7급 국가직 반응공학 2024년 기출문제

불균일계 촉매 반응의 해석에 사용되는 유효 인자(effectiveness factor)의 정의는?

등온 회분식반응기에서 A ⇄ B 가역 액상 반응을 진행할 때, 반응의 농도평형상수는 19이다. 진행 초기에 순수한 A만 반응기 내에 존재하였다면, A의 평형전환율[%]은?

등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 액상 2차 반응을 진행한다. 초기 반응물 A의 50 %가 소모될 때까지 4분이 소요되었다. 동일 조건에서 초기 반응물 A의 80 %가 소모되는 데 걸리는 시간[min]은?

다음 그림은 저해제 첨가에 대한 특정 효소의 라인위버－버크 플롯(Lineweaver-Burk plot)이다. 특정 효소에 저해제가 작용하는 방식은 경쟁(competitive), 무경쟁(uncompetitive), 비경쟁(noncompetitive) 저해로 구분되며, 저해제 A, B, C를 각각 첨가한 결과를 그래프로 나타내었다. 저해제가 없을 때의 그래프 기울기는 B의 그래프 기울기와 같고, A 및 C의 그래프 기울기와는 다르다. 각 저해제와 저해제가 작용하는 방식을 바르게 연결한 것은? (단, [S]는 기질의 농도, $-r_{\mathrm{S}}$는 기질의 분해 속도이다)

저해제 A 저해제 B 저해제 C

등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 순수한 A를 반응물로 A $\stackrel{k_1}{\to }$ R $\stackrel{k_2}{\to }$ S 연속반응을 진행한다. 각 단계의 반응이 모두 비가역 액상 1차 반응일 때, R의 농도를 최대로 얻기 위한 공간시간은? (단, $k_1\ne k_2$이다)

등온 정압 회분식반응기에서 A ＋ 2B → 3C ＋ 4D 비가역 기상 기초 반응을 진행한다. 초기 반응물은 2 mol L^-1의 A, 4 mol L^-1의 B, 4 mol L^-1의 비활성 기체만으로 구성된다. A의 전환율이 25 %일 때, C의 농도[mol L^-1]는? (단, 모든 기체는 이상기체로 가정한다)

부피 10 L의 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 액상 1차 반응을 진행한다. 유입되는 반응물 A의 초기농도는 1 mol L^-1이고 온도가 400 K일 때, 반응기가 400 K에서 등온을 유지하면서 A의 전환율 90 %를 얻기 위해 필요한 열 제거 속도[kcal min^-1]는? (단, 400 K에서 반응열($\Delta H_R$)은 －20 kcal mol^-1이고 반응속도상수는 0.05 min^-1이며, 축일은 무시한다)

등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 초기농도 1 mol L^-1의 순수한 A를 반응물로 다음 두 개의 비가역 액상 기초 반응을 경쟁적으로 진행한다. 반응기 내에서 생성물 U에 대한 D의 순간 선택도($S_{D/U}$)는 4이고, 반응기 출구에서 A의 농도는 0.10 mol L^-1이다. 반응기 출구에서 D의 농도[mol L^-1]는? (단, $S_{D/U}=\frac{r_{\mathrm{D}}}{r_{\mathrm{U}}}$, $r_{\mathrm{j}}$는 j의 생성 속도[mol L^-1 min^-1]이다)

○ 반응 1: 2A → D

○ 반응 2: A → U

등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 초기농도 5 mol L^-1의 순수한 A를 반응물로 다음 세 개의 비가역 액상 반응을 경쟁적으로 진행한다. 반응물 A에 대한 생성물 D의 순간 수율($Y_{\mathrm{D}}$)을 최대로 유지하기 위한 반응물 A의 전환율[%]은? (단, $Y_{\mathrm{D}}=\frac{r_{\mathrm{D}}}{-r_{\mathrm{A}}}$, $r_{\mathrm{j}}$는 j의 생성 속도[mol L^-1 min^-1], $C_{\mathrm{A}}$는 A의 농도[mol L^-1]이다)

