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1[7급 국가직 반응공학] 24년 1회차

등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 액상 1차 반응을 진행하여, 반응 12분 후 A의 전환율 70 %를 얻었다. 초기농도 4 mol L^-1의 순수한 A를 10 mol min^-1의 몰유량으로 등온 플러그흐름반응기(PFR)에 공급하여 같은 반응을 진행할 때, 동일한 전환율을 얻기 위해 필요한 PFR의 부피[L]는? (단, 반응속도상수는 변함없다)

해설

필요한 PFR 부피는 30 L이다.
액상 1차 반응에서 PFR 공간시간은 같은 전환율을 얻는 회분식 반응시간과 같다:  $\tau=12\ \mathrm{min}$ 
 $v_0=\dfrac{F_{\mathrm{A0}}}{C_{\mathrm{A0}}}=\dfrac{10}{4}=2.5\ \mathrm{L\,min^{-1}}$ 
 $V=v_0\tau=2.5(12)=30\ \mathrm{L}$ 
1차 반응은 전환율-시간 관계가 초기농도와 무관하므로  $k$ 를 따로 구하지 않아도 된다.
초기농도는 몰유량을 부피유량으로 환산하는 데만 쓰이며, 이를 빠뜨리면 부피를 구할 수 없다.

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