7급 국가직 반응공학 2019년 기출문제

등온 혼합흐름 반응기에서 $A\to B$인 비가역 2차 액상 반응을 진행하여 전환율 80 %를 얻었다. 이 반응을 같은 부피의 플러그흐름 반응기에서 조업한다면 전환율은? (단, 다른 조건은 변함없다)

다음과 같은 액상 평행반응이 경쟁적으로 진행된다. ${\alpha }_1<{\alpha }_2,$ ${\beta }_1<{\beta }_2$ 경우, 원하지 않는 부산물 $U$에 비하여 원하는 생성물 $D$를 더 많이 얻기 위한 방법이 아닌 것은?

$A+B\to D,r_D=k_1{C}_A^{{\alpha }_1}{C}_B^{{\beta }_1}$

$A+B\to U,r_U=k_2{C}_A^{{\alpha }_2}{C}_B^{{\beta }_2}$

등온 혼합흐름 반응기에서 $A\to B$인 비가역 1차 액상 반응이 진행된다. 이 반응의 반응속도상수가 1 min^－1, $A$의 초기농도가 1 mol L^－1, $A$의 초기 몰유속이 100 mol min^－1일 때, $A$의 전환율 80 %를 얻기 위한 반응기의 부피[L]는?

등온 회분식 반응기에서 $A\to B$인 비가역 2차 액상 반응을 진행하여 반응 개시 후 전환율 20 %에 도달하는 데 10 min이 걸렸다. 전환율 50 %에 도달하는 데 걸리는 시간[min]은? (단, 다른 조건은 변함없다)

반응물 $A$의 초기농도($C_{A0}$)를 바꾸며 농도가 초기농도의 반이 되는 시간($t_{1/2}$)을 측정하는 반감기 방법을 이용하여 실험한 결과, $C_{A0}$에 대해 $t_{1/2}$이 변하지 않았다. 이 반응에 대해 A의 농도($C_A$)와 시간($t_{}$) 사이의 선형관계를 얻을 수 있는 것은?

400 K에서 이상기체 $A$의 반응속도식이 (가)와 같다. 이 반응의 속도식이 (나)처럼 표현될 수 있다면, 반응속도상수($k$)의 값과 단위는? (단, $p_A$는 $A$의 기체압력, $C_A$는 $A$의 농도, 기체상수는 $R$ ＝ 8 × 10^－5 atm m³ mol^－1 K^-1이다)

(가) $-\frac{d{p}_A}{dt}=4p_A^2$ [atm h^－1]

(나) $-r_A=k{C}_A^2$ [mol m^－3 h^－1]

등온 혼합흐름 반응기에서 $A\to P$인 비가역 1차 반응이 진행된다. 반응물 $A$만을 반응기에 주입할 때, 부피가 $V$인 혼합흐름 반응기를 이용하여 얻을 수 있는 전환율이 80 %이었다. 이를 대체하여 부피가 $\frac{V}{2}$인 혼합흐름 반응기 두개를 직렬로 연결한다면, 최종적으로 얻을 수 있는 전환율은? (단, 반응속도 상수와 부피유속은 동일하다)

다음의 반응계에서 혼합흐름 반응기와 플러그흐름 반응기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, $B$와 $C$의 초기농도는 0이다)

$A\to B,r_1=k_1{C}_A$

$B\to C,r_2=k_2{C}_B$

회분식 반응기에서 다음과 같은 2단계의 비가역 액상 반응이 진행된다. 원하는 생성물 $R$의 농도가 최대가 되는 시점에서 $B$의 농도가 1 mol L^－1일 때, 이 시점에서 성분 $A$와 $S$의 농도[mol L^－1]는? (단, $A$의 초기농도는 $C_{A0}$ ＝ 2.0 mol L^－1, $B$의 초기농도는 3.0 mol L^－1, $R$과 $S$의 초기농도는 0이다)

반응식:

$A+B\stackrel{k_1}{\to }R,k_1$ ＝ 2.0 L mol^－1 min^－1

$R+B\stackrel{k_2}{\to }S,k_2$ ＝ 1.0 L mol^－1 min^－1

$R$의 최대 농도 $C_{R,\max }$ 관계식:

$\frac{C_{R,\max }}{C_{A0}}={\left(\frac{k_1}{k_2}\right)}^{\left(\frac{k_2}{k_2-k_1}\right)},\frac{k_2}{k_1}\ne 1$

$A$의 농도 $S$의 농도

$A\to R$의 1차 기상 촉매반응이 진행된다. 촉매를 매우 미세하게 분쇄하여 촉매 내부에서 물질의 확산저항을 제거하였을 때, 촉매 단위 질량당 반응속도가 어떤 일정 $A$의 농도에서 2.0 × 10^－4 mol s^－1 g^－1이었다. 이 촉매를 직경 0.5 cm 구형으로 크게 성형한 촉매입자를 이용하여 동일 조건에서 반응 실험을 한 결과, 동일 $A$의 농도에서 반응속도가 1.5 × 10^－5 mol s^－1 g^－1이었다. 이 성형 촉매 입자의 내부유효인자(internal effectiveness factor)는?