○ 반응 1: A → U, $r_{\mathrm{U}}=C_{\mathrm{A}}$

○ 반응 2: A → D, $r_{\mathrm{D}}=C_{\mathrm{A}}^2$

○ 반응 3: A → T, $r_{\mathrm{T}}=C_{\mathrm{A}}^3$

등온 관형 충전층반응기(PBR)에서 기상 반응을 진행한다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

촉매에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

다음 그림은 특정 조건에서 A → B 비가역 액상 반응에 대한 레벤스필(Levenspiel) 도표이다. 플러그흐름반응기(PFR)와 연속교반탱크반응기(CSTR) 중 선택한 2개의 반응기를 직렬로 연결하여 전체 반응기를 구성하고, 순수한 A를 반응물로 도표에서와 같은 반응을 진행한다. 첫 번째 반응기의 출구에서 A의 전환율 0.3, 두 번째 반응기의 출구에서 A의 최종전환율 0.6을 얻기 위해 필요한 두 반응기 부피의 합이 가장 작은 조합은? (단, 같은 종류의 반응기를 선택할 수 있으며, $F_{A0}$는 첫 번째 반응기에 유입되는 A의 몰유량[mol s^-1], $-r_{\mathrm{A}}$는 A의 소멸 속도[mol m^-3 s^-1], $X$는 A의 전환율이다)

첫 번째 반응기 두 번째 반응기

등온 플러그흐름반응기(PFR)에서 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 액상 2차 반응을 진행한다. 반응물 A의 초기농도가 1 mol L^-1일 때, A의 전환율 90 %를 얻기 위해 필요한 공간시간은 90분이다. 반응물 A의 초기농도만 2 mol L^-1로 높였을 때, 동일한 전환율을 얻기 위해 필요한 공간시간[min]은? (단, 반응속도상수는 변함없다)

동일 부피의 등온 연속교반탱크반응기(CSTR) 3개를 직렬로 연결하여 전체 반응기를 구성한다. 구성된 반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 액상 1차 반응을 진행하며, 공급되는 반응물의 부피유량은 2 L min^-1이다. 마지막 반응기 출구에서 A의 농도가 첫 번째 반응기에 유입되는 A의 초기농도의 $\frac{1}{8}$이 되는 데 필요한 각 반응기의 부피[L]는? (단, 반응속도상수는 0.5 min^-1로 모든 반응기에서 동일하다)

등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 액상 1차 반응을 진행하여, 반응 12분 후 A의 전환율 70 %를 얻었다. 초기농도 4 mol L^-1의 순수한 A를 10 mol min^-1의 몰유량으로 등온 플러그흐름반응기(PFR)에 공급하여 같은 반응을 진행할 때, 동일한 전환율을 얻기 위해 필요한 PFR의 부피[L]는? (단, 반응속도상수는 변함없다)

등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 액상 3차 반응을 진행한다. 반응물 A의 초기농도를 $C_{A0}$, 반감기를 $t_{1/2}$이라고 할 때, $\ln t_{1/2}$을 $\ln C_{A0}$에 대하여 그린 직선의 기울기는? (단, 반응속도상수는 모든 조건에서 동일하다)

플러그흐름반응기(PFR)에서 A ＋ B → C 비가역 액상 반응을 진행한다. 반응물 A와 B는 동일한 몰유량 및 200 K의 일정한 온도로 반응기 입구에서 유입되며, 반응기는 단열로 운전된다. 반응열($\Delta H_R$)이 －2,000 cal mol^-1로 일정하고 반응기 출구에서 A의 전환율이 80 %일 때, 반응기 출구에서의 온도[K]는? (단, A, B, C의 정압비열[cal mol^-1 K^-1]은 각각 5, 15, 20이며, 반응은 상변화를 수반하지 않는다)

등온 반응기에서 다음 두 개의 균일계 비가역 반응을 경쟁적으로 진행한다. 일정한 온도에서 생성물 U에 대한 D의 순간 선택도($S_{D/U}$)를 증대하기 위한 전략으로 옳지 않은 것은? (단, $S_{D/U}=\frac{r_{\mathrm{D}}}{r_{\mathrm{U}}}$, $r_{\mathrm{j}}$는 j의 생성 속도, $C_{\mathrm{j}}$는 j의 농도이다)

