Metanol líquido é fornecido a um aquecedor com uma vazão de
e queimado com ar em excesso. O produto gasoso é analisado e são determinadas as seguintes
molares em base seca:
,
,
.
Calcule a conversão fracional de metanol, a
de ar em excesso fornecida e a fração molar de água no produto gasoso.
Calcule a conversão fracional de metanol, a
Passo 1
Beleza, vamos lá: temos metanol líquido chegando a 12,0 L/h, que a gente queima com ar em excesso. Na saída, em base seca, a mistura gasosa tem 0,45 % mol de CH₃OH, 9,03 % de CO₂ e 1,81 % de CO.
Conteúdo: balanços de massa em reação química, estequiometria de combustão e cálculo de excesso de ar.
O que a gente vai precisar:
Conteúdo: balanços de massa em reação química, estequiometria de combustão e cálculo de excesso de ar.
O que a gente vai precisar:
- Densidade e massa molar do metanol para passar de L/h a mol/h.
- Reação de combustão completa e parcial do CH₃OH:
CH₃OH + 1,5 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
CH₃OH + 1 O₂ → CO + 2 H₂O - Balanços de C, O₂ e N₂.
- Definição de excesso de ar e fração molar de H₂O no gás úmido.
Passo 2
Primeiro, converto 12,0 L/h de metanol em mol/h. A densidade aproximada é 0,792 g/mL e MM(CH₃OH)=32 g/mol:
Passo 3
Agora a corrente seca de saída tem frações molares (somando 100 %):
CH₃OH: 0,45 % , CO₂: 9,03 % , CO: 1,81 % , sobra O₂+N₂: 88,71 %.
Chamo de o total (mol/h) dessa parte seca. Então:
CH₃OH: 0,45 % , CO₂: 9,03 % , CO: 1,81 % , sobra O₂+N₂: 88,71 %.
Chamo de
e
Passo 4
Balanço de O₂ e N₂ (ar = 21 % O₂ + 79 % N₂).
- N₂ não reage, então
. - O₂ que entra é 0,21
, sai parte não consumida mais a consumida pelas reações:
Logo
E também
Dividindo as duas equações para eliminar
, achamos
Passo 5
Balanço de carbono: todo C sai em CH₃OH, CO₂ ou CO.
Aí o ar que entrou é
Passo 6
Conversão fracional de CH₃OH:
Passo 7
Excesso de ar: comparo O₂ fornecido com O₂ consumida.
Passo 8
Fração molar de H₂O no gás úmido. Água formada:
Total úmido
.
Resposta
Conversão de metanol = 95,9 %
Excesso de ar = 42,3 %
Fração molar de H₂O no gás = 0,178 (17,8 %)
Excesso de ar = 42,3 %
Fração molar de H₂O no gás = 0,178 (17,8 %)