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반응물 A와 B가 R과 S로 반응하는 아래와 같은 경쟁반응이 혼합흐름 … | [화공기사 필기] 22년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 22년 1회차
반응물 A와 B가 R과 S로 반응하는 아래와 같은 경쟁반응이 혼합흐름 반응기(CSTR)에서 일어날 때, A의 전화율이 80% 일 때 생성물 흐름 중 S의 함량(mol%)은? (단, 반응기로 유입되는 A와 B의 농도는 각각 20mol/L 이다.)
문제 이미지
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33.3
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44.4
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55.5
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66.6
해설

병렬반응에서 순간 선택도는 rS/(rR+rS)r_S/(r_R+r_S)로 계산한다. CSTR에서는 반응기 내 농도가 출구 농도와 같으므로, 전화율 80%에서 CA=20×0.2=4C_A = 20\times0.2=4 mol/L, 반응한 A의 몰수만큼 B도 소모되므로 CB=2016=4C_B = 20-16=4 mol/L(A:B가 1:1로 반응한다고 볼 때 동일하게 감소). 따라서 CA=CB=4C_A=C_B=4가 되어, rR=CA0.3CB0.3=40.6r_R = C_A^{0.3}C_B^{0.3}=4^{0.6}, rS=CA0.5CB1.5=42.0r_S = C_A^{0.5}C_B^{1.5}=4^{2.0}이 아니라 각 지수합으로 비교하면 rR:rS=C0.6:C2.0r_R:r_S = C^{0.6} : C^{2.0}(C=4)이므로 rS/rR=42.00.6=41.4r_S/r_R = 4^{2.0-0.6}=4^{1.4}. 이 비율로 S의 생성 몰분율을 구하면 S%=rSrR+rS×100=41.41+41.4×10044.4S\% = \dfrac{r_S}{r_R+r_S}\times100 = \dfrac{4^{1.4}}{1+4^{1.4}}\times100 \approx 44.4%로, 44.4 mol%가 되어 보기 2번과 일치한다.

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