2009 국가직 7급 반응공학 문제 정답

 

반응공학정답(2021-03-30 / 218.6KB / 205회)

 

 반응공학 봉 책형 1 쪽 반응공학 문 1. 온도가 T1에서 T2로 증가하였을 때, 반응속도상수가 2배 증가 하였다. 이 반응에 대한 활성화 에너지(E)와 반응온도의 관계식으로 옳은 것은? (단, 반응속도상수는 Arrhenius 관계식을 따르며, R은 기체상수이다) ① R E ＝ T T  T T ② R E ＝ T  T TT ln ③ R E ＝ T T T T ln ④ R E ＝ T  T TT 문 2. 비가역 액상반응이 혼합흐름 반응기(CSTR)와 플러그흐름 반응기 (PFR)에서 각각 일어날 때 전환율이 같았다. 이때 플러그흐름 반응기의 부피가 혼합흐름 반응기의 부피보다 더 작게 되는 것은 어느 경우인가? (단, 각각의 반응기에 공급되는 반응물의 조건은 같다) ① 반응이 진행됨에 따라 반응속도가 감소하는 경우 ② 반응이 진행됨에 따라 반응속도가 증가하는 경우 ③ 반응이 진행됨에 따라 반응속도가 일정한 경우 ④ 어떤 경우라도 플러그흐름 반응기가 혼합흐름 반응기의 부피 보다 더 작다. 문 3. 가역반응 A⇄ R이 발열반응인 경우 일반적인 온도- 전환율 상관 곡선으로 옳은 것은? ① T X 1 10 100 － rA ＝ 0 ② T X 100 10 1 － rA ＝ ∞ ③ T X 1 10 100 － rA ＝ 0 ④ T X 100 10 1 － rA ＝ ∞ 문 4. 실제 반응기에서 반응유체의 비이상 흐름에 영향을 주는 주요 인자가 아닌 것은? ① 반응유체의 체류시간분포 ② 반응유체의 응집상태 ③ 반응유체의 혼합특성 ④ 반응유체의 농도 문 5. 다음 중 옳지 않은 것은? ① 균일상 반응(homogeneous reaction)의 반응속도는 물질전달 속도의 영향을 받는다. ② 기초반응(elementary reaction)은 반응속도식이 화학양론식에 대응하는 반응이다. ③ 반응속도상수의 단위는 반응차수에 따라 변한다. ④ 분자도(molecularity)는 반응에 참여한 분자의 수이다. 문 6. 가역 1차 액상반응에서 순수반응물 A가 혼합흐름 반응기(CSTR)에 1 mol s－1로 유입된다. 반응물 A의 전환율이 평형전환율의 60 %가 되기 위한 반응기의 부피 [L]는? (단, A의 초기농도는 1 mol L -1 이다) A k k    B k1 ＝ 1 [s-1] k2 ＝ 0.5 [s-1] ① 1 ② 2 ③ 4 ④ 8 문 7. 부피가 일정한 등온 회분식 반응기(batch reactor)에서 A →B인 반응이 비가역적으로 일어날 때, A의 초기압력에 따라 다음과 같이 반감기가 각각 다르게 나타났다. 이 반응의 반응 차수는? PA0 [mmHg] t1/2 [s] 300 496 150 992 ① 0 ② 1 ③ 2 ④ 3 문 8. 등온, 등압하에 기상반응 A →7 R이 혼합흐름 반응기(CSTR)에서 일어날 때 반응속도식은 －rA [mol L －1min－1] ＝1.0CA이다. 50 %의 A와 50 %의 불활성물질로 구성된 반응물이 100 L min－1의 속도로 부피 100 L인 반응기에 공급될 때 전환율은? (단, A의 초기농도는 1 mol L －1이다) ① 약 0.33 ② 약 0.50 ③ 약 0.66 ④ 약 0.75 문 9. 액상의 비가역 연속반응 A k  R k  S이 진행되고 있다. 각 반응은 1차 반응이고 공간시간을 라 할 때, 다음 중 옳지 않은 것은? ① 플러그흐름 반응기의 경우 d dCR ＋ k2CR ＝ k1CA0 의 식이 성립된다. ② 혼합흐름 반응기의 경우 CA ＝   의 식이 성립된다. ③ 동일한 전환율에 대해 플러그흐름 반응기가 혼합흐름 반응기 보다 R의 수율이 높다. ④ 혼합흐름 반응기의 경우 CR ＝ kk CA 의 식이 성립 한다. 반응공학 봉 책형 2 쪽 문 10. 다음 그림과 같은 순환식 반응기(recycle reactor)가 있다. 이 반응기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? 플러그흐름 반응기 vo CA0 FA0 XAf XA1 FAf V R vf vf CAf ① 전환율 간의 관계는 XA1 ＝ R  R XA f로 나타낼 수 있다. ② 반응기의 성능식은 FA V ＝ (R ＋ 1)R   R X Af X Af  rA dXA 로 나타 낼 수 있다. ③ 액상반응인 경우 공간시간은  ＝ － (R ＋ 1) R   CA  RCAf CAf  rA dCA 로 나타낼 수 있다. ④ 순환비 R이 매우 작은 경우 성능식은 FA V ＝  rA XA f 로 나타 낼 수 있다. 