화공기사 2015년 1회 기출 풀이(81번,82번,83번,*84번,85번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 81번, 82번, 85번

81. 반응물질 A 는 2L/min 유속으로 부피가 2L 인 혼합흐름 반응기에 공급된다. 이 때 A 의 출구농도 이고 초기농도 일 때 A 의 반응속도는?

 ① 0.045mol/L·min

 ② 0.062mol/L·min

 ③ 0.18mol/L·min

 ④ 0.1mol/L·min

정답 : 3번

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CSTR 설계식

문제에서 입구농도가 0.2 이고 출구농도는 0.02 이므로, 전화율은

 

90% 이다.

공간시간은 τ = 2L / 2L/min = 1 min

설계식에 그대로 대입하면,

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82. 직렬반응 A → R → S 의 각 단계에서 반응속도상수가 같으면 회분식 반응기 내의 각 물질의 농도는 반응시간에 따라서 어느 그래프처럼 변화하는가?

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 1번

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A 가 점점 R로 변했다가 다시 점점 S로 변한다.

그래서 A는 계속 줄어들고, R은 늘어났다가 줄어든다. S는 계속 증가.

이를 만족하는 보기는 1번이다.

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83. 자동촉매반응(autocatalytic reaction)에 대한 설명으로 옳은 것은?

 ① 전화율이 작을 때는 관형흐름 반응기가 유리하다.

 ② 전화율이 작을 때는 혼합흐름 반응기가 유리하다.

 ③ 전화율과 무관하게 혼합흐름 반응기가 항상 유리하다.

 ④ 전화율과 무관하게 관형흐름 반응기가 항상 유리하다.

정답 : 2번

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전화율이 작을 때는 혼합흐름반응기가 유리,

클 때는 플러그흐름반응기가 유리.

그래프의 면적 비교를 통해 알 수 있는 내용인데

 그래프에서 면적 비교.

CSTR은 사각형 면적, PFR은 적분면적.

그냥 결과를 외워도 무방하다.

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84. 평균체류 시간이 같은 관형 반응기와 혼합 반응기에서 로 표시되는 화학 반응이 일어날 때 관형 반응기의 전화율 와 혼합 반응기의 전화율 에 관한 설명으로 옳은 것은?

(단, n 은 반응차수이다.)

 ① 반응차수 n 에 관계없이 항상 는 보다 크다.

 ② 반응차수 n 에 관계없이 항상 은 보다 크다.

 ③ 반응차수 n 이 0보다 크면 는 보다 크다.

 ④ 반응차수 n 이 0보다 크면 는 보다 크다.

정답 : 3번

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 그래프를 그리면,

CSTR 부피는 사각형 면적, PFR 부피는 적분 면적으로 나타낼 수 있다.

위에서는 평균체류 시간이 같다고 했는데 체적변화율이 0이므로, 공간시간이 같다.

즉, 두 반응기의 부피가 같다.

그래프 면적이 같을 때 두 반응기에 대해 전화율을 비교해보면 된다.

다만 차수에 따라 그래프가 바뀐다는 게 문제인데

0차를 초과하면 기울기가 양인 그래프가 그려지므로 같은 면적일 때 PFR의 전화율이 크다.

0차일 때 기울기가 0인 수평한 그래프가 그려지므로 CSTR 과 PFR의 전화율은 같다.

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85. 다음 두 액상 반응이 동시에 진행될 때 어떻게 반응시켜야 부반응을 억제할 수 있는가?

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 4번

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반응차수를 비교해보면 A의 경우는 부반응이 크고, B의 경우는 원하는 반응이 크다.

따라서 A는 농도를 적게하고, B는 농도를 크게 해야 한다.

B는 정상적으로 정면에서 공급하고, A를 4번 보기처럼 나누어 조금씩 측면에서 공급하는 게 답이다.

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