A amônia é queimada para formar ácido nítrico na seguinte reação:
\mathrm{NH}_{3}+5 \mathrm{O}_{2} \rightarrow 4 \mathrm{NO}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
Se a amônia alimenta um reator contínuo com uma vazão de 100 \mathrm{Kmol} \mathrm{NH}_{3} / \mathrm{h}, que vazão de alimentação de oxigênio ( \mathrm{kmol} / \mathrm{h} ) corresponderia a 40 \% de excesso de \mathrm{O}_{2} ?

Passo 1

O enunciado dá a reação
\mathrm{NH}_{3}+5\mathrm{O}_{2}\rightarrow 4\mathrm{NO}+\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}
e diz que a amônia alimenta o reator com vazão \dot{n}_{\mathrm{NH}_3}=100\\ \mathrm{kmol}\,\mathrm{h}^{-1}. A pergunta é: qual vazão de alimentação de \mathrm{O}_2 (em \mathrm{kmol}\,\mathrm{h}^{-1}) corresponderia a 40\% de excesso de \mathrm{O}_2?

Passo 2

Entendendo a estequiometria (a matemática por trás da reação): os coeficientes estequiométricos na reação indicam as proporções molares entre reagentes. Aqui o coeficiente de \mathrm{NH}_3 é 1 e o de \mathrm{O}_2 é 5. Isso significa que, para cada 1 mol (ou kmol) de \mathrm{NH}_3 consumido na reação, são necessários 5 mol (ou kmol) de \mathrm{O}_2 na quantidade estequiométrica (quantidade teórica exata, sem excesso). Exemplo prático: se eu tivesse 2\\ \mathrm{kmol} de \mathrm{NH}_3, precisaria de 2\times 5=10\\ \mathrm{kmol} de \mathrm{O}_2.

Passo 3

Calcular a vazão estequiométrica de \mathrm{O}_2 (sem excesso) a partir da vazão de \mathrm{NH}_3:
\dot{n}_{\mathrm{O}_2,\text{est}} = \dot{n}_{\mathrm{NH}_3}\times 5.
Substituindo \dot{n}_{\mathrm{NH}_3}=100\\ \mathrm{kmol}\,\mathrm{h}^{-1},
\dot{n}_{\mathrm{O}_2,\text{est}} = 100\times 5 = 500\\ \mathrm{kmol}\,\mathrm{h}^{-1}.

Passo 4

Converter 40\% de excesso em fator multiplicativo: 40\%=0{,}40. Alimentação real com excesso é
\dot{n}_{\mathrm{O}_2,\text{real}}=\dot{n}_{\mathrm{O}_2,\text{est}}\times(1+0{,}40).
Substituindo o valor da etapa anterior:
\dot{n}_{\mathrm{O}_2,\text{real}}=500\times 1{,}40 = 700\\ \mathrm{kmol}\,\mathrm{h}^{-1}.

Passo 5

Verificação rápida de consistência: a vazão real é maior que a estequiométrica (como deve ser, por haver excesso) e o cálculo usou diretamente a razão de coeficientes da reação fornecida. Unidade final está em \mathrm{kmol}\,\mathrm{h}^{-1}, como pedido. Vai dar certo na prova — respira fundo, você entendeu a lógica!

Resposta

\;700\\ \mathrm{kmol}\,\mathrm{h}^{-1}

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