화공기사 2018년 4회 기출 풀이(86번,87번,*88번,89번,90번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 86번

86. 2차 액상 반응, 2A → products 이 혼합흐름반응기에서 60% 의 전화율로 진행된다. 다른 조건은 그대로 두고 반응기의 크기만 두 배로 했을 경우 전화율은 얼마로 되는가?

 ① 66.7%  ② 69.5%  ③ 75.0%  ④ 91.0%

정답 : 2번

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CSTR 설계식

τ = V/v0 = Ca0*Xa) / kCa^2 = Xa / kCa0(1-Xa)^2

원래 전환율이 0.6이므로 τ = (1/kCa0)(0.6 / 0.16)

반응기가 두배로 되면 공간시간도 두배.

즉, (2/kCa0)(0.6 / 0.16) = Xa / kCa0(1-Xa)^2

2*0.6/0.16 = Xa / (1-Xa)^2

정리해서 근의 공식으로 Xa를 구해주고,

적당한 범위의 1개를 고르면 Xa=0.69548

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87. 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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보통 pfr이 유리한 건 맞으나 그렇다고 이 문제에서 그렇게 찍으면 안된다!

자동촉매반응에서 전화율과 반응기의 관계를 기억해두길 권장한다.

직접 자동촉매반응 그래프를 그려서 풀 수도 있겠지만 ..비추..

이건 그래프를 기억하고 있으면 편하다.

책에 잘 찾아보면 있을 것이다.

그래프를 통해 면적비교를 해보면 전환율이 작을 때 MFR 면적이 PFR보다 작을 것이다.

클 때는 반대.

나는 외우고 있어서 바로 풀었다..

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88. CSTR 에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

 ① 비교적 온도 조절이 용이하다.

 ② 약한 교반이 요구될 때 사용된다.

 ③ 높은 전화율을 얻기 위해서는 큰 반응기가 필요하다.

 ④ 반응기 부피당 반응물의 전화율은 흐름 반응기들 중에서 가장 작다.

정답 : 2번

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13년 1회 문제다.

1번 : PFR과 비교 시 PFR이 온도조절이 힘들다고 한다.

2번 : 약한 교반? 잘 모르겠다.

3번 : CSTR 설계식을 써서 부피가 변할 때 전환율이 어떻게 변하는 지 보면 된다.

전환율과 부피는 비례함(정비례는 아님)을 알 수 있다.

4번 : 반응기 부피당 전환율이 작다는 건 효율이 나쁘다..

잘 모르면 PFR이 좋다고 찍는 건 알고있다. 일반적으로 효율이 좋기 때문이다.

1,3,4번이 맞으므로 2번이 틀린 건데..

CSTR은 강한교반이 필요할 때 사용한다고 한다... 이번기회에 외워두도록하자.

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89. 회분식 반응기(batch reactor)에서 균일계 비가역 1차 직렬 반응 이 일어날 때 R 농도의 최대값은 얼마인가?

(단, 이고, 각 물질의 초기농도는 이다.)

 ① 1.25mol/L  ② 1.67mol/L  ③ 2.5mol/L  ④ 5.0mol/L

정답 : 1번

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아니 이게 화공기사에 나오는구나...공무원 시험에나 나오는 줄 알았더니..

균일계 비가역 1차 직렬(연속) 반응 이 문제에 나오면 묻는 게 몇가지 정해져있다.

보통 쉬우면 R 농도가 최대일 때 반응기 종류별로 t나 τ를 묻는다. 이건 간단해서 외워두는게 좋다.

공무원 시험문제에서 R 농도가 최대일 때 공간시간과 Ca 였나? 를 묻는 걸 본적이있다.

Cr,max 그 자체를 묻는 문제는 처음봤는데 식이 좀 복잡하다.

혹시나 해서 외워두긴 했는데 진짜 나오네..

이게 유도를 하려면 하는데 좀 복잡하고 PFR이었나 CSTR이었나 둘중 하나는 미분방정식을 풀어야 한다.

학부 때 풀었던 기억이 있는데 내가 풀 정도니 그리 어렵지는 않다^^

근데 지금은 못푼다. 그냥 결과 외우고 말지.

아무튼 책에 다 결과 나와있으니 외우자.

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90. 다음과 같은 연속(직렬) 반응에서 A 와 R 의 반응속도가 일 때, 회분식 반응기에서 를 구하면?

(단, 반응은 순수한 A 만으로 시작한다.)

 ① 

② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 4번

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이 문제에서 R→S 반응이 0차 반응인데 만약 1차 반응이면 89번 문제의 유도과정이다.

0차 반응이라서 쉽게 풀 수 있는거다.

1. -dCa/dt=k1Ca

2. dCr/dt=k1Ca-k2

1번식 양변에 dt를 곱하고 적분해서 풀면 Ca=Ca0*exp(-k1t)

이걸 2번식에 대입하면

dCr/dt=k1Ca0*exp(-k1t)-k2

양변에 dt를 곱하고 적분해서 풀면

Cr=-Ca0{exp(-k1t)-1}-k2t

정리하면 답.

참고로 이 식을 미분해서 0이라고 두면 Cr,max 조건이다.

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