Análisis 133: Reacción de gas de agua. Solución analítica

En mezclas de productos de combustión ricas en combustible, el equilibrio entre la especies CO2, H2O, CO y H2, a menudo se supone para determinar la composición del gas quemado.

Para un dosado relativo de 1.2, en la combustión de C8H18 con aire, determine las fracciones molares de las especies del producto a 1700 K.

La reacción que relaciona estas especies (a menudo llamada reacción de gas de agua) es:

• CO2 + H2 <---> CO + H2O

(Internal Combustion Engine Fundamentals. Heywood, John B., 1988)

Solución del texto:

• CO2, 9.08%; H2O, 13.7%; CO, 5.1%; H2, 2.3%; N2, 69.8%

Desarrollo de solución:

• C8H18 + 10.4166 (O2+3.77 N2) a CO2 + b H2O + c CO + d H2 + 39.3 N2

• Un balance de carbono da: a+c=8

• Un balance de hidrógeno da: 2b + 2d = 18

• Un balance de oxígeno da: 2a + b + c = 20.83

La relación de equilibrio da (bc)/(ad)= 3.388 (dado que la reacción equilibrada tiene el mismo número de moles que reactivos y productos, los moles de cada especie pueden sustituirse por las presiones parciales).

Estas cuatro ecuaciones se pueden resolver para obtener

• c^2 - 19.3 c +47.3 = 0

lo que da c = 2.89, a = 5.12, b = 7.72 y d = 1.29. El número total de moles de productos es

• a + b + c + d + 39.3 =56.3

Observe que Kp=3.388 = 1/0.29516, donde Kp sería igual a 0.2956 si consideráramos la reacción inversa CO + H2O CO2 + H2 (que así se considera en THERMOCombustion, 0.298142). Existe una pequeña diferencia de milésimas debido a la diferente fuente de la que derivan ambas.

Dado que la reacción de equilibrio posee el mismo número de moles que reactivos y productos, la presión de la cámara de combustión no tiene relevancia (no afecta) a los resultados.