Enunciado

Gás natural com a análise molar de 78% de CH4, 13% de C2H6, 6% de C3H8, 1,7% de C4H10, 1,3% de N2 queima completamente com 40% de ar em excesso em um reator que opera em regime permanente. Se a vazão molar do combustível for de 0,5 kmol/h, determine a vazão molar do ar, em kmol/h.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

A equação química na base de 1   m o l da mistura de combustível com combustão completa com uma quantidade de ar teórico

0,78 C H 4 + 0,13 C 2 H 6 + 0,06 C 3 H 8 + 0,017 C 4 H 10 + 0,013 N 2 + α O 2 + 3,76 N 2

→ β C O 2 + γ H 2 O + Δ N 2

Onde, 3,76   m o l s de N 2 acompanha cada mol de O 2 no ar

Passo 3

Para a equação obtida, aplicamos o princípio de conservação de massa ao carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, respectivamente

  • Carbono C : β = 0,78 + 2 0,13 + 3 0,06 + 4 0,017 = 1,288
  • Hidrogênio H : 4 0,78 + 6 0,13 + 8 0,06 + 10 0,017 = 2 γ → γ = 2,275
  • Oxigênio O : 2 α = 2 β + γ → γ = 2,4255
  • Nitrogênio N 2 : Δ 3,76 α + 0,013 = 18,25

Passo 4

Então, a equação química balanceada é

0,78 C H 4 + 0,13 C 2 H 6 + 0,06 C 3 H 8 + 0,017 C 4 H 10 + 0,013 N 2 + 2,4255 O 2 + 3,76 N 2

→ 1,288 C O 2 + 2,275 H 2 O + 18,25 N 2

Passo 5

Uma combustão com 40 % de excesso de ar, temos a seguinte equação química

0,78 C H 4 + 0,13 C 2 H 6 + 0,06 C 3 H 8 + 0,017 C 4 H 10 + 0,013 N 2 + 1,4 ⋅ 2,4255 O 2 + 3,76 N 2

→ 1,288 C O 2 + 2,275 H 2 O + 18,25 N 2 + 18,25 N 2 + a O 2 + b N 2

Calculando a razão de ar e combustível na base molar

A F - = mols de ar mols de combustível = 1,4 2,4255 1 + 3,76 k m o l a r k m o l c o m b u s t í v e l = 16,16 k m o l a r k m o l c o m b

Passo 6

Razão de ar combustível é

A F - = n a r n c o m b u s t í v e l

Aqui, a taxa de massa molar do ar é n a r e a taxa de massa molar do combustível é n c o m b u s t í v e l

n a r = A F - ⋅ n c o m b = 16,16 ⋅ 0,5

∴ n a r = 8,08   k m o l / h

Resposta

n a r = 8,08   k m o l / h

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