Enunciado

Uma unidade de aquecimento de ambientes localizada no Alasca utiliza propano como combustível. As temperaturas do propano e do ar nas seções de alimentação da câmara de combustão da unidade são iguais a - 44 ° C . O sistema de combustão da unidade está com defeito e o processo de combustão ocorre com 10 % de falta de ar. A temperatura na seção de descarga da câmara é igual a 1000 K e os produtos de combustão apresentam os seguintes componentes: C O 2 , C O , H 2 O , H 2   e   N 2 . Determine a composição dos produtos de combustão na seção de descarga da câmara. Utilize a reação de gás d’água descrita no exemplo 15.4.

Passo 1

E aí bonit@s, como vocês estão?

Se liguem só nesse problema que não é tão complicado, mas exige atenção. Para o propano temos o seguinte

T 1 = - 44 ° C = 229,2   K

Para o ar

T 2 = - 44 ° C = 229,2   K 90 %   d e   a r   e m   t e o r i a  

A equação química da qual estamos trabalhando é

C 3 H 8 + 5 O 2 + 16,92 N 2 → a C O 2 + b C O + c H 2 O + d H 2 + 16,92 N 2

Para tentar balancear e encontrar os coeficientes vamos tentar observando os elementos

C a r b o n o : a + b = 3 O x i g ê n i o : 2 a + b + c = 9   o n d e   2 ≤ a ≤ 3 H i d r o g ê n i o : c + d = 4

Precisamos, agora, montar a reação para poder fazer a nossa famosa tabela de equilíbrio dada por

C 0 + H 2 O ⇔ C O 2 + H 2

Assim, nossa tabela será formada por

Escolheremos uma estimativa inicial, como: a   =   2 ,   b   =   1 ,   c   =   4 ,   d   =   0 . Nota: Uma escolha inicial diferente de constantes produzirá um valor diferente para x , mas resultará no mesmo número de moles para cada produto. Para nossa reação temos

n C O 2 = 2 + x ,     n C O = 1 - x ,     n H 2 O = 4 - x ,     n H 2 = x ,     n N 2 = 16,92

A reação pode ser quebrada em duas reações para se encontrar o valor de K para 1000 K , então temos

1   2 C O 2 ⇔ 2 C O + O 2 ⇔ ln ⁡ k 1 = - 47,052  

2   2 H 2 O ⇔ 2 H 2 + O 2 → ln ⁡ k 2 = - 46,321  

Para a equação geral temos

ln ⁡ k = ln ⁡ k 2 - ln ⁡ k 1 2 = 0,3655  

→ k = 1,4412

Passo 2

Tomando a equação da constante de equilíbrio teremos

k = y C O 2 ⋅ y H 2 y C O ⋅ y H 2 O ⋅ p p 0 0 → 1,4412 = x ⋅ 2 + x 1 - 4 ⋅ 4 - x → x = 0,6462

Assim, a composição dos produtos de combustão vai ser

n C O 2 = 2,6462 ,   n C O = 0,3538 , n N 2 = 16,92 , n H 2 O = 3,3538 , n H 2 = 0,6462

Pronto, tá resolvido o nosso problema.

Resposta

n C O 2 = 2,6462 ,   n C O = 0,3538 , n N 2 = 16,92 , n H 2 O = 3,3538 , n H 2 = 0,6462

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