Ammonia is synthesized through the reaction of nitrogen with hydrogen. The reactor feed temperature is
. The fresh feed consists of
argon and stoichiometric amount of nitrogen and hydrogen. The fractional conversion of
to
in the reactor is 0.15 . The converter is operated adiabatically and the heat of reaction at
is
. Given 100 mol of feed stream, estimate the temperature of the effluent gases from the converter. The average heat capacities at the pressure of the reactor for ammonia, hydrogen, nitrogen, and argon are
, and
, respectively.
Passo 1
O enunciado descreve um conversor adiabático de amônia, alimentado a
com 100 mol de gás contendo
em mol de argônio e a mistura estequiométrica de
e
. A conversão fracionária de
em
é 0,15. O calor de reação a
é
kJ/mol (da reação
). As capacidades caloríficas médias são dadas. Vamos fazer balanço de massa, calcular o calor liberado e aplicar balanço de energia para obter a temperatura de saída.
Passo 2
Material de entrada (excluindo argônio):
mol de
e
em proporção estequiométrica 1:3.
Conversão de
:
Assim, consumos e produtos:
Passo 3
Calor liberado pela reação (por mol de reação
):
kJ/mol. Como houve
mol dessa reação,
O sinal negativo indica liberação de calor.
Passo 4
Capacidade térmica total dos produtos:
Substituindo valores (em J/°C):
Passo 5
Balanço de energia adiabático: o calor liberado aquece os gases de
até
.
Em kJ e °C:
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Resposta
A temperatura dos gases de saída é aproximadamente
.