Lista de Exercícios Resolvidos - Combustão de Butano e Metano - Engenharia Química

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Química PROCESSOS QUÍMICOS Prof Moisés Teles LISTA DE EXERCÍCIOS Combustão 1 Butano é queimado com ar Não há formação de monóxido de carbono nos produtos da combustão Calcule a composição molar do produto gasoso de combustão nas seguintes condições a Ar em excesso de 20 e 100 de conversão do butano b Ar em excesso de 20 e 90 de conversão do butano Resp a 101 CO2 12 6 H2O 33 O2 740 N2 b 03 C4H10 91 CO2 114 H2O 49 O2 743 N2 2 O metano é queimado com ar em um reator contínuo no estado estacionário para produzir uma mistura de monóxido de carbono dióxido de carbono e água A alimentação do reator metano ar contém 780 molar CH4 194 molar O2 e 728 molar N2 A percentagem de conversão do metano é de 90 e o gás que sai do reator contém 8 mol CO2mol CO Utilizando balanços nas espécies moleculares balanços nas espécies atômicas e extensão da reação calcule a composição molar da corrente de produto Resp 078 CH4 078 CO 62 CO2 140 H2O 57 O2 725 N2 3 Você foi enviado pela Agência de Proteção Ambiental para medir emissões de SO2 em uma pequena planta industrial de energia Você retira e analisa uma amostra de gás da chaminé da caldeira e obtém as seguintes composições 7566 N2 1024 CO2 827 H2O 575 O2 e 00825 SO2 Você mostra estes números à superintendente da planta e ela insiste que devem estar errados pois o combustível queimado era um gás natural contendo apenas metano e etano e nenhum enxofre Você pergunta se eles queimam algum outro combustível e a superintendente responde que às vezes eles usam um óleo combustível mas que os registros da planta mostram que isto não estava sendo feito quando as medições foram realizadas Você faz alguns cálculos e prova que o óleo e não o gás deveria ser o combustível a superintendente verifica e descobre que os registros estão errados e que você está certo Calcule a razão molar de carbono a hidrogênio no combustível e use o resultado para provar que o combustível não poderia ter sido o gás natural Resp CH no combustível 062 CH no metano 025 CH no etano 033 4 O etano é queimado com 50 em excesso de ar A percentagem de conversão do etano é de 90 do etano queimado 25 reagem para formar CO e o resto forma CO2 Calcule a composição molar do gás de chaminé em base seca e a razão molar da água para o gás de chaminé seco Resp C2H6 000417 mol mol gás seco O2 00970 mol mol gás seco N2 0824 mol mol gás seco CO 0019 mol mol gás seco CO2 00563 mol mol gás seco 0113 mol H2O mol gás seco 5 A análise de um carvão indica 75 em massa de C 17 H 2 S e o resto são cinzas não combustíveis O carvão queima com uma taxa de 5000 kgh e a vazão de alimentação de ar para o queimador é de 50 kmolmin Todas as cinzas e 6 do carbono no combustível saem da fornalha como uma escória fundida O restante do carbono sai com o gás de chaminé na forma de CO e CO2 O hidrogênio no carvão é oxidado a água e o enxofre sai como SO2 A seletividade da produção de CO2 em relação à de CO é de 101 a Calcule a percentagem de ar em excesso fornecido ao reator b Calcule as frações molares dos poluentes gasosos CO e SO2 no gás de chaminé Resp a198 b CO 83103 SO2 9610 4 6 Hidrogênio úmido contendo 4 em mol de H2O é queimado completamente em uma caldeira com 32 de excesso de ar Faça a análise de Orsat do gás de exaustão resultante Resp 595 em O2 e 9405 em N2 7 Uma indústria está utilizando um gás formado por 75 mol de propano e 25 mol de hidrogênio para queima em uma caldeira Como engenheiro de uma empresa de consultoria ambiental você é chamado a verificar o nível de emissões de monóxido de carbono CO na atmosfera provocado pela queima desse combustível Ao chegar à indústria você é informado de que o sistema de queima desse combustível opera com 25 de ar em excesso e de que são atingidas conversões de 90 do propano e 85 do hidrogênio durante a queima É informado ainda que do propano que reage apenas 5 formam monóxido de carbono sendo o restante convertido a CO2 O gerente da empresa diz que os gases de combustão foram analisados e que a concentração do CO nesses gases é de apenas 100 ppm Considerando que nenhum tratamento adicional é realizado nesses gases de combustão e não sendo possível analisar os gases diretamente como você verificaria através de cálculos se a informação prestada sobre a concentração de CO está correta Resp concCO emitida 4090 ppm 8 Um determinado carvão possui a seguinte análise elementar C 712 H 48 S 43 O 95 cinzas 102 Qual a quantidade em mol de ar teórico necessário para a combustão desse carvão Resp 3319 mols 9 100 molh de butano C4H10 e 5000 molh de ar são fornecidos a um reator de combustão Calcule a percentagem de ar em excesso Resp 616 10 Butano é queimado com ar Não há formação de monóxido de carbono nos produtos da combustão a Através da análise dos graus de liberdade mostre que se a percentagem de ar em excesso e a percentagem de conversão do butano forem conhecidas a composição dos gases de combustão pode ser determinada b Calcule a composição molar do produto gasoso de combustão se ar for fornecido em quantidade teórica com 100 de conversão do butano Resp 7309 N2 1196 CO2 1495 H2O