Qual a equação balanceada para a combustão completa do propano C3H8?

Enunciado

Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 25

Propano (C3H8) queima completamente com a quantidade de ar teórico a 60°F (15,6°C), 1 atm e 90% de umidade relativa. Determine(a) a equação de reação balanceada.(b) a temperatura de ponto de orvalho dos produtos de combustão a 1 atm.(c) a quantidade de água condensada, em lbmol por lbmol de combustível, se os produtos de combustão forem resfriados a 60°F e a 1 atm.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

a) escrevendo a combustão da reação completa de C 3 H 8 com a quantidade de ar teórico

C 3 H 8 + α O 2 + 3,76 N 2 → β C O 2 + γ H 2 O + ω N 2

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

• Carbono C: β = 3
• Hidrogênio H: 2 γ = 8 → γ = 4
• Oxigênio O: 2 α = 2 β + γ → α = 5
• Nitrogênio N: ω = α 3,76 = 18,8

Então a equação química balanceada

C 3 H 8 + α O 2 + 3,76 N 2 → 3 C O 2 + 4 H 2 O + 18,8 N 2

Passo 3

Para uma mistura de ar em 60 ° F, 1 a t m e ϕ = 90 % temos 5 1 + 3,76 = 23,8 l b ⋅ m o l de ar úmido e n v l b ⋅ m o l de vapor de água da equação balanceada

A pressão parcial de vapor de água é dadq por

p v = n v n a + n v p = n v 23,8 + n v 14,696 l b f / i n 2

Passo 4

Obtendo a pressão parcial da Tabela A-2E “Propriedades de Água Saturada (Líquido-Vapor): Tabela de Temperatura” com 60 ° F

p g 60 ° F = 0,2563 l b f / i n 2

A pressão parcial de vapor de água quando umidade relativa é conhecida

p v = ϕ p g 60 ° F

Aqui, ϕ é a umidade relativa

p v = 0,9 0,2563 = 0,23067 l b f / i n 2

Resolvendo para n v

n v = 0,3795 l b ⋅ m o l

Então, a equação química balanceada é

C 3 H 8 + 5 O 2 + 3,76 N 2 + 0,379 H 2 O → 3 C O 2 + 4 , 3795 H 2 O + 18,8 N 2

Passo 5

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

p v = n v 1 n v 1 - n u m i d o p = 4,3795 4,3795 + 3 + 18,8 14,696 = 2,4584 l b f / i n 2

Da Tabela A-3E “Propriedades de Água Saturada (Líquido-Vapor): Tabela de Pressão”, obtemos a temperatura de saturação interpolando os valores entre 2 l b f / i n 2 e 3 l b f / i n 2

T c o n d = 2,4584 - 2 3 - 2 141,43 - 126,04 + 126,04 = 133,094 ° F

Passo 6

c) Como 75 ° F está abaixo do ponto de condensação, a condensação vai ocorrer para o resfriamento

Com 75 ° F, a fase de vapor consiste de n v mols de vapor de água e n ú m i d o = 3 + 18,8 = 21,8 m o l s de produtos úmidos

A pressão parcial do vapor é igual a p g 75 ° F

p g 75 ° F = 75 - 74 76 - 74 0,4446 - 0,4158 + 0,4158 = 0,4302 l b / i n 2

Considerando a relação

p g 75 ° F = n v 2 n v 2 + n ú m i d o p → 0,4302 l b / i n 2 = n v 2 n v 2 + 21,8 14,696 l b f / i n 2

→ n v 2 = 0,6574 l b m o l

A quantidade de ar condensada em l b m o l de combustível consumido

n f = n v 1 - n v 2 = 4,3795 - 0,6574

∴ n f = 3,7221 l b m o l l b m o l d e c o m b u s t í v e l

Resposta

a) C 3 H 8 + 5 O 2 + 3,76 N 2 + 0,379 H 2 O → 3 C O 2 + 4,3795 H 2 O + 18,8 N 2

b) T c o n d = 133,094 ° F

c) n f = 3,7221 l b m o l l b m o l d e c o m b u s t í v e l