2번째 반응기의 크기가 1번째 반응기 체적의 2배인 2개의 혼합 반응기… | [화공기사 필기] 17년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 17년 2회차

2번째 반응기의 크기가 1번째 반응기 체적의 2배인 2개의 혼합 반응기를 직렬로 연결하여 물질 A의 액상분해 속도론을 연구한다. 정상상태에서 원료의 농도가 1mol/L 이고, 1번째 반응기에서 평균체류 시간은 96초 이며 1번째 반응기의 출구 농도는 0.5mol/L 이고, 2번째 반응기의 출구 농도는 0.25mol/L 이다. 이 분해반응은 몇 차 반응인가?

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해설

두 혼합반응기의 물질수지를 풀면 이 분해반응은 2차 반응이다.
직렬 연결이므로 부피비만큼 체류시간도 늘어나 2번째 반응기의 체류시간은  $\tau_2 = 2\tau_1 = 192\,\mathrm{s}$ 이다.
각 반응기에 n차 반응의 CSTR 설계식  $\tau = \dfrac{C_{in}-C_{out}}{kC_{out}^{\,n}}$ 을 적용하면 1번째 반응기는  $96 = \dfrac{1-0.5}{k(0.5)^n}$ , 2번째 반응기는  $192 = \dfrac{0.5-0.25}{k(0.25)^n}$ 이다.
두 식을 나누어 k를 소거하면  $2^n = 4$ 가 되어  $n=2$ , 즉 2차 반응임을 알 수 있다.

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