Enunciado

O gás obtido quando carvão de baixa qualidade é queimado com ar insuficiente para a combustão completa é conhecido como gás gasogênio. Um determinado gás gasogênio tem a seguinte análise volumétrica: 3,8% de CH4, 0,1% de C2H6, 4,8% de CO2, 11,7% de H2, 0,6% de O2, 23,2% de CO e o restante de N2. Determine, para a combustão completa com a quantidade de ar teórico,

(a) a análise molar dos produtos secos de combustão.

(b) a quantidade de vapor d’água condensada, em lbmol/lbmol de gás gasogênio, se os produtos forem resfriados a 70°F (21,1°C) a pressão constante de 1 atm.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

a) escrevendo a reação química considerando 100   m o l s de mistura de combustível, e combustão completa de combustível com ar teórico

3,8 C H 4 + 0,1 C 2 H 6 + 4,8 C O 2 + 11,7 H 2 + 0,6 O 2 + 23,2 C O + 55,8 N 2 + a O 2 + 3,76 N 2

→ b C O 2 + c H 2 O + d N 2

A equação é baseada assumindo que 3,76   m o l s de N 2 acompanhando cada mol de O 2 no ar

Passo 3

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

  • Carbono C : b = 3,8 + 2 0,1 + 4,8 + 23,2 = 32
  • Hidrogênio H : 2 c = 4 3,8 + 6 0,1 + 2 11,7 → c = 24,8
  • Oxigênio O : 4,8 2 + 0,6 2 + 23,2 + 2 a = 2 b + c → a = 24,8
  • Nitrogênio N 2 : d = 55,8 + 24,8 3,76 = 149,05

Passo 4

Calculando a quantidade total de produtos úmidos

b + d = 32 + 149,05 = 181,05

Escrevendo a análise molar dos produtos úmidos da combustão

% C O 2 = b b + d ⋅ 100 = 32 181,05 ⋅ 100 = 17,7 %

% N 2 = d b + d ⋅ 100 = 149,05 181,05 ⋅ 100 = 82,3 %

Passo 5

b) calculando a pressão parcial de vapor de água nos produtos

p v = Y v p = c b + c + d p = 19,6 32 + 149,05 + 19,6 1   a t m ⋅ 14,7   l b f / i n 2 1   a t m

→ p v = 1,44   l b f / i n 2

Passo 6

Obtendo a pressão de saturação da água a 70 ° F da Tabela A-2E “Propriedades de Água Saturada: Tabela de Temperatura”

p s a t = 0,3632   l b f / i n 2

A pressão de vapor p v > p s a t , então a condensação ocorreria se os produtos são resfriados a 70 ° F

Então, a fase gasosa consiste de 181,05   m o l s de produtos úmidos mais δ que é o vapor de água presente

p v = Y v p = δ 181,05 + δ p

→ 0,3632   l b f / i n 2 = δ 181,05 + δ 4,7   l b f / i n 2

→ δ = 4,587

Passo 7

Calculando a quantidade de água que condensa por k m o l de combustível

c - δ 100 = 19,6 - 4,587 l b m o l H 2 O 1001   l b o m c o m b u s t í v e l = 0,15 l b m o l H 2 O l b m o l c o m b u s t í v e l

Resposta

b) 0,15 l b m o l H 2 O l b m o l c o m b u s t í v e l

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