Enunciado

Carvão com uma análise mássica de 77,54% de C, 4,28% de H2, 1,46% de S, 7,72% de O2, 1,34% de N2, 7,66% de cinzas não combustíveis, queima completamente com 120% ar teórico. Determine

(a) a equação de reação balanceada.

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

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

É dado que:

Carvão com uma análise de massa especificada queima completamente com 120% de ar teórico

Passo 3

a) na base de um kg de mistura de carvão

A análise molar correspondente é

C = 0,7754 / 12 = 0,6462

O = 0,0772 / 16 = 0,00483

H = 0,0428 / 1 = 0,04280

N = 0,0134 / 14 = 0,00096

S = 0,0146 / 32 = 0,00046

Passo 4

A combustão completa do carvão com a quantidade de ar teórica

0,06462 C + 0,04280 H + 0,00046 S + 0,00483   O + 0,00096   N + α O 2 + 3,76 N 2

→ β C O 2 + γ H 2 O + ω S O 2 + δ N 2

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

Passo 5

Aplicando a conservação de massa ao carbono, hidrogênio, enxofre, oxigênio e nitrogênio, respectivamente

  • Carbono C : β = 0,06462
  • Hidrogênio H : 0,04280 = 2 γ → γ = 0,02140
  • Enxofre S : ω = 0,00046
  • Oxigênio O : 0,00483 + 2 α = 2 β + γ + 2 ω → α = 0,07337
  • Nitrogênio N : 0,00096 + 2 ⋅ 3,76 α = 2 δ → δ = 0,2763

A equação química balanceada é

0,06462 C + 0,04280 H + 0,00046 S + 0,00483   O + 0,00096   N + 0,07337 O 2 + 3,76 N 2

→ 0,0646 C O 2 + 0,02140 H 2 O + 0,00046 S O 2 + 0,2763 N 2

Passo 6

Para uma combustão completa de carbono com 120% de ar teórico

0,06462 C + 0,04280 H + 0,00046 S + 0,00483   O + 0,00096   N + 1,2 ⋅ 0,07337 O 2 + 3,76 N 2

→ 0,0646 C O 2 + 0,02140 H 2 O + 0,00046 S O 2 + 0,2763 N 2 + a O 2 + b N 2

Simplificando, temos

0,06462 C + 0,04280 H + 0,00046 S + 0,00483   O + 0,00096   N + 0,08804 O 2 + 3,76 N 2

→ 0,0646 C O 2 + 0,02140 H 2 O + 0,00046 S O 2 + 0,2763 N 2 + a O 2 + b N 2

Passo 7

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

  • Oxigênio O :
  • 0,0483 + 2 ⋅ 0,08804 = 2 ⋅ 0,0646 + 0,02140 + 2 ⋅ 0,00046 + 2 a

    → a = 0,01469

  • Nitrogênio N :

0,00096 + 2 ⋅ 0,08804 ⋅ 3,76 = 2 ⋅ 0,2763 + 2 b

→ b = 0,0552

Passo 8

A equação da reação química balanceada é

0,06462 C + 0,04280 H + 0,00046 S + 0,00483   O + 0,00096   N + 0,08804 O 2 + 3,76 N 2

→ 0,0646 C O 2 + 0,02140 H 2 O + 0,00046 S O 2 + 0,2763 N 2 + 0,01469 O 2 + 0,3315 N 2

Passo 9

b) para cada 1   k g de carbono queimado 0,00046   k m o l de S O 2 é formado

Então a massa de S O 2 formado para k g de carvão queimado

= 0,00046   k m o l 64,06 k g S O 2 k m o l S O 2 = 0,029   k g S O 2 k m o l c a r v ã o

Resposta

a)

0,06462 C + 0,04280 H + 0,00046 S + 0,00483   O + 0,00096   N + 0,08804 O 2 + 3,76 N 2

→ 0,0646 C O 2 + 0,02140 H 2 O + 0,00046 S O 2 + 0,2763 N 2 + 0,01469 O 2 + 0,3315 N 2

b)

0,029   k g S O 2 k m o l c a r v ã o

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