화공기사 필기/반응공학
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반응공학 - 촉매와 흡착현상화공기사 필기/반응공학 2021. 3. 18. 01:54
1. 촉매(Catalyst) : 촉매란 반응속도에는 영향을 주지만 공정에서 자신은 변화하지 않는 물질을 말한다. ex) 기체상태의 수소와 산소는 상온에서 비활성이나 백금 존재하에서는 급격하게 반응함 1) 촉매의 특성 ① 촉매는 생성물의 생성속도를 빠르거나 느리게 할 수 있다. ② 촉매는 단순히 반응속도만을 변화시키며 평형에는 영향을 미치지 않는다. ③ 불균일 촉매 반응 - 2개 이상의 상이 수반되며 일반적으로 촉매는 고체, 반응물은 액체 또는 고체이다. - 불균일 촉매 반응은 유체 - 고체 간의 계면 또는 매우 근접한 계면에서 일어난다. - 기체와 액체 사이의 반응은 일반적으로 물질전달속도가 전체의 생산속도를 결정시킨다. 2) 기체 - 고체 촉매 상호작용 ① 흡착(Adsorption) - 촉매반응이 일어..
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반응공학 - 온도와 압력의 영향화공기사 필기/반응공학 2021. 3. 18. 01:37
1. 단일반응 1) 반응열 aA → bB + cC 위와 같은 화학반응이 있다고 할 때 반응열은 다음과 같다. 여기서 온도 T1에서의 반응열을 알고 있는 경우라면 온도 T2에서의 반응열을 계산할 수 있다. 온도 T2의 반응과정에서 흡수된 열 = 반응물의 온도를 T2에서 T1으로 변화시키는데 가한 열 + 온도 T1의 반응과정에서 흡수된 열 + 생성물의 온도를 T1에서 T2로 되돌리는데 가한 열 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다. 이 식을 비열(Specific Heat)를 도입해서 정리하면 다음과 같은 식이 된다. 2) 평형전화율 ① 반트호프식(Van't Hoff eq) 평형상수에 의해 결정되는 평형조성은 온도에 따라 변화되며 열역학으로부터 변화율은 다음과 같이 주어진다. 이 식은 반트호프식(Van't Ho..
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반응공학 - 수율화공기사 필기/반응공학 2021. 3. 17. 16:03
1. 수율 수율을 통해서 생성물의 분포와 반응기의 크기를 결정할 수 있다. 순간수율은 Ca의 함수이므로 반응기를 통해 Ca는 변하므로 순간수율도 변한다. 따라서 반응한 전체 A 중에서 R로 전화한 분율을 총괄수율이라 하며 이는 모든 순간 수율의 평균값이 된다. 반응기 출구에서 생성물의 분포를 나타내는 것이 총괄수율이므로 반응기 흐름 유형에 따라 적절한 순간수율의 평균을 구해보면 다음과 같다. 1) PFR 2) CSTR(MFR) CSTR은 어디세어나 조성이 Caf 이므로 순간수율은 반응기 내에서 일정하다 따라서 혼합흐름반응기와 플러그흐름반응기의 총괄수율을 정리하면 다음과 같다. 반응기 종류 총괄 수율 CSTR PFR 2. 선택도 선택도는 다음과 같이 정의된다.
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반응공학 - 평행반응과 연속반응화공기사 필기/반응공학 2021. 3. 17. 14:53
1. 첫번째 평행 반응 위의 평행반응에서의 R과 S에 대한 반응속도식은 다음과 같다. 여기서 R과 S의 상대적인 생성속도의 비를 구하고 그 비를 가능한 크게 하려고 한다. 이렇게 함으로써 어떤 반응기를 써야 효과적이며 원하는 생성물(R)을 얻기 위해서 어떻게 해야 하는 지 알 수 있다. 1) a1 > a2 일때 (원하는 반응 > 원하지 않는 반응) - 선택도 R/S의 비를 높이기 위해선 반응물의 농도가 높아져야 한다. R을 생성하기 위해서는 회분반응기나 플러그 흐름 반응기(PFR)이 효율적이다. 2) a1 < a2 일때 (원하는 반응 < 원하지 않는 반응) - 원하는 반응이 원하지 않는 반응보다 반응차수가 낮은 경우 R을 생성하기 위해서는 반응물의 농도가 낮아야 한다. 따라서 큰 혼합흐름 반응기(CSTR..
