Butano é queimado com ar. Não há formação de CO nos produtos de combustão. Calcule a composição molar do produto gasoso para cada um dos três casos seguintes:
20% de ar em excesso e 90% de conversão de butano

Passo 1

Beleza, o exercício fala de queimar butano (C₄H₁₀) com ar, sem formar CO, e quer a composição molar dos gases de saída quando há 20 % de excesso de ar e só 90 % do butano reage. Isso é estequiometria de combustão + conceito de conversão + ar em excesso + inertes (N₂). Vamos precisar:
  • Equação estequiométrica da combustão completa;
  • Definição de “excesso de ar” e “conversão”;
  • Contar moles de cada espécie e daí achar fração molar.

Passo 2

Escrevendo a reação completa (base 1 kmol de butano) com ar idealizado (O₂ + 3,76 N₂):
C4H10 + 6,5,O2 longrightarrow 4,CO2 + 5,H2O
Com ar: cada mol de O₂ vem com 3,76 mol de N₂, então ar estequiométrico = 6,5 O₂ + 6,5·3,76 N₂.

Passo 3

Agora, 20 % de excesso de ar significa que eu mando 1,2× o O₂ estequiométrico:
– O₂ fornecido = 6,5·1,2 = 7,8 kmol
– N₂ associado = 7,8·3,76 = 29,328 kmol
E só 90 % do butano reage, ou seja:
– Butano reagido = 0,9 kmol (restam 0,1 não convertido)

Passo 4

Calcular produtos e sobrantes:
  1. CO₂ formado = 4×(butano reagido) = 4·0,9 = 3,6 kmol
  2. H₂O formado = 5×0,9 = 4,5 kmol
  3. O₂ consumido estequiométrico = 6,5·0,9 = 5,85 kmol
    – sobra O₂ = fornecido – consumido = 7,8 – 5,85 = 1,95 kmol
  4. N₂ é inerte, toda a entrada sai = 29,328 kmol
  5. Butano não reagido = 0,1 kmol

Passo 5

Total de mols nos produtos =
3,6rm CO2 + 4,5rm H2O + 1,95rm O2 + 29,328rm N2 + 0,1rm C4H10 = 39,478 kmol
Frações molares yrm CO2&=3,639,478approx0,0912, yrm H2O&=4,539,478approx0,1140, yrm O2&=1,9539,478approx0,0494, yrm N2&=29,32839,478approx0,7433, yrm C4H10&=0,139,478approx0,0025 :

Resposta

A composição molar dos gases de exaustão é, aproximadamente:
yrm CO2&=0,0912, yrm H2O&=0,1140, yrm O2&=0,0494, yrm N2&=0,7433, yrm C4H10&=0,0025

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