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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 15.Problemas - Ex. 38

15 – 38 Um carvão proveniente do Colorado (Estados Unidos), cuja análise final (em massa) corresponde a 79,61 % de C ,   4,66 %   de H 2 ,   4,76 %   de   O 2 ,   1,83 %   de   N 2 ,   0,52 %   de S   e   8,62 % de cinzas (não combustíveis), é queimado com quantidade estequiométrica de ar. Desprezando o constituinte das cinzas, calcule as frações mássicas dos produtos e a massa de ar necessária por unidade de massa de carvão queimado.

Passo 1

Considerando uma amostrazinha de 100 k g :

N C = m C M C = 79,61 k g 12 k g k m o l = 6,634 k m o l

N H 2   = m H 2 M H 2 = 4,66 k g 2 k g k m o l = 2,33 k m o l

N O 2 = m O 2 M O 2 = 4,76 k g 32 k g k m o l = 0,1488 k m o l

N N 2 = m N 2 M N 2 = 1,83 k g 28 k g k m o l = 0,06536 k m o l

N S = m S M S = 0,52 k g 32 k g k m o l = 0,01625 k m o l

Agora montamos a equação:

Pelo balanceamento:

C :   x = 6,63 4

H 2 :   y = 2,3 3

S :   z = 0,0162 5

O 2 : 0,1488 + a t h = x + 0,5 y + z ⇒ a t h = 7,667  

N 2 : w = 0,6536 + 3,76 a t h ⇒ w = 28,8 9

Agora a equação química irá ficar:

Passo 2

Calculamos as frações mássicas agr:

m t o t a l = 6,634 ⋅ 44 + 2,33 ⋅ 18 + 0,01625 ⋅ 64 + 228,89 ⋅ 28 = 1144 k g

m C O 2 = m C O 2 m t o t a l = ( 6,634 ⋅ 44 ) k g 1144 k g = 0,2552

m H 2 O = m H 2 O m t o t a l = ( 2,33 ⋅ 18 ) k g 1144 k g = 0,0367

m S O 2 = m S O 2 m t o t a l = ( 0,01625 ⋅ 64 ) k g 1144 k g = 0,00091

m N 2 = m N 2 m t o t a l = ( 28,89 ⋅ 28 ) k g 1144 k g = 0,7072

Passo 3

A razão ar/combustível será:

A F = m a i r m f u e l

A F = ( 7,667 ⋅ 4,76 ⋅ 29 ) k g ( 6.634 ⋅   12 +   2.33 ⋅ 2 +   0.1488 ⋅ 32 +   0.06536 ⋅   28 +   0.01625 ⋅   32 )   k g

A F = 11,58 k g   a r   k g   c o m b u s t i v e l

Resposta

m C O 2 = 0,2552

m H 2 O = 0,0367

m S O 2 = 0,00091

m N 2 = 0,7072

A F = 11,58 k g   a r   k g   c o m b u s t i v e l

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