مکانیسم واکنش احتراق واکنش های احتراق و اثر حرارتی آنها، مکانیسم زنجیره ای واکنش احتراق

احتراقیک فرآیند پیچیده فیزیکی و شیمیایی از تعامل بین اجزای سوخت قابل احتراق و یک اکسید کننده است، احتراق سوخت واکنش اکسیداسیون سریع اجزای آن است که با انتشار شدید گرما و افزایش شدید دما همراه است.

اجازه دهید واکنش احتراق متان را به عنوان جزء اصلی اجزا در نظر بگیریم گاز طبیعی:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O.

از معادله این واکنش چنین استنباط می شود که برای اکسیداسیون یک مولکول متان، دو مولکول اکسیژن لازم است، یعنی. برای احتراق کامل 1 متر مکعب متان، 2 متر مکعب اکسیژن مورد نیاز است.

هوای اتمسفر به عنوان یک عامل اکسید کننده استفاده می شود که مخلوط پیچیده ای از مواد از جمله 21 جلد است. % O 2, 78 جلد. % N 2 و 1 جلد. % CO 2، گازهای خنثی و غیره. برای محاسبات فنی، ترکیب شرطی هوا معمولاً از دو جزء تشکیل شده است: اکسیژن (21 درصد حجمی) و نیتروژن (79 درصد حجم). با در نظر گرفتن این ترکیب هوا، برای هر واکنش احتراق در هوا برای سوختن کامل سوخت، هوا با حجم 100/21 = 4.76 برابر بیشتر از اکسیژن مورد نیاز خواهد بود.

محصولات حاصل از احتراق کامل گاز طبیعی عبارتند از: دی اکسید کربن CO 2، بخار آب H 2 O، مقداری اکسیژن اضافی O 2 و نیتروژن N 2. اکسیژن اضافی در محصولات احتراق فقط در مواردی وجود دارد که احتراق با هوای اضافی اتفاق می افتد، و نیتروژن همیشه در محصولات احتراق وجود دارد، زیرا بخشی جدایی ناپذیرهوا است و در احتراق شرکت نمی کند. محصولات حاصل از احتراق ناقص گاز عبارتند از: مونوکسید کربن CO، هیدروژن نسوخته H2 و متان CH4، هیدروکربن های سنگین CmHn و دوده. بنابراین، هرچه دی اکسید کربن CO 2 در محصولات احتراق بیشتر باشد، مونوکسید کربن CO در آنها کمتر خواهد بود، یعنی احتراق کامل تر خواهد بود. مفهوم حداکثر محتوای CO 2 در محصولات احتراق معرفی شد - این مقدار CO 2 است که می تواند در محصولات احتراق خشک با احتراق کامل گاز بدون هوای اضافی به دست آید.

پیشرفته ترین راه برای کنترل جریان هوا به داخل کوره و کامل بودن احتراق آن، آنالیز محصولات احتراق با استفاده از آنالایزرهای گاز اتوماتیک است. آنالایزرهای گاز به طور دوره ای نمونه ای از گازهای خروجی را می گیرند و محتوای دی اکسید کربن موجود در آنها و همچنین مقدار مونوکسید کربن و هیدروژن نسوخته (CO + H 2) را در درصد حجمی تعیین می کنند. اگر قرائت روی فلش روی مقیاس (CO + H 2) برابر با 0 باشد، احتراق کامل است و هیچ (CO + H 2) در محصولات احتراق وجود ندارد. اگر فلش از صفر به راست منحرف شود، محصولات احتراق حاوی (CO + H 2)، یعنی. احتراق ناقص رخ می دهد. در مقیاس دیگر، فلش آنالایزرهای گاز باید حداکثر مقدار CO 2 max را در محصولات احتراق نشان دهد. احتراق کامل در حداکثر درصد دی اکسید کربن و محتوای صفر (CO + H 2) رخ می دهد.

