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 - 회분식 반응기(정용 회분식)화공기사 필기/반응공학 2021. 3. 5. 17:09
- 회분식 반응기 (Batch Reactor)는 반응물질을 반응하는 동안에 담아두는 일정한 용기를 말한다. 회분식 반응기에서는 반응물을 처음에 용기에 채우고 잘 혼합한 후 일정시간 동안 반응시킨다. 이 결과로 생긴 혼합물은 방출시킨다. - 시간에 따라서 조성이 변하는 비정상 상태이다. - 반응이 진행하는 동안 반응물, 생성물의 유입과 유출이 없다. (FA0 = FA = 0) - 높은 전화율을 얻을 수 있다. - 소규모 조업, 새로운 공정의 시험, 연속조작이 용이하지 않은 공정에 이용된다. - 인건비가 비싸고 매회 품질이 균일하지 못하며 대규모 생산이 어렵다. 1. 전화율(Xa ; Conversion) - 화학반응에서 물질의 전화율은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 이때, Na는 시간 t에서 존재하는..
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반응공학 - 속도법칙화공기사 필기/반응공학 2021. 3. 4. 17:05
1. 반응의 종류 1) 균일 불균일 반응 ① 균일반응 : 단 하나의 상을 수반하는 반응 ② 불균일반응 : 2개 이상의 상을 수반하며 일반적으로 상 사이의 계면에서 반응일 일어나는 반응 2) 가역 비가역 반응 ① 가역반응 : 정반응, 역반응이 동시에 진행되는 반응 ② 비가역반응 : 한 방향으로만 진행하는 반응 3) 기초 비기초 반응 ① 기초반응(Elementary Reaction) : 반응차수가 양론적인 반응 ② 비기초반응 : 비양론적인 반응 (실험식에 의해 속도식의 차수가 결정됨) 4) 단일 복합 반응 ① 단일반응 : 단일의 반응속도식 ② 복합반응 : 연속반응, 평행반응, 연속평행반응 등 2. 반응속도 aA +bB → cC + dD 위와 같은 반응식이 주어졌을 때 화학반응속도는 다음과 같다. 3. 반응속..