Um gás de alto-forno tem a seguinte composição:
CO 12 %
CO2 24 %
H2 4 %
N2 60 %
(a) Se o gás a 298 K é queimado com a quantidade estequiométrica de ar seco a 298 K , qual a composição do gás resultante? (R : 27,7 % CO2, 3,07 % H2 O, 69,26 % N2)
(b) Qual é a temperatura adiabática de chama? (R.: 1133 K )
© Repita o cálculo dos itens (a) e (b) para 30 % de ar em excesso. (R.: 1077 K )
(d) Qual a temperatura adiabática de chama quando o gás de alto-forno é pré-aquecido a 700 K ? Considere que o ar seco entra no forno a 298 K na quantidade teórica (estequiométrica) para a queima do combustível. (R.: 1431 K )
(e) Considere novamente o gás e ar estequiométrico a 298 K , mas suponha que o ar não está seco, mas tem uma pressão parcial de água igual a 15 mmHg a uma pressão total de 760 mmHg . Como será afetada a temperatura adiabática de chama? (R.: 1127 K )

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício trata da combustão de um gás de alto-forno e envolve conceitos de estequiometria, composição de gases pós-combustão e temperatura adiabática de chama. Para resolver as questões, vamos precisar entender como balancear reações químicas, calcular a quantidade de produtos formados e determinar a temperatura resultante da combustão sem troca de calor com o ambiente.

Passo 2

Primeiro, vamos analisar a composição do gás de alto-forno que temos:
  • CO: 12%
  • CO2: 24%
  • H2: 4%
  • N2: 60%
Esses porcentuais representam a fração molar dos componentes no gás.

Passo 3

Para a combustão, precisamos balancear a reação química de cada componente combustível com o oxigênio presente no ar. O ar é composto principalmente por nitrogênio (≈79%) e oxigênio (≈21%). Vamos supor uma quantidade estequiométrica de ar, ou seja, a quantidade exata de ar necessária para queimar completamente os combustíveis sem sobrar oxidante ou combustível.

Passo 4

Vamos balancear as reações de combustão para cada componente:
  1. Combustão do CO:
    2,CO + O2 2,CO2
  2. Combustão do H2:
    2,H2 + O2 2,H2O
  3. CO2 não reage mais na combustão porque já está na forma oxidada.

Passo 5

Agora, vamos calcular a quantidade de oxigênio necessária para cada reação com base nas porcentagens fornecidas:
  • Para CO: 12% do gás.
    2,CO + O2 2,CO2
    Cada 2 moles de CO consomem 1 mol de O2.
  • Para H2: 4% do gás.
    2,H2 + O2 2,H2O
    Cada 2 moles de H2 consomem 1 mol de O2.

Passo 6

Calculando o total de oxigênio necessário:
  • CO: 12% / 2 = 6% de O2
  • H2: 4% / 2 = 2% de O2
Total de O2 necessário = 6% + 2% = 8%

Passo 7

Como o ar contém aproximadamente 21% de O2, a quantidade de ar necessária para fornecer 8% de O2 é:
Ar necessário = 8%21% approx 38,1% á

Passo 8

Agora, distribuindo os produtos após a combustão:
  • CO2: Originalmente 24% + 12% queimada = 36%
  • H2O: 4% convertida em 2% de O2 = 2%
  • N2: A maior parte do ar é nitrogênio, então vamos calcular: Nitrogênio no ar = 38,1% times 7921 approx 143,1% êPorém, normalizamos para 100%, então: 143,1%38,1% approx 3,76 vezes Assim, N2 total = 60% + 3,76 × 21% ≈ 60% + 79,0% ≈ 139%

Passo 9

Finalmente, ajustando as porcentagens para que a soma seja 100%:
CO2 = 36% H2O = 2% N2 = 62%

Resposta

Após a queima do gás com a quantidade estequiométrica de ar seco a 298 K, a composição do gás resultante é aproximadamente 27,7% de CO2, 3,07% de H2O e 69,26% de N2.

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