I. احتراق و اکسیداسیون آهسته

احتراق اولین واکنش شیمیایی است که انسان با آن آشنا شد. آتش ... آیا می توان وجود خود را بدون آتش تصور کرد؟ او وارد زندگی ما شد و از آن جدا نشدنی شد. بدون آتش، شخص نمی تواند غذا یا فولاد را بدون آن بپزد، حمل و نقل غیرممکن است. آتش یار و هم پیمان ما شده است، نمادی از کردار باشکوه، کردار نیک و خاطره ای از گذشته.

یادبود شکوه در سیکتیوکار

شعله، آتش، به عنوان یکی از مظاهر واکنش احتراق، بازتاب یادگاری خود را نیز دارد. یک مثال قابل توجه -یادبود شکوه در سیکتیوکار.

هر چهار سال یک بار، رویدادی در جهان رخ می دهد که با انتقال آتش "زنده" همراه است. به نشانه احترام به بنیانگذاران المپیک، آتش از یونان تحویل داده می شود. طبق سنت یکی از ورزشکاران برجسته این مشعل را به میدان اصلی المپیک تحویل می دهد.

افسانه ها و افسانه هایی در مورد آتش وجود دارد. در قدیم، مردم فکر می کردند که مارمولک های کوچک - ارواح آتش - در آتش زندگی می کنند. و کسانی بودند که آتش را خدایی می دانستند و به افتخار آن معابد می ساختند. برای صدها سال، لامپ های اختصاص داده شده به خدای آتش در این معابد بدون خاموش شدن می سوختند. پرستش آتش نتیجه ناآگاهی مردم از فرآیند احتراق بود.

شعله المپیک

M.V Lomonosov گفت: "مطالعه ماهیت آتش بدون شیمی به هیچ وجه غیرممکن است."

احتراق - یک واکنش اکسیداسیون که با سرعت نسبتاً بالایی رخ می دهد, همراه با انتشار گرما و نور.

به طور شماتیک، این فرآیند اکسیداسیون را می توان به صورت زیر بیان کرد:

واکنش هایی که با آزاد شدن گرما رخ می دهد نامیده می شود گرمازا(از یونانی "exo" - خارج).

در طی احتراق، اکسیداسیون شدید رخ می دهد، آتش در طول فرآیند احتراق ظاهر می شود، بنابراین، چنین اکسیداسیون بسیار سریع انجام می شود.اگر آیا سرعت واکنش به اندازه کافی سریع خواهد بود؟ ممکن است انفجار رخ دهد. اینگونه است که مخلوط مواد قابل اشتعال با هوا یا اکسیژن منفجر می شود. متأسفانه مواردی از انفجار مخلوط هوا با متان، هیدروژن، بخار بنزین، اتر، آرد و غبار قند و غیره وجود دارد که منجر به تخریب و حتی تلفات می شود.

برای اینکه احتراق رخ دهد شما نیاز دارید:

• ماده قابل اشتعال
• عامل اکسید کننده (اکسیژن)
• گرمایش ماده قابل اشتعالتا دمای اشتعال

دمای اشتعال هر ماده متفاوت است.

در حالی که اتر را می توان با سیم داغ مشتعل کرد، برای احتراق چوب، باید آن را تا چند صد درجه گرم کرد. دمای اشتعال مواد متفاوت است. گوگرد و چوب در حدود 270 درجه سانتیگراد، زغال سنگ در حدود 350 درجه سانتیگراد و فسفر سفید در حدود 40 درجه سانتیگراد مشتعل می شوند.

با این حال، تمام اکسیداسیون لزوماً نباید با ظهور نور همراه باشد.

تعداد قابل توجهی از موارد اکسیداسیون وجود دارد که نمی توانیم آنها را فرآیندهای احتراق بنامیم، زیرا آنها به قدری آهسته رخ می دهند که برای حواس ما نامرئی می مانند. فقط پس از گذشت مدت زمان معین و اغلب بسیار طولانی، می توانیم محصولات اکسیداسیون را تشخیص دهیم. این مورد، برای مثال، در مورد اکسیداسیون بسیار آهسته (زنگ زدن) فلزات است

یا در طی فرآیندهای پوسیدگی.

