No processo de produção de ácido nítrico, uma das etapas reacionais é a oxidação da amônia na presença de um catalisador de Pt-Rh:
.
Tendo em vista essas informações, responda ao que se pede em a) e em b).
a) Sabendo que o reator de oxidação de amônia opera a
, calcule a entalpia de reação padrão, sabendo ainda que as entalpias de formação padrão da amônia, de monóxido de nitrogênio e da água são, respectivamente,
e
.
b) Sabendo que a conversão de amônia é de
, que entram
de amônia e
de oxigênio a
, que as capacidades caloríficas isobáricas molares médias entre
e
da amônia, do oxigênio, do monóxido de nitrogênio e da água são, respectivamente,
e
, qual o calor transferido do reator para mantê-lo a
?
Tendo em vista essas informações, responda ao que se pede em a) e em b).
a) Sabendo que o reator de oxidação de amônia opera a
b) Sabendo que a conversão de amônia é de
Passo 1
O enunciado dá a reação
e pede (a) a entalpia de reação padrão a
, usando as entalpias de formação padrão a
, e (b) o calor que deve ser removido do reator para mantê-lo a
, dado o escoamento de
,mol/s de
e
,mol/s de
a
.
Conteúdo necessário:
Conteúdo necessário:
- Lei de Hess para calcular
. - Correção de entalpia para
via . - Balanço de energia em regime estacionário (controle de massa e energia) para determinar o calor removido.
Passo 2
Calcular primeiro a entalpia de reação padrão a
:
Substituindo
logo
Passo 3
Corrigir essa entalpia para
(
K,
K) usando as capacidades caloríficas médias:
Calculemos
Então
Passo 4
Com 100 mol/s de
consumidos e estequiometria
, a frequência de reação é
Cada mol de reagente entra a
e sai a
, então o aquecimento dos reagentes (absorvendo calor) é
Passo 5
O calor total liberado pela reação a
é
Como parte desse calor aquece os reagentes, o excesso deve ser removido para manter
. Assim o calor a extrair do reator é
Resposta
(a)
(por 4 mol de
).
(b) É necessário remover aproximadamente (ou
) do reator para mantê-lo a
.
(b) É necessário remover aproximadamente