게시판 > 질답게시판 > 화학공정설계에서 out stream의 몰 유속 과 전화율 구하는 문제입니다.

Stefano

10-04-05 10:27

(1) 암모니아 합성 반응은 1/2몰의 N2와 3/2몰의 H2가 반응해서 1몰의 NH3가 만들어지기 때문에 반응기 입출구 각각의 몰수의 합은 달라집니다.

(2) 전환율을 기준으로 반응기 입출구 몰수를 나타내려면 다음과 같이 나타내야 합니다.

N2기준 전환율=x라고 하면
N2: 반응기 입구 몰수= n ------>반응기 출구 몰수 =n*(1-x) --------(1) 투입 n중 nx 소모 따라서 n-nx=n(1-x)
H2: 반응기 입구 몰수= h ------>반응기 출구 몰수 =h-3*nx --------(2) 반응한 N2 몰수 3배 H2 소모
NH3: 반응기 입구 몰수=a ------>반응기 출구 몰수 =a+2*nx) --------(3) nx몰 반응시 2nx몰 생성

(3)위의 (2)식을 이용하여 평형식에 대입하여 다시 계산해 답글을 올려주세요

karls skdcjss

10-04-05 16:17

알려 주신데로 했는데 종결 몰수는 여전히 2.5XX가 나오는군요.

이게 정상인가요??

Stefano

10-04-05 19:24

(1) 우선 평형상수를 나타내는 값의 단위가 맞는지 확인할 필요가 있습니다.
반응수식을 아래와 같이 달리 쓴다면 평형상수의 값은 달라집니다.

N2 + 3H2 = 2NH3 ---> K=(P_NH3 atm)^2/(P_N2 atm)/(P_H2 atm)^3 [=] atm^-2
1/2N2 + 3/2H2 = NH3 ---> K=(P_NH3 atm)/(P_N2 atm)^(1/2)/(P_H2 atm)^(3/2) [=] atm^-1

K 값이 얼마인지 단위가 어찌되는지 다시 확인해서 계산바랍니다. 질문에서의 K값의 단위는 atm입니까?

(2) 우선 평형상수로부터 x를 계산하고 반응기 출구의 몰수를 계산하세요.
반응기 출구의 전체의 몰수는 n(1-x)+(h-3nx)+a+2nx = (n+h+a)-2nx = 4.3-2(1.1)*x 가 될 것인데 반응이 전연이루어 지지 않으면 4.3몰이 될 것이고 2.5몰이 얻어졌다면 전환율은 81.81 %라는 의미입니다.

수치상으로는 이상의 없겠지만 평형상수로부터 구한 x값이 0.8181이 되는지 재 확인해 보세요. 전환율이 10% 미만으로 알고 있는데 계산 결과는 꽤 높은 것으로 나타난 것 같습니다.

karls skdcjss

10-04-06 00:12

음 k값은 단위가 주어져 있지 않군요. 헌데 압력 단위가 atm인걸로 봐서 atm일듯합니다.
그리고 원래 화학평형식을 K식에 대입했을 경우는 전화율이 0.667 정도가 나오고
*2를 한 K식을 대입했을경우 0.8181정도가 나옵니다.

물론 그냥 K식을 썼을 경우에도 반응기 출구 몰수를 구할때도 *2 한값을 적용했습니다. 말하자면 h-3*nx 를 쓴것이죠.
h-3/2*nx 가 아니라

그나저나 전화율이 0.667이 나오는게 맞는것 같습니다. 그 다음장에 예제가 나와 있는데 (값은 다르지만 같은 화학양론식을 사용한 예제입니다) 원래 K식을썼을때로 계산 하니 답이 나오더군요(적용은h-3*nx 방식으로 적용했습니다)

아무튼 답변 감사 드립니다. 이상한점 있으시면 답변 달아 주세요 ㅎ

종결 몰수는 2.8xx가 나옴니다.

스테파노 Stefano

10-04-06 12:39

(1) 평형식이 K = yNH3/{yN^(1/2)*yH2^(3/2)} * p^-1 로 주어졌으므로 K의 단위는 atm^-1 이 맞고
반응기 출구의 K값이 0.05 atm^-1이 되기 위한 Conversion x를 구하면 됩니다.

전환율은 0.667788이 맞고, 출구의 몰수는 2.831 mole이 됩니다.

(2) 이전 답글에서 "h-3/2*nx 가 아니라 h-3*nx 를 쓴것이죠" 라는 표현을 쓰고 있는데 항상 기준되는 물질 투입량 전체를 기준으로 전환율을 계산해야 합니다. 따라서 "h-3/2*nx" 와 같이 계산하는 법은 절대로 있을 수 없습니다.
(** n mole의 N2중 분율 x만큼이 반응하면 실제로 nx mole이 반응을 일으킨다는 말이고 nx mole의 N2에 대해 3nx {=nx*(3/2)/(1/2)}mole의 H2가 반응에 참여 하는 것이지 (3/2*nx)mole의 H2가 반응에 참여하는 것이 아닙니다. 이점에서 착각하고 있었습니다.)

(3) 화학반응수식을 써두고 평형상수를 나타낼 때는 반드시 수식의 표현방법과 단위를 반드시 확인하지 않으면 엉뚱한 계산을 할 수 있으므로 주의 해야 합니다.

질문에서의 평형상수는 K=(P_NH3 atm)/(P_N2 atm)^(1/2)/(P_H2 atm)^(3/2) [=] atm^-1 로 나타내고 있습니다.