2017년 5급 공채 기술 2차 반응공학
문제 4개 · 50점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.
제1문 (10점)
25°C의 등온 회분식 반응기(batch reactor)에서 A＋B REL - > {k} {} P의 비가역 액상
반응이 일어나고 있다. 반응속도식은 B성분에 대해 1차 반응이며, A성분의 차수를 실험으로 구하고자 한다. 반응물 B성분은 CB0＝5.0000mol․L-1로 과잉 공급되며, 회분식 반응기의 액상반응에서 시간에 따른 A성분의 농도 측정결과가 표와 같을 때, 다음 물음에 답하시오. (총 10점)
반응이 일어나고 있다. 반응속도식은 B성분에 대해 1차 반응이며, A성분의 차수를 실험으로 구하고자 한다. 반응물 B성분은 CB0＝5.0000mol․L-1로 과잉 공급되며, 회분식 반응기의 액상반응에서 시간에 따른 A성분의 농도 측정결과가 표와 같을 때, 다음 물음에 답하시오. (총 10점)
| t(min) | 0 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 |
| CA(mol․L-1) | 0.0500 | 0.0400 | 0.0333 | 0.0286 | 0.0250 | 0.0222 | 0.0200 |
- (1) 위 결과로부터 적분법을 이용하여 비가역 액상 반응에서 A성분의 반응차수를 구하시오. (단, 반응차수는 정수이다) (7점)
- (2) 이때 반응속도상수 k를 구하시오. (3점)
제2문 (15점)
정상상태로 운전되는 10L의 등온 혼합흐름 반응기(CSTR)에서 비가역 1차반응 A→P이 일어나고 있다. 1mol․L-1의 농도를 갖는 순수한 반응물 A가 1L․min-1의 속도로 반응기에 공급되며, 반응속도상수는 0.15min-1이다. 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
- (1) 반응물A의 전환율을 구하시오. (5점)
- (2) 반응물A의 공급속도가 1.0L․min-1에서 0.5L․min-1로 줄어들어 유지된다(계단입력). 이때 반응기가 정상상태에 도달할 때까지의 농도변화를 시간의 함수로 구하고, 정상상태에 도달한 후 반응물 A의 전환율을 구하시오. (10점)
제3문 (15점)
다음은 촉매화학반응에서 기공확산저항에 따른 반응속도의 감소를 측정하기 위한 유효인자(\eta \,)이다. 물음에 답하시오. (총 15점)
(단, 1차 비가역 촉매반응이 진행될 때 촉매특성크기(characteristic dimension)는 0.2cm, 유효확산계수는 0.015cm2․s-1, 100°C에서 반응속도상수는 0.93s-1, 활성화 에너지는 20kcal․mol-1이며, 이 때 유효확산계수는 온도와 무관하다)
\eta＝
\phi = L \sqrt{{\frac{{k}}{{D}}}}, L＝촉매특성크기, k＝반응속도상수, D＝유효확산계수 | ||||
| 겉보기 반응속도, | ||||
| 확산저항이 존재하지 않는 반응속도, | ||||
(단, 1차 비가역 촉매반응이 진행될 때 촉매특성크기(characteristic dimension)는 0.2cm, 유효확산계수는 0.015cm2․s-1, 100°C에서 반응속도상수는 0.93s-1, 활성화 에너지는 20kcal․mol-1이며, 이 때 유효확산계수는 온도와 무관하다)
- (1) 반응물의 농도가 3.25×10-2mol․L-1일 때, 100°C와 150°C에서 각각 겉보기 반응 속도를 구하시오. (10점)
- (2) 반응의 겉보기 활성화 에너지(apparent activation energy)를 구하시오. (5점)
제4문 (10점)
반응기의 부피가 2L로 일정하게 유지되는 회분식 반응기(batch reactor)에서 A→B의 등온반응이 1kg의 촉매 표면에서 일어난다. 반응물 A의 초기 투입량은 2mol이며, 반응시간이 지남에 따라 촉매는 비활성화(decay)된다. 촉매 비활성화속도는 촉매 활성도(activity)에 대하여 1차이고, 비활성화 속도상수(decay rate constant)는 0.5s-1이다. 이 반응이 A에 대하여 2차 반응이고, 반응속도상수가 2L2․mol-1․kg-1․s-1, 반응시간이 10초일 때 A의 전환율을 구하시오. (10점)