Enunciado

Uma amostra seca de carvão “Appanoose County” apresenta uma análise mássica de 71,1% de carbono, 5,1% de hidrogênio (H2), 9,0% de oxigênio (O2), 1,4% de nitrogênio (N2), 5,8% de enxofre e o restante de cinzas não combustíveis. Para a combustão completa com a quantidade de ar teórico, determine

(a) a quantidade de SO2 gerada, em kg por kg de carvão.

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

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

É dado que:

Carvão com a análise de massa

71,1 %   C ,   5,1 %   H ,   9,0 %   O ,   1,4 %   N 2 , 5,8 %   S ,   7,6   A S H

Queima completamente com a quantidade de ar teórico

Passo 3

Na base de 100   k g de carvão a quantidade de substâncias presente são

Passo 4

Para a combustão completa com a quantidade teórica de ar

5,925 C + 5 , , 1 H + 0,5625 O + 0,050 N 2 + 0,141 S + A S H + α t e o O 2 + 3,76 N 2

→ β C O 2 + γ H 2 O + δ S O 2 + ε N 2

Onde 3,76 mols de N 2 acompanha cada mol de O 2 no ar

Passo 5

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

  • Carbono C : β = 5,925
  • Hidrogênio H : 5,1 = 2 γ → γ = 2,55
  • Súlfur S : δ = 0,181
  • Oxigênio O : 0,5625 + 2 α t e o = 2 β + γ + 2 δ → α t e o = 7,099
  • Nitrogênio N : 2 ⋅ 0,05 + 7,09 ⋅ 3,76 ⋅ 2 = 2 ε → ε = 26,708

Então a equação química balanceada é

5,925 C + 5 , , 1 H + 0,5625 O + 0,050 N 2 + 0,141 S + A S H + 7,099 O 2 + 3,76 N 2

→ 5,925 C O 2 + 2,55 H 2 O + 0,181 S O 2 + 26,708 N 2

Passo 6

a) a quantidade de S O 2 produzida é 0,181   k m o l por 100   k g de carvão

m S O 2 = 0,181 ⋅ 64,06 100

∴ m S O 2 = 0,116 k g S O 2 k g c a r v ã o

Passo 7

b) a razão de ar e combustível com base na massa

A F = mols de ar mols de combustível M a r M c o m b u s t í v e l = 7,099 ⋅ 4,76 1 28,97 100

∴ A F = 9,787 k g a r k g c a r v ã o

Resposta

a) m S O 2 = 0,116 k g S O 2 k g c a r v ã o

b) A F = 9,787 k g a r k g c a r v ã o

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