Enunciado

Uma amostra de estrume seco está sendo testada para uso como combustível. A análise mássica da amostra contém 42,7% de carbono, 5,5% de hidrogênio (H), 31,3% de oxigênio (O), 2,4% de nitrogênio (N), 0,3% de enxofre e 17,8% de cinzas não combustíveis. A amostra é queimada completamente com 120% de ar teórico. Determine

(a) a equação de reação balanceada.

(b) a razão ar–combustível em uma base mássica.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

Escrevendo a composição queima completamente com 120 % de ar teórico

42,7 % C ,   5,5 % H 2 ,   31,3 % O 2 ,   2,4 % N 2 ,   0,3 % S ,   17,8 % A S H

Passo 3

a) na base de 100   k g , a quantidade de substâncias presentes é mostrada

Passo 4

Escrevendo a equação para a combustão completa da mistura de combustível com a quantidade de ar teórica

3,558 C + 2,728 H 2 + 0,978 O 2 + 0,0857 N 2 + 0,00936 S + A S H + α O 2 + 3,76 N 2

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

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

  • Carbono C : β = 3,558
  • Hidrogênio H : 2 2,728 = 2 γ → γ = 2,728
  • Súlfur S : ω = 0,00936
  • Oxigênio O : 2 0,978 + 2 α = 2 β + γ + 2 → α = 3,958
  • Nitrogênio N : 2 0,0857 + 2 ⋅ 3,76 α = 2 Δ → Δ = 14,97

Escrevendo a equação química balanceada

3,558 C + 2,728 H 2 + 0,978 O 2 + 0,0857 N 2 + 0,00936 S + A S H + 3,958 O 2 + 3,76 N 2

→ 3,558 C O 2 + 2,728 H 2 O + 0,000936 S O 2 + 14,97 N 2 + A S H

Passo 5

Escrevendo a equação para a combustão completa da mistura de combustível com 120% de ar teórico

3,558 C + 2,728 H 2 + 0,978 O 2 + 0,0857 N 2 + 0,00936 S + A S H + 1,2 ⋅ 3,958 O 2 + 3,76 N 2

→ 3,558 C O 2 + 2,728 H 2 O + 0,000936 S O 2 + 14,97 N 2 + A S H + a O 2 + b N 2

Aplicando o princípio de conservação de massa ao oxigênio e o nitrogênio, respectivamente

  • Oxigênio O :
  • 2 0,978 + 2 ⋅ 1,2 ⋅ 3,958 = 2 ⋅ 3,558 + 2,728 + 2 0,00936 + 2 a

    → a = 0,79624

  • Nitrogênio N :

2 0,0857 + 2 ⋅ 1,2 ⋅ 3,958 ⋅ 3,76 = 14,97 ⋅ 2 + 2 a

→ b = 2,974

Passo 6

Escrevendo a equação química balanceada

3,558 C + 2,728 H 2 + 0,978 O 2 + 0,0857 N 2 + 0,00936 S + A S H + 1,2 ⋅ 3,958 O 2 + 3,76 N 2

→ 3,558 C O 2 + 2,728 H 2 O + 0,000936 S O 2 + 14,97 N 2 + A S H + 0,79624 O 2 + 2,974 N 2

Simplificando, temos que

3,558 C + 2,728 H 2 + 0,978 O 2 + 0,0857 N 2 + 0,00936 S + A S H + 1,2 ⋅ 3,958 O 2 + 3,76 N 2

→ 3,558 C O 2 + 2,728 H 2 O + 0,000936 S O 2 + 1 7,944 N 2 + 0,79624 O 2 + A S H

Passo 7

b) A reação da mistura atual requer 1,2 ⋅ 3,958 ⋅ 4,76   k m o l de ar por 100   k g de estrume

Escrevendo a equação para a razão de ar e combustível na base de massa

A F = m a r m c o m b u s t í v e l = n a r M a r m c o m b u s t í v e l = 1,2 ⋅ 3,958 ⋅ 4,76   k m o l 28,97 k g / k m o l 100   k g

∴ A F = 6,55 k g a r k g m i s t u r a

Resposta

a) 3,558 C + 2,728 H 2 + 0,978 O 2 + 0,0857 N 2 + 0,00936 S + A S H + 1,2 ⋅ 3,958 O 2 + 3,76 N 2

→ 3,558 C O 2 + 2,728 H 2 O + 0,000936 S O 2 + 17,944 N 2 + 0,79624 O 2 + A S H

b)

A F = 6,55 k g a r k g m i s t u r a

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