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Se tiene un horno para quemar coque (combustible sólido) cuya masa es de 90 000 g. El coque tiene la siguiente composición: carbono (C) = 89,1% y cenizas (impurezas) = 10,9%. Se sabe que la eficiencia del horno es tal que se quema el 90% del carbono presente en la carga de coque. Se suministra aire en exceso del 30% del necesario para la combustión completa de todo el carbono de carga. Si se sabe que el 95 % del carbono se oxida a dióxido de carbono, formando monóxido de carbono el restante. a) La masa total en gramos del oxígeno empleado b) El porcentaje en masa de los gases formados (CO y CO2)

Sagot :

areliscresp

a) En la combustión del coque con oxigeno para la eficiencia de 95 % de oxidación del carbono a CO2 se requieren  de oxigeno 149982.16 g considerando la reacción total con producción de CO2 y CO.

b) Los porcentajes en masa reales obtenidos son: CO2= 97.11%

CO= 2.89%

¿Qué es la combustión del coque?

• La combustión de carbono, en forma de coque, es una reacción de oxidación del carbono con O2. Esta produce CO2 si la reacción es completa. Generalmente, se da colateral mente la producción de CO en una proporción menor.

• En este caso se produce un aumento del consumo de O2, lo cual disminuye la eficiencia teórica de la reacción de oxidación.

• Se requiere un exceso de aire del 30% para reacción completa del carbono. Aquí se asume un 21% de O2 presente en el aire.

Balance de materia para la combustión del carbono coque

  • El balance de materia requiere establecer las relaciones estequiométricas, tanto para la combustión completa siendo la reacción principal; como  para la combustión incompleta.
  • Las reacciones de oxidación balanceadas se expresan seguidamente.

Reacción de combustión completa del coque

C+ O2 -----------  CO2

Reacción combustión incompleta del coque

5 C+3 O2  ------- CO2 +4 CO  

Datos

masa carbono puro= 90000 g* 0.891= 80190 g carbono puro

Eficiencia reacción 90 %    

masa carbono puro quemado = 80190* 0.90

masa carbono quemado= 72171 g carbono  puro

mol C quemado= m/PM

mol C= 72171 g/ 12.0107 g/mol

mol C=  6008.9 mol

masa CO2 formado = 72171 g *0.95

masa CO2 formado=  68562.5 g    

   

masa C a CO= 72171 g*0.05= 3608.5 g

masa CO = 72171 g- 68562.5 g            

masa CO= 3608.5 g    

mol CO= 3608.5/28=128.875 mol

5 mol C       -------        3 mol O2

6008.9 mol C -----     x mol O2

x mol O2= 6008.9*3/5=3605.34

masa O2= 3605.34*32= 115370.9 g

masa aire= 115370.9/021=549385.14 g

549385.14-----100%

      x            ----- 30%

aire exceso=164815.5

O2 exceso= 164815.5*0.21=34611.26 g

masa O2 total = 115370.9 g +34611.26 g

masa O2 = 149982.16 g

Parte b

5 mol C        ------ 1 mol CO2

6008.9 mol C------ X mol CO2

mol CO2= 6008.9/5=1201.78 mol

masa CO2=1201.78 mol* 44

masa CO2=52878.32 g

masa total CO2=68562.5 g    + 52878.32= 121440.82 g

masa total de los gases= 121440.82 g + 3608.5 g  

masa total de los gases= 125049.32 g

% en masa de los gases formados

% masa CO2 = 121440.82 g / 125049.32 =    97.11 %

% masa CO= 3608.5/ 125049.32 =2.89 %

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