해설 보기
정답CSTR 내부 농도는 유입 농도가 아니라 유출(출구) 농도와 같으므로 옳지 않습니다.
핵심 개념
CSTR와 PFR의 이상 반응기 가정
연속교반탱크반응기(CSTR)는 내부가 완전혼합되어 반응기 내 어느 지점이나 농도가 균일하며, 그 균일한 농도가 곧 유출되는 반응물의 농도와 같다는 것이 핵심 가정입니다. 반면 플러그흐름반응기(PFR)는 흐름의 반경(수직) 방향으로는 물성이 균일하고 흐름(축) 방향으로만 농도가 변한다고 봅니다. 또한 동일 전환율에서 CSTR을 여러 개 직렬로 연결할수록 전체 부피는 PFR의 부피에 수렴한다는 성질도 자주 출제됩니다. 각 반응기의 혼합·농도 분포 특성을 정확히 구분하는 것이 관건입니다.
선지별 해설
①CSTR은 완전혼합(perfect mixing)을 가정하는 이상 반응기이므로 옳은 설명입니다.
②CSTR은 완전혼합이므로 내부 농도가 곧 유출 농도와 같습니다. 유입 반응물은 들어오자마자 낮은 출구 농도로 급격히 희석되므로, 내부 농도가 유입 농도와 같다는 설명은 틀렸습니다. 이 문항의 정답입니다.
③PFR은 반경(수직) 방향으로는 균일하고 흐름 방향으로만 농도가 변한다고 가정하므로 옳은 설명입니다.
④직렬 CSTR의 개수를 무한히 늘리면 전체 부피가 동일 전환율의 단일 PFR 부피에 수렴하므로 옳은 설명입니다.
해설 보기
정답B(활성화에너지 큰 반응)의 선택도를 높이려면 온도를 높여야 하므로 ①이 옳습니다.
핵심 개념
온도에 따른 병렬반응의 선택도 조절
A로부터 원하는 생성물 B와 부생성물 C가 동시에 만들어지는 병렬반응에서, B와 C의 상대적 생성비는 두 반응속도상수의 비 k1/k2로 결정됩니다. 아레니우스 식 k = A·exp(-E/RT)를 적용하면 k1/k2 = (A1/A2)·exp(-(E1-E2)/RT)가 됩니다. 활성화에너지가 더 큰 반응은 온도가 높을수록 상대적으로 더 빠르게 촉진되므로, 활성화에너지가 큰 쪽 생성물의 선택도를 높이려면 고온으로 운전해야 한다는 것이 핵심입니다.