公務員試験 H27年 国家一般職(化学) No.44解説

　問 題　　　　　

A → B で表される液相 1 次不可逆反応があり、反応速度－r_A〔mol・m^－3・s^－1〕は、A の濃度をC_A〔mol・m^－3〕として

で表される。

この反応を連続槽型反応器で行うとき、反応器に必要な体積 V〔m³〕に関する次の記述の ㋐、㋑ に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。なお、原料中のAの濃度を C_A0〔mol・m^－3〕、原料供給速度をv₀〔m³・s^－1〕、反応器内での反応率をx_Aとしたとき、反応器の空間時間 t〔s〕は

と表すことができる。

「原料供給速度を 8.00×10^－4m³・s^－1 、原料中のAの濃度を 2000 mol・m^－3 としたとき、1台の反応器で、成分 A を 90.0 %反応させるために必要な反応器体積は ( ㋐ ) m³である。

また、2台の同じ大きさの反応器を直列に接続する場合、最終的に成分 A を 90.0% 反応させるために必要な2 台の反応器の合計体積は、1 台の場合 ( ㋑ )。」
 
　　㋐　　　　　　　　㋑
1．14.4　　　より小さくなる
2．14.4　　　と等しい
3．14.4　　　より大きくなる
4．18.0　　　より小さくなる
5．18.0　　　より大きくなる

 

 

 

 

 

　解 説　　　　　

先に ㋑ についてですが
連続槽型反応器で V 一定なら、単一の反応槽を使うより小さい反応器を連結した方が反応率が高くなる　ことは知識です。よって㋑は「より小さくなる」です。
正解は 1 or 4 です。

㋐ですが
まず、原料供給が 8.00 × 10^-4 で濃度が 2000 mol なので、「1.6 mol/s」 です。反応機内での反応率は、90% 反応してほしいので 0.9 です。空間時間の式に、わかっている数値　及び　反応速度の式を代入してみると

ここで完全混合流れが仮定されているはずなので、反応器の中であっという間に反応が進行してA の濃度は一定になっているはずです。反応率が 0.9 なので、残っているのは 割合でいう 0.1 です。従って、C_A = C_A0 × 0.1  = 0.16 と考えられます。そこで、上の式に C_A = 0.16 を代入し、約分したりして整理すれば

以上より、正解は 1 です。