Em um forno são introduzidos 420 mol / h de ar seco e 20 mol / h de um combustível gasoso com a seguinte composição volumétrica: 85 % de C2H6, 11 % 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:
C2H6 + 72O2 2CO2 + 3H2O
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:
17 , mol/h times 3,5 , mol O2mol C2H6 = 59,5 , mol/h

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:
420 , mol/h times 0,21 = 88,2 , mol/h
Além disso, o combustível já traz 0,7 mol/h de O₂. Então, o total de O₂ disponível é:
88,2 , mol/h + 0,7 , mol/h = 88,9 , mol/h

Passo 5

Para encontrar o oxigênio em excesso, subtraímos o oxigênio necessário do oxigênio disponível:
88,9 , mol/h - 59,5 , mol/h = 29,4 , mol/h

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.

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