البته در زمان اکسیداسیون آهسته گرما آزاد می شود، اما این رهاسازی به دلیل طول مدت فرآیند به کندی پیش می رود. با این حال، این که آیا یک تکه چوب به سرعت می سوزد یا در طول سالیان متمادی تحت اکسیداسیون آهسته در هوا قرار می گیرد، تفاوتی نمی کند - در هر دو مورد مقدار یکسانی گرما آزاد می شود.

اکسیداسیون آهسته فرآیند برهمکنش آهسته مواد با اکسیژن با آزاد شدن آهسته گرما (انرژی) است.

نمونه هایی از برهمکنش مواد با اکسیژن بدون انتشار نور: پوسیدگی کود، برگها، ترشیدگی روغن، اکسید شدن فلزات (نازلهای آهن با استفاده طولانی نازکتر و کوچکتر می شوند)، تنفس موجودات هوازی، یعنی تنفس اکسیژن، همراه با آزاد شدن گرما، تشکیل دی اکسید کربن و اب.

بیایید با ویژگی های فرآیندهای احتراق و اکسیداسیون کند که در جدول آورده شده است آشنا شویم.

ویژگی های فرآیندهای احتراق و اکسیداسیون کند

نشانه های واکنش	روند
	احتراق	اکسیداسیون آهسته
تشکیل مواد جدید	آره (اکسیدها)	آره (اکسیدها)
انتشار گرما	آره	آره
میزان انتشار گرما	بزرگ	کم اهمیت (آهسته راه می رود)
ظهور نور	آره	خیر

که در نتیجه واکنش‌های احتراق و اکسیداسیون آهسته، واکنش‌های گرمازایی هستند که در سرعت وقوع این فرآیندها متفاوت هستند.

II. اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی.

هر ماده مقدار معینی انرژی را ذخیره می کند. ما با این خاصیت مواد در صبحانه، ناهار یا شام مواجه می شویم، زیرا غذا به بدن ما اجازه می دهد تا از انرژی طیف گسترده ای از مواد غذایی استفاده کند. ترکیبات شیمیاییموجود در غذا در بدن، این انرژی به حرکت، کار تبدیل می شود و برای حفظ دمای بدن ثابت (و کاملاً بالا!) استفاده می شود.

هر واکنش شیمیایی با آزاد شدن یا جذب انرژی همراه است. بیشتر اوقات، انرژی به شکل گرما آزاد یا جذب می شود (کمتر به شکل نور یا انرژی مکانیکی). این گرما قابل اندازه گیری است. نتیجه اندازه گیری بر حسب کیلوژول (کیلوژول) برای یک مول از واکنش دهنده یا (به طور معمول) برای یک مول از محصول واکنش بیان می شود. مقدار گرمای آزاد شده یا جذب شده در طی یک واکنش شیمیایی نامیده می شود اثر حرارتی واکنش (س) . به عنوان مثال، اثر حرارتی واکنش احتراق هیدروژن در اکسیژن را می توان با هر یک از دو معادله بیان کرد:

2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + 572 کیلوژول

2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + Q

این معادله واکنش نامیده می شودمعادله ترموشیمیایی. اینجا نماد "+ س" به این معنی که وقتی هیدروژن می سوزد، گرما آزاد می شود. این گرما نامیده می شود اثر حرارتی واکنش. معادلات ترموشیمیایی اغلب حالت های تجمعی مواد را نشان می دهد.

به واکنش هایی که با آزاد شدن انرژی رخ می دهد، EXOTHERMAL می گویند(از لاتین "exo" - خارج). به عنوان مثال، احتراق متان:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q

واکنش هایی که با جذب انرژی رخ می دهد ENDOTHERMIC نامیده می شود(از لاتین "endo" - داخل). به عنوان مثال می توان به تشکیل مونوکسید کربن (II) CO و هیدروژن H2 از زغال سنگ و آب اشاره کرد که فقط هنگام گرم شدن اتفاق می افتد.

