Em um forno são introduzidos
de ar seco e
de um combustível gasoso com a seguinte composição volumétrica:
de C2H6,
de N2 e 3,5% de O2. Calcule o oxigênio teórico e em excesso caso a queima seja completa, produzindo apenas H 2 O e CO 2 .
Passo 1
Beleza, vamos lá! O problema nos dá uma mistura de ar seco e um combustível gasoso com certa composição. Precisamos calcular quanto oxigênio é teoricamente necessário para queimar tudo isso completamente e também quanto oxigênio sobra depois dessa queima. Para resolver isso, vamos usar conceitos de estequiometria na química de combustão.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a composição do combustível. Ele é composto por 85% de etano (C₂H₆), 11% de nitrogênio (N₂) e 3,5% de oxigênio (O₂). Como temos 20 mol/h desse combustível, vamos calcular quantos mols de cada componente temos:
- C₂H₆: 85% de 20 mol/h = 17 mol/h
- N₂: 11% de 20 mol/h = 2,2 mol/h
- O₂: 3,5% de 20 mol/h = 0,7 mol/h
Passo 3
Agora, vamos ver quanto oxigênio é necessário para queimar o etano completamente. A reação de combustão do etano é:
Isso significa que, para cada mol de C₂H₆, precisamos de 3,5 mols de O₂.
Então, para 17 mol/h de C₂H₆, o oxigênio necessário será:
Passo 4
Agora, vamos calcular quanto oxigênio temos disponível no total. O ar que entrou no forno é de 420 mol/h e é ar seco, ou seja, composto aproximadamente por 21% de O₂ e 79% de N₂.
Quantidade de O₂ no ar:
Além disso, o combustível já traz 0,7 mol/h de O₂. Então, o total de O₂ disponível é:
Passo 5
Para encontrar o oxigênio em excesso, subtraímos o oxigênio necessário do oxigênio disponível:
Resposta
O oxigênio teórico necessário para a combustão é de 59,5 mol/h e o oxigênio em excesso é de 29,4 mol/h.