2023 서울시 7급 반응공학 문제 정답 - 2023.10.28.

 

반응공학_7급정답(2023-10-30 / 507.5KB / 73회)

 

 1. 등온 회분식 반응기에서 <보기 1>의 반응속도식을 가지는  액상 반응 AR을 진행한다. 반응시간(t)에 따른  반응물 A의 몰농도(CA) 변화를 〈보기 2>와 같이 그래프로  나타낼 때, 그래프의 기울기로 가장 옳은 것은? (단, CA는 반응물 A의 초기 몰농도이며, CA는 시간 t에서  A의 농도이다.)  -TA  1 ki  3  <보기 1>  شیشه | شمه  k1 CA  1+kz Ca  CAOCA  In(CAo/CA)  〈보기 2>  기울기  0  2 kz  ki  4  kz  t  In(Cao/CA)  반응공학(7) B책형 1/4쪽  4. 일산화질소의 산화 반응 2NO+O2 → 2NO2의 총 반응  차수는? (단, 비가역 기초반응으로 가정한다.)  1 1  3 3  -1  22  4 4  5. <보기>의 반응이 등온 플러그흐름반응기(PFR)에서  진행된다. 20 molmin CO와 30 mol min H2가 반응기로  유입되어 H2의 전화율이 50%에 도달하였을 때, 반응기  출구에서 CH의 몰유량의 값[molmin]은? (단, CH4, HO는 초기 상태에서 존재하지 않는다.)  1 2  3 10  <보기>  CO+3H2 → CH4 + H2O  25  4 15  2. 이상기체 거동을 보이는 기체 A를 플러그흐름반응기  (PFR)에 공급하여 반응 A→3R을 진행한다. 이때,  공급 반응물은 50% A와 50% 비활성 기체의 몰비율로  구성된다. 반응기 내부에서 온도(T)와 압력(P)이 변화할  때, 반응물 A의 몰농도(C)와 전화율(X)의 관계식으로  가장 옳은 것은? (단, 반응기 입구에서 반응물 A의  몰농도는 CA, 온도는 To. 압력은 PB이다.)  1 Ca  =  2 CA  3 CA  =  =  4 CA  =  Cao(1 − X) | To \| Po  1+X  T P  P  Cao (1 − X) | To  1+2X  (1−x)  TAP  Cao (1 − X) | To  1+X  Cao(1−X) | T  P  T Po  1+2X To P  6. 순수한 반응물 A가 있는 등온 회분식 반응기(반응용액  부피 20L)에서 비가역 액상 1차 기초반응 A→B를  2시간 진행하였을 때, 반응물 A가 30% 소모되었다.  이 반응을 회분식 반응기와 같은 온도와 압력의 플러그  흐름반응기(PFR)에서 진행하고자 한다. 순수한 반응물  A를 부피유량 4 L/h로 공급할 때, 회분식 반응기와 동일한  A의 전화율을 얻기 위해 필요한 플러그흐름반응기 부피의  값[L]은?  1 2.5  (3) 8  2 5  4 20  3. 질소와 수소가 반응하여 암모니아를 생성하는 균일계  기상 반응이 <보기>와 같이 일어나고 있다. 이때  와  7. 1차 반응을 1,000K에서 진행하면 반응속도상수(k)는  100hl이고, 2,000 K에서 진행하면 200h'이다. 반응속도  상수(k)가 25h-1 일 때의 반응온도의 값[K]은? (단, 반응  속도상수는 Arrhenius 관계식을 따른다.)  "의 관계로 가장 옳은 것은?  1 TN2  3 TN2  =  =  1  3 H2  3  2H2  <보기>  N2 + 3H2 → 2NH3  2 TN2  4 TN2  =TH2  =  3TH 2  (1 100  3 500  (2) 250  4 750  반응공학(7급) B책형  2/4쪽  8. 비가역 액상 2차 반응 2A2B를 등온 플러그흐름  반응기(PFR)에서 진행한다. 반응기 출구에서 반응물  A의 전화율이 0.8이면, 반응기 입구를 기준으로 할 때  부피의 75%에 해당하는 지점에서의 전화율은?  1 0.4  3 0.6  2 0.5  (4) 0.75  11. <보기>의 내용에 해당하는 것은?  <보기>  •  반응물의 농도가 촉매의 농도보다 높은 초기 상태에서는 반응이 진행될수록 촉매의 농도가 증가하여 반응이 촉진된다.  •  미생물 증식 반응(배양 반응)이 일례이다.  제품 + 더 많은 미생물  기질 + 미생물  1 자동촉매반응(autocatalytic reaction)  2 단일반응(single reaction)  3 기초반응 (elementary reaction)  4 불균일 촉매반응(heterogeneous catalytic reaction)  9. 효소(E)는 <보기>의 경로를 통해 기질(A)을 생성물(P)로  전환하며, 반응속도는 미카엘리스-멘텐(Michaelis-Menten)  식을 따른다. 최대 반응속도의 절반에 해당하는 반응속도를 보일 때의 기질 농도(CA)로 가장 옳은 것은? (단, <보기>의  모든 반응은 기초반응이며 k1, kg, kg는 각 화살표에 해당하는  반응의 속도상수이다.)  <보기>  kg  E+A⇄E.AE+P  12. 비가역 액상 1차 반응 A→B를 〈보기 1>의 순환비가  1인 등온 플러그흐름반응기(PFR)에서 진행하여 반응물  A의 전화율(X) 0.5를 얻었다. <보기 2>와 같이 순환  플러그흐름반응기보다 5배 큰 연속교반탱크반응기  (CSTR)에 반응물 A를 동일한 부피유속(%)과 농도  (CA)로 공급하였다. 반응온도가 동일할 때, 연속교반  탱크반응기에서 반응물 A의 전화율(XCSTR)의 값은?  (단, In2는 0.7, In3은 1.1이다.)  <보기 1>  ky  kiz  1 ki+kg  2 (kz+kg)/ki  3 (ki+kg)/kiz  4 kg + kg  <보기 2>  O CAO  רי  20 CAO  √ R  Xp=0.5  순환비(R)=1  VCSTR=5VR  2 0.6  1 0.5  3 0.7  4 0.8  XCSTR  10. 등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 <보기>와 같은  액상 직렬 반응이 일어난다. B의 농도가 최댓값을 가지는 공간시간(Tmax)이 10h이다. 적이 100 h1일 때,  ky의 값[h]은? (단, 공급원료 내 B, C의 농도는 0 mol L-1  이다.)  1 0.1  3 0.001  A  B  kz  B  C  <보기>  -TA = k1 CA  rc = k2 CB  2 0.01  (4) 0.0001  반응공학(7급) B책형  3/4쪽  13. 〈보기 1〉의 병렬 반응에서 원하는 생성물(D)과 원하지 않는 생성물(U)에 대한 순간 선택도(S/U)가 주어졌다.  순간 선택도를 크게 하기 위한 방법으로 옳은 것을 〈보기 2>에서 모두 고른 것은? (단, ky, kg는 반응속도  상수이며, a=02-1, b=B2-B1으로서 양의 상수이다.)  <보기 1>  VB1  • A+B → D. B=KCC  • A+B → U, ru  U, rv = k2 C22 C3 2  1B2  k1  • SD/U  =  D  TU  <보기 2>  ᄀ. A와 B의 농도를 낮은 상태로 반응시켜야 한다. ᄂ. 순환비가 큰 플러그흐름반응기(PFR)를 이용한다. ᄃ. 비활성 물질로 희석된 원료를 사용한다. ᄅ. 기상인 경우, 고압에서 반응시킨다.  15. 흐름반응기에서 진행되는 가역 반응의 단열 평형 전화율  (adiabatic equilibrium conversion)에 대한 설명으로  가장 옳지 않은 것은?  1 흡열 반응일 때, 단열 평형 전화율은 반응물 유입온도가  증가함에 따라 최대 1까지 증가한다.  2 발열 반응일 때, 단열 평형 전화율은 반응물 유입온도가  증가함에 따라 증가한다.  3 단열 평형 전화율은 반응물 유입온도 ' 에 대하여 단열  조건에서 반응이 진행될 때 도달할 수 있는 최대전화율  이다.  4 에너지수지선(energy balance line) X(T)와 열역학적  평형곡선(thermodynamic equilibrium curve) X (T)의  교차점으로부터 반응물 유입온도 2'에 대한 단열  평형 전화율을 구할 수 있다.  1 ᄀ, L  3 ᄀ, ᄂ, ᄃ  2 ᄂ, ᄃ  4 ᄀ, ᄃ, ᄅ  14. <보기>는 고체 촉매를 이용한 노말뷰테인(n-butane)의  단열 액상 이성질화 반응이다. 