Questão 2) (2,0 pt) Propano
é queimado com ar
e
. Determine a composição molar do gás efluente em base úmida, se nenhum CO é formado, assumindo
de ar em excesso,
de conversão.
Passo 1
O enunciado pede: determinar a composição molar do gás efluente em base úmida (ou seja, incluindo o vapor d’água) quando propano
é queimado com ar contendo
em mol de
e
em mol de
, considerando:
de ar em excesso,
de conversão do combustível e nenhum
formado. \n\nDados relevantes extraídos do enunciado: \n\n- Composição do ar (em base molar):
e
. \n- Excesso de ar:
(ou seja,
vezes o ar estequiométrico). \n- Conversão do combustível:
(ou seja,
da alimentação de propano reage). \n- Não se forma monóxido de carbono (
). \n- Queremos a composição molar do efluente incluindo vapor de água (base úmida). \n\nObservação: vou tomar como base de cálculo uma quantidade conveniente de propano alimentada (escolhida no próximo passo) para calcular todas as quantidades molares do efluente. Não inicio a resolução ainda — apenas enumerei o que o problema exige e os dados fornecidos.
Passo 2
Escolha da base de cálculo e reação estequiométrica. \n\nÉ comum e prático tomar como base
mol de combustível alimentado. Então escolho a base:
mol de
alimentado. \n\nEscrevemos a reação estequiométrica de combustão completa (quando o combustível reage totalmente com
): \n
Aqui cada termo significa:
é 1 mol de propano, precisa de
mol de
para formar
mol de
e
mol de
. Esta equação vem do balanço dos átomos C, H e O.
Passo 3
Cálculo do ar estequiométrico necessário por mol de propano. \n\nA quantidade de
necessária para a combustão de
mol de propano é
mol (da reação). O ar tem
em mol de
, ou seja cada mol de ar contém
mol de
. Assim o número de mols de ar estequiométrico por mol de propano é: \n
(Estou deixando mais casas intermedias; depois arredondamos os resultados finais.)
Passo 4
Aplicar o excesso de ar (20%) para obter o ar real fornecido. \n\nExcesso de
significa multiplicar o ar estequiométrico por
: \n
Agora calculamos a quantidade total de
e
fornecidas por esse ar: \n
\n
(Repare que com
de excesso ficou
mol de
fornecido por
mol de propano.)
Passo 5
Interpretar o significado de “90% de conversão” e calcular quantidades reagidas e não reagidas. \n\nConversão de
significa que
do propano alimentado reage e
permanece não reagido no efluente. Com base em
mol de
alimentado: \n
\n
Quando
mol de propano reage, ela consome
proporcionalmente à estequiometria:
mol de
por
mol de propano. Então o
consumido é: \n
Logo sobra de
no efluente: \n
Passo 6
Calcular os produtos formados pela fração reagida do combustível. \n\nPela reação estequiométrica, cada 1 mol de
que reage gera
mol de
e
mol de
. Para
mol reagido: \n
\n
Lembrete didático: aqui consideramos que toda a água formada permanece no gás (base úmida), e não houve menção a condensação — portanto incluímos a água como vapor no efluente.
Passo 7
Listar todas as espécies presentes no efluente e seus mols (na nossa base de
mol de propano alimentado). \n\n-
não reagido:
mol (coisa boa anotar). \n-
:
mol. \n-
(vapor):
mol. \n-
sobrando:
mol. \n-
inerte do ar:
mol (este valor veio do cálculo do ar fornecido). \n\nVerificamos que não há
por hipótese do enunciado. Agora somamos para obter o total de mols no efluente: \n
Passo 8
Calcular frações molares (composição molar) de cada espécie em base úmida. \n\nA fração molar de cada espécie
é dada por \n
Aplicando isso a cada espécie: \n
\n
\n
\n
\n
(Arredondei para quatro casas decimais na apresentação final — os valores intermediários foram exibidos com mais dígitos.)