A와 B의 기상 등온반응이 아래와 같이 병렬반응일 경우 D에 대한 선택… | [화공기사 필기] 21년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 21년 2회차

A와 B의 기상 등온반응이 아래와 같이 병렬반응일 경우 D에 대한 선택도를 향상시킬 수 있는 조건이 아닌 것은?
 $\mathrm{A} + \mathrm{B} \rightarrow \mathrm{D},\quad r_D = k_1 C_A^2 C_B^3$ 
 $\mathrm{A} + \mathrm{B} \rightarrow \mathrm{U},\quad r_U = k_2 C_A C_B$

관형반응기 사용

회분반응기 사용

반응물의 고농도 유지

반응기의 낮은 반응압력 유지

해설

기상반응에서 압력을 낮추면 반응물 농도가 함께 낮아져 D의 선택도가 오히려 떨어지므로, 낮은 반응압력 유지는 선택도 향상 조건이 될 수 없다.

두 반응의 속도비를 만들면 필요한 조건이 정해진다.
r_D/r_U = k₁C_A²C_B³ / (k₂C_AC_B) = (k₁/k₂)·C_AC_B²

원하는 D쪽 반응차수가 A와 B 모두에서 부반응보다 높으므로 두 반응물 농도를 모두 높게 유지해야 한다(반응물의 고농도 유지가 옳은 조건인 이유다). 기상에서는 C = p/RT로 농도가 분압에 비례하므로 고압이 유리하고 저압은 불리하다.

관형반응기는 입구부터 높은 반응물 농도를 유지한 채 흐르므로 이런 반응에 유리하다.
회분반응기 역시 초기 고농도 상태에서 반응이 진행되므로 유리하다.
반대로 혼합흐름반응기는 내부 전체가 낮은 출구 농도로 유지되어 D 선택도에 가장 불리한 형식이다.

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