○ 반응 1: A ＋ B $\stackrel{k_1}{\to }$ D, $r_{\mathrm{D}}=k_1{C}_{\mathrm{A}}^{}{C}_{\mathrm{B}}^{}$

○ 반응 2: A ＋ B $\stackrel{k_2}{\to }$ U, $r_{\mathrm{U}}=k_2{C}_{\mathrm{A}}^2{C}_{\mathrm{B}}^2$

동일 부피의 연속교반탱크반응기(CSTR) 2개를 직렬로 연결하여 전체 반응기를 구성한다. 구성된 반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 등온 액상 반응을 진행하며, 두 반응기의 운전조건을 다르게 하여 첫 번째 반응기와 두 번째 반응기에서의 반응속도를 동일하게 유지한다. 두 번째 반응기 출구에서 A의 최종전환율이 80 %일 때, 첫 번째 반응기 출구에서 A의 전환율[%]은?

효소(E)와 기질(S)이 결합하여 중간체(EㆍS)를 형성하는 반응 메커니즘에 대한 해석을 위해, 중간체의 유사 정상상태 가정에 따른 미카엘리스－멘텐(Michaelis-Menten) 식을 이용한다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, $K_M$은 미카엘리스 상수, $V_{\max }$는 최대 반응속도, $-r_{\mathrm{S}}$는 반응속도, [S]는 기질의 농도이다)

부피 10 L의 등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 액상 기초 반응을 진행하여, A의 전환율 50 %를 얻었다. 이 반응기의 입구에 공급되는 반응물의 흐름을 반으로 나누어, 각각 부피 2.5 L와 7.5 L의 등온 CSTR에 반응물로 주입하여 같은 반응을 진행한다. 반응 후 두 반응기 출구에서의 흐름을 다시 하나로 합칠 때, 최종적으로 얻을 수 있는 A의 전환율은? (단, 반응속도상수는 모든 반응기에서 동일하다)

일정 부피의 등온 회분식반응기에서 초기농도 10 mol L^-1의 순수한 A를 반응물로 A → 2B 비가역 기상 기초 반응을 진행하여, 반응 2시간 후 A의 전환율 90 %를 얻었다. 초기농도가 동일한 순수한 A를 10 mol h^-1의 몰유량으로 플러그흐름반응기(PFR)에 공급하여, 등온 및 정압 조건에서 같은 반응을 진행한다. A의 전환율 90 %를 얻기 위해 필요한 PFR의 부피[L]는? (단, ln10 ＝ 2이며, 반응속도상수는 모든 조건에서 동일하다)

온도 $T_0$에서의 반응속도상수 $k_0$와 활성화 에너지 $E_a$를 알고 있을 때, 아레니우스(Arrhenius) 식을 적용하여 임의의 다른 온도 $T$에서의 반응속도상수를 나타낸 것으로 옳은 것은? (단, $R$은 기체상수이다)

등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 초기농도 10 mol L^-1의 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 액상 1차 반응을 진행한다. A의 전환율이 70 %일 때, 반응기 출구에서 B를 63 mol min^-1의 몰유량으로 생산하기 위해 필요한 반응기의 부피[L]는? (단, 반응속도상수는 0.3 min^-1이다)

등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 다음 세 개의 비가역 액상 기초 반응을 연속적으로 진행한다. 중간 생성물 B의 유사 정상상태를 가정했을 때, 반응시간에 따른 P의 농도를 나타낸 것으로 옳은 것은? (단, $2k_1<k_3$, $t$는 반응시간, $C_{A0}$는 A의 초기농도이다)

○ 반응 1: A $\stackrel{k_1}{\to }$ B ＋ C

○ 반응 2: A ＋ B $\stackrel{k_2}{\to }$ P

○ 반응 3: P $\stackrel{k_3}{\to }$ D