Considerando queima total de 10 kg / s de óleo combustível (Carbono - 86%, Hidrogênio - 10%, Enxofre - 4%) e 12,8% de gás CO2 medido na base da chaminé, determine a vazão volumétrica dos gases de combustão nas CNTP ( 0^circ C, 1 atm ) e a 200^circ C e 1 atm .

Passo 1

O enunciado dá uma queima total de 10 kg/s de óleo combustível com composição mássica C=86%, H=10% e S=4%. Foi medido 12,8% de CO2 (volume) no gás seco da chaminé. Queremos a vazão volumétrica do gás de combustão (gasoso, seco + húmido) em CNTP ( 0^circC, 1 atm) e em 200^circC, 1 atm. Vamos usar balanço estequiométrico, análise do teor de CO2 seco para achar o excesso de ar, somar os produtos (incluindo vapor d’água) e aplicar a Lei dos Gases Ideais.

Passo 2

Calcular os mol/s dos elementos do combustível e o O2 estequiométrico:
– Massa total de combustível: 10 kg/s=10,000 g/s
nC=0,86cdot10,00012=716,67 mol/s
nH=0,10cdot10,0001=1000 mol/s
nS=0,04cdot10,00032=12,50 mol/s
Reações de combustão completa:
C+ O2to CO2 to 1 mol C consome 1 mol O2 H2+ tfrac12O2to H2O to 2 mol H consomem 1 mol O2 S+ O2to SO2
Logo o O2 estequiométrico:
nO2,st=nC + nH2 + nS =716,67 + 10002 +12,50 =1229,17 mol/s

Passo 3

Calcular a produção de CO2, H2O e SO2:
CO2 gerado = nC=716,67 mol/s
H2O gerado = tfracnH2=500 mol/s
SO2 gerado = nS=12,50 mol/s
No gás seco final estarão CO2, O2 em excesso, N2 do ar e SO2. Como o analisador indicou 12,8% de CO2 seco, temos
ntot, seco =nCO20,128 =716,670,128 approx5599 mol/s

Passo 4

Determinar fração molar de SO2, O2 e N2 secos e o excesso de ar:
– Fração seca de SO2:
ySO2=12,505599approx0,00223
Chamando yO2 a fração seca de O2, a fração de N2 é
yN2=1 - 0,128 - yO2 - 0,00223
Do ar, nN2=3,76,nO2,sup, em que
nO2,sup =nO2,st+nO2,excesso =1229,17 + 5599,yO2
Balançando nN2:
5599l(0,86977 - yO2r) =3,76l(1229,17 +5599,yO2r)
Resolvendo,
yO2approx0,00921, yN2approx0,86056
Logo o excesso de O2 é nO2,excesso=5599cdot0,00921approx51,6 mol/s

Passo 5

Calcular vazão molar total úmida e então volumétrica:
– Gás seco: ntot, seco=5599 mol/s
– Água: nH2O=500 mol/s
– Total úmido:
ntot, úmido =5599 + 500 =6099 mol/s ú
Em CNTP ( T=273,15 K, p=1 atm), Vm=22,414 L/mol.
dot VCNTP =6099cdot22,414 Lmol approx136,700 L/s approx136,7 m^3/s
Em 200^circC ( T=473,15 K), Vm =22,414cdot473,15273,15approx38,82 L/mol.
dot V200^circ C =6099cdot38,82 Lmol approx237,000 L/s approx237,0 m^3/s

Resposta

Vazão volumétrica do gás de combustão (úmido):
– Em CNTP: 136,7 m^3/s.
– A 200^circC, 1 atm: 237,0 m^3/s.

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