화공기사 2015년 4회 기출 풀이(*81번,82번,83번,84번,*85번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 82번, 83번, 84번

81. 체류시간 분포함수가 정규분포함수에 가장 가깝게 표시되는 반응기는?

 ① 플러그 흐름(plug flow)이 이루어지는 관형반응기

 ② 분산이 작은 관형반응기

 ③ 완전혼합(perfect mixing)이 이루어지는 하나의 혼합반응기

 ④ 3개가 직렬로 연결된 혼합반응기

정답 : 2번

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분자들마다 반응기에 머무르는 시간이 다를 것이다.

이를 분포로 나타낸 것이 체류시간 분포이다.

시간 t 동안 머무를 확률이라고 할 수 있다.

위 그래프는 Ideal CSTR(빨간색) 과 Ideal PFR(녹색) 의 RTD 그래프이다.

그래프의 면적은 1이 된다.(normalized)

위 그래프에서 t축 한 칸이 1초라고 하자.

3초가 지났을 때 반응기를 떠난 비율은 t=3 선을 기준으로 왼쪽 면적,

반응기에 남아있는 비율은 t=3 선을 기준으로 오른쪽 면적이다.

설명을 잘 못하겠는데(확실히 몰라서..) 어느 정도 감이 왔으면 좋겠다.

PFR 은 그림처럼 pulse 형태이다. 모든 분자들이 시간 τ 만큼 머무른다.

두 그래프 모두 우리가 아는 정규분포 형태는 아니다.

다시 PFR을 생각해보자. 이상적인 경우 말 그대로 Plug flow(관벽에서 속도 = 관 중심 속도)

이기 때문에 모두 τ 만큼 있다가 나간다.

하지만 실제에서는 관벽으로 갈수록 속도가 느려지는 laminar flow 형태라고 할 수 있고,

모든 분자가 τ 만큼 있다가 나가진 않을 것이다.

(좀 더 빨리 나가는 분자도 있고, 좀 더 늦게 나가는 분자도 있을 것이다.)

즉, 그래프가 pulse 형태가 아닌, 종 엎어 논 모양(정규분포)이 될 것이다.

분산(dispersion)이 커질수록 옆으로 퍼진 모양이 될거다.

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82. 400K 에서 이상기체 반응에 대한 속도가 이다. 이 반응의 속도식이 다음과 같을 때, 반응 속도 상수의 값은 얼마인가?

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 1번

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PV=nRT

P=CRT

단위는 2차반응 속도상수의 단위를 구해주면 된다.

반응속도의 단위 mol/L·h 를 (mol/L)^2 으로 나누어주면 된다.

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83. 이상기체인 A 와 B 가 일정한 부피 및 온도의 반응기에서 반응이 일어날 때 반응물 A의 분압이 라고 하면 반응 속도식이 옳은 것은?

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 4번

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PV=nRT

P = CRT

기본적인 농도에대한 반응속도식에 P=CRT 를 대입한다.

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84. HBr의 생성반응 속도식이 다음과 같을 때 의 단위는?

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 3번

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분모의 차원은 농도/농도 니까 무차원이다. 분모는 떼버리고,

식을 단위로만 계산하면,

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85. 다음 중 순환반응기(recycle reactor)를 사용하기 가장 적당한 반응은?

 ① 2차 비가역반응

 ② 1차 가역반응

 ③ 자동 촉매반응

 ④ 직렬반응(series reaction)

정답 : 3번

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자동촉매반응의 경우 순환반응기가 적합하다.

자동촉매반응은 반응속도가 생성물의 농도에 비례한다.

예를들면 효소촉매반응이 있는데 순환반응기를 사용하여 소량 recycle 함으로써

 효소를 반응기에 공급할 수 있다. 

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