Propano (C3H8) queima completamente com a quantidade de ar teórico a 60ºF (15,6ºC), 1 atm e 90% de umidade relativa. Determine

(a) a equação de reação balanceada.

(b) a temperatura de ponto de orvalho dos produtos de combustão a 1 atm.

(c) a quantidade de água condensada, em Ibmol por Ibmol de combustível, se os produtos de combustão forem resfriados a 75°F (23,9°C) e a 1 atm.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

a) assumindo 100   k g de combustível líquido

Colocamos em uma tabela a massa, o peso molecular e o número de mols para octano e decano

Calculando os mols de carbono e hidrogênio na composição

  • Carbono C :
  • 0,3509   k m o l C 8 H 18 8 k m o l C k m o l C 8 H 18 + 0,4225   k m o l C 10 H 22 10 k m o l C k m o l C 10 H 22

    = 1,0322   k m o l

  • Hidrogênio H :
  • 0,3509 18 + 0,4225 22 = 15,61   k m o l

    Escrevendo a composição equivalente de hidrocarbonetos

    C 7,0322 H 15,61

    Passo 3

    b) Escrevendo a reação para a combustão completa da mistura de combustível com a quantidade de ar úmido teórico

    0,3509 C 8 H 18 + 0,4225 C 10 H 22 + α O 2 + 3,76 N 2 → β C O 2 + γ H 2 O + ω N 2

    Para 3,76   m o l s de N 2 acompanha cada mols de O 2 no ar

    Aplicando o princípio de conservação de massa ao carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, respectivamente

  • Carbono C : β = 8 0,3509 + 10 0,4225 = 7,0322
  • Hidrogênio H : 18 0,3509 + 22 0,4225 = 2 γ → γ = 7,805
  • Oxigênio O : 2 α = 2 β + γ → α = 10,935
  • Nitrogênio N 2 : ω = α 3,76 = 41,1156

Escrevendo a equação química balanceada

0,3509 C 8 H 18 + 0,4225 C 10 H 22 + 10,935 O 2 + 3,76 N 2

→ 7,0322 C O 2 + 7,805 H 2 O + 41,1156 N 2

Passo 3

Escrevendo a reação química para uma combustão completa de combustível com 10 % de excesso de ar

0,3509 C 8 H 18 + 0,4225 C 10 H 22 + 1,1 ⋅ 10,935 O 2 + 3,76 N 2

→ 7,0322 C O 2 + 7,805 H 2 O + 41,1156 N 2 + Δ O 2 + λ N 2

Aplicando o princípio de conservação de massa do oxigênio e nitrogênio, respectivamente

  • Oxigênio O : 2 1,1 10,935 = 2 7,0322 + 7,805 + 2 Δ → Δ = 1,0935
  • Nitrogênio N 2 : 1,1 1 , , 935 3,76 = 41,1156 + λ → λ = 4,11156

Escrevendo a equação química balanceada

0,3509 C 8 H 18 + 0,4225 C 10 H 22 + 1,1 ⋅ 10,935 O 2 + 3,76 N 2

→ 7,0322 C O 2 + 7,805 H 2 O + 1,0935 O 2 + 45,227 N 2

Passo 4

Para uma mistura de ar úmido a 25 ° C , 1   a t m e ϕ = 80 % em que

Achando os mols de ar úmido do ar presente

n a = 12,0285 4,76 = 57,256   k m o l

Achando a pressão de vapor a 25 ° C

p v = ϕ p g 25 ° C = 0,8 0,03169 = 0,02535   b a r

Achando a pressão parcial do vapor de água

p v = n v n a + n v p = n v 57,256 + n v 1,01325   b a r

→ n v = 1,4693   k m o l

Passo 5

Escrevendo a equação química balanceada quando o vapor de água está no ar de combustão

0,3509 C 8 H 18 + 0,4225 C 10 H 22 + 12,0285 O 2 + 3,76 N 2 + 1,4693 H 2 O

→ 7,0322 C O 2 + 9,2743 H 2 O + 1,0935 O 2 + 45,227 N 2

Calculando a pressão de vapor de água

p v = p g 25 ° C = 0,03169   b a r

Achando o número de mols do ar úmido

n ú m i d o = 7,0322 + 1,0935 + 45,227 = 53,353

Escrevendo a expressão para a pressão parcial

p v = n v ' n ú m i d o + n v ' p → 0,03169 = n v ' 53,353 + n v ' 1,01325

→ n v ' = 1,7225   k m o l

Passo 6

Já que 9,2743   k m o l de H 2 O por 100   k g de combustível nos produtos

Achando a quantidade de água nos condensadores

m c o n d = 9,2743 - 1,7225 = 7,5518   k m o l H 2 O   p o r   100   k g   d e   c o m b u s t í v e l

= 7,5518 k m o l H 2 O 100   k g c o m b u s t í v e l 18,02   k g H 2 O 1   k m o l H 2 O = 1,361 k g H 2 O k g c o m b u s t í v e l

Resposta

a) C 7,0322 H 15,61

b) 1,361 k g H 2 O k g c o m b u s t í v e l

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