2010 국가직 7급 반응공학 문제 정답

 

반응공학정답(2021-04-03 / 223.5KB / 119회)

 

 반응공학 고 책형 1 쪽 반응공학 문 1. 부피가 일정한 회분식반응기에서 1차 가역반응이 순수한 A로부터 출발하여 진행된다. 평형에 도달했을 때 A의 전화율이 60 %라고 하면, 반응의 평형상수 KC값은?            ① 1.0 ② 1.5 ③ 2.0 ④ 3.0 문 2. 가역발열반응이 일어나는 관형반응기(tubular reactor)를 가장 효율적으로 설계하는 방법에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 반응기를 가능한 한 높은 온도로 유지할 수 있도록 설계하는 것이 유리하다. ② 반응기의 입구에서부터 시작하여 온도를 서서히 높여 주어 반응속도가 가속이 될 수 있도록 설계하는 것이 유리하다. ③ 반응기의 입구는 가능한 한 높은 온도로 유지하며 반응이 진행 될수록 온도를 낮추어 운전할 수 있도록 설계한다. ④ 반응기를 단열시켜 반응기내의 온도가 반응열에 의해 지속적 으로 유지될 수 있도록 설계한다. 문 3. 촉매 및 촉매반응에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 촉매는 다중반응에서 특정한 생성물의 생성 속도를 변화 시켜서 그에 대한 수율과 선택도에 영향을 미친다. ② 촉매를 사용하여 반응속도가 빨라졌다면 이것은 주로 대상 반응의 활성화에너지가 감소한 것에 기인한다. ③ 화학반응은 촉매반응과 무촉매반응으로 일으킬 수 있는데 두 반응 사이에는 반응경로의 차이가 있다. ④ 촉매는 반응속도 뿐만 아니라 반응평형에도 영향을 미친다. 문 4. 메탄올 제조에 필요한 합성가스(CO와 H2)는 천연가스의 수증기 개질반응으로 생성된다. 이 때 생성된 CO의 1/3은 부반응인 수성 가스 전환반응에 의해서 CO2와 H2로 변환된다. 이 때 생성된 합성 가스의 H2 : CO의 몰비(mole ratio)값은 얼마인가? (아래 반응식을 참조하여 계산하라) CH4 ＋ H2O → CO ＋ 3H2 (수증기 개질반응) CO ＋ H2O → CO2 ＋ H2 (수성가스 전환반응) ① 3 : 1 ② 4 : 1 ③ 5 : 1 ④ 6 : 1 문 5. 반응물 A는 다음과 같이 동시에 일어나는 두 반응에 의하여 희망 하는 제품 D와 희망하지 않는 제품 U로 전환된다. D를 최대화 하는 방법은? A→ D, rD ＝ [0.012 exp [24,000 ( 1 300 － 1 T ) ] ] CA A→ U, rU ＝ [0.018 exp [22,000 ( 1 300 － 1 T ) ] ] CA 1.5 ① A의 농도는 크게, 온도는 낮게 한다. ② A의 농도는 크게, 온도는 높게 한다. ③ A의 농도는 작게, 온도는 낮게 한다. ④ A의 농도는 작게, 온도는 높게 한다. 문 6. 반응기 부피가 4 m 3인 혼합흐름반응기에 액상의 반응물A가 농도 100 mol/ℓ, 유량 100 ℓ/min로 공급된다. 이 반응기에서 아래와 같은 가역반응이 진행될 경우, 평형전화율과 주어진 반응기에서의 전화율은?         ⋅min    평형전화율 전화율 ①     ②     ③     ④     문 7. 농도가 4 mol/ℓ인 액상 반응물 A가 직렬로 연결된 두개의 혼합 흐름반응기를 통과하면서 비가역 2차반응에 의해 전환된다. 첫 번째 반응기 통과 후 A의 농도는 1 mol/ℓ로 측정되었으며, 두 번째 반응기 부피가 첫 번째 반응기 부피의 4배라면 두 번째 반응기 출구에서 A의 농도 [mol/ℓ]는? ① 0.25 ② 0.33 ③ 0.4 ④ 0.5 문 8. 어떤 불균일계 고체 촉매반응 실험결과, 기공확산저항이 커서 촉매 기공 내 내부확산속도가 전체반응속도를 지배하였고, 반응속도식을 측정하여 보니 활성화 에너지가 40 kJ/mol인 2차반응임이 밝혀 졌다. 기공확산저항의 영향을 받지 않는 실제반응속도(intrinsic reaction rate)의 차수와 활성화 에너지 [kJ/mol]의 값은? 차수 활성화 에너지 ① 1.5 20 ② 1.5 40 ③ 3 40 ④ 3 80 반응공학 고 책형 2 쪽 문 9. 연속흐름반응기에서 공간시간, 공간속도 및 체류시간과 관련한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 기상반응의 경우 공간시간은 반응기 내에서의 반응유체 부피의 변화를 고려하여 계산하여야 한다. ② 공간속도가 100 hr-1라 하면 1 hr마다 반응기 체적의 100배에 해당하는 반응유체가 반응기에 공급되는 것을 의미한다. ③ 공간시간과 평균 체류시간은 반드시 일치하지는 않는다. ④ 플러그흐름반응기에서는 모든 반응유체가 반응기내에서 일정한 체류시간을 가진다고 가정한다. 문 10. 다공성 담체에 활성성분을 부착하여 제조한 입자상 촉매하에서 일어나는 기상반응에서는 반응속도가 여러가지 인자에 의하여 지배된다. 