03 - Num forno para produção de Fe-Si(25 % Fe, 75 % Si) são carregados Fe2 O3 e SiO2 à 27^circ C, mais carbono (também a 27^circ C ) em quantidade tal que os gases contenham 90 % de CO e 10 % de CO2. Se a liga Fe-Si sai do forno a 1527^circ C, os gases a 727^circ C e as perdas térmicas são de 400.000 kcal / hora, qual será a produção diária de um forno com potência útil de 18.000 kW ?

Passo 1

O forno produz liga Fe–Si ( 25 % Fe, 75 % Si) usando como insumos F e2 O3(s), Si O2(s) e carbono(s), gerando gases de redução com 90 % CO e 10 % C O2 em mol. A liga sai a 1527circC, os gases a 727circC e o forno tem perdas térmicas de 400000 kcal/h. A potência útil do forno é 18000 kW.
Conteúdo: balanço de energia (entalpia de reação + aquecimento dos sólidos e dos produtos) e conversão de potência.

Passo 2

Estabelecemos a estequiometria por tonelada de liga:
– Massa molar da liga ( 1 kmol de liga):
Fe: 0,25 kmol cdot 55,85 kg/kmol =13,96 kg
Si: 0,75 kmol cdot 28,09 kg/kmol =21,07 kg
to 1 kmol de liga pesa 35,03 kg.
Para produzir 1000 kg de liga precisamos de
100035,03approx28,55 kmol de liga
Então:
nrm Fe=0,25times28,55=7,14 rm kmol, nrm Si=0,75times28,55=21,41 rm kmol
As mols de óxido consumidos são
Fe2O3:;7,142=3,57 rm kmol, SiO2:;21,41 rm kmol

Passo 3

Calculamos a entalpia total por tonelada de liga como soma de:
) Aquecimento dos sólidos (F e Si ) de C a C;
) Entalpia de redução ( H de reação);
) Aquecimento da liga de C a C.
(i) Cp médios aproximados:
Cp(F ) ca o, T C
,F cal kcal
Cp(Si ) ca o, T C
,Si cal kcal
(ii) Entalpia de redução (a C):
F CO Fe C H kJ/mol kcal/mol para kmol: – kcal (ligeiramente exotérmica, desprezível)
Si CO Si C H kJ/mol kcal/mol para kmol: kcal
kcal (líquido endotérmico)
(iii) Aquecimento da liga (massa kg) de C a C. Cp médio da liga cal ca ca kg C kcal
Somando

Passo 4

Potência útil em kcal/h:
18,000 rm kWtimes860;rm kcalrm kWcdot h =15,480,000;rm kcal/h
Disponível para aquecimento/reação (já descontando perdas):
15,480,000 - 400,000 = 15,080,000 rm kcal/h
Produção por hora = energia disponível / energia por tonelada:
15,080,000269,672approx55,9 rm t/h
Em 24 h, a produção diária é
55,9 rm t/htimes24 happrox1,342 rm t/dia

Resposta

Produz-se aproximadamente 1340 toneladas de liga Fe–Si por dia.

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