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어떤 반응을 '플러그흐름반응기→혼합흐름반응기→플러그흐름반응기'의 순으로… | [화공기사 필기] 20년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 20년 3회차
어떤 반응을 '플러그흐름반응기→혼합흐름반응기→플러그흐름반응기'의 순으로 직렬 연결시켜 반응하고자 할 때 반응기 성능을 나타낸 것으로 옳은 것은?
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해설

앞뒤 두 구간은 곡선 아래 면적으로, 가운데 한 구간만 출구값 높이의 직사각형으로 그려진 선도가 맞다.

1/(−rA)–XA 선도에서 반응기 부피는 FA0×면적으로 읽는다. 플러그흐름반응기는 V=FA0dXArAV=F_{A0}\displaystyle\int\frac{dX_A}{-r_A}곡선 아래 면적이고, 혼합흐름반응기는 V=FA0ΔXA(rA)출구V=\dfrac{F_{A0}\,\Delta X_A}{(-r_A)_{\text{출구}}}출구 조건의 1/(−rA) 를 높이로 하는 직사각형 면적이다.

선도의 1/(−rA) 가 XA 와 함께 커지는 모양이므로, 혼합흐름 구간의 직사각형은 그 구간의 곡선보다 위로 솟아 나온다. 이 튀어나온 부분이 완전혼합 때문에 더 써야 하는 여분의 부피다.

  • 위쪽 경계가 전부 평평한 계단형 직사각형으로만 이어진 선도는 혼합흐름반응기를 여러 개 직렬로 놓은 경우다. 직사각형 높이를 그 구간의 입구값으로 잡았는지 출구값으로 잡았는지만 다를 뿐, 플러그흐름 구간이 하나도 없다.
  • 모든 구간의 위쪽 경계가 곡선인 선도는 플러그흐름반응기만 이어 붙인 경우여서 완전혼합에 따른 여분 면적이 나타나지 않는다.

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