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1[화공기사 필기] 18년 1회차

다음과 같은 경쟁반응에서 원하는 반응을 가장 좋게 하는 접촉방식은? (단, n ＞ P, m ＜ Q)
 $\mathrm{A+B}\begin{cases}\xrightarrow{\ k_1\ }\mathrm{R+T}\ (\text{원하는 반응})\\ \xrightarrow{\ k_2\ }\mathrm{S+U}\end{cases}$ 
 $dR/dt=k_1C_A^{\,n}C_B^{\,m}$ 
 $dS/dt=k_2C_A^{\,P}C_B^{\,Q}$

해설

A를 관형 반응기로 흘려보내면서 B를 관을 따라 여러 지점에 나누어 주입하는 접촉방식이 가장 좋다.

원하는 반응과 원치 않는 반응의 우열은 두 속도식의 비로 결정된다.
$\dfrac{r_R}{r_S}=\dfrac{k_1}{k_2}C_A^{\,n-P}C_B^{\,m-Q}$

n＞P이므로 지수 n−P가 양수여서 C_A는 높을수록 유리하고, m＜Q이므로 m−Q가 음수여서 C_B는 낮을수록 유리하다.

B를 흘리면서 A를 나눠 넣는 방식은 농도 조건이 정반대라 S와 U 쪽 생성이 오히려 늘어난다.
A와 B를 함께 입구로 넣으면 두 농도가 모두 높은 상태에서 출발하고, 교반조에 둘을 함께 투입하는 방식도 두 성분이 같은 공간에서 함께 높거나 함께 낮아질 뿐이라 어느 쪽도 ‘A만 높고 B만 낮은’ 조건을 만들지 못한다.

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