이 반응에서 평형전화율(X)을  온도에 대한 식으로 표현한 것으로 가장 옳은 것은?  (단, <보기>의 반응은 가역 기초반응이며, K.(T)는 농도  평형상수이고, i-CH의 초기 농도는 0mol L-1이다.)  <보기>  n-C&Hi-C4H10  Ko(T)  K(T)  =  2 Xe  1+K(T)  4 Xe  1 Xe  3 Xe  =  Ko(T)  (1+Kg(T))2  16. A→B 액상 기초반응이 열교환기가 설치된 연속교반  탱크반응기(CSTR)에서 진행된다. 500 K의 순수한 A가  4 mol min으로 유입되고, 반응기의 온도는 500K,  냉각 매체의 온도는 400K으로 일정하게 유지될 때 반응기 출구에서 A의 전화율은? (단, 반응열(AR)은  온도와 무관하게 -200 kJ mol1, 반응기와 냉각 매체  사이의 총괄열전달계수(U)와 열교환 면적은 각각  1kJ m2 min-1 K-1, 2m2이며, A와 B의 열용량은 동일  하다.)  =  1-K(T)  K(T)  (1-K(T))2  1 0.25  3 0.5  (2) 0.4  (4) 0.6  반응공학(7급) B책형  4/4쪽  17. <보기>의 기상 반응이 등온 등압 연속교반탱크반응기  (CSTR)에서 진행된다. 60 mol% A, 20 mol% B, 20 mol%  비활성 물질로 구성된 반응물이 10 Lmin' 부피 유량으로  반응기에 공급될 때, 반응기 출구에서 반응물 B의 전화율  50%를 얻기 위해 필요한 반응기의 부피의 값[L]은?  ky  •2A+BC+D  •  k-1  -B=KCB-k_1CC  <보기>  kj = 1.8 min-1, k_1 = 0.9 min-1  1 2  3 5  2 4  4 10  19. A→B 등온 액상반응을 흐름반응기에서 진행하여 <보기>와  같은 레벤스필 플롯(Levenspiel plot)을 얻었다. 동일한  A의 전화율(XA)을 얻기 위하여 필요한 연속교반탱크  반응기(CSTR)와 플러그흐름반응기(PFR)의 반응기 부피가 같아지는 전화율이 존재하는 구간은? (단, FAO는 반응기로 유입되는 A의 몰유량. -A는 A에 대한 반응  속도이다.)  <보기>  FAO [m3]  -TA  10  6  1 0 <XA <0.2  2 0.2 <X < 0.6  A  3 0.6 <XA <0.8  4 0.8 < X < 1.0  0.2  0.6 0.8 1.0 XA  18. A→B 액상 기초반응을 1Lmin'의 순수한 A를 반응물로  이용하여 다양한 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 진행  하였다. 반응기 출구 (가)에서 A의 전화율이 가장 큰 것은?  (단, 반응속도상수는 0.4 min이다.)  1 1L min-1  (가)  10L  2 1Lmin-1  (가)  20L  -1  4 1Lmin  20. 어떤 반응으로부터 화합물 A의 전화율과 반응속도를  측정하여 <보기>와 같은 결과를 얻었다. 직렬로 2개의  연속교반탱크반응기(CSTR)를 연결하여 첫 번째 반응기  출구에서 전화율 60%를 달성하고, 총괄전화율 80%를  달성하는 데 필요한 각각의 반응기 부피의 값[m2]은?  <보기>  3  1 L min  0.5L min  10L  10.5L min  10L  1OL  -11 (가)  X  0.0  0.2  0.4 0.6 0.8  (FAo-ra)[m2]  1.0 5.0 17.0 37.0 65.0  (가)  첫 번째 반응기의 부피 두 번째 반응기의 부피  1OL  1  13.0  22.2  2  22.2  13.0  (3)  22.2  35.1  (4)  35.1  22.2