Questions: En la industria química, la producción de ácido nítrico (HNO3) se realiza mediante el proceso Ostwald, que consta de tres etapas principales. Las reacciones involucradas son: 1. NH3(g) + O2(g) → NO(g) + H2O(g) 2. NO(g) + O2(g) → NO2(g) 3. NO2(g) + H2O(g) → HNO3(g) + NO(g) En una planta química, se introducen 200,0 kg de amoníaco (NH3) y 500,0 kg de oxígeno (O2) en un reactor hermético. Los pasos 1 y 2 tienen un rendimiento conjunto del 45%. Al final del proceso, se recolectan 50,0 kg de HNO3. 1. Balancear las ecuaciones químicas de cada etapa del proceso. (10 puntos) Describa el método utilizado (Tanteo). 2. Determinación del reactivo limitante y en exceso para las reacciones 1 y 2 (15 puntos). Incluya todos los cálculos estequiométricos necesarios (en moles y kg). Justifique su respuesta. Entregue el resultado con 3 cifras significativas. 3. Calcular el rendimiento teórico ajustado por el 45% de eficiencia en los pasos 1 y 2 (20 puntos). Determine la cantidad máxima de HNO3 que se podría obtener con ese rendimiento. Explique cada paso. Entregue el resultado con 3 cifras significativas. 4. Calcule el rendimiento real de la reacción en porcentaje, comparando lo obtenido con el rendimiento teórico. (10 puntos). Use la fórmula del rendimiento porcentual. 5. Análisis del reciclaje del NO producido en la etapa 3. (10 puntos). Explique cómo influye el reciclaje del NO en la eficiencia general del proceso y cómo se puede optimizar el rendimiento global. 6. Considerando que el precio de mercado del HNO3 es de 450 USD/tonelada, calcule el ingreso económico bruto generado con los 50,0 kg obtenidos. (10 puntos). Entregue el resultado con 3 cifras significativas. Exprese el resultado en USD y comente brevemente sobre la viabilidad económica del proceso si se escala industrialmente. 7. Proponga al menos dos medidas que podrían mejorar el rendimiento global del proceso. (10 puntos). Fundamente sus propuestas desde el punto de vista químico e industrial. (Dé referencias). 8. Suponga que se decide aumentar la temperatura del reactor para mejorar la conversión. ¿Qué consecuencias termodinámicas puede tener esto sobre la reacción 1? (15 puntos). Considere si la reacción es exotérmica o endotérmica, y cómo esto afecta el equilibrio.

Transcript text: En la industria química, la producción de ácido nítrico $\left(\mathrm{HNO}_{3}\right)$ se realiza mediante el proceso Ostwald, que consta de tres etapas principales. Las reacciones involucradas son: 1. $\mathrm{NH}_{3}(\mathrm{~g})+\mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g}) \rightarrow \mathrm{NO}(\mathrm{g})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g})$ 2. $\mathrm{NO}(\mathrm{g})+\mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g}) \rightarrow \mathrm{NO}_{2}(\mathrm{~g})$ 3. $\mathrm{NO}_{2}(\mathrm{~g})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}) \rightarrow \mathrm{HNO}_{3}(\mathrm{gql})+\mathrm{NO}(\mathrm{g})$ En una planta química, se introducen $200,0 \mathrm{~kg}$ de amoníaco $\left(\mathrm{NH}_{3}\right)$ y $500,0 \mathrm{~kg}$ de oxígeno $\left(\mathrm{O}_{2}\right)$ en un reactor hermético. Los pasos 1 y 2 tienen un rendimiento conjunto del $\mathbf{4 5 \%}$ Al final del proceso, se recolectan $\mathbf{5 0 , 0} \mathbf{~ k g}$ de $\mathbf{H N O}_{\mathbf{3}}$. 1. Balancear las ecuaciones quimicas de cada etapa del proceso. (10 puntos) Describa el método utilizado (Tanteo). 2 Determinación del reactivo limitante y en exceso para las reacciones 1 y 2 ( 15 puntos) Incluya todos los cálculos estequiométricos necesarios (en moles y kg ). Justifique su respuesta. Entregue el resultado con 3 cifras significativas. 3. Calcular el rendimiento teórico ajustado por el 45\% de eficiencia en los pasos 1 y 2 (20 puntos) Determine la cantidad máxima de $\mathrm{HNO}_{3}$ que se podría obtener con ese rendimiento. Explique cada paso. Entregue el resultado con 3 cifras significativas. 4. Calcule el rendimiento real de la reacción en porcentaje, comparando lo obtenido con el rendimiento teórico. (10 puntos) Use la fórmula del rendimiento porcentual. 5. Análisis del reciclaje del NO producido en la elapa 3. (10 puntos) Explique cómo influye el reciclaje del NO en la eficiencia general del proceso y cómo se puede optimizar el rendimiento global. 6. Considerando que el precio de mercado del $\mathrm{HNO}_{3}$ es de 450 usd/tonelada, calcule el ingreso económico bruto generado con los $50,0 \mathrm{~kg}$ obtenidos. (10 puntos) Entregue el resultado con 3 cifras significativas. Exprese el resultado en USD y comente brevemente sobre la viabilidad económica del proceso si se escala industrialmente. 7. Proponga al menos dos medidas que podrian mejorar el rendimiento global del processo. (10 puntos) Fundamente sus propuestas desde el punto de vista químico e industrial. (De referencias) 8. Suponga que se decide aumentar la temperatura del reactor para mejorar la conversión. ¿Qué consecuencias termodinámicas puede tener esto sobre la reacción 1? (15 puntos) Considere si la reacción es exotérmica o endotérmica, y cómo esto afecta el equilibrio.