C + H 2 O = CO + H 2 - Q

اثرات حرارتی واکنش های شیمیایی برای بسیاری از محاسبات فنی مورد نیاز است.

اثرات حرارتی واکنش های شیمیایی برای بسیاری از محاسبات فنی مورد نیاز است. برای لحظه ای خود را به عنوان طراح یک موشک قدرتمند با قابلیت پرتاب به مدار تصور کنید سفینه های فضاییو سایر محموله ها (شکل).

برنج. قدرتمندترین موشک روسی جهان، انرژی، قبل از پرتاب در کیهان بایکونور. موتورهای یکی از مراحل آن در گازهای مایع- هیدروژن و اکسیژن

فرض کنید کار (بر حسب کیلوژول) را می‌دانید که باید برای رساندن یک موشک به همراه محموله از سطح زمین به مدار، کار غلبه بر مقاومت هوا و سایر هزینه‌های انرژی را در طول پرواز انجام دهید. چگونه می توان تامین هیدروژن و اکسیژن مورد نیاز را که (در حالت مایع) در این موشک به عنوان سوخت و اکسید کننده استفاده می شود محاسبه کرد؟

بدون کمک اثر حرارتی واکنش تشکیل آب از هیدروژن و اکسیژن، انجام این کار دشوار است. به هر حال، اثر حرارتی همان انرژی است که باید موشک را به مدار پرتاب کند. در محفظه‌های احتراق یک موشک، این گرما به انرژی جنبشی مولکول‌های گاز داغ (بخار) تبدیل می‌شود که از نازل‌ها خارج شده و نیروی رانش جت ایجاد می‌کند.

که در صنایع شیمیاییبرای محاسبه میزان گرمای راکتورهایی که در آن واکنش‌های گرماگیر رخ می‌دهند، به اثرات حرارتی نیاز است. در بخش انرژی، تولید انرژی حرارتی با استفاده از گرمای احتراق سوخت محاسبه می شود.

متخصصان تغذیه از اثرات حرارتی اکسیداسیون استفاده می کنند محصولات غذاییدر بدن برای ایجاد رژیم های غذایی مناسب نه تنها برای بیماران، بلکه برای افراد سالم - ورزشکاران، کارگران حرفه های مختلف. به طور سنتی، محاسبات در اینجا نه از ژول، بلکه از واحدهای انرژی دیگر - کالری (1 کالری = 4.1868 J) استفاده می کنند. محتوای انرژی غذا به هر جرمی از محصولات غذایی اطلاق می شود: 1 گرم، 100 گرم یا حتی بسته بندی استاندارد محصول. به عنوان مثال، روی برچسب یک شیشه شیر تغلیظ شده می توانید کتیبه زیر را بخوانید: "محتوای کالری 320 کیلو کالری / 100 گرم".

№2. پازل "حروف غیر تکراری".

برای حل این معما، به دقت به هر خط نگاه کنید. حروفی را انتخاب کنید که هرگز تکرار نمی شوند. اگر این کار را به درستی انجام دهید، می توانید از این حروف برای ایجاد ضرب المثلی در مورد قوانین کنترل آتش استفاده کنید.

به علاوه:

احتراق

احتراق- فرآیند پیچیده فیزیکی و شیمیایی تبدیل اجزاء مخلوط قابل احتراقبه محصولات احتراق با انتشار تابش حرارتی، نور و انرژی تابشی. ماهیت احتراق را می توان به عنوان اکسیداسیون سریع توصیف کرد.

احتراق مادون صوت (دفلگراسیون)، بر خلاف انفجار و انفجار، در سرعت های پایین رخ می دهد و با تشکیل موج ضربه ای همراه نیست. احتراق مافوق صوت شامل انتشار شعله آرام آرام و متلاطم است، در حالی که احتراق مافوق صوت شامل انفجار است.

