화공기사 2015년 4회 기출 풀이(86번,87번,88번,89번,90번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 86번, 87번, 88번, 89번

86. 일반적으로 가스-가스 반응을 의미하는 것으로 옳은 것은?

 ① 균일계 반응과 불균일계 반응의 중간반응

 ② 균일계 반응

 ③ 불균일계 반응

 ④ 균일계 반응과 불균일계 반응의 혼합

정답 : 2번

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흔히 균일계(homogeneous) 반응, 불균일계(heterogeneous) 반응이라는 것은

상을 보고 구별한다.

기체-기체, 액체-액체와 같이 하나의 상에서 일어나는 반응을 균일계 반응,

기체-고체 등과 같이 다른 상에서 일어나는 반응을 불균일계 반응이라 한다.

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87. 이상적 혼합반응기(ideal mixed flow reactor)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

 ① 반응기 내의 농도와 출구의 농도가 같다.

 ② 무한개의 이상적 혼합반응기를 직렬로 연결하면 이상적 관형반응기(plug flow reactor)가 된다.

 ③ 1차 반응에서의 전화율은 이상적 관형반응기보다 혼합 반응기가 항상 못하다.

 ④ 회분식 반응기(batch reactor)와 같은 특성을 나타낸다.

정답 : 4번

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이상적 혼합 반응기에서는 물질이 들어가자 마자 바로 완전히 섞인다(perfect mixing).

1번 : 완전히 섞이기 때문에 반응기 내의 농도가 곧 출구의 농도이다.

2번 : 혼합반응기를 무한히 직렬연결하면 PFR과 같다.

3번 : 

설계식으로 알아보자.

kτ 를 일정하게 두고 (ex. kτ=1) 두 X 의 비를 구해보면 1보다 크다.

즉, 같은 공간시간을 가질 때 PFR 의 전화율이 MFR 보다 항상 크다.

(kτ 를 바꾸어도 결과는 달라지지 않는다.) 

4번 : 회분식 반응기와 같은 특성을 나타내는 것은 PFR 이다.

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88. A → B 의 화학반응에 대하여 소실되는 반응물의 속도는 일반적으로 어떻게 표시하는 것이 가장 적절한가?

(단, n 는 몰수, t 는 반응시간, 는 반응기부피이다.)

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 2번

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우리가 흔히 아는 식은 이다.

농도는 몰 수를 부피로 나눈 것이므로 C = n/V 이고,

이를 대입해주면 2번이 나온다.

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89. PFR 반응기에서 순환비 R을 무한대로 하면 일반적으로 어떤 현상이 일어나는가?

 ① 전화율이 증가한다.

 ② 공간시간이 무한대가 된다.

 ③ 대용량의 PFR과 같게 된다.

 ④ CSTR과 같게 된다.

정답 : 4번

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순환비를 0으로 하면, 그냥 PFR 과 같고,

순환비를 무한대로 하면, CSTR 과 같다.

(CSTR 과 같이 반응기 내에서 완전혼합 되는 개념이다.)

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90. 등온에서 0.9 wt% 황산 B와 액상 반응물 A(공급원료 A의 농도는 )가 동일부피로 CSTR에 유입될 때 1차 반응 진행으로 의 생성물 C(분자량 : 62)가 배출된다. A 의 전화율이 0.8 이 되기 위한 반응기 체적()은?

(단, 속도상수는 이다.)

 ① 40.4

 ② 44.6

 ③ 49.4

 ④ 54.3

정답 : 3번

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τ = 0.8/(0.311*0.2) = 12.862 min

출구에서 생성물 C가 1분에 6.14 lbmol 만큼 나온다.

(이런 문제에서는 g, lb 간 변환 할 필요없이 쭉 lb 하나로 밀고가면 된다.)

0.8만큼 반응이 진행됐을 때 6.14 만큼 나오므로,

(A와 C가 1:1 이라면) 6.14/0.8=7.68 lbmol/min 만큼 A가 들어간다.

A의 공급 농도가 4 lbmol/ft3 d이므로 A의 공급 부피유량은 7.68/4 = 1.92 ft3/min 이다.

같은 부피로 B도 공급 되므로 총 공급 부피유량은 1.92*2 = 3.84 ft3/min 이다.

 

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