Um óleo combustível obtido a partir de um petróleo contendo elevado teor de enxofre é queimado em um forno industrial usando 30% de ar em excesso. A análise elementar do óleo indicou
. Calcule a composição do gás de chaminé (GC) e do gás seco (G) considerando a combustão completa do óleo.
Passo 1
Enunciado e dados importantes (o que foi dado e o que pedem).\n
O enunciado informa que um óleo combustível tem análise elementar: ,
e
. O óleo é queimado com
de ar em excesso e a combustão é completa. O que se pede é calcular a composição do gás de chaminé (GC) e do gás seco (G).\n
Dados e hipóteses que vamos usar (explicitando tudo):\n
O enunciado informa que um óleo combustível tem análise elementar:
Dados e hipóteses que vamos usar (explicitando tudo):\n
- Base de cálculo:
de óleo (escolha conveniente para porcentagens).\n - Massa atômica:
, , .\n - Reações de combustão completas (por átomo): carbono forma
, hidrogênio forma , enxofre forma .\n - Ar atmosférico considerado como
(ou seja, para cada mol de há mol de ).\n - Interpretação das solicitações: \n
-
= gás de chaminé “úmido” (contém vapor d’água). Vamos dar composição em porcentagem molar (que equivale a porcentagem volumétrica para gases ideais).\n -
= gás seco (mesma composição, mas removendo o ).\n
-
Passo 2
Escolhemos a base e calculamos o número de mols de cada elemento presente na base de
de óleo.\n
Moles de carbono:\n
Moles de carbono:\n
Moles de hidrogênio:\n
Moles de enxofre:\n
(Explicação didática rápida: dividir a massa de cada elemento pela sua massa atômica dá o número de mols; isso é útil porque as equações de combustão são escritas em mols.)
Passo 3
Escrevemos as relações estequiométricas para os produtos da combustão e calculamos quantos mols de produto aparecem para a base escolhida.\n
- Cada mol de
gera 1 mol de . Logo:\n
- O hidrogênio forma
. Cada 2 átomos H formam 1 mol de . Logo:\n
- Cada mol de
gera 1 mol de . Logo:\n
(Essa parte é direta: usar a estequiometria das reações de combustão.)
Passo 4
Calculamos o oxigênio estequiométrico necessário para a combustão completa (isto é, o consumo de
requerido).\n
- Para
: 1 mol por mol de :\n
- Para
: cada mol de consome mol :\n
- Para
: 1 mol por mol de :\n
Total de
estequiométrico:\n
(Observação didática: somamos as necessidades parciais de
porque cada espécie consumirá
conforme sua estequiometria.)
Passo 5
Determinamos o ar estequiométrico e o ar fornecido com o excesso de
.\n
- Usando a razão
(mol/mol) do ar, o nitrogênio que acompanha o estequiométrico é:\n
- Com
de excesso de ar, o fornecido é:\n
- O
que acompanha esse ar é:\n
(Explicação: ar em excesso significa que fornecemos mais
do que o estritamente necessário; o nitrogênio do ar simplesmente passa pela combustão sem reagir, exceto por possíveis NOx mas aqui consideramos apenas N2 inerte.)
Passo 6
Calculamos o oxigênio em excesso que aparecerá no gás de chaminé (diferença entre o
fornecido e o consumido).\n
Passo 7
Listamos todos os produtos e o nitrogênio não reagido, em mols, para a base de
de óleo (gás úmido = GC):\n
Total de mols no gás úmido (GC):\n
(Nota: cada mol corresponde a um volume (em condições idênticas), então composições molares correspondem a composições volumétricas.)
Passo 8
Calculamos as frações molares e porcentagens molares (volumétricas) para o gás de chaminé úmido (GC).\n
Fração molar e porcentagem de :\n
Fração molar e porcentagem de
Fração molar e porcentagem de
:\n
Fração molar e porcentagem de
:\n
Fração molar e porcentagem de
:\n
Fração molar e porcentagem de
(excesso):\n
(Verificação rápida:
.)
Passo 9
Calculamos a composição do gás seco (G) removendo a água do balanço. Primeiro o total de mols secos:\n
Agora as frações molares (porcentagens) no gás seco:\n
(Verificação:
— pequena diferença por arredondamento.)
Resposta
GC (gás de chaminé, úmido) —
,
,
,
,
\n
G (gás seco) — ,
,
,
G (gás seco) —