화공기사 2015년 1회 기출 풀이(86번,87번,88번,89번,90번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 86번, 87번, 88번

86. 회분식 반응기 내에서의 균일계 1차 반응 A→R 에 대한 설명으로 가장 부적절한 것은?

 ① 반응속도는 반응물 A 의 농도에 정비례 한다.

 ② 반응률 는 반응시간에 정비례 한다.

 ③ 와 반응시간간의 관계는 직선으로 나타난다.

 ④ 반응속도 상수의 차원은 시간의 역수이다.

정답 : 2번

----------------------------------------------------------------------------------------------------

양변을 정리해서 적분하면,

를 대입해보면,

1번 : 반응속도는 반응물 A의 농도에 정비례 한다. 식 그대로의 설명이다.

2번 : 시간이 지날수록 전화율이 올라가지만 정비례하지는 않는다.

3번 : 

 식을 보면 맞는 설명이다.

4번 : 1차 반응의 속도상수 차원은 시간의 역수가 맞다.

반응속도의 차원을 농도의 차원으로 나누어주면 된다.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

87. 기상반응 2A→R+2S 가 플러그흐름반응기(PFR)에서 A의 전화율 90% 까지 반응하는데 공간속도 가 필요하였다. 공간시간(τ, min)과 평균체류시간(t, min)은?

 ① τ = 1, t > 1

 ② τ = 1, t < 1

 ③ τ > 1, t = 1

 ④ τ > 1, t > 1

정답 : 2번

----------------------------------------------------------------------------------------------------

공간시간은 공간속도의 역수이다.

그래서 공간시간 τ = 1 min

* 공간시간 : 반응기부피 / 입구유속

* 평균체류시간 : 반응기부피 / 출구유속

주어진 반응이 체적변화율이 + 인 반응이므로,(부피가 늘어나는 반응)

출구유속>입구유속임을 알 수 있다.(여기서 유속은 부피 유속임)

위 * 식으로 생각해보면, 출구유속이 더 크므로 평균체류시간은 공간시간 보다 작다.

그래서 t < 1 이다.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

88. 두 개의 CSTR을 직렬 연결했을 때, 반응기의 최적부피에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

 ① 최적부피는 반응속도에 의존한다.

 ② 1차 반응이면 부피가 같은 반응기를 사용한다.

 ③ 차수가 1보다 크면 큰 반응기를 먼저 놓는다.

 ④ 최적부피는 전화율에 의존한다.

정답 : 3번

----------------------------------------------------------------------------------------------------

1차 반응이면 부피가 같은 반응기를 사용한다.

1차 보다 크면 작은 반응기를 먼저 놓는다.

1차 보다 작으면 큰 반응기를 먼저 놓는다.

PFR 과 함께 정리해보면

n > 1 일 때 PFR - 작은 CSTR - 큰 CSTR 순

n < 1 일 때 큰 CSTR - 작은 CSTR - PFR 순

----------------------------------------------------------------------------------------------------

89. 부피 V=1L 인 혼합 반응기에 A용액()만 1L/min 로 들어가서 A 와 B 가 , 의 상태로 흘러나갈 때 B의 생성반응 속도는 몇 mol/L·min 인가?

 ① -0.04

 ② -0.02

 ③ 0.04

 ④ 0.02

정답 : 3번

----------------------------------------------------------------------------------------------------

CSTR 설계식

공간시간은 1L/ 1L/min = 1min 이다.

초기에 A용액만 들어갔으니 B의 초기농도는 0 이다.

공간시간이 1분이라는 말은 1분동안 반응기 부피 만큼이 처리된다는 말이다.

1분동안 0.04mol/L 의 B 가 생겼으니 0.04 mol/L·min 이다.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

90. 정압반응에서 처음에 80% 의 A를 포함하는(나머지 20% 는 불활성물질) 반응 혼합물의 부피가 2min 에 20% 감소한다면 기체반응 2A→R 에서 A의 소모에 대한 1차 반응 속도상수는 약 얼마인가?

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 3번

----------------------------------------------------------------------------------------------------

체적변화율 = 0.8*(1-2)/2 = -0.4

2분이 지났을 때 부피가 초기 부피의 0.8배(20% 감소) 이므로,

2분이 지났을 때 전화율은 0.5 이다.

양변을 정리해서 적분하면,

를 대입해보면,

전화율 0.5 와 시간 2min 을 대입하면,

k = -ln0.5 / 2min = 0.347  

----------------------------------------------------------------------------------------------------