A amônia é queimada para formar ácido nítrico na seguinte reação:
a) Calcule a razão (
que reage / lbmol NO formado)
b) Se a amônia alimenta um reator contínuo com uma vazão de
, que vazão de alimentação de oxigênio (
) corresponderia a
de excesso de
?
c) Se 50 Kg de amônia e 100 Kg de oxigênio alimentam um reator em batelada, determine o reagente limitante, a percentagem de excesso do outro reagente, a extensão da reação (mol) e a massa de NO produzido (kg), admitindo que a reação é completa.
Resp.: a)
para 4 lbmol NO ; b)
e c)
é o reagente limitante, %excesso
, Extensão da reação
mols reagidos e
b) Se a amônia alimenta um reator contínuo com uma vazão de
c) Se 50 Kg de amônia e 100 Kg de oxigênio alimentam um reator em batelada, determine o reagente limitante, a percentagem de excesso do outro reagente, a extensão da reação (mol) e a massa de NO produzido (kg), admitindo que a reação é completa.
Resp.: a)
Passo 1
O enunciado dá a reação da combustão da amônia para formar
. As perguntas são:
(a) Calcular a razão ( lbmol
que reage / lbmol
formado
.
(b) Para uma alimentação contínua de , calcular a vazão de
(em
) correspondente a
de excesso de
.
(c) Para alimentação em batelada com de
e
de
: determinar o reagente limitante, a percentagem de excesso do outro reagente, a extensão da reação (mol) e a massa de
produzida (kg), assumindo reação completa.
(a) Calcular a razão (
(b) Para uma alimentação contínua de
(c) Para alimentação em batelada com
Informações relevantes fornecidas ou necessárias (escrevo claramente para não nos perder):
- Reação balanceada que usaremos (ajustei o coeficiente da amônia para balancear a reação conforme prática usual):
- Dados numéricos: vazão
(parte b) e massas e (parte c). - Vou usar massas molares padrão:
, , .
Passo 2
Conceito-chave (aula rápida e prática): razão estequiométrica.
- A reação balanceada dá coeficientes que dizem quantas mols de cada espécie reagem ou se formam. Por exemplo, os coeficientes mostram que
mols de reagem para formar mols de . - Para achar quantas mols de
são necessárias por mol de formado, basta usar os coeficientes estequiométricos. Isso vale independentemente da unidade de “mol” que você use (mol, kmol, lbmol etc.), porque é uma razão adimensional entre quantidades molares.
Aplicando isso à nossa reação: a razão (lbmol
que reage) / (lbmol
formado) é simplesmente
Portanto, para cada
lbmol de
formado são consumidos
lbmol de
. (Também se pode dizer:
lbmol
para
lbmol
.)
Passo 3
Parte (b): cálculo da vazão de
para
de excesso quando a alimentação de
é
.
Primeiro, calculamos a necessidade estequiométrica de
para reagir com
de
. Da reação:
Logo, para cada
mols de
precisamos de
mols de
. Assim, por mol de
precisamos de
mols de
. Calculamos:
Agora aplicamos o excesso de
: o que se alimenta é
vezes a quantidade estequiométrica:
Passo 4
Parte (c): reagente limitante, % excesso do outro, extensão e massa de
.
- Converter massas iniciais para mols (sempre que a questão der massas, o passo inicial é converter para mols usando massa molar).
- Mols de
:
- Mols de
:
- Determinar qual reagente é limitante: comparar quantidades necessárias segundo a estequiometria. Use duas formas — eu faço a mais direta: calcular quanto
seria necessário para consumir todo , e quanto seria necessário para consumir todo .
- Se todo
reagisse, necessário:
Como
disponíveis, não há
suficiente para consumir toda a amônia. Portanto
é o reagente limitante e
está em excesso.
- Calcular a percentagem de excesso do reagente em excesso (
). Definição usada:
Quantidade necessária de
para reagir com toda a
disponível:
Excesso em mols:
Percentagem de excesso:
- Extensão da reação
(definição prática): escrevemos a reação no formato estequiométrico
e chamamos
(em mol) a extensão tal que o consumo de
é
. Como
é limitante, todo o
é consumido:
. Logo
Isso significa que a reação avançou
mols no sentido direto.
- Mols de
produzidos e massa correspondente: pela estequiometria, mols de são formados por cada mol de extensão? Mais precisamente, . Assim:
Massa de
:
Arredondando conforme prática do enunciado:
de
.
Resumo numérico (para fixar): reagente limitante
, %excesso de
, extensão
, massa de
.
Resposta
(a)
lbmol
para
lbmol
(razão
lbmol
por lbmol
).
(b) .
(c) é o reagente limitante;
excesso de
; extensão da reação
; massa de
.
(b)
(c)