Propane \left(\mathrm{C}_{3} \mathrm{H}_{8}\right) enters a combustion chamber at 200^{\circ} \mathrm{C} at a rate of 100 \mathrm{~mol} / \mathrm{h}. The gas is mixed and burned with 50 \% excess air that enters the combustion chamber at 200^{\circ} \mathrm{C}. An analysis of the combustion gases reveals that 90 \% of the propane carbon burns to \mathrm{CO}_{2}, with the remaining 10 \% forming CO , if the exit temperature of the combustion gases is 200^{\circ} \mathrm{C}. The average specific heats of propane, oxygen, carbon dioxide, carbon monoxide, and water vapor are 73.5, 29.4, 37.4, 28.6 , and 34.7 \mathrm{~J} / \mathrm{mol} \mathrm{K}, respectively. The standard heats of formation of propane, carbon dioxide, carbon monoxide, and water vapor are -103.85,-393.51,-110.52, and -241.86 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}, respectively. Determine the rate of heat transfer from the combustion chamber.
Passo 1
O enunciado descreve a combustão de \mathrm{C}_3\mathrm{H}_8 com excesso de ar. Temos:
– Taxa de alimentação de \mathrm{C}_3\mathrm{H}_8: 100;mol/h a 200^\circ\mathrm{C}.
– Ar (presumido puro \mathrm{O}_2) em 50\% de excesso, também a 200^\circ\mathrm{C}.
– Produtos de combustão saem a 200^\circ\mathrm{C}, com 90\% do carbono em \mathrm{CO}_2 e 10\% em CO.
Queremos a taxa de calor transferido do reator, aplicando balanço de energia em regime permanente e usando entalpias de formação e calores específicos médios constantes.
Passo 2
Determinar os fluxos molares de oxigênio e de produtos por mol de \mathrm{C}_3\mathrm{H}_8.
A reação estequiométrica completa seria
Converter para taxa de calor e sinalizar como remoção (do reator): -1953{,}578;kJ por mol de \mathrm{C}_3\mathrm{H}_8 \times100;mol/h \;=\;-195357{,}8;kJ/h \;=\;-54{,}27;kW.
O sinal negativo indica que esse calor sai do reator.
Resposta
A taxa de calor transferido do reator é de 54{,}3;kW (removidos).