이와 관련한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 반응온도의 변화에 따른 반응속도의 변화가 매우 크면 화학 반응이 전체 반응속도를 지배하는 경우이다. ② 반응온도의 변화에 따른 반응속도의 변화가 작으면 물질전달이 전체 반응속도를 지배하는 경우이다. ③ 일반적으로 반응온도가 높을수록 반응이 전체 속도를 지배한다. ④ 촉매의 기공분포의 특성이 촉매의 내부확산 속도에 큰 영향을 미친다. 문 11. 반응물 A가 생성물 R로 변화하는 기초 자동촉매 반응(elementary autocatalytic reaction)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 반응의 전화율(conversion)은 시간에 따라 지수적(exponential) 으로 증가한다. ② 반응물 A와 생성물 R의 농도의 합은 항상 일정하다. ③ 이 반응은 2차반응이다. ④ 반응속도는 A의 농도와 R의 농도가 같을 때 최대가 된다. 문 12. A → R 인 비가역 1차반응에서 다른 조건은 모두 같고 A의 농도를 증가시킬 때 반응전화율의 변화는? ① 증가한다. ② 감소한다. ③ 변화가 없다. ④ 알 수 없다. 문 13. 다음의 복합반응은 모두 1차반응이고 반응속도상수가 각각         ,         ,         및        이다. 이 반응의 생성물들 중 고온에서 조업할 때 가장 많이 생성되는 것은? A R S T U 1 2 3 4 ① R ② S ③ T ④ U 문 14. 혼합흐름반응기(mixed flow reactor)에서 반응물 A가 전화율 80 %에 도달하는데 필요한 공간시간(space time)이 4시간이다. 반응물을 분당 5ℓ로 주입할 경우 필요한 반응기의 부피 [ℓ]와 공간속도 [hr-1]는 얼마인가? 반응기부피[ℓ] 공간속도[hr-1] ① 1200 0.50 ② 1200 0.25 ③ 1500 0.25 ④ 1500 0.50 문 15. 혼합흐름반응기(mixed flow reactor) 2개를 직렬 연결하여 사용 하고자 한다. 각 반응기에서 부피변화가 없는 액체반응이 일어 난다면 이들 2개의 반응기를 연결하는 방법에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 반응차수가 2차일 경우는 크기가 큰 반응기를 먼저 연결하는 것이 유리하다. ② 반응차수에 상관없이 크기가 큰 반응기를 먼저 연결하는 것이 유리하다. ③ 반응차수에 상관없이 크기가 작은 반응기를 먼저 연결하는 것이 유리하다. ④ 반응차수가 1차일 경우는 크기가 같은 두개의 반응기를 연결 하는 것이 유리하다. 문 16. 화학반응을 이용하여 연속적으로 제품을 생산하기 위해서는 혼합 흐름반응기(mixed flow reactor, MFR)와 플러그흐름반응기(plug flow reactor, PFR)를 사용할 수 있다. 두 반응기 중 어떤 반응기가 같은 반응전화율을 얻기 위해서 더 큰 부피를 필요로 하는지에 대한 비교 설명으로 옳은 것은? (단, Vm ＝ VMFR, Vp ＝ VPFR) ① 같은 반응전화율을 얻기 위한 Vm /Vp는 항상 1보다 작다. ② 반응의 전화율이 커지면 Vm /Vp는 작아진다. ③ 반응의 차수가 큰 경우가 작은 경우에 비해 Vm /Vp는 크다. ④ 0차반응인 경우에는 Vp가 Vm보다 더 크다. 문 17. 플러그흐름반응기(PFR) 다음에 혼합흐름반응기(MFR)를 직렬 연결한 복합 반응기 시스템에서 비가역 1차반응  이 일어날 경우 반응기 출구의 농도를 나타낸 식으로 옳은 것은? (단, CA0는 A의 반응기 유입농도이고  ,은 각각 PFR, MFR의 공간시간이다) ①    ②    ③    ④    반응공학 고 책형 3 쪽 문 18. 30ℓ의 플러그흐름반응기와 45ℓ의 완전혼합흐름반응기를 직렬로 연결하여 CA0 ＝ 1mol/ℓ, FA0 ＝ 15mol/min인 액상반응    ( ＝1 min－1)을 진행시킬 때 얻어지는 A의 최종 농도[mol/ℓ]는 얼마인가? (단, e -2 ＝0.l35 이다) ① 0.034 ② 0.135 ③ 0.340 ④ 1.350 문 19. 액상반응 A→ R(－rA ＝ kCA)를 혼합흐름반응기에서 진행시켜 20 %의 전화율을 얻었다. 크기가 4배이면서 똑같은 성능의 혼합 흐름반응기로 대치할 경우의 전화율 [%]은? ① 40 ② 50 ③ 60 ④ 70 문 20. 액상반응 A ＋ B → R 가 플러그흐름반응기에서 수행된다. 반응 속도식은 －rA ＝ (500 ℓ mol․min )CACB 이고, 반응기의 부피는 0.1ℓ, 공급물의 부피유량은 0.05 ℓ/min, 공급물의 초기농도는 CA0 ＝CB0 ＝0.01 mol/ℓ이다. 이 경우 얻어지는 반응물의 전화율 [%]에 가장 가까운 값은? ① 90 ② 70 ③ 50 ④ 30