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1[7급 국가직 반응공학] 21년 1회차

정상상태 단열 연속교반탱크반응기(CSTR)에서  $A \rightleftarrows B$  발열 가역 기초반응을 진행한다. 에너지 수지식, 물질 수지식, 화학평형식으로부터 도출된 반응온도( $T$ )와  $A$ 의 전환율( $X_A$ ) 사이의 관계들이 그림과 같을 때, (가) ~ (다)에 해당하는 것은?

(가) / (나) / (다)

에너지 수지식 / 물질 수지식 / 화학평형식

물질 수지식 / 에너지 수지식 / 화학평형식

물질 수지식 / 화학평형식 / 에너지 수지식

에너지 수지식 / 화학평형식 / 물질 수지식

해설

(가)는 에너지 수지식, (나)는 화학평형식, (다)는 물질 수지식이다.

단열 반응기의 에너지 수지는 $X_A = \dfrac{\sum \Theta_i C_{p,i}(T - T_0)}{-\Delta H_R}$ 꼴이라 온도에 대해 직선으로 증가하므로 (가)에 해당한다.

발열 가역반응은 온도가 오를수록 평형상수가 작아져 평형전환율이 감소하므로, 고온으로 갈수록 내려가는 곡선 (나)가 화학평형식이다. CSTR 물질 수지는 저온에서 속도가 느려 낮다가 S자로 올라 고온에서는 평형선에 접근해 함께 감소하므로 (다)이다.

에너지 수지식 / 물질 수지식 / 화학평형식: 고온으로 갈수록 단조 감소하는 (나)는 물질 수지가 아니라 발열 가역반응의 평형 전환율이다.
물질 수지식 / 에너지 수지식 / 화학평형식: 직선인 (가)는 단열 에너지 수지이고, S자형 물질 수지 곡선이 아니다.
물질 수지식 / 화학평형식 / 에너지 수지식: 평형선 아래에서 증가하다 평형선을 따라 감소하는 (다)는 에너지 수지가 아니라 반응기 물질 수지의 특징이다.

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