化学工学技術者登録試験特集第4回：化学反応工学

(7)触媒及び反応速度への影響（多選問題）：化学反応に参加するが、反応前後で質量や化学的性質は変わらない。触媒は正反両方向の反応速度を変化させることができるが、反応熱や反応系の初期・最終状態を変えることはできない。平衡状態自体は変えられないが、平衡に達する時間を短縮できる。触媒作用には選択性がある。

(8)いくつかの有用な結論：正の次数を持つ反応では、反応速度は転化率が高くなるにつれて必ず低下する。不可逆反応や可逆的な吸熱反応では、温度が上昇するにつれて反応速度が速くなる。可逆的な発熱反応では、最適な温度で反応速度が最大となる。可逆反応では、平衡状態に達した時点で反応速度が最小になる。

1). 自己触媒反応において、転化率がゼロで生成物が系内に存在しない場合、反応速度は（ ）
A. 最大　B. 極値を示す　C. 負の値　D. 0
答：D

2). 平推流反応器内で体積変化を伴う反応を行う際、もしα>0ならば、空間時間τと平均滞留時間tの関係は（ ）
A. 等しい　B. 小さい　C. 大きい　D. 近い
答：C

3). 触媒は（ ）ことができない。
A. 反応生成物を変える　B. 反応平衡を変える　C. 反応速度を変える　D. 副反応を抑制する
答：B

4). 連続反応A----B----Dがあり、各反応の速度定数はそれぞれK1、K2である。もしEa2>Ea1ならば、Bを効率よく生成させるためには原則として（ ）べきだ。
A. 温度を上げる　B. 温度を下げる　C. Dを迅速に除去する　D. 反応時間を短くする
答：B

5). ある対向反応のエンタルピー変化は-150kJ/molである。このとき、正方向の反応の活性化エネルギーは（ ）
A. 確定できない　B. 150より大きい　C. 150より小さい　D. 150と等しい
答：A

6). CH3CHO蒸気を791Kで熱分解させた際、圧力48.3kPaではt1/2=410秒、圧力22.5kPaではt1/2=880秒となった。この反応の次数は（ ）
A. 0　B. 1　C. 2　D. 3
答：C

7). ある反応の活性化エネルギーは80kJ/molである。温度を100℃から110℃に上げたとき、反応速度は元の約何倍になるか？
A. 1倍　B. 2倍　C. 3倍　D. 4倍
答：B

8). 反応2A----Pは二次反応である。Aが1/3消費されるのに要する時間と2/3消費されるのに要する時間の差は9秒である。この反応の半減期は（ ）
A. 6秒　B. 8秒　C. 12秒　D. 16秒
答：A

9). * ある一次反応において、温度Tでの初期反応速度はr0=1×10^-5 mol·dm^-3·s^-1である。1時間後には反応速度はr1=3.26×10^-6 mol·dm^-3·s^-1となる。このときの反応速度定数は（ ）
A. 3.11×10^-4秒　B. 2.11×10^-4秒　C. 4×10^-4秒　D. 確定できない
答：A

10). * 25℃におけるNaOClの分解速度定数はk=0.0093秒^-1、30℃ではk=0.014秒^-1である。40℃では99%分解するのに何秒必要か？ A 60 B 139 C 270 D 360 B

2.ケース知識 1).間歇撹拌タンク型反応器において均一系反応A+B-----Pが行われる。反応速度論は-rA=k*CA*CB kmol.m^-3.h^-1で、k=10^4m^3.kmol^-1.h^-1である。反応物の初期濃度が共に4mol.m^-3で、Aの転化率が0.8のとき、この反応器は1時間あたり平均41.04molの反応物Aを処理できる。反応は内径125mmのフラットフロー型反応器を用いて行い、その他の操作条件は変えずに、反応器の長さを求める。 CA0=CB0なので、-rA=k*CA^2となり、反応時間tr=CA0*f dXA/(-rA)=XA/KCA0*(1-XA)=0.1hとなる。この反応時間は、定常流反応器の滞留時間に相当する。 したがって、r0=FA0/CA0=41.04/4=10.26m³/h、V=r0*t=10.26*0.1=1.026m³、管の長さL=V/0.785d²=0.1026/0.785/0.125/0.125=84m。2) ある二次液相非可逆反応において、初期濃度が5kmol/m³の場合、所定の濃度に達するのに285秒かかり、初期濃度が1kmol/m³の場合は同じ濃度に達するのに283秒かかる。では、初期濃度5kmol/m³から1kmol/m³になるのにはどれくらいの時間が必要か？. deta T=285-283=2s、反応前後の体積が変わらない可逆反応であり、既に反応した部分は反応に何の影響も与えない。反応過程において、任意の時刻を初期時刻および終了時刻とすることができる。 3) 半減期が20時間の放射性流体が、0.1m3/hの流量で直列に接続された40m3の全混合流反応器2基を通過するとき、その放射能はどれだけ減少するか？ 放射能は一次反応の法則に従う。したがって、k=Ln2/k=0.693/20=0.03465h^-1。全混合流反応器ではT=CA0-CAf/-rAであり、これが第1反応器である。40/0.1=(CA0-CAf)/kCA0(1-XA)、XA=0.9327。第2の反応器でも転化率は依然として0.9327なので、総転化率は=(CA0-CA0(1-XA)×(1-XB))/CA0=1-(1-0.9327)×(1-0.9327)=0.9955となる。4).液相における複雑反応 A+B----P（1）；A+P------S（2）、初期濃度はCA0=2.0mol/l、CB0=4.0mol/l、CP0=CS0=0で、間欠反応器内で反応させた結果、CA=0.3MOL/L、CB=2.4MOL/Lと測定された。このとき、PおよびSの濃度はそれぞれいくらか？Bを基準としたとき、反応物Bの選択性と生成物の収率はどれくらいですか？ 1消費されるA＝（CB0－CB）＝4－2.4＝1.6；反応2におけるAの消費量は=(2-0.3)-1.6=0.1となるため、Cs=0.1となる。生成物Pの濃度は、生成されたPの量から消費されたPの量を引いた値であり、Cp=1.6-0.1=1.5となる。Bを基準とした場合、反応の選択性はB=Cp/(CB0-CB)=1.5/4-2.4=0.9375となる。生成物Pの収率はCp/CB0=1.5/4=0.375である。5). 某気相一次分解反応 A-----3P；等温管式反応器で行い、原料には50％の反応物と50％の不活性物質を含ませ、滞留時間は10分とする。このとき系の出口における体積流量は元の1.5倍になるので、この時点でのAの転化率および反応速度定数を求めよ。 膨張係数SA=3-1/1=2、膨張率EA=SA*yA0=2*0.5=1
V=V0(1+EA*XA)、V/V0=1.5、XA=0.5
T=CA0*f dXA/(-rA)=f dXA/(k*(1-XA)/(1+XA))、T=10、XA=0.5のとき、k=0.08863L/minとなる

