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1[7급 국가직 반응공학] 22년 1회차
Thiele 계수가 100 이상인 불균일계 고체 촉매반응을 외부확산이 속도제한단계가 아닌 유체속도에서 진행할 때, 다공성 구형 촉매 입자의 지름이 감소함에 따라 총괄반응속도가 증가하였다. 이 반응의 속도제한단계는?
1
촉매 활성점에서의 반응물 흡착
2
촉매 세공을 통한 반응물의 내부확산
3
촉매 활성점에서의 표면반응
4
촉매 활성점에서의 생성물 탈착
해설

Thiele 계수가 매우 크고 입자 지름이 작아질수록 총괄속도가 증가했으므로 속도제한단계는 세공을 통한 내부확산이다.

Thiele 계수가 클 때 유효인자는 Thiele 계수에 반비례(η∝1ϕ\eta\propto\dfrac{1}{\phi})하고 Thiele 계수는 입자 지름에 비례하므로, 외부확산이 배제된 상태에서 지름 의존성이 나타나는 것은 내부확산 지배의 특징이다.

  • 반응물 흡착이 율속이면 촉매 질량당 속도가 활성점에서 결정되어 입자 지름에 좌우되지 않는다.
  • 표면반응이 율속이면 Thiele 계수가 작아 유효인자가 1에 가깝고 입자 지름의 영향을 받지 않는다.
  • 생성물 탈착이 율속이어도 입자 지름 변화에 따른 속도 변화는 나타나지 않는다.

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