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1[7급 국가직 반응공학] 26년 1회차

다음은 제한반응물(limiting reactant) A의 전환율( $X_{\mathrm{A}}$ )에 관한 연속교반탱크반응기(CSTR)의 단열조작선(adiabatic operating line) 그래프이다. 흡열반응과 불활성물질 감소에 각각 해당하는 것을 바르게 연결한 것은? (단,  $T_1$ 은 공급온도이다)

흡열반응 불활성물질 감소

(가) (다)

(가) (라)

(나) (다)

(나) (라)

해설

흡열반응은 온도가 공급온도보다 내려갈수록 전환율이 커지는 음의 기울기 직선이고, 불활성물질이 줄면 조작선의 기울기 크기가 작아져 완만해진다. 따라서 흡열반응은 (가), 불활성물질 감소는 (라)이다.
CSTR 단열 에너지수지로부터 단열조작선은 다음과 같다.
 $X_{\mathrm{A}} = \dfrac{\sum \theta_i C_{p,i}\,(T - T_1)}{-\Delta H_{\mathrm{R}}}$ 
흡열반응은  $\Delta H_{\mathrm{R}} \gt 0$ 이므로 기울기가 음수이고, 발열반응은 기울기가 양수이다. 불활성물질이 감소하면 분자  $\sum \theta_i C_{p,i}$ 가 작아져 같은 전환율에서 온도 변화가 커지므로 직선이 온도축 쪽으로 눕는다.
오른쪽으로 올라가는 직선 (나)는 기울기가 양수이므로 발열반응의 조작선이다.
(가)에서 더 가파른 점선으로 바뀌는 (다)는 기울기 크기가 커지는 변화로, 불활성물질이 증가한 경우에 해당한다.

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