Enunciado

Gás benzeno ( C 6 H 6 ) a 1 atm e 77 °F é queimado durante um processo de combustão em regime permanente com 90% de ar teórico que entra na câmara de combustão a 77 °F e 1 atm. Todo o hidrogênio no combustível é queimado em H 2 O , mas parte do carbono queima em CO. Calor é perdido para a vizinhança a 77 °F, e os produtos saem da câmara de combustão a 1 atm e 1.900 R. Determine:

  1. a transferência de calor da câmara de combustão
  2. destruição da exergia.

Passo 1

Existem condições operacionais estáveis.

O ar e os gases de combustão são gases ideais.

Mudanças nas energias cinética e potencial são insignificantes.

O combustível é queimado com quantidade insuficiente de ar e, portanto, os produtos conterão um pouco de CO, além de C O 2 , H 2 O e N 2 . A equação de combustão teórica de C 6 H 6 é:

C 6 H 6 ^ + a t h ( O 2 + 3.76 N 2 ) → 6 C O 2 + 3 H 2 O + 3.76 a t h N 2

onde a t h é o coeficiente estequiométrico e é determinado a partir do balanço de O 2 ,

a t h = 6 + 1.5 = 7.5

Então a equação de combustão real pode ser escrita como

C 6 H 6 + 0.90 × 7.5 × ( O 2 + 3.76 N 2 ) → x C O 2 + ( 6 - x ) C O + 3 H 2 O + 25.38 N 2

O valor de x é determinado a partir de um saldo de O 2 ,

0.9 × 7.5 = x + ( 6 - x ) 2 + 1.5 → x = 4.5

Então,

C 6 H 6 + 6.75 ( O 2 + 3.76 N 2 ) → 4.5 C O 2 + 1.5 C O + 3 H 2 O + 25.38 N 2

Sob condições de fluxo constante, o balanço energético E e n t - E s a í d a   = Δ E s i s t e m a aplicado na câmara de combustão com W = 0   se reduz a:

- Q s a í d a   = ∑ N p ( h ̄ ° f + h ̄ - h ̄ ° ) P - ∑ N R ( h ̄ ° f + h ̄ - h ̄ ° ) R = ∑ N p ( h ̄ ° f + h ̄ - h ̄ ° ) P - ∑ N R h ̄ ° f , R

uma vez que todos os reagentes estão a 77 ° F.

Passo 2

Supondo que o ar e os produtos de combustão sejam gases ideais, temos h = h ( t ) .

Das tabelas:

Então,

- Q s a í d a =   - 804,630   B t u / l b m o l   d e   C 6 H 6

Passo 3

Na letra b, a geração de entropia durante esse processo é determinada a partir de:

S g e r = S P - S R + Q s a í d a T s u r r = ∑ N P s ̄ p - ∑ N R s ̄ R + Q s a í d a T s u r r

O C 6 H 6 está a 77 ° F e 1 atm e, portanto, sua entropia absoluta é S ̄ C 6 H 6 = 64.34   B t u / l b m o l . R .

Os valores de entropia listados nas tabelas de identificação de gás são de 1 atm. Ambos o produto dos gases e o ar estão a uma pressão total de 1 atm, mas as entropias são calculadas à pressão parcial dos componentes que é P i = y i P t o t a l onde y i é a fração molar do componente i. Além disso,

S i = N i s ̄ i ( T , P i ) = N i ( s ̄ ° i ( T , P 0 ) - R u l n ( y i P m ) )

Os cálculos de entropia podem ser apresentados em forma de tabela como:

Então,

S g e r = S P - S R + Q s a í d a T s u r r = 1904.9   B t u / R

Então a exergia destruída é determinada a partir de:

X d e s t r u í d o = T 0 S g e r =   - 1,022,950   B t u / R (por lbmol de C 6 H 6 )

Resposta

  1. Q s a í d a = 804,630   B t u / l b m o l   d e   C 6 H 6
  2. X d e s t r u í d o =   - 1,022,950   B t u / R (por lbmol de C 6 H 6 )
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