El amoniaco se quema para formar óxido nítrico en la siguiente reacción: 4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O a) Calcule la relación mol reaccionantes de oxígeno / mol formados de óxido nítrico. b) Si la alimentación es 100 kmol/h de amoniaco, y se opera con un 40% de exceso de aire ¿cuál sería la velocidad de alimentación de aire necesaria? c) Si entran 50 kg de amoniaco y 100 kg de oxígeno, determine el reactivo limitante, el porcentaje en exceso de reactivo y los kilogramos que óxido nítrico producidos si la reacción es completa.
Respuestas
Se tiene la reacción para obtención de oxido nítrico a partir de amoniaco y, dadas cantidades de reactivos, se pide realizar algunos cálculos estequiométricos. Los resultados obtenidos son:
a) Relación moles oxigeno reaccionante / moles NO formado = 5/4
b) La velocidad de alimentación de aire necesaria será de 833 kmol/ h
c) El reactivo limitante es el oxigeno.
NH₃ en exceso = 15%
Se producen 75 kg de NO.
Ecuación de la reacción:
NH₃ + 5 O₂ -------- 4 NO + 6 H₂O
Peso molecular NH₃ = 17 g/mol
Peso molecular O₂ = 32 g/mol
Peso molecular NO = 30 g/mol
a) relación moles oxigeno reaccionante / moles NO formado = 5/4
b) Alimentación: 100 kmol / h de NH₃
40% exceso de aire
El aire proporciona oxigeno a la reacción ( % de oxigeno en el aire: 21% )
De la ecuación química tenemos que:
4 moles NH₃ reaccionan con 5 moles O₂
4 (17 ) g NH₃ ---------------------- 5 (32) g O₂
Tenemos 100 kmol NH₃ / h, calculemos cuánto oxigeno se requiere:
( 5 kmol O₂ / 4 kmol NH₃ ) × 100 kmol NH₃ = 125 kmol O₂
Sabemos que el aire contiene 21% O₂, entonces podemos calcular la cantidad de aire para proporcionar 125 kmol O₂:
125 kmol O₂ × (100 kmol aire / 21 kmol O₂ ) = 595 kmol aire
Dado que se requiere un exceso de 40% de aire, la cantidad de aire por hora será:
595 kmol + (595 × 40 / 100 ) kmol = 833 kmol
La velocidad de alimentación de aire necesaria será de 833 kmol/ h
c) 50 kg de amoniaco + 100 kg de oxigeno
De la ecuación quimica, tenemos:
4(17) g NH₃ / 5(32) g O₂ = 0,425
Con las cantidades disponibles: 50 kg NH₃ / 100 kg O₂ = 0,500
El reactivo limitante es el oxigeno.
De la ecuación química:
4 moles NH₃ reaccionan con 5 moles O₂
4 (17 ) g NH₃ ---------------------- 5 (32) g O₂
X ---------------------- 100000 g O₂
X = ( 4 (17 ) g NH₃ × 100000 g O₂ ) / 5 (32) g O₂
X = 42500 g NH₃ = 42,5 kg NH₃
Reactivo en exceso (NH₃) = 50 kg - 42,5 kg = 7,5 kg
% NH₃ en exceso = (7,5 kg / 50 kg ) × 100 = 15%
Calculemos los kg de NO producidos:
De la ecuación quimica:
4 (17 ) g NH₃ ---------------------- 4 (30) g NO
42500 g NH₃ -------------------- X
X = ( 42500 g NH₃ × 4 (30) g NO ) / 4 (17 ) g NH₃
X = 75000 g NO
Se producen 75 kg de NO.