화공기사 2016년 2회 기출 풀이(86번,87번,88번,89번,90번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 86번, 87번, 88번, 90번

86. 반감기가 50시간인 방사능액체를 10L/h 의 속도를 유지하며 직렬로 연결된 두 개의 혼합탱크(각각 v=4000L)에 통과시켜 처리한다. 이와 같이 처리시킬 때 방사능이 얼마나 감소하겠는가?

 ① 93.67%

 ② 95.67%

 ③ 97.67%

 ④ 99.67%

정답 : 3번

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문제에서 힌트를 잘 캐치해보자.

반감기가 50시간이다.

→ 반감기가 일정하다.

→ 1차 반응이다.

→ ln2 / k = 50 hr

→ k = 0.013863 /hr

직렬로 연결된 두 개의 혼합흐름반응기라 생각하면 된다.

τ = 4000L / 10L/h = 400 hr

첫번째 반응기를 생각해보자.

CSTR 설계식으로부터,

반응기 한 개를 나올 때 전화율이 0.847 이다. 

똑같은 반응기를 한 번 더 거친다면 전체 전화율은,

1 - (1-0.847)^2 = 0.9767 = 97.67%

이 식을 생각 못하더라도

에 로 놓고 계산을 해보면,

첫 반응기 출구에서의 농도 .

을 두번째 반응기의 초기농도로 넣으면,

전체로 보면 초기농도 1을 넣어서 출구 농도 0.0234 가 나왔으니

전화율은 (1-0.0234)/1 = 0.9766 = 97.66 % 가 나온다. 원리는 같다.

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87. 연속흐름 반응기에서 물질수지식으로 옳은 것은?

 ① 입류량 = 출류량 - 소멸량 + 축적량

 ② 입류량 = 출류량 - 소멸량 - 축적량

 ③ 입류량 = 출류량 + 소멸량 + 축적량

 ④ 입류량 = 출류량 + 소멸량 - 축적량

정답 : 3번

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사람마다 생각하는 방법은 조금씩 다를 것 같긴한데,

축적량 = 들어오거나 발생한 량 - 나가거나 사라진 량

 = 입류량 - (출류량 + 소멸량)

입류량 = 출류량 + 소멸량 + 축적량

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88. 그림 A, B, C는 mixed flow reactor와 plug flow reactor을 각각 다르게 연결한 것이다. 1차 이상의 반응에서 (A)의 생성물의 양을 로 하고 (B)의 생성물의 양을 로 하며, (C)의 생성물의 양을 로 하였을 때 옳은 것은?

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 3번

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세 경우의 전체 부피는 5L 로 모두 같다.

PFR 전화율 > MFR 전화율

PFR > 반반 > MFR

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89. 반응전화율을 온도에 대하여 나타낸 직교좌표에서 반응기에 열을 가하면 기울기는 단열과정에서보다 어떻게 되는가?

 ① 증가한다.

 ② 감소한다.

 ③ 일정하다.

 ④ 반응열의 크기에 따라 증가 또는 감소한다.

정답 : 2번

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82번 문제의 그림을 떼왔다.

82번 문제 풀이와 같이 보면 좋을 듯 하다.

발열반응일 때

열을 가하니 온도가 상승하고, 반응이 촉진되어 온도상승률이 증가할 거라고 생각해 볼 수 있다.

(기울기 감소)

문제는 흡열반응인데..

단열과정에서 흡열반응이면 반응이 진행될수록 반응기 온도는 내려간다.

여기에 열을 가해주면 온도를 유지할 수 있을 것이다. 즉 그래프가 등온조건 쪽으로 붙을 것이다.

이건 기울기가 증가하는 것인가 감소하는 것인가?

수학적으로 봤을 때 위 그림에서 ①의 기울기를 -1 정도 된다고하면 ②의 기울기는 -3 정도 된다고 할 수 있다.

-1보다 -3이 작으니까 감소한다.

이게 맞는 설명인 지는 의문이다.......

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90. 0차 반응의 반응물 농도와 시간과의 관계를 옳게 나타낸 것은?

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 3번

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0차 반응에서 반응속도는 농도와 관계가 없이 일정하다. -rA = k

따라서, 반응물의 농도는 시간이 흐름에 따라 일정하게 감소한다. 

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