다음 비가역 기초반응에 의하여 연간 2억 kg 에틸렌을 생산하는데 필요… | [화공기사 필기] 19년 1회차 기출문제 상세 페이지
1[화공기사 필기] 19년 1회차
다음 비가역 기초반응에 의하여 연간 2억 kg 에틸렌을 생산하는데 필요한 플러그흐름 반응기의 부피는 몇 m3인가? (단, 압력은 8atm, 온도는 1200K 등온이며 압력강하는 무시하고 전화율 90% 를 얻고자 한다.)
C2H6 → C2H4 + H2, 속도상수 K(1200K) = 4.07s
1
2.82
2
28.2
3
42.8
4
82.2
해설
부피팽창을 고려한 1차 반응 PFR 설계식으로 풀면 약 2.82 m3 이다.
순수 에탄이 C2H6 → C2H4 + H2 로 분해되어 몰수가 1→2 로 늘므로 부피변화율 εA = 1 이고,
CA0 = P/RT = 8/(0.082×1200) ≒ 0.0812 mol/L 이다.에틸렌 2×108 kg/년 ÷ 28 g/mol ÷ 3.15×107 s ≒ 226.5 mol/s 이고 전화율이 0.9 이므로 FA0 = 226.5/0.9 ≒ 251.7 mol/s.
V = (FA0/kCA0)[(1+εA)ln(1/(1−X)) − εAX] = 251.7/(4.07×0.0812) × [2ln10 − 0.9] ≒ 761 × 3.71 ≒ 2.82×103 L = 2.82 m3.팽창을 무시하고 V = (FA0/kCA0)ln(1/(1−X)) 로 계산하면 약 1.75 m3 이 나온다. 기체상 분해반응에서는 εA 항을 반드시 넣어야 한다.
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