Enunciado

Vapor de água ( H 2 O ) a uma vazão de 0,6   k g / m i n é aquecido de 298   K até 2.400   K durante um processo em regime permanente a 1   a t m . Determine a taxa de fornecimento de calor necessária durante esse processo, considerando que (a) parte do H 2 O se dissocia em H 2 ,   O 2   e O H e (b) nenhuma dissociação ocorre.

Passo 1

Vamos lá galera! O vapor de água é aquecido durante um processo de fluxo constante. A taxa de fornecimento de calor para uma temperatura de saída especificada deve ser determinada para dois casos. (a) Assumindo alguns dissociados de H2O em H2, O2 e O, a equação de dissociação pode ser escrita como:

Balanços de massa para a produção de hidrogênio e oxigênio,

Passo 2

Os balanços de massa nos fornecem apenas duas equações com quatro incógnitas, e assim precisamos ter mais duas equações (a serem obtidas a partir das relações KP) para determinar a composição de equilíbrio da mistura. Elas são,

A constante de equilíbrio para estas duas reacções a 2400 K é determinada a partir da Tabela A-28 para ser

As relações K P para estas três reacções simultâneas são,

Onde,

Passo 3

Substituindo,

Resolvendo Eqs. (1), (2), (3), e (4) simultaneamente para os quatro rendimentos desconhecidos x, y, z, e w,

Assim, a equação equilibrada para a reação de dissociação é,

A transferência de calor para este processo de dissociação é determinada a partir do balanço energético de fluxo constante E d e n t r o - E f o r a = Δ E s i s t e m a com W   =   0 ,

Assumindo que o O2 e O são gases ideais, temos h   =   h ( T ) . A partir das tabelas,

Passo 4

A substituir,

A taxa de fluxo de massa de H2O pode ser expressa em termos dos números de toupeiras como,

Assim,

Passo 5

Que item grande hein? Vamo continuar: (b) Se não houver dissociação, o processo não envolve reacções químicas e a transferência de calor pode ser determinada a partir do balanço energético de fluxo constante para sistemas que não reajam:

Resposta

a )   3446   k J / m i n

b ) 3120   k J / m i n

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

De que maneira a umidade afeta o conforto humano?
Estime a entalpia da reação h - R para o processo de dissociação C O 2⇌C O + 1 2 O 2 a 2.200K , usando (a) os dados da entalpia e (b) os dados do K P .
Usando os dados da entalpia da reação h - R e o valor de K P a 3.000K , estime o valor de K P do processo de combustão H 2 + 1 2 O 2⇌H 2 O a 3.200K .
Estime a entalpia da reação para a reação de equilíbrio C H 4 + 2 O 2 →C O 2 + 2 H 2 O a 2.000K , usando (a) os dados da entalpia e (b) os dados do KP.