احتراق به تقسیم می شود حرارتیو زنجیر. در هسته حرارتیاحتراق یک واکنش شیمیایی است که می تواند به دلیل انباشت گرمای آزاد شده با خود شتاب پیشرونده ادامه یابد. زنجیراحتراق در برخی از واکنش های فاز گاز در فشارهای پایین رخ می دهد.

شرایط برای خود شتاب حرارتی می تواند برای همه واکنش هایی با اثرات حرارتی و انرژی فعال سازی به اندازه کافی بزرگ فراهم شود.
احتراق می تواند به طور خود به خود در نتیجه خودسوزی شروع شود یا با اشتعال شروع شود. تحت شرایط خارجی ثابت سوزاندن مداومممکن است نشت کند حالت ثابتهنگامی که ویژگی های اصلی فرآیند - سرعت واکنش، قدرت آزادسازی گرما، دما و ترکیب محصولات - در طول زمان تغییر نمی کند، یا حالت دوره ایزمانی که این ویژگی ها حول مقادیر متوسط ​​خود در نوسان هستند. به دلیل وابستگی غیرخطی شدید سرعت واکنش به دما، احتراق بسیار حساس به شرایط خارجی. همین خاصیت احتراق وجود چندین حالت ثابت را در شرایط یکسان تعیین می کند (اثر هیسترزیس).

فرآیند احتراق به چند نوع تقسیم می شود: فلاش، احتراق، اشتعال، احتراق خود به خود، اشتعال خود به خود، انفجار و انفجار. علاوه بر این، انواع خاصی از احتراق وجود دارد: احتراق دود و شعله سرد. فلاش فرآیند احتراق آنی بخارات مایعات قابل اشتعال و احتراق است که در اثر قرار گرفتن مستقیم در معرض منبع اشتعال ایجاد می شود. احتراق پدیده احتراق است که تحت تأثیر منبع احتراق رخ می دهد. اشتعال آتشی است که با ظهور شعله همراه است. در عین حال، بقیه جرم ماده قابل احتراق نسبتا سرد باقی می ماند. احتراق خود به خودی پدیده ای از افزایش شدید سرعت واکنش های گرمازا در یک ماده است که منجر به احتراق در غیاب منبع اشتعال می شود. احتراق خود به خود احتراق خود به خودی همراه با ظاهر شدن شعله است. که در شرایط تولیدممکن است به طور خود به خود بسوزد خاک اره، پارچه های روغنی. بنزین و نفت سفید می توانند خود به خود مشتعل شوند. انفجار یک تبدیل شیمیایی سریع یک ماده (احتراق انفجاری) است که با آزاد شدن انرژی و تشکیل گازهای فشرده که قادر به تولید کار مکانیکی هستند، همراه است.

سوختن بدون شعله

بر خلاف احتراق معمولی، هنگامی که مناطق شعله اکسید کننده و شعله کاهنده مشاهده می شود، می توان شرایطی را برای احتراق بدون شعله ایجاد کرد. به عنوان مثال، اکسیداسیون کاتالیستی مواد آلی بر روی سطح یک کاتالیزور مناسب، مانند اکسیداسیون اتانول بر روی پلاتین سیاه است.

احتراق فاز جامد

اینها فرآیندهای گرمازا موج خودکار در مخلوطی از غیر آلی و پودرهای ارگانیک، با تکامل گاز قابل توجه همراه نبوده و منجر به تولید محصولات منحصراً متراکم می شود. فازهای گازی و مایع به عنوان مواد واسطه ای تشکیل می شوند که انتقال جرم را فراهم می کنند، اما سیستم سوختن را ترک نمی کنند. نمونه های شناخته شده ای از پودرهای واکنش دهنده وجود دارد که تشکیل چنین فازهایی در آنها اثبات نشده است (تانتالوم-کربن).

اصطلاحات بی اهمیت "احتراق بدون گاز" و "احتراق شعله جامد" مترادف استفاده می شوند.

