(Felder, p. 426, q. 27) Um gás combustível contendo
molar de metano e o resto de etano é queimado completamente com
de ar em excesso. O gás de chaminé sai da fornalha a
e é resfriado até
em um refervedor de calor perdido, um trocador de calor no qual o calor perdido pelo resfriamento de gases é usado para produzir vapor a partir de água líquida para aquecimento, geração de energia ou aplicações do processo.
a) Admitindo como base de cálculo
do gás combustível alimentando a fornalha, calcule a quantidade de calor (kJ) que deve ser transferido do gás no refervedor de calor perdido para atingir o resfriamento desejado. R: 21209 kJ .
b) Quanto vapor saturado a 50 bar pode ser produzido a partir de água de caldeira a
para a mesma base de cálculo? (Admita que todo o calor transferido do gás vai para a produção de vapor.) R:
.
c) Com que vazão (kmol/s) deve ser queimado o combustível para produzir 1250 kg de vapor por hora (uma quantidade necessária em outro lugar da planta) no refervedor de calor perdido? Qual é a vazão volumétrica (
) do gás que sairia do refervedor nesta nova condição? (considere que a pressão de saída é 1 atm ). R:
e
, respectivamente.
a) Admitindo como base de cálculo
b) Quanto vapor saturado a 50 bar pode ser produzido a partir de água de caldeira a
c) Com que vazão (kmol/s) deve ser queimado o combustível para produzir 1250 kg de vapor por hora (uma quantidade necessária em outro lugar da planta) no refervedor de calor perdido? Qual é a vazão volumétrica (
Passo 1
O enunciado trata da queima completa de um gás combustível (
% mol de metano e
% mol de etano) com
% de ar em excesso; o gás de chaminé sai a
C e é resfriado a
C num refervedor de calor perdido. Adotamos como base
mol/s de combustível. Vamos usar: estequiometria da combustão, composição do gás de exaustão, balanço de energia (entalpias e calor específico), tabelas de vapor e a equação dos gases ideais.
Passo 2
Determine a composição molar do gás de exaustão:
kmol/s,
kmol/s.
Reações estequiométricas:
Reações estequiométricas:
Oxigênio requerido:
Ar estequiométrico:
Ar real (
% excesso):
O
em excesso e N
do ar:
Produtos de combustão:
Total de gás de exaustão:
Passo 3
Balanço de energia para resfriar o gás de
C a
C. Adotamos cp médios (kJ/kmo
) no ponto médio (~
C):
Passo 4
Produção de vapor saturado a
bar a partir de água a
C. Entalpias (tabela):
Calor por kg de vapor:
Massa de vapor por segundo:
Passo 5
Para produzir
kg/h de vapor:
Relação base:
s de vapor por
mol/s de combustível. Assim a vazão molar do combustível necessária é
O gás de exaustão sai numa razão
, logo
Vazão volumétrica a
C (
K) e
atm (
kPa):
Resposta
(a)
kJ/s
(b) kg/s
(c) kmol/s;
/s
(b)
(c)