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다음 두 개의 반응이 일정 온도에서 동시에 진행될 때 S의 생산을 최대… | [7급 국가직 반응공학] 21년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 반응공학] 21년 1회차
다음 두 개의 반응이 일정 온도에서 동시에 진행될 때 SS의 생산을 최대화할 수 있는 흐름 방식은?
A+B→k1R,dCRdt=k1CA1.5CB0.5A + B \xrightarrow{k_1} R,\quad \dfrac{dC_R}{dt} = k_1 C_A^{1.5} C_B^{0.5}
A+B→k2S,dCSdt=k2CA0.5CB1.5A + B \xrightarrow{k_2} S,\quad \dfrac{dC_S}{dt} = k_2 C_A^{0.5} C_B^{1.5}

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해설

B를 입구로 모두 넣고 A를 관형 반응기 길이를 따라 나누어 주입하는 방식이 S의 생산을 최대화한다.

두 속도식의 비는 rSrR=k2CA0.5CB1.5k1CA1.5CB0.5=k2k1⋅CBCA\dfrac{r_S}{r_R} = \dfrac{k_2 C_A^{0.5} C_B^{1.5}}{k_1 C_A^{1.5} C_B^{0.5}} = \dfrac{k_2}{k_1}\cdot\dfrac{C_B}{C_A} 이다.

따라서 S에 유리하려면 B의 농도는 높게, A의 농도는 낮게 유지해야 하며, A를 소량씩 분할 공급하면 반응기 전체에서 A가 낮은 농도로 유지된다.

  • A가 담긴 교반조에 B를 서서히 넣는 반회분식: A가 고농도, B가 저농도로 유지되어 오히려 R이 유리하다.
  • A를 입구로 넣고 B를 측면 분할 주입하는 PFR: 역시 A가 높고 B가 낮아 R이 유리하다.
  • A와 B를 함께 입구로 넣는 PFR: 두 농도를 어느 쪽으로도 조절하지 못해 S의 선택도를 높이지 못한다.

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