نمونه ای از این فرآیندها SHS (سنتز در دمای بالا خود تکثیر شونده) در مخلوط های معدنی و آلی است.

دود شدن

نوعی احتراق که در آن شعله ای ایجاد نمی شود و منطقه احتراق به آرامی در سراسر مواد پخش می شود. دود شدن معمولاً در مواد متخلخل یا فیبری مشاهده می شود محتوای بالاهوا یا آغشته به مواد اکسید کننده.

احتراق خودزا

احتراق خود نگهدار. این اصطلاح در فناوری های زباله سوز استفاده می شود. امکان احتراق خودزا (خودپایدار) زباله با حداکثر محتوای اجزای بالاست تعیین می شود: رطوبت و خاکستر. بر اساس سالها تحقیق، دانشمند سوئدی تانر پیشنهاد کرد که از نمودار مثلثی با مقادیر محدود برای تعیین مرزهای احتراق خودزا استفاده شود: بیش از 25٪ قابل احتراق، کمتر از 50٪ رطوبت، کمتر از 60٪ خاکستر.

همچنین ببینید

یادداشت

پیوندها

بنیاد ویکی مدیا 2010.

مترادف ها:

ببینید «احتراق» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

یک فرآیند فیزیکوشیمیایی که در آن تبدیل یک ماده با آزاد شدن شدید انرژی و تبادل گرما و جرم همراه است. محیط. احتراق می تواند به طور خود به خود در نتیجه خودسوزی شروع شود یا شروع شود... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

سوختن، سوزاندن، بسیاری. نه، رجوع کنید به (کتاب). عمل و شرط طبق چ. سوختن گاز سوز. سوزش ذهنی. فرهنگ لغتاوشاکووا. D.N. اوشاکوف. 1935 1940 ... فرهنگ توضیحی اوشاکوف

درخشش، بازی، شوق، درخشش، بازی، برخاستن، شادی، روحیه نشاط‌آور، درخشش، درخشش، وسواس، آتش، شور، چشمک، الهام، درخشش، الهام، شور، ذوق، شیفتگی، احتراق، طلوع فرهنگ لغت... . .. فرهنگ لغت مترادف

احتراق- احتراق، دگرگونی شیمیایی که با آزاد شدن شدید گرما و گرما و انتقال جرم با محیط همراه است. ممکن است به طور خود به خود (احتراق خود به خود) یا در نتیجه اشتعال شروع شود. خاصیت بارز احتراق توانایی... ... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

شیمی پیچیده واکنشی که تحت شرایط خود شتاب پیشرونده مرتبط با انباشت گرما یا کاتالیز محصولات واکنش در سیستم رخ می دهد. با G. می توان به دمای بالا (تا چندین هزار K) دست یافت و اغلب اتفاق می افتد... ... دایره المعارف فیزیکی

فرآیند فیزیکی و شیمیایی که در آن تبدیل یک ماده با آزاد شدن شدید انرژی و انتقال گرما و جرم با محیط همراه است. ممکن است به طور خود به خود در نتیجه خودسوزی شروع شود یا ممکن است توسط... ... فرهنگ لغت شرایط اضطراری

محتویات بخش

احتراق فرآیند اکسیداسیون سریع در دمای بالا است که ترکیبی از پدیده های فیزیکی و شیمیایی است. احتراق شامل تعداد زیادی فرآیند ردوکس اولیه است که منجر به توزیع مجدد الکترون های ظرفیت بین اتم های مواد برهم کنش می شود - یک واکنش زنجیره ای. در طی واکنش زنجیره ای، اتم های آزاد، رادیکال ها و سایر ترکیبات میانی ناپایدار با افزایش فعالیت شیمیایی - مراکز فعال - ظاهر می شوند. در واکنش با ماده اولیه، مراکز فعال تشکیل می شوند محصولات نهاییواکنش ها و مراکز میانی فعال جدید.

