A produção de óxido nítrico (NO) e óxido nitroso(NO2) é realizada em um reator isotérmico operando a
e pressão atmosférica, segundo as reações:
Determine a demanda térmica necessária referente ao aquecimento do ar da temperatura ambiente até 3000 K e da etapa reacional. Supondo uma conversão de O2 de
e uma seletividade S , definida como moles de NO que deixa o reator por mol de O 2 reagido, igual a 0,5 .
Determine a demanda térmica necessária referente ao aquecimento do ar da temperatura ambiente até 3000 K e da etapa reacional. Supondo uma conversão de O2 de
Passo 1
Resumindo: temos um reator isotérmico a
e
, onde o ar (79%
, 21%
, em mol) é aquecido e sofre duas reações:
Queremos a demanda térmica total
, supondo conversão de
de 80% e seletividade
(mol de NO que sai por mol de
reagido). Vamos precisar de balanço estequiométrico para as reações e de entalpias (formação e calor específico médio) para calcular
.
Passo 2
Escolho como base
de ar na entrada. Então
Como a conversão de
é 80%, a quantidade de
reagida é
Passo 3
Seja
a quantidade (kmol) de reação (1) e
a de reação (2). As reações consomem
de modo que
A seletividade
é definida por
Dessas duas equações obtemos
Passo 4
Determino as entalpias de reação padrão a
:
Logo, a entalpia de reação total é
Convertendo
de kmol para mol:
mol e
mol, vem
(de calor a ser fornecido, pois é endergônica líquida).
Passo 5
Para o aquecimento do ar de
até
, uso calor específico médio constante aproximado de
para a mistura (ar). Então
Logo
Passo 6
Somando aquecimento e reação:
por cada
de ar processado.
Resposta
A demanda térmica total é