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반응공학 - 순환반응기화공기사 필기/반응공학 2021. 3. 16. 14:04
플러그흐름반응기(PFR)로부터 생성물의 흐름을 분리하여 그 중 일부를 반응기 입구로 순환시키는 것이 효과적일 때가 있다. 이러한 반응기를 순환반응기라 하며 이때 순환비 R(Recycle Ratio)는 다음과 같이 정의된다. 순환비는 0에서 무한대까지 변화시킬 수 있으며 순환비를 증가시키면 플러그흐름(R = 0)에서 혼합흐름(R = ∞)으로 변화한다. (R = 0) → 플러그흐름 (R = ∞) → 혼합흐름 1. 순환 반응식 순환반응기에서 반응속도식은 다음과 같다. 이때, Fao'은 반응기에 들어가는 흐름(원래의 공급물과 순환물의 합)이 전화되기 전 A의 공급물 속도이다. 이 식을 정리하여 순환비를 통해 나타내면 다음과 같은 식을 유도할 수 있다. 2. 순환반응기에 대한 성능식의 표현 1) εA ≠ 0인 경..
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반응공학 - 반응기의 크기 비교화공기사 필기/반응공학 2021. 3. 16. 11:14
1. 단일반응기의 크기 비교 1) 회분 반응기(Batch reactor) ε = 0 에 대해서 회분반응기와 플러그 흐름반응기(PFR)는 같은 시간동안 반응하며, 작업에 필요한 반응기의 크기도 동일하다. 2) 혼합흐름반응기(CSTR)과 플러그흐름반응기(PFR)의 비교 n > 0 일때, CSTR의 크기(Vm) > PFR의 크기(Vp) - n > 0 일때, 혼합흐름반응기(CSTR)의 크기는 항상 플러그흐름반응기(PFR)의 크기보다 크다. 이 부피비는 반응차수(n)이 증가할수록 커진다. - 전화율이 클수록 부피비가 급격히 증가하므로 전화율이 높을 때에는 흐름 유형이 매우 중요해진다. 2. 다중반응계 1) 연속흐름반응기(PFR) ① 직렬연결 총 부피 = V1 + V2 + V3 + ... + Nn 직렬로 연결된 N..
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반응공학 - 흐름식 반응기(CSTR, PFR)화공기사 필기/반응공학 2021. 3. 11. 15:38
흐름식 반응기의 특징은 다음과 같다. - 일정한 조성을 갖는 반응물을 일정한 유량으로 공급한다. - 연속적으로 많은 양을 처리할 수 있으며, 반응속도가 큰 경우에 많이 사용한다. - 반응기 내의 체류시간(τ)이 동일하다. - 반응물의 조성이 시간에 따라 변화가 없다. (= 정상상태) 1. 공간시간(Space - time)과 공간속도(Space - velocity) 회분식 반응기에서 반응시간 t 가 반응기의 성능의 측정인 것과 마찬가지로 공간시간(Space - time)과 공간속도(Space - velocity)는 흐름반응기에 대한 성능의 측정이다. 1) 공간시간(Space - time; τ) 공간시간은 다음과 같다. 공간시간 τ 가 클수록 생성물의 농도는 증가하고 양을 감소한다. τ 값이 2hr 라고 한..
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반응공학 - 회분식 반응기(변용반응기)화공기사 필기/반응공학 2021. 3. 11. 00:51
변용 회분 반응기는 시간에 따라 반응 부피가 달라진다. 초기의 반응기 부피를 V0, 시간 t에서 부피를 V라고 하면 V는 다음과 같다. 이때 εA 는 반응물 A가 전혀 전화되지 않았을 때와 완전히 전환되었을 때 부피의 변화분율을 말한다. 여기서 yA0 = (NA0/N) = (반응물 A의 처음 몰수/반응물 전체의 몰수) δ = (생성물의 몰수 - 반응물의 몰수/ 반응물 A의 몰수) 이다. 만약 aA + bB → cC + dD 라는 화학반응식이 있다면 δ = (c + d - b - a)/a 로 구할 수 있다. 1. 0차 반응 균일계 0차 반응에서 반응물 A의 변화속도는 물질의 농도에 무관하다. 여기서 V = V0(1+ εAXA) 이다. 2. 1차 반응 3. 2차 반응