은?

$\{\begin{array}{ll}E(t)=\sqrt{{\tau }^2-(t-\tau {)}^2}{\min }^{-1},& 0\le t\le 2\tau \\ E(t)=0{\min }^{-1},& t>2\tau \end{array}$

연속교반반응기(CSTR)에서 다음과 같은 액상 복합반응이 일어난다. 이 반응기의 공간시간은 2 min이고 8 mol L^-1의 순수한 A를 주입하였을 때 반응기를 빠져나가는 각 성분의 농도 [mol L^-1]는?

A → R, r_R ＝ k₁C_A, k₁ ＝ 1 min^-1

A → S, r_S ＝ k₂C_A, k₂ ＝ 0.5 min^-1

C_A C_R C_S

연속반응기에 순수한 반응물 $A$를 주입하여 $A\stackrel{k}{\to }B$인 액상 2차반응을 수행하고자 한다. 80 %의 전환율을 얻기 위한 연속교반반응기(CSTR)의 크기는 동일조건의 플러그흐름반응기(PFR) 크기의 몇 배인가?

액상 기초반응 A → P에 대하여 순수한 반응물 A를 연속교반반응기(CSTR)에 주입하여 전환율이 20 %가 되었다. 동일한 조건에서 이 반응기를 동일한 크기의 플러그흐름반응기(PFR)로 바꾸었다면 전환율은? (단, e^-0.20 ＝ 0.82, e^-0.25 ＝ 0.78, e^-0.30 ＝ 0.74, e^-0.40 ＝ 0.67, e^-0.50 ＝ 0.61로 가정한다)

다음은 자동촉매반응(autocatalytic reaction)에 대한 반응속도($-r_A$)와 전환율($X$)의 관계를 나타낸 그림이다. $X_m$은 반응속도가 최댓값을 갖는 지점의 전환율을 나타낸다. 최종 전환율 $X_f$를 얻기 위한 반응기의 조합으로 가장 적합한 것은?

유효인자(effectiveness factor)에 대한 정의로 적절한 것은?

다음과 같은 복합반응이 진행되고 있을 때, 원하는 생성물 R의 선택도를 최대로 하기 위한 적절한 반응기의 운전조건은?

$\mathrm{A}+\mathrm{B}\stackrel{{\mathrm{k}}_1}{\to }\mathrm{R}$, ${\mathrm{r}}_{\mathrm{R}}={\mathrm{k}}_1{\mathrm{C}}_{\mathrm{A}}^2{\mathrm{C}}_{\mathrm{B}}^{}$

$\mathrm{A}+\mathrm{B}\stackrel{{\mathrm{k}}_2}{\to }\mathrm{S}$, ${\mathrm{r}}_{\mathrm{S}}={\mathrm{k}}_2{\mathrm{C}}_{\mathrm{A}}^{}{\mathrm{C}}_{\mathrm{B}}^{1.5}$

다음은 불균일계 촉매반응 $A\to B$에 대한 속도식이다. 이 식에서 $k$는 표면반응 속도상수, $K_A$와 $K_B$는 각각 $A$와 $B$의 흡착평형상수, $P_A$와 $P_B$는 각각 $A$와 $B$의 분압이다. 이 반응이 높은 온도에서 진행될 때 적용될 수 있는 식은?

$-r_A=\frac{k{P}_A}{1+K_A{P}_A+K_B{P}_B}$

다음은 반응전환율과 온도 좌표에 가역 발열반응의 에너지 수지식과 물질 수지식을 동시에 나타낸 그림이다. 두 식의 교점은 정상상태의 조건을 나타낸다. 그림에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

끝이 막힌 실린더 형태의 기공으로 기체 반응물이 확산되어 들어가면서 기공 표면의 촉매와 반응한다. 반응은 1차 비가역 반응이며, 반응속도식은 단위 면적당 단위 시간당 반응하는 $A$의 몰수 $-r_A^{\prime \prime }=k^{\prime \prime }{C}_A$로 표시된다. 기공 내의 위치에 따른 반응물의 농도를 계산하는 미분 방정식으로 적합한 것은? (단, 기공의 축 방향으로만 농도 분포가 생기고 반지름 방향으로는 농도의 변화가 없다고 가정한다)

$D$ : 반응물 $A$의 기공 속에서의 확산 계수

$x$ : 기공 입구부터의 거리

$r$ : 기공의 반지름

산화질소의 환원반응 $2\mathrm{NO}(\mathrm{g})+2{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})\to {\mathrm{N}}_2(\mathrm{g})+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})$에 대하여 제시된 다음의 반응메카니즘에 맞는 속도식은?

$2\mathrm{NO}\underset{\mathrm{k}{}_{-1}}{\overset{{\mathrm{k}}_1}{\rightleftarrows }}{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_2$ ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{H}}_2\stackrel{{\mathrm{k}}_2}{\to }{\mathrm{N}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ ${\mathrm{N}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{H}}_2\stackrel{{\mathrm{k}}_3}{\to }{\mathrm{N}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

(빠른 평형) (느림) (빠름)

단열된 플러그흐름반응기(PFR)에서 액상반응 A → B가 일어나고 있다. 순수 반응물 A는 100 °C로 유입된다. 100 °C에서의 반응열(ΔH_R)은 －20 kcal mol^-1이고, A와 B의 열용량은 각각 50 cal mol^-1 °C^-1이다. 생성물의 출구온도가 400 °C일 때, 반응물 A의 전환율은?