Aula 7

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Rodrigo L. Bonifácio BALANÇO DE MASSA COM REAÇÃO QUÍMICA (II)

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Balanço de massa em reatores de combustão Combustão  Processo industrial em que um combustível é queimado com um comburente.  Combustível: normalmente uma mistura de hidrocarbonetos, com contaminação de compostos de enxofre.  Comburente: normalmente oxigênio do ar, em excesso em relação ao combustível.  Reações. C + O 2 → CO 2 (combustão completa) 2H 2 + O 2 → 2 H 2 O S + O 2 → SO 2 C + ½ O 2 → CO (combustão incompleta)  Gera-se uma mistura gasosa conhecida como gás de combustão ou gás de chaminé. Seus principais componentes serão CO 2 , CO, SO 2 , N 2 (inerte) e CO (combustão incompleta).  Por razões econômicas óbvias, o ar é fonte de oxigênio. Sua composição molar é de 79% de N 2 e 21% de O 2 .

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Balanço de massa em reatores de combustão 2. Composição em base seca e base úmida Composição em base úmida considera a água presente em uma dada mistura. Exemplo, composição molar de um gás em base úmida: 20% CO, 50% CO 2 e 30% H 2 O (base úmida) Composição em base seca NÃO considera a água presente na mistura. Exemplo, a composição molar do mesmo gás acima em base seca é 28,6% CO e 71,4% CO 2 .  Base de cálculo: 100 g-mol de gás úmido 20 g-mol de CO 50 g-mol de CO 2 ⇒ 70 g.mol total em base seca (desconsiderando H 2 O) 30 g-mol de H 2 O Y CO = 20/70 = 0,286 em base seca Y CO2 = 50/70 = 0,714 em base seca

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Terminologia  Oxigênio teórico: o número de mols ou vazão molar de O 2 necessários para a combustão completa de todo o combustível do reator, assumindo-se que todo C se converta a CO 2 e todo H se converta a H 2 O.  Ar teórico : a quantidade de ar que contém o oxigênio teórico.  Excesso de ar: a quantidade de ar alimentado que excede a quantidade teórica.  Conhecendo-se a estequiometria de reação completa, determina-se o O 2 teórico.

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Balanço de massa em reatores de combustão não esquecer de incluir o N 2 na entrada e na saída do fluxograma. não esquecer do combustível e do O 2 não reagidos na saída, além dos produtos de combustão (CO 2 , H2O. Quando combustão é incompleta, lembrar do CO). 3. se é dada uma porcentagem em excesso de ar, o O 2 realmente alimentado pode ser calculado utilizando-se a equação 4. O ar teórico é calculado como sendo a quantidade necessária para queimar todo o combustível e formar exclusivamente CO 2 , e independe da quantidade de combustível queimado na prática (conversão). 5. O valor da porcentagem de excesso de ar depende somente do ar teórico e do ar alimentado, e não quanto do O 2 é consumido no reator, ou se a combustão é completa ou parcial.

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Exemplo 12: 100 kg.mol/h de butano (C 4 H 10 ) e 5000 kg.mol/h de ar são alimentados a um reator de combustão. Calcular: a) o oxigênio teórico b) o ar teórico c) a porcentagem de ar em excesso. C 4 H 10 + 13/2 O 2 → 4 CO 2 + 5 H 2 O Praticando!

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Exemplo 13: 150,0 kg/h de C 8 H 18 reage com 55,0% de ar em excesso, numa reação de combustão total, com conversão de 68,5%. a) Determine o O 2 teórico. b) Determine o ar teórico. c) Determine a vazão de ar na entrada. d) Determine a composição da corrente de entrada. e) Determine a vazão de C 8 H 18 na saída. f) Determine quantos Kg.mol/h de C 8 H 18 reagem. g) Determine a composição da corrente de saída. Praticando!

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