문 11. 크기가 같은 플러그흐름 반응기(PFR)와 혼합흐름 반응기(CSTR)를 직렬로 연결한 반응기시스템에서 1차 비가역 액상반응이 일어날 때, 전환율을 극대화하기 위한 연결방법으로 옳은 것은? ① PFR과 CSTR의 순으로 연결 ② CSTR과 PFR의 순으로 연결 ③ 순서에 관계없음 ④ 반응물의 초기농도에 따라 최적 배열 연결이 달라짐 문 12. 비등온반응기의 설계를 통해 최적조작온도를 결정하고자 한다. 설계시 허용되는 최고온도가 반응기 조작의 최적온도로 선택될 수 없는 반응유형은? (단, 최적조작이란 반응전환율을 극대화하고 반응기 부피를 최소화 할 수 있는 조작이다) ① 비가역 발열반응 ② 비가역 흡열반응 ③ 가역 흡열반응 ④ 가역 발열반응 문 13. 플러그흐름 반응기(PFR)에서 2 A → B인 2차 비가역 액상반응이 일어났다. 반응기 부피는 100 L이고 반응물의 부피유속이 10 L min－1 일 때 전환율이 0.2였다. 반응기 부피를 4배로 늘릴 경우 전환율은? ① 0.35 ② 0.40 ③ 0.45 ④ 0.50 문 14. 액상 기초반응(elementary reaction) A → P가 혼합흐름 반응기 (CSTR)에서 일어날 때 반응 전환율이 0.5였다. 만일 동일한 조건 에서 같은 크기의 혼합흐름 반응기를 하나 더 추가하여 직렬로 연결한다면 반응물 A의 최종 전환율은? ① 0.70 ② 0.75 ③ 0.80 ④ 0.85 문 15. 그림과 같이 플러그흐름 반응기(PFR)가 병렬로 연결되어 있을 때 각각의 반응기에서 동일한 전환율을 얻기 위해 작은 반응기(V2) 쪽으로 보내야 하는 원료의 양은 전체 원료의 몇 % 인가? V2 ＝ 25 L V1 ＝ 125 L ① 약 10 ② 약 17 ③ 약 50 ④ 약 83 문 16. 불균일계 촉매 반응에서 외부 물질전달, 내부 확산, 표면 반응 중 어느 것이 반응속도를 지배하고 있는가를 규명하는 것은 반응기 설계 및 해석에 매우 중요하다. 다음 반응속도에 대한 설명 중 옳지 않은 것은? ① 입자외부 물질전달속도가 총괄반응속도를 지배하는 경우, 반응 속도 증가를 위해서는 반응물의 농도를 증가시켜야 한다. ② 입자외부 물질전달속도가 매우 느린 경우, 입자내부 확산계수는 온도가 증가함에 따라 감소한다. ③ 입자크기가 매우 작을 때 총괄반응속도는 외부물질전달속도에 크게 영향을 받지 않는다. ④ 입자외부 물질전달속도가 율속단계인 경우 총괄반응속도를 증가시키기 위해서는 입자를 지나는 유체의 유속을 증가시켜야 한다. 문 17. 기상반응 A →2 R이 온도와 압력이 일정한 회분식 반응기(batch reactor)에서 일어났다. 80 %의 A와 20 %의 불활성물질로 구성된 반응물이 반응을 시작하여 2분만에 부피가 50 % 증가되었다면, 이 반응의 전환율은? ① 0.255 ② 0.575 ③ 0.625 ④ 0.715 문 18. 고정층 반응기와 유동층 반응기의 특성으로 옳지 않은 것은? ① 고정층 반응기의 기체흐름은 상대적으로 플러그흐름 반응기 (PFR)에 가깝고, 유동층 반응기의 기체흐름은 혼합흐름 반응기 (CSTR)에 가깝다. ② 고정층 반응기에서 촉매의 사용시 막힘현상에 의한 압력강하가 증가될 수 있다. ③ 유동층 반응기는 고체의 급속한 혼합으로 인해 온도의 균일한 제어와 반응기 내부의 균일온도분포를 얻기 어렵다. ④ 촉매활성도가 급격히 저하되어 촉매를 연속적으로 재생할 필요가 있을 때 유동층 반응기는 상대적으로 고정층 반응기 보다 유리하다. 문 19. 다음의 액상반응들이 혼합흐름 반응기(CSTR)에서 일어난다. A   R, rR ＝ k1CA, k1 ＝ 5 [min－1] 2A   S, rS ＝ k2CA 2 , k2 ＝ 10 [L mol－1 min－1] 반응물 A의 초기농도가 2 mol L －1 일 때 전환율이 0.5였다면, 생성물 R의 농도[mol L －1]는? ① 0.1 ② 0.2 ③ 0.4 ④ 0.5 반응공학 봉 책형 3 쪽 문 20. 기체 A가 촉매표면에 흡착하여 A→B의 단분자반응(unimolecular reaction)이 일어난다. 표면반응이 율속단계이며 Langmuir － Hinshelwood 메커니즘을 따를 때, 속도식의 표현으로 옳은 것은? (단, KA와 KB는 각각 A와 B의 흡․탈착 평형상수이고, PA와 PB는 각각 A와 B의 기상 분압이다) ① rB ＝ KBPB k′KBPB ② rB ＝ KAPA k′KAPA ③ rB ＝ KAPA KBPB k′KBPB ④ rB ＝ KAPA KBPB k′KAPA