Enunciado

Uma mistura gasosa de combustível de 60% de propano ( C 3 H 8 ) e 40% de butano ( C 4 H 10 ), em volume, é queimada no ar a uma razão ar/combustível de 25 kg de ar/kg de combustível (considerando um processo de combustão completa). Determine (a) o número de mols de nitrogênio no ar fornecido para o processo de combustão, em kmol/kmol de combustível; (b) o número de mols de água formada no processo de combustão, em kmol/kmol de combustível; e (c) os mols de oxigênio nos gases de produto em kmol/kmol de combustível.

Passo 1

Entendendo o problema:

O processo consiste na combustão de uma mistura gasosa de propano e butano, com proporções conhecidas. A razão de queima ar/combustível é de 25 Kg de ar / Kg de combustível. A questão pede o número de mols de nitrogênio por mol de combustível fornecido ao processo de queima, o número de mols de água formada na combustão e a quantidade de oxigênio nos gases de produto.

As condições do processo são as seguintes:

  • A combustão é completa
  • Os produtos da combustão são H 2 O ,   C O 2   e   N 2
  • As massas molares dos gases são obtidas da tabela A-1 do livro.

O problema informa a razão ar-combustível do processo. Calculemos então a razão ar-combustível teórica, de modo a obter a porcentagem teórica. A equação de combustão é dada como:

0,6   C 3 H 8 + 0,4 C 4 H 10 + a O 2 + 3,76 N 2   → b C O 2 + d H 2 O + f N 2

Os coeficientes são obtidos pelos balanços de massa:

  • Carbono: b   =   3   .   0,6   +   4   .   0,4   =   3,4
  • Hidrogênio : 8   .   0,6 + 10   .   0,4 = 2 d   →   d = 4,4
  • Oxigênio: 2 a = 2 b + d   →     2 a = 2   .   3,4 + 4,4   → a = 5,6
  • Nitrogênio : 3,76   a = f   →     3,76   .   5,6 = f   → f = 21,06

Assim, a equação balanceada torna-se :

0,6   C 3 H 8 + 0,4   C 4 H 10 + 5,6 0,2 + 3,76   N 2   → 3,4 C O 2 + 4,4 H 2 O + 21,06   N 2

Passo 2

Item a :

Determine o nitrogênio fornecido de posse da equação balanceada, calculamos a porcentagem teórica de ar do problema. Primeiro, a razão de ar/combustível teórica é calculada:

A C t e ó r i c o =   m a r m c o m b u s t í v e l =   ( 5,6   .     4,76 ) ( 29 ) 0,6   .     4,4 + 0,4   .   58     = 15,59   K g   d e   a r / K g   d e   c o m b u s t í v e l

E assim:

% = A C r e a l A C t e ó r i c o = 25 15,59   .   100 = 160,4 %

A quantidade de nitrogênio fornecida é portanto:

N N 2 =   % 100   .   a   .   3,76 =   160,4 100   .   5,6   .   3,76 = 33,8   k m o l /   k m o l   d e   c o m b u s t í v e l

Passo 3

Calculando a quantidade de água e oxigênio nos produtos ao processo:

  • (item B): O número de mols de água formado na combustão, é o próprio coeficiente d calculado no passo 1. Então N H 2 O = d = 4,4   k m o l / k m o l   d e   c o m b u s t í v e l
  • (item C):O número de mols de oxigênio nos produtos é dado por:

N O 2 = % 100 - 1 a = 160,4 100 - 1 5,6 = 3,38   k m o l /   k m o l   d e   c o m b u s t í v e l

Resposta

Respostas : (a) 33,8; (b) 4,4; (c) 3,38

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