플러그흐름 반응기에서 $2A\to 5R$인 균일계 기상반응이 진행된다. 반응초기에 50 %의 불활성기체와 50 %의 반응물 $A$가 공급된다고 할 때, 부피변화분율 ${\epsilon }_A$는?

불균일 반응(heterogeneous reaction)의 예로 옳지 않은 것은?

온도가 $T_1$에서 $T_2$로 증가하였을 때, 반응속도상수가 2배 증가하였다. 이 반응에 대한 활성화 에너지($E$)와 반응온도의 관계식은? (단, 반응속도상수는 Arrhenius 관계식을 따르며, $R$은 기체상수, $T_1$과 $T_2$에서 빈도인자(frequency factor)는 동일한 값을 갖는다)

다음과 같은 반응 $A\to B$가 활성화된 $A^{\ast }$를 경유해서 진행된다. $A^{\ast }$에 대해 유사 정상상태 가정(pseudo steady state assumption)을 사용하여 유도된 반응속도식은? (단, $C_A$는 $A$의 농도, $C_{A^{\ast }}$는 $A^{\ast }$의 농도이다)

$A+A\underset{k_{-1}}{\overset{k_1}{\rightleftarrows }}{A}^{\ast }+A,r_1=k_1{C}_A^2-k_{-1}{C}_A{C}_{A^{\ast }}$

$A^{\ast }\stackrel{k_2}{\to }B,r_2=k_2{C}_{A^{\ast }}$

초기 부피가 $V_0$인 등온 정압 회분식 반응기에서 반응물 $A$의 초기농도를 $C_{A0}$로 균일계 0차 반응을 진행하여 최종적으로 부피가 $V$로 되었을 때의 반응시간은? (단, ${\epsilon }_A$는 부피변화분율, $k$는 반응속도 상수, $\Delta V=V-V_0$이다)

단열 혼합흐름 반응기에서 다음의 액상반응이 상변화 없이 진행된다. 반응 개시 후 전환율이 75 %에 도달하였을 때의 반응기 온도[K]는? (단, $C_A$는 $A$의 농도, $A$의 초기농도는 4.0 mol L^-1, 반응 초기온도는 300 K, 반응열은 $\Delta H_R$ ＝ －20 kcal mol^－1, 반응기 부피당 열용량은 $\rho C_p$ ＝ 1 kcal L^－1 K^－1이며, 반응의 $\Delta H_R$ , $\rho$ 및 $C_p$는 모두 온도에 무관하며 일정한 값을 갖는다)

$A\to B,-r_A=k{C}_A$ [mol L^－1 min^－1]

일정한 온도에서 기상반응이 일어나는 충전층 반응기(packed-bed reactor)에서 촉매 입자 크기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

정용 회분식 반응기에서 순수한 반응물인 사산화이질소($N_2{O}_4$)가 이산화질소(${\mathrm{NO}}_2$)로 분해되는 등온 가역 기상반응이 다음과 같이 진행된다. 이 반응의 농도평형상수($K_c$)는? (단, $C_{A0}$는 사산화이질소의 초기농도, $X_e$는 평형전환율이다)

$N_2{O}_4\rightleftarrows 2{\mathrm{NO}}_2$

플러그흐름 반응기에서 수용액 반응물 $A$의 분해 반응을 수행한 결과, 1차 반응속도로 분해되며 그 농도가 반으로 감소하는 데 공간시간이 7 min이었다. 동일한 반응을 $A$의 부피유속 2 L min^－1로 공급하며, 각각의 부피가 20 L인 두 개의 직렬로 연결된 연속혼합흐름 반응기에서 수행했을 때, 최종적으로 얻을 수 있는 전환율은? (단, ln2 ＝ 0.7이며, 반응온도는 동일하다)

플러그흐름 반응기로부터 생성물 흐름을 분리하여 그중의 일부를 반응기 입구로 재순환시키는 재순환 반응기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?