다음 두 액상 반응이 동시에 진행될 때 어떻게 반응시켜야 부반응을 억제… | [화공기사 필기] 15년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 15년 1회차

다음 두 액상 반응이 동시에 진행될 때 어떻게 반응시켜야 부반응을 억제할 수 있는가?
(1)  $\mathrm{A}+\mathrm{B}\ \xrightarrow{\ k_1\ }\ \mathrm{R}+\mathrm{T}$  (원하는 반응)
 $dC_R/dt = k_1 C_A^{0.3} C_B$ 
(2)  $\mathrm{A}+\mathrm{B}\ \xrightarrow{\ k_2\ }\ \mathrm{S}+\mathrm{U}$  (원하지 않는 반응, 부반응)
 $dC_S/dt = k_2 C_A^{1.8} C_B^{0.5}$

해설

C_A 는 낮게, C_B 는 높게 유지해야 하므로, B 를 관형 반응기 입구로 한꺼번에 넣고 A 를 관 길이를 따라 여러 지점에서 조금씩 나눠 공급하는 배치가 부반응을 가장 잘 억제한다.

두 속도식의 비가 곧 선택도다.
r_R/r_S = (k₁C_A^0.3C_B) / (k₂C_A^1.8C_B^0.5) = (k₁/k₂)·C_B^0.5 / C_A^1.5

C_A 의 지수가 −1.5 로 음수라 A 농도가 낮을수록, C_B 의 지수가 +0.5 로 양수라 B 농도가 높을수록 원하는 R 쪽이 유리해진다.

A 를 입구로 넣고 B 를 나눠 공급하는 배치: C_A 는 높고 C_B 는 낮아져 정반대로 부반응이 커진다.
A·B 를 함께 관 입구로 넣는 배치: 입구에서 C_A 가 최대가 되어 S 생성이 집중된다.
A·B 를 함께 넣는 교반 혼합흐름 반응기: C_A 는 낮출 수 있으나 C_B 도 같이 낮아져 C_B^0.5/C_A^1.5 를 최대로 만들지 못한다.

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