Enunciado

Calcule o poder calorífico superior e inferior de um carvão de Illinois, cuja análise final (em massa) corresponde a 67,40% de C, 5,31% de H 2 , 15,11% de O 2 , 1,44% de N 2 , 2,36% de S e 8,38% de cinzas (não combustíveis). A entalpia de formação do SO2 é –297.100 kJ/kmol.

Passo 1

A combustão está completa.

Os produtos de combustão contêm C O 2 ,   H 2 O e N 2 .

Gases de combustão são gases ideais.

As massas molares de C ,   O 2 ,   H 2 e ar são 12, 32, 2 e 29 kg / kmol, respectivamente (Tabela A-1).

Passo 2

Consideramos 100 kg de carvão por simplicidade. Observando que as porcentagens de massa neste caso correspondem às massas dos constituintes, os números molares do constituinte do carvão são determinados como sendo

N C = m C M C = 5.617   k m o l

N H 2 = m H 2 M H 2 = 2.655   k m o l

N O 2 = 0.4722   k m o l

N N 2 = 0.05143   k m o l

N S = 0.07375   k m o l

O número molar da mistura e as frações molares são

N m = 8.869   k m o l

y C = N C N m = 0.6333

y H 2 = 0.2994

y O 2 = 0.05323

y N 2 = 0.00580

y S = 0.00832

As cinzas consistem na matéria não combustível do carvão. Portanto, a massa do conteúdo de cinzas que entra na câmara de combustão é igual ao conteúdo de massa que sai. Desconsiderando esse componente que não reage por simplicidade, a equação da combustão pode ser escrita como:

0.6333 C + 0.2994   H 2 + 0.05323 O 2 + 0.00580 N 2 + 0.00832 S   + a t h ( O 2 + 3.76 N 2 )

→ x   C O 2   + y H 2 O + z S O 2 + k N 2

De acordo com o balanço de espécies,

Balanço de carbono: x = 0.633

Balanço de H 2 : y = 0.2994

Balanço de S   : z = 0.00832

Balanço de O 2 :  

0.05323   + a t h = x + 0.5 y + z

a t h = 0.7381

Balanço de N 2 :   0.00580 + 3.76   a t h = k → k = 0.00580   + 3.76 × 0.7381   =   2.781

Passo 3

Tanto os reagentes quanto os produtos são considerados no estado de referência padrão de 25 ° C e 1 atm para o cálculo dos valores de aquecimento. A transferência de calor para este processo é igual à entalpia de combustão. Observe que C ,   S ,   H 2 ,   N 2   e   O 2 são elementos estáveis ​​e, portanto, sua entalpia de formação é zero. Então,

q = h C = H P - H R = ∑ N P h ̄ ° f , P - ∑ N R h ̄ ° f , R = ( N h ̄ ° f ) C O 2 + ( N h ̄ ° f ) H 2 O - ( N h ̄ ° f ) S O 2

Para o HHV, a água nos produtos é considerada líquida. Então,

h C =   - 33,270   k J / k m o a l   c a r v ã o

O peso molecular aparente do carvão é

M m = m m N m = 10.33   k g / k m o l   c a r v ã o

O HHV do carvão é então

H H V = - h C M m = 337,270   k J / k m o l   c a r v ã o   10.33   k g / k m o l   c a r v ã o = 32,650   k J / k g   c a r v ã o

Para o LHV, a água nos produtos é considerada vapor. Então,

h C =   - 324,090   k J / k m o l   c a r v ã o

O LHV do carvão é então

L H V   =   - h C M m = 31,370   k J / k g   c a r v ã o

Resposta

H H V = 32650   k J / k g   c a r v ã o

L H V   = 31370   k J / k g   c a r v ã o

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