Etano é inicialmente misturado com oxigênio na proporção
e
. Esta mistura é queimada com
de excesso de ar.
do etano são transformados em
em CO e 10% não são queimados.
Calcule a composição em base úmida do gás resultante da combustão;
Calcule a composição em base úmida do gás resultante da combustão;
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício sobre combustão de etano (
) misturado com oxigênio (
). A mistura inicial é 80% de etano e 20% de oxigênio. Essa mistura é queimada com 200% de excesso de ar. Na combustão, 80% do etano vira dióxido de carbono (
), 10% vira monóxido de carbono (
) e 10% não queima. Nosso objetivo aqui é calcular a composição dos gases resultantes dessa combustão, considerando a umidade (base úmida).
Vamos precisar usar conceitos de estequiometria da combustão, entender o que significa excesso de ar e como calcular as quantidades de produtos formados.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa que temos 200% de excesso de ar. O excesso de ar é a quantidade de ar que é fornecida além do necessário para queimar completamente o combustível. Se temos 100% de excesso de ar, significa que dobramos a quantidade de ar em relação ao necessário. Então, 200% de excesso de ar significa que temos três vezes a quantidade de ar necessária para a combustão completa.
Passo 3
Agora, vamos considerar a composição da mistura inicial. Temos 80% de etano e 20% de oxigênio. Vamos supor que temos 100 mols dessa mistura para facilitar os cálculos:
-
: 80 mols -
: 20 mols
Passo 4
Vamos ver como o etano se comporta na combustão:
- 80% do etano vira
- 10% vira
- 10% não queima
Então, de 80 mols de
:
-
: mols -
: mols -
não queimado: mols
Passo 5
Vamos balancear a combustão para determinar o consumo de oxigênio. A reação geral com combustão incompleta fica assim:
Já sabemos que:
-
mols de -
mols de -
mols de não queimado
Agora, precisamos calcular a quantidade de
formada.
Cada mol de
produz 3 mols de
(pois há 6 hidrogênios que formam 3 moléculas de água). Então:
Passo 6
Agora, vamos calcular a quantidade de oxigênio consumido. A equação balanceada para a combustão completa de etano seria:
Mas como a combustão está incompleta, ajustamos para os produtos que temos:
Para
:
Para
:
Portanto, o total de
consumido é
mols.
Agora, vamos ver o oxigênio necessário para cada produto:
- Para
: mols de - Para
: mols de
Total de
consumido:
mols
Passo 7
Agora, vamos considerar o excesso de ar. Sabemos que temos 200% de excesso de ar, ou seja, três vezes o necessário para a combustão completa.
Primeiro, determinamos a quantidade de ar necessário:
Sabemos que o ar é composto por aproximadamente 21% de
e 79% de
.
Quantidade de
fornecida:
mols de
Mas esperamos que seja 200% de excesso, então precisamos ajustar isso. O consumo total de
é de 68 mols, então:
Além disso, o nitrogênio trazido pelo ar é:
Passo 8
Agora, vamos calcular o oxigênio que sobra:
Oxigênio fornecido: 204 mols
Oxigênio consumido: 68 mols
Oxigênio em excesso:
mols
Passo 9
Agora, vamos listar todos os componentes dos gases resultantes:
-
: 64 mols -
: 8 mols -
não queimado: 8 mols -
: 192 mols -
em excesso: 136 mols -
: 770 mols
Passo 10
Agora, vamos somar todas as mols para encontrar o total:
Passo 11
Finalmente, vamos calcular a composição em porcentagem de cada componente na base úmida:
Resposta
A composição em base úmida do gás resultante da combustão é aproximadamente:
-
: 5,44% -
: 0,68% -
: 0,68% -
: 16,32% -
: 11,56% -
: 65,37%