등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 두 개의 비가역 액상 기초반응을 … | [7급 국가직 반응공학] 21년 1회차 기출문제 상세 페이지

등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 두 개의 비가역 액상 기초반응을 동시에 진행한다. 비목적 생성물($U$)에 대한 목적 생성물($D$)의 순간 선택도($S_{D/U}$)를 0.8로 유지하려고 할 때, 반응물 $A$의 전환율은? (단, $A$의 초기농도는 10 mol L-1, $-r_{A,i}$는 $i$번 반응에서 $A$의 소멸속도, $S_{D/U} = \dfrac{r_D}{r_U} = \dfrac{D\text{의 생성속도}}{U\text{의 생성속도}}$이다)
1번 반응: $A \rightarrow D,\ -r_{A,1} = 5\,C_A$ [mol L-1 s-1]
2번 반응: $2A \rightarrow U,\ -r_{A,2} = 2\,C_A^{\,2}$ [mol L-1 s-1]

0.25

0.375

0.5

0.625

선택도 0.8을 만족하는 반응기 농도는 $C_A=6.25$이므로 전환율은 0.375이다.
D 생성속도: $r_D=5C_A$
U 생성속도: A 2몰이 U 1몰이 되므로 양론계수 1/2을 반영해 $r_U=\dfrac{1}{2}\times2C_A^2=C_A^2$
선택도: $S_{D/U}=\dfrac{5C_A}{C_A^2}=\dfrac{5}{C_A}=0.8\Rightarrow C_A=6.25$
CSTR은 출구 농도로 운전하므로 $X_A=1-\dfrac{6.25}{10}=0.375$
0.625는 남은 분율 $C_A/C_{A0}$를 전환율로 착각한 값이다.