Acrilonitrila é produzida a partir de propileno, amônia e oxigênio (do ar) pela reação:
\mathrm{C}_{3} \mathrm{H}_{6}+\mathrm{NH}_{3}+1,5 \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{C}_{3} \mathrm{H}_{3} \mathrm{~N}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
A alimentação é constituída de 10 \% de propileno, 12 \% de amônia e 78% de ar (molar).
Identifique e quantifique eventuais reagentes em excesso e limitante.

Passo 1

Resumindo o enunciado: temos a reação de produção de acrilonitrila
\mathrm{C}_3\mathrm{H}_6 + \mathrm{NH}_3 + 1{,}5\,\mathrm{O}_2 \longrightarrow \mathrm{C}_3\mathrm{H}_3\mathrm{N} + 3\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}
A alimentação é 10 % em mol de propileno ( \mathrm{C}_3\mathrm{H}_6), 12 % de amônia ( \mathrm{NH}_3) e 78 % de ar. Vamos usar conceito de reagente limitante e reagentes em excesso com base em razões estequiométricas.

Passo 2

Escolho base de cálculo de 100 mol de alimentação total. Assim:
\mathrm{C}_3\mathrm{H}_6: 10 mol
\mathrm{NH}_3: 12 mol
ar: 78 mol
Assumindo ar como 21\% \mathrm{O}_2 e 79\% \mathrm{N}_2 (mol):
\mathrm{O}_2 no ar = 0{,}21 \times 78 = 16{,}38 mol
\mathrm{N}_2 inerte = 0{,}79 \times 78 = 61{,}62 mol

Passo 3

Escrevendo as quantidades disponíveis:
n_{\mathrm{C}_3\mathrm{H}_6} = 10 mol
n_{\mathrm{NH}_3} = 12 mol
n_{\mathrm{O}_2} = 16,38 mol
Da estequiometria, para cada 1 mol de \mathrm{C}_3\mathrm{H}_6 consome-se 1 mol de \mathrm{NH}_3 e 1,5 mol de \mathrm{O}_2.

Passo 4

Se toda a quantidade de \mathrm{C}_3\mathrm{H}_6 ( 10 mol) reagir, o consumo seria:
\displaystyle\mathrm{NH}_3 consumida = 10 mol
\displaystyle\mathrm{O}_2 consumida = 1{,}5 \times 10 = 15 mol
Comparando com o disponível:
\mathrm{NH}_3: disponível 12 mol > necessário 10 mol \to sobra
\mathrm{O}_2: disponível 16{,}38 mol > necessário 15 mol \to sobra
Logo o reagente que se esgota primeiro é \mathrm{C}_3\mathrm{H}_6.

Passo 5

Quantificando as sobras após o consumo de 10 mol de propileno:
\mathrm{NH}_3 remanescente = 12 - 10 = 2 mol
\mathrm{O}_2 remanescente = 16{,}38 - 15 = 1{,}38 mol
O \mathrm{N}_2 é totalmente inerte e permanece com 61{,}62 mol.

Resposta

Reagente limitante: \mathrm{C}_3\mathrm{H}_6.
Reagentes em excesso: \mathrm{NH}_3 (sobra 2 mol) e \mathrm{O}_2 (sobra 1,38 mol).

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