반응공학: 연습 문제와 시험 문제

반응 속도와 속도 법칙, CSTR과 플러그 흐름 반응기의 크기 결정, 전환율과 평형 한계.

이 강의 무료로 연습하기 이 강의 연습하기 모의고사 보기매일 무료 문제 5개. 카드 등록이 필요 없습니다.

벼락치기 팩 (PDF)인쇄하기 좋은 공식 모음, 풀이 단계 요약, 전체 풀이가 있는 연습 문제.

이 강의의 주제

반응공학 시험 팁

속도 법칙을 대입하기 전에 해당 반응기 형태의 설계 방정식을 쓰세요.
반응 차수가 양수이면, 같은 전환율에 PFR은 CSTR보다 작은 부피가 필요합니다.
목표 전환율이 평형 전환율보다 낮은지 확인하세요.

예제 풀이

반응 속도론쉬움

0차 반응 A → 생성물의 속도 상수는 0.01 mol/(L·min)이고 A의 초기 농도는 0.8 mol/L이다. 60 min 후의 농도 C_A을(를) 구하시오.

k = 0.01 mol/(L·min)C_A0 = 0.8 mol/Lt = 60 min

구하는 값: C_A (mol/L)

힌트 보기

0차: 반응 속도 −dC/dt = k는 농도와 무관합니다.
적분하면 C = C₀ − kt (A가 다 소모될 때까지 유효).
kt = 0.6 mol/L.

정답과 단계별 풀이 보기

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

0차 적분 속도식

C_A = C_A0 − kt = 0.8 − 0.01·60 = 0.2 mol/L

답

C_A = 0.2 mol/L

반응기 크기 결정(CSTR 및 PFR)보통

액상 1차 반응 A → B(k = 0.25 min⁻¹)가 200 L 플러그 흐름 반응기(PFR)에서 진행된다. 공급물은 20 L/min, C_A0 = 2.5 mol/L로 들어온다. 밀도는 일정하고 반응기는 정상 상태이다. 출구 농도 C_A을(를) 구하시오.

V = 200 LQ = 20 L/mink = 0.25 min⁻¹C_A0 = 2.5 mol/L

구하는 값: C_A (mol/L)

힌트 보기

공간 시간: τ = V/Q = 10 min.
PFR, 1차 반응: C_A = C_A0·e^(−kτ).
kτ = 2.5.

정답과 단계별 풀이 보기

정상 상태에서 1차 반응(−r_A = k·C_A)의 이상 반응기, 공간 시간 τ = V/Q. CSTR은 완전 혼합되므로 부피 전체가 낮은 출구 농도에서 반응합니다: τ = X/(k·(1 − X)), C_A = C_A0/(1 + k·τ). PFR에서는 유체의 각 단면이 작은 회분식 반응기처럼 반응합니다: τ = ln(1/(1 − X))/k, C_A = C_A0·e^−k·τ. 같은 전환율에서 CSTR은 항상 PFR보다 큰 부피가 필요합니다.

공간 시간

τ = V/Q = 200/20 = 10 min

출구 농도

C_A = 2.5·e^−0.25·10 = 0.2052 mol/L

답

C_A = 0.2052 mol/L

전환율: X = 91.79%.

연습 방법

“이 강의 연습하기”는 실제 시험처럼 모든 주제의 문제를 섞어서 냅니다.
문제마다 값이 새로 바뀌므로 답이 아니라 푸는 방법을 익히게 됩니다.
막혔나요? 먼저 작은 힌트를 열고, 필요할 때만 전체 해설을 보세요.
모의고사는 제한 시간이 있고 힌트가 없으며, 끝나면 점수와 함께 전체 풀이를 검토할 수 있습니다.

이 강의의 계산기

CSTR 및 PFR 부피 계산기