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부피 10 L의 등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 순수한 A를 반응… | [7급 국가직 반응공학] 24년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 반응공학] 24년 1회차
부피 10 L의 등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 순수한 A를 반응물로 A → B 비가역 액상 기초 반응을 진행하여, A의 전환율 50 %를 얻었다. 이 반응기의 입구에 공급되는 반응물의 흐름을 반으로 나누어, 각각 부피 2.5 L와 7.5 L의 등온 CSTR에 반응물로 주입하여 같은 반응을 진행한다. 반응 후 두 반응기 출구에서의 흐름을 다시 하나로 합칠 때, 최종적으로 얻을 수 있는 A의 전환율은? (단, 반응속도상수는 모든 반응기에서 동일하다)
1
215\dfrac{2}{15}
2
415\dfrac{4}{15}
3
715\dfrac{7}{15}
4
815\dfrac{8}{15}
해설

최종 전환율은 7/157/15로, 원래 50 %보다 낮아진다.

원래 운전(1차 CSTR): kτ=X1−X=1k\tau=\dfrac{X}{1-X}=1, τ=10v0\tau=\dfrac{10}{v_0} → k=v010k=\dfrac{v_0}{10}

유량을 반씩 나누면 공간시간은 2.5v0/2=5v0\dfrac{2.5}{v_0/2}=\dfrac{5}{v_0}, 7.5v0/2=15v0\dfrac{7.5}{v_0/2}=\dfrac{15}{v_0}
kτ=0.5k\tau=0.5 → X=0.51.5=13X=\dfrac{0.5}{1.5}=\dfrac{1}{3}
kτ=1.5k\tau=1.5 → X=1.52.5=35X=\dfrac{1.5}{2.5}=\dfrac{3}{5}
같은 유량으로 합치므로 X=12(13+35)=715X=\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{3}+\dfrac{3}{5}\right)=\dfrac{7}{15}

  • 4/154/15는 두 전환율의 차이로, 혼합 전환율이 아니다.
  • 2/152/15는 그 차이를 다시 절반으로 나눈 값이다.
  • 부피에 비례해 유량을 분배하지 않으면 공간시간이 불균일해져 전환율이 떨어진다.

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