فرآیند اولیه تشکیل مراکز فعال از مواد اولیه را هسته‌زایی زنجیره می‌گویند. این فرآیند همیشه با جذب انرژی اتفاق می افتد، یعنی. گرماگیر است

انشعاب زنجیره ای در نتیجه واکنش مرکز فعال با ماده اولیه رخ می دهد و در نتیجه چندین مرکز فعال تشکیل می شود.

خاتمه زنجیره به فرآیندی اشاره دارد که در آن محصول فعال ناپدید می شود.

اگر سرعت انشعاب بیشتر از سرعت شکست باشد، یک واکنش زنجیره ای ایجاد می شود. اگر سرعت پایان بیشتر از سرعت انشعاب باشد، واکنش ادامه نمی یابد. یک واکنش زنجیره ای با زنجیره های بدون شاخه با تشکیل تنها یک مرکز فعال جدید مشخص می شود - نتیجه تعامل مرکز فعال موجود با ماده شروع. یک واکنش زنجیره ای با زنجیره های انشعاب با تشکیل چندین مرکز فعال (برای جایگزینی یک مرکز مصرف شده) مشخص می شود که منجر به تسریع قابل توجه واکنش می شود. برخورد مراکز فعال می تواند منجر به قطع مدار شود: بین خود، با مولکول های یک ماده بی اثر، با دیواره کوره، با دیواره دستگاه تبادل حرارت.

ساده ترین مکانیسم اکسیداسیون (احتراق) هیدروژن و پیچیده ترین آن اکسیداسیون هیدروکربن ها است. اکسیداسیون هیدروژن به یک واکنش زنجیره ای با زنجیره های انشعاب اطلاق می شود و شامل مراحل ابتدایی زیر است:

1. H 2 + O 2 → H + H 2 O - هسته زنجیری

2. H + O 2 → OH + O – انشعاب زنجیره ای

3. O + H 2 → OH + H - ادامه زنجیره

4. OH + H 2 → H 2 O + H - ادامه زنجیره

5. H + دیوار → (1/2) H 2 – مدار باز روی دیوار

6. H + O 2 + M → H 2 O + M - مدار باز در حجم

در نتیجه برهمکنش یک اتم هیدروژن با یک مولکول اکسیژن، 2 مولکول آب و 3 اتم هیدروژن جدید (مراکز فعال) به دست می آید، یعنی. واکنش زنجیره ای شاخه ای است. سرعت واکنش های زنجیره ایبسیار حساس به ناخالصی های خارجی و به شکل ظرف (جعبه آتش).

تکمیل فرآیند احتراق با تجزیه و تحلیل محصولات احتراق انجام شده با استفاده از روش تحقیق کروماتوگرافی گازی قضاوت می شود (تعیین هوای اضافی که مشعل با آن کار می کند می تواند به دو روش انجام شود: با تجزیه و تحلیل مخلوط گاز و هوا در مخلوط کن مشعل و توسط تجزیه و تحلیل محصولات احتراق).

شدت احتراق سوخت را می توان تحت تأثیر عوامل زیر قرار داد:

افزایش دمای مواد واکنش دهنده - سوخت و اکسید کننده. به ازای هر 10 درجه افزایش دما، سرعت واکنش 2 تا 4 برابر افزایش می یابد - قانون Van't Hoff. (تأثیر دما بر واکنش ها توسط شاخه خاصی از شیمی - "ترموشیمی" مورد مطالعه قرار می گیرد).

اثر فتوشیمیایی نور، که شامل این واقعیت است که مولکول های مواد واکنش دهنده، کوانتوم های نور را جذب می کنند، به عنوان مثال. واکنش پذیرتر شوند. (اثر نور مرئی و فرابنفش بر واکنش ها مورد مطالعه قرار گرفته است - "فتوشیمی").

پرتوهای یونیزان - (مطالعات - "شیمی تابشی").

فشار - (مطالعات - "شیمی فشرده سازی").

