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1[화공기사 필기] 15년 1회차

A→2R 인 기체상 반응은 기초 반응(elementary reaction)이다. 이 반응이 순수한 A로 채워진 부피가 일정한 회분식(batch) 반응기에서 일어날 때 10분 반응 후 전화율이 80% 이었다. 이 반응을 순수한 A 를 사용하며, 공간시간(space time)이 10분인 mixed flow 반응기에서 일으킬 경우 A 의 전화율은 약 얼마인가?

91.5%

80.5%

65.5%

51.5%

해설

기초반응이므로  $A\rightarrow 2R$ 의 속도식은 1차인  $-r_A=kC_A$ 이며, 부피가 일정한 회분식 반응기에서는  $-\ln(1-X_A)=kt$ 가 성립한다.
전화율 80%, 10분 데이터를 대입하면  $k=\dfrac{-\ln(1-0.8)}{10} = \dfrac{1.609}{10}\approx 0.161\ \mathrm{min^{-1}}$ 이다.
순수 A 기준 몰수 팽창계수는  $\varepsilon_A=(2-1)/1=1$ 이며, 혼합흐름(CSTR) 설계식  $k\tau=\dfrac{X_A(1+\varepsilon_A X_A)}{1-X_A}$ 에  $k\approx0.161,\ \tau=10$ 을 대입해 풀면 전화율은 약 51.5%로 계산된다.

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