Ratio d'équivalence, mélange riche

[Mani8]

Bonjour,
Je cherche à déterminer le ratio équivalent pour un mélange riche de propane+air dont la combustion complète donne la composition suivante pour le mélange produit:
XCO2= 0.0336, XCO= 0.1411, XH2O= 0.1064, XH2= 0.1266, XN2= 0.5923

Je me suis dit que la quantité de matière de N2 reste constante entre le mélange réactif et le mélange produit et vaut (3.76/phi)*5
De plus, connaissant XN2 je peux exprimer cette quantité en fonction de la quantité totale de produit (Np), mais je n'ai pas d'information là-dessus...
J'ai aussi tenté de passer par la chaleur dégagée, qui peut être écrite comme fonction de Np:
qc = hf(propane) - Np*( XCO2*hf(CO2) + XH2O*hf(H2O) + XCO*hf(CO) + XH2*hf(H2) )
Mais sans information sur la température de la flamme, je ne peux pas calculer qc et je ne suis pas beaucoup plus avancé...

Pourriez-vous s'il vous plaît m'aider à résoudre cet exercice ?
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[jeanne08]

Je ne sais pas ce que tu dois calculer exactement...
Partant de 1 mol de mélange final tu connais les quantités de chaque gaz présent après combustion du propane C3H8 : tu peux alors calculer en comptant les atomes C( dans CO2 et CO) combien de mol de propane on avait au départ, comptant les atomes H des produits formés tu dois retrouver la quantité de propane de départ. En comptant les atomes d'oxygène du mélange final tu dois retrouver combien il y avait de O2 au départ , cela doit coller avec le nombre de N2 puisqu'on fait la combustion dans de l'air .
J'ignore ce que l'on appelle ratio d'équivalence ... donc que faire de tous ces résultats ?

[Sethy]

Je suis très étonné de la composition finale.

Un mélange riche en air laisse déjà supposer qu'il y aura de l'Oxygène n'ayant pas réagi. Ensuite qu'une combustion produise de l'Hydrogène, surtout en milieu riche me parait surprenant, sans compter les ratios de CO/CO2.

[jeanne08]

Si mélange riche veut dire un excès d'air ...les remarques de Sethy me semblent bienvenues !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Mani8]

Bonjour et merci pour vos réponses.
J'ai appris la thermochimie avec la terminologie anglo-saxonne, du coup il est possible que j'aie mal traduit.
J'appelle "ratio d'équivalence" le rapport: phi=(Ncarburant/NO2) / (Ncarburant/NO2)st avec "st" pour stœchiométrique et N est la quantité de matière en moles.
Du coup, j'ai tout ce qu'il me manquait dans votre message.
Concernant le terme "mélange riche", il désigne un mélange avec excès de carburant (ici propane) donc l'absence d'O2 en produit est tout à fait normale. Quant au H2, mon cours me dit qu'il s'agit d'un produit normal pour une combustion de mélange riche.

[Sethy]

Voici comment je procéderais.

On a 0,6 (pour faire simple) mole de N2. Or l'air, c'est 4/5 N2 pour 1/5 O2. Donc on devrait retrouver 0,15 moles d'Oxygène (O2 s'entend) :

H2O : 0,1064 / 2 O2
CO : 0,1411 / 2 O2
CO2 : 0,0336 O2

Total approx O2 : 0,15 donc c'est déjà ça.

Le carburant, c'est C3H8. En carbone total, on a :

CO : 0,1411 C
CO2 : 0,0336 C
C total : 0,1747
Soit environ 0,058 moles de C3H8.

Il est donc très facile de déterminer le numérateur de phi.

Pour le dénominateur, il suffit d'écrire la réaction de combustion totale :

C3H8 + x O2 > y CO2 + z H2O

A partir de la, on trouve le dénominateur de phi et il n'y a plus qu'à diviser.

[Mani8]

Merci pour votre réponse.
J'ai essayé de résoudre le problème en utilisant une autre méthode mais mon résultat est différent du vôtre...
J'ai procédé en utilisant la conservation du carbone pour déterminer la quantité totale de produit en partant d'1 mole de propane:
N(C3H8) = 1/3*( N(CO2) + N(CO) )
N(C3H8) = 1/3*( N(p)*X(CO2) + N(p)*X(CO) ) avec N(p) le nombre total de moles de produit

Sachant que N(N2) = 3.76*N(O2) = (3.76/phi)*(x+y/4) Où le carburant est de la forme CxHy donc ici x=3 et y=8
De plus N(N2) = N(p)*X(N2)
En remplaçant par les données connues j'aboutis à 1.85 avec ma méthode contre 1.93 avec celle que vous m'avez donné. Je pense que je suis dans l'erreur mais j'aimerai ben un peu d'aide pour m'aider à l'identifier.

[Sethy]

Il faut absolument pondérer la réaction de combustion totale. Autrement dit, trouver x, y et z dans cette équation :

C3H8 + x O2 > y CO2 + z H2O

C'est la seule relation qui permette de trouver combien d'Oxygène sont nécessaires à la combustion complète.

D'autre part, je ne suis pas trop partisan des formules qui ne s'expliquent pas. Je préfère de loin détailler le calcul et utiliser au besoin la règle de 3.

Selon moi, la vraie valeur de phi est de l'ordre de 4.

[jeanne08]

- Il faut faire les calculs avec soin
On a 1 mol de produit au total avec le nombre de carbone égal à 0,0336 + 0,1411= 3 * nombre de mol de propane donc n propane = 5,82E-2 mol
Le nombre de mol de O dans les produits est :O,O336*2 +0,1411+0,1064 = 2*nombre de O2 utilisé soit n O2 =0,157 mol
Pour la combustion stoechiométrique du propane il faut 5 O2 pour 1 mol de propane
donc phi = (5,82e-2/0,157) /(1/5) = 1,85

- la formule que tu cherches à utiliser est valable lorsqu'on brule 1 mol de carburant car alors nO2 = nN2/3,76 donc phi = (1/(nN2/3,76))/(1/5)=
5*3,76/nN2 avec nN2 la quantité d'azote présente dans les produits lors de la combustion de 1 mol de carburant