Enunciado

Uma amostra de carvão tem uma análise mássica de 80,4% de carbono, 3,9% de hidrogênio (H), 5,0% de oxigênio (O), 1,1% de nitrogênio (N), 1,1% de enxofre e o restante de cinzas não combustíveis. Para a combustão completa com 120% da quantidade de ar teórico, determine (a) a razão ar–combustível em uma base mássica e (b) a quantidade de SO2, em kg por kg de carvão.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

Calculando o número de mols de cada elemento baseado na massa de análise. Para 100   k g de carvão, a quantidade de constituintes presentes (em k m o l ) é mostrada na tabela abaixo

Aqui, o número de mols é n i , a massa do elemento é m i e o peso molecular do elemento é M i

Passo 3

Escrevendo a reação química que representa a combustão completa do carvão com a quantidade de ar teórica

6,694 C + 1,935 H 2 + 0,156 O 2 + 0,039 N 2 + 0,034 S + A S H + α [ O _ 2 + 3,76 N _ 2 ] }

→ { β C O _ 2 + γ S O _ 2 + ω H _ 2 O + Δ N _ 2 + A S H }

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

  • Carbono C : β = 6,694
  • Hidrogênio H 2 : ω = 1,935
  • Súlfur S : γ = 0,034
  • Oxigênio O 2 : 0,156 + α = β + γ + 0,5 ω → a l p h a = 7,5395

Então, a reação requer 7,5395 ⋅ 3,76   k m o l de ar por 100   k g de carvão

Passo 4

Obtendo a razão de ar e combustível na base molar A F -

A F - = 7,5395 + 7,5395 ⋅ 3,76 1 = 35,89 k m o l a r k m o l c a r v ã o

Obtendo a razão de ar e combustível na base de massa A F

A F = A F - M a r M c a r v ã o = 35,89 28,97 100 = 10,397   k m o l a r k m o l c a r v ã o

Passo 5

A razão de ar e combustível para a combustão completa com 120 % da quantidade teórica de ar na base molar

A F - = 1 , ⋅ 7,5395 4,76 1 = 43,066 k m o l a r k m o l c a r v ã o

A razão de ar e combustível para a combustão completa com 120 % da quantidade teórica de ar na base de massa

A F = 43,066 28,97 100

∴ A F = 12,476 k m o l a r k m o l c a r v ã o

Resposta

A F = 12,476 k m o l a r k m o l c a r v ã o

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