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50 L 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A→B 발열 액상 기초반… | [7급 국가직 반응공학] 23년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 반응공학] 23년 1회차
50 L 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A→B 발열 액상 기초반응을 진행한다. A의 초기농도가 1 mol L-1, 초기 반응온도가 400 K일 때, 지속적인 열제거로 반응기의 온도를 400 K로 유지한다. 반응 시작 5분 후 열제거 속도[kcal min-1]의 크기는? (단, 교반기에 의해 반응기에 가해진 일은 무시하고, 반응속도상수는 0.2 min-1, 반응열 ΔHR\Delta H_R(400 K) = -10 kcal mol-1이다)
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100e\dfrac{100}{e}
2
150e\dfrac{150}{e}
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200e\dfrac{200}{e}
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250e\dfrac{250}{e}
해설

온도를 유지하려면 열제거 속도가 반응 발열 속도와 같아야 하며, 그 크기는 100e kcal min−1\dfrac{100}{e}\ \mathrm{kcal\,min^{-1}}이다.

등온 유지 조건: Q˙=(−ΔHR)(−rA)V\dot{Q} = (-\Delta H_R)(-r_{\mathrm{A}})V

5분 후 농도: CA=CA0e−kt=e−(0.2)(5)=e−1 mol L−1C_{\mathrm{A}} = C_{\mathrm{A0}}e^{-kt} = e^{-(0.2)(5)} = e^{-1}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}
반응속도: −rA=kCA=0.2e−1 mol L−1 min−1-r_{\mathrm{A}} = kC_{\mathrm{A}} = 0.2e^{-1}\ \mathrm{mol\,L^{-1}\,min^{-1}}

Q˙=(10)(0.2e−1)(50)=100e kcal min−1\dot{Q} = (10)(0.2e^{-1})(50) = \dfrac{100}{e}\ \mathrm{kcal\,min^{-1}}

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