#PFR 집중 분석

대표적인 흐름 반응기로 교반형 흐름 반응기(CSTR)와 플러그 흐름 반응기(PFR)를 들 수 있다. 각 흐름 반응기의 반응기 설계식은 아래와 같다. 반응기 몰수지와 가정을 활용하여 각 반응기 설계식을 유도하시오.

성분 A가 0.4 mol/s 몰유량으로 반응기에 공급될 때 아래의 물음에 답하시오. 1) CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor)에서 80%의 전화율을 달성하는데 필요한 부피를 구하시오. 2) PFR(Plug Flow Reactor)에서 80%의 전화율을 달성하는데 필요한 부피를 구하시오. (단, 계산과정 중 적분이 필요할 경우 아래에 주어진 5점 수치적분 공식을 활용하시오.) ∫X₄ X₀ f(X)dX ≒ h/3 (f₀ + 4f₁ + 2f₂ + 4f₃ + f₄), 여기서 h = (X₄ - X₀)/4 3) 80%의 전화율을 달성하기 위해 CSTR과 PFR 중에서 어느 반응기가 더 작은 부피를 필요로 하는지와 그 이유를 설명하시오.

본 문제는 CSTR과 PFR의 부피를 계산하고, 두 반응기의 효율성을 비교하는 문제입니다. 반응기 설계의 기본 원리를 이해하고, 주어진 반응 속도식을 활용하여 필요한 부피를 정확하게 계산하는 능력을 평가합니다. 수치적분 공식을 적용하는 방법과 각 반응기의 특징을 파악하는 것이 중요합니다.