화학공학과에서 배우는 반응공학

반응공학에서 다루는 내용

화학과와 화학공학과를 구분 지을 때 가장 먼저 언급되는 과목입니다. 반응이 관여한 물질수지식을 기반으로 원하는 효율을 낼 수 있는 반응기를 설계하는 방법에 대해 배우는 과목입니다. 배우는 내용을 간단히 소개하고자 합니다.

 

1) Mole Balance and Stoichiometry

양론에서 배웠던 물질수지식에 반응이 관여되었을 때 어떻게 변화하고, 각 반응기에서 물질수지식이 어떻게 표현되는지에 대한 내용을 배우게 됩니다. 이를 더 잘 표현하기 위해 Conversion(전환율)을 배우고, 반응계수의 비율에 맞추어 각 물질의 몰 농도를 표현하는 방법에 대해 배울 수 있습니다.

 

2) Reactor Designing for Single/Multiple Reaction

이를 이용해서 원하는 목표에 해당하는 반응기의 크기를 결정하는 방법에 대해 배우게 됩니다. Levensipel Plot이라는 것을 배워 그래프를 이용해서 크기를 정하는 방법, Conversion을 이용해서 결정하는 방법, Molar Flow를 이용해서 구하는 방법 등이 존재합니다. 특정 반응기, 반응의 개수에 따라 사용할 수 있는 방법이 다르고, 이를 적절히 선정해서 반응기의 종류, 개수, 크기 등을 결정하는 방법에 대해 배울 수 있습니다.

 

공부방법

1) 정말 많이 연습해보기

3학년 때 배운 과목 중 문제풀이와 개념 사이의 간극이 컸던 과목이었습니다. 많은 문제를 조건에 맞추어 풀어보는 것 밖에 방법이 없는 것 같습니다. 대표적인 교재로 Fogler와 Levenspiel이 있는데, 주 교재가 아닌 다른 교재에서 문제를 출제하는 경우가 있기에 다른 교재들을 참고하는 것도 도움이 됩니다. 특히 Fogler의 경우 인터넷 홈페이지에서 CD-ROM 문제를 열람할 수 있는데, 해당 부분에서 출제가 많이 되었던 것으로 기억합니다.

 

2) 어디까지 손으로 풀어낼 수 있는지 기준 잡기

Multiple Reaction에 대한 반응기의 경우 대부분 정량적으로 식을 정리하고, 이를 프로그램을 통해 풀이하라고 솔루션에 기재가 되어 있습니다. 그렇기에 맥이 빠질 수 있긴 하지만.. 그럼에도 식들을 정리하는 연습을 해두는 것이 중요합니다. 차수의 변경, 문제 조건의 추가 등으로 손으로 풀지 못하는 문제가 풀이가 가능해지는 경우도 있기 때문입니다.

 

3) 적절한 가정 이용하기 (특히 과량의 반응물)

문제풀이를 단순히 하기 위해 받아들여질 만한 가정들이 사용되곤 합니다. 대표적으로 A+B->C 2차 반응이지만 과량의 B에 대한 A의 반응으로 B가 거의 일정한 pseudo-1st order reaction 등으로 해석하는 방법이 있습니다. 이처럼 문제풀이를 단순화할 수 있는 방식을 나름대로 가정해보고, 자신의 가정이 맞는지 재검토해보아 문제를 최대한 단순화해서 접근하는 연습이 필요합니다.