この投稿は、2020年1月16日10時40分にzhanghp30によって最終的に編集されました。6)*.PFR内で650℃の等温条件下でブテンの酸化脱水反応が行われ、ブタジエンが生成されます。反応式はC4H8(A)------C4H6+H2です。反応速度は-rA=kPA/kmol/m3·hです。原料ガスはブテンと水蒸気の混合物で、そのモル比は1です。操作圧力は0.10133MPaで、650℃ではkの値は106.48 kmol/m3·h·MPaです。ブテンの転換率は0.9です。この場合、真空度はいくらになるでしょうか？ T=CA0*f dXA/kPA、PA=CA*RT、SA=1+1-1/1=1となるので、CA=CA0*（1-XA）/1+0.5XAとなり、T= f (1+0.5XA)dXA/kRT(1-XA)=13.2秒となる。7)*.液相自己触媒反応A+P---P+P、-rA=k*CACPで、等温間欠反応器を用いて反応速度を測定した。CA0=0.95mol/L、CP0=0.05MOL/Lである。1時間後に反応速度が最大値に達するので、この温度における速度定数を求める。 -rA=kCA*(1-CA)、d(-rA)/dCA=0となるため、CA=0.5MOL/Lとなる。T=-f dCA/k*CA(1-CA)であり、積分してT=1を代入すると、k=2.944L/MOL.Hが求まる。問題6と7は高度な微積分の知識が必要で、問題の記述や解法は簡単だが、よく出題されるタイプの問題なので注意が必要だ！ 8)*. CSTR反応器内で以下の反応が起こる：4NH3(A)+6HCHO(B)=(CH2)6N4(P)+6H2O(S)。反応器の体積は490cm3、撹拌速度は1800r/minである。反応動力学式は－rA=kCACB^2で、K=1.42*10^3*E^-3090/Tである。Aの濃度は4.06mol/l、Bの濃度は6.32mol/lで、両者の流量はともに1.5cm3/sである。反応温度は36℃である。このとき、反応器出口の濃度Caf、Cbfを求めよ。入口濃度はCA0=4.06/2=2.03、CB0=6.32/2=3.16である。CA=CA0(1-XA)、CB=CB0-3/2CA0となる。したがって、r*(CA0-CA)/－rA=VRとなり、r=3CM3/Sである。各数値を代入すると、XA=0.82、CA=0.365MOL/L、CB=0.663MOL/Lとなる。

9)*. 全混合流反応器内で可逆反応が起こる：A+B------R+S。k1=7m3/kmol·min、k-1=3m3/kmol·minである。A、Bの体積流量はそれぞれ0.004m3/minで、投入される物質中のA、Bの濃度はそれぞれ2.8kmol/m3、1.6kmol/m3である。VR=0.12m3である。このとき、Bの転化率はいくらか？ r=0.008m3/min、CA0=2.8/2=1.4、CB0=1.6/2=0.8とする。Bの転化率CB=CB0(1-XB)=0.8(1-XB)、CA=CA0-CB0XB=1.4-0.8XB、CS=0.8XB=CR -rB=K1CACB-K-1*CR、CS=2.56XB^2-12.32XB+7.84、T=VR/r=0.12/0.008=15分、T=CB0XB/-rB、XB=0.75。10) 連続反応A------P-------S、K1=0.15MIN^-1、K2=0.05MIN^-1、供給流量は0.5m3/min、CA0は0でなく、CP0=CS0=0である。体積が1m3のCSTRにおけるPの収率を求めよ。 T=1/0.5=2分、YP=CP/CA0=K1T/（1+K1T）（1+K2T）=0.21

この部分が私の弱点で、印刷してしっかり研究しようと思っています~~

投稿者は複合反応（並行、連鎖）についてはまとめていないようだね。

復習用のチュートリアルにあります。私は仕事が忙しくて、このような問題しか作れません。このタイプの問題は試験で出題される可能性が高いです！わからなければ、自分で本を調べてみてください。

前回の試験でこの点で損をしたから、今回は取り戻すぞ