O documento aborda reações de combustão, definindo-as como reações rápidas de combustíveis com oxigênio que geram energia, essencial para a indústria química e produção de eletricidade. Discute a importância da análise química e o projeto de reatores, assim como balanços de massa em sistemas de combustão. Exemplos de cálculos e exercícios são apresentados para ilustrar a composição dos gases de chaminé e o uso de ar teórico em reações de combustão.

1. Universidade Federal de Mato Grosso - UFMT
Disciplina: Processos Químicos Industriais I
Aula 5: Reações de combustão
Prof. Dr. Murilo Macedo
Cuiabá – MT, Outubro 2019

2. Reações de combustão
Definida como sendo a REAÇÃO RÁPIDA DE UM COMBUSTÍVEL COM OXIGÊNIO.
àÉ tida como uma reação de grande importância para a indústria química, muitas vezes
sendo considerada a mais importante!
àOs produtos desse tipo de reação são CO2, H2O e, frequentemente, CO e SO2.
Dúvida: Se os produtos formados possuem menor valor que os que foram “queimados”,
qual o sentido de usar uma reação de combustão? combustão
lucro
desperdício
vantagens

3. Reações de combustão
Dúvida: Se os produtos formados possuem menor valor que os que foram “queimados”,
qual o sentido de usar uma reação de combustão?
É gerada uma GRANDE QUANTIDADE de energia nas reações de combustão!!!
ENERGIA

4. Reações de combustão
Dúvida: A importância das reações de combustão está na imensa quantidade de energia
liberada.
à É o tipo de energia utilizada, por exemplo, para produzir vapor, que é então usado para
mover as turbinas que geram a maior parte de energia elétrica do mundo.

5. Reações de combustão
O projeto de equipamentos de geração de energia usualmente é feito por Engenheiros
Mecânicos.
Mas a análise das reações de combustão, o projeto do reator e o controle da poluição
causada pelos produtos da combustão são problemas típicos de Engenheiros Químicos.

6. A química da combustão
A maior parte do combustível usado em fornalhas de combustão em plantas de energia é
carvão (carbono, algum hidrogênio e enxofre), óleo (hidrocarbonetos de alto peso
molecular), gás (ex.: metano) etc.

7. A química da combustão
Reações de combustão comuns na indústria:

8. A química da combustão
Por razões econômicas, a fonte de oxigênio mais usada para combustão é o ar atmosférico.

9. A química da combustão
Base seca x Base úmida
Base úmida leva em consideração a água na mistura.
Base úmida base seca.
Ex.: Um gás de chaminé contém 60,0% molar N2, 15,0% CO2, 10,0% O2 e o resto é H2O.
Calcule a composição molar do gás em base seca.

10. A química da combustão
Base seca x Base úmida
Exercício: Base seca  base úmida.
Uma análise Orsat (técnica para análise gás em chaminé) fornece a seguinte composição
em base seca:
Uma análise da chaminé mostra que a fração molar de água no gás de chaminé é 0,0700.
Calcule a composição de chaminé em base úmida.

11. A química da combustão
Ar teórico e em excesso
Se dois reagentes participam em uma reação e um deles é consideravelmente mais caro
do que outro, a prática usual consiste em alimentar o componente mais barato em
excesso em relação ao mais caro.

12. A química da combustão
Ar teórico e em excesso
Exemplo 4.8-2 Ar teórico e em Excesso
Cem mol/h de butano (C4H10) e 5000 mol/h de ar são fornecidos a um reator de
combustão. Calcule a percentagem de ar em excesso.

13. Balanços de massa em reatores de combustão
O processo de balanço de massa é essencialmente o mesmo para qualquer
outro sistema reativo.
1. Quando você desenhar e rotular o fluxograma, certifique-se de que a corrente de saída
inclui (a) o combustível não reagido; (b) oxigênio não reagido; (c) água e
dióxido/monóxido de carbono e (d) o Nitrogênio, se o combustível é queimado com ar
e não oxigênio puro;
2. Para calcular a vazão de alimentação de oxigênio a partir de uma determinada
percentagem de excesso dele ou de ar, calcule primeiro o O2 teórico para a combustão
completa a partir da vazão de alimentação de combustível e da estequiometria da
reação, e calcule depois a vazão de alimentação de oxigênio multiplicando o O2 teórico
por (1 + excesso fracional de O2);
3. Se há apenas uma reação envolvida, todos os três métodos são igualmente convenientes.
Se há reações paralelas, os balanços atômicos são mais adequados.

14. Balanços de massa em reatores de combustão
Exercício (Ex. 4.8-3)
Etano é queimado com 50% em excesso de ar.A percentagem de conversão do etano é
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.

15. Referências
1. FELDER, Richard M.; ROUSSEAU, Ronald W. Princípios elementares dos
processos químicos. 3.ed. LTC Editora, Rio de Janeiro, 2005.
1. VOGEL, A. I. Química analítica qualitativa 1. 5.ed. São Paulo: Mestre Jou.,
1981.
2. INCROPERA, Frank P.; DEWITT, David P. Fundamentos de transferência de
calor. 5. ed. LTC Editora, Rio de Janeiro, 2003.