تاثیر مکانیکی یک عمل مکانیکی شیمیایی شکستن پیوندهای شیمیایی در یک ماده تحت تأثیر نیروهای مکانیکی (خرد کردن، آسیاب کردن و غیره) است. "قطعات" حاصل از مولکول ها واکنش پذیری مواد را افزایش می دهد. (فرآیندهای شیمیایی که تحت تأثیر نیروهای مکانیکی رخ می دهند توسط "مکانوشیمی" مورد مطالعه قرار می گیرند).

اثر کاتالیزوری کاتالیزورها موادی هستند که سرعت واکنش را تغییر می دهند. در حضور یک کاتالیزور، مسیری که در آن واکنش کلی رخ می دهد تغییر می کند. بنابراین، واکنش اکسیداسیون CO با اکسیژن 2CO + O 2 = 2CO 2 به طور قابل توجهی در حضور بخار آب تسریع می شود، این ناشی از توسعه زنجیره هایی است که شامل رادیکال های آزاد OH و H است:

OH + CO → CO 2 + H - هسته زنجیری

H + O 2 → OH + O - ادامه زنجیره

CO + O → CO 2 - ادامه زنجیره

بسته به وضعیت تجمع کاتالیزور و واکنش دهنده ها، کاتالیز بین همگن و ناهمگن تشخیص داده می شود.

واکنش های شیمیایی، بین مواد در یک فاز رخ می دهد همگن ، در مراحل مختلف - ناهمگن نامیده می شود.

احتراق سوخت جامدشامل حرارت دادن، تبخیر رطوبت، تصعید مواد فرار، تشکیل کک، اکسیداسیون مواد فرار، اکسیداسیون کک - یک فرآیند ناهمگن است.

احتراق سوخت مایعشامل حرارت دادن، جوشاندن، تبخیر، اکسیداسیون - یک فرآیند ناهمگن است.

احتراق سوخت گازی شامل دو مرحله است: گرمایش و اکسیداسیون - یک فرآیند همگن.

گاز سوز

فرآیند احتراق سوخت گازی با اکسیداسیون سریع گازهای قابل احتراق ساده و تجزیه پیروژنتیکی گازهای پیچیده همراه است. تجزیه پیروژنتیک با آزاد شدن کربن دوده و تشکیل ترکیبات کم مولکولی که به سرعت اکسید می شوند ادامه می یابد. کربن سیاه موجود در مشعل به شعله رنگ می دهد و باعث درخشش آن می شود. هنگامی که هوا از قبل با گازهای ساده (CO, H2) مخلوط می شود، تجزیه ی پیروژنتیکی وجود ندارد و مخلوط با شعله ای شفاف می سوزد. وجود گازهای بی اثر N 2 و CO 2 در مخلوط باعث افزایش دمای احتراق و اکسیژن کاهش آن می شود. با افزایش فشار، دمای احتراق کاهش می یابد.

دمای احتراق مخلوط گازهای قابل اشتعال را می توان تقریباً با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

تیاحتراق سانتی متر ≈ 0.01 ( در a + bt b + ct c + …)

جایی که: الف، ب، ج- محتوای گازهای قابل اشتعال،٪؛

t a, t b, t c- دمای اشتعال گازها، درجه سانتیگراد.

سرعت اشتعال نیز به ترکیب گازها بستگی دارد و معمولاً از 10 متر بر ثانیه تجاوز نمی کند.

هنگام سوزاندن سوخت گازی، انفجار در برخی شرایط امکان پذیر است، به ویژه با احتراق سریع یک مخلوط قابل احتراق از یک ترکیب خاص در حجم کم. گرمای آزاد شده در این حالت تقریباً به طور کامل صرف گرم کردن محصولات احتراق می شود که انبساط سریع آن باعث فشرده شدن لایه اطراف می شود. در سرعت اشتعال بالا، فشرده سازی زمان پخش در کل حجم فضا را ندارد و موضعی است. این دوباره باعث فشرده سازی و انبساط می شود، یعنی. یک موج انفجار شکل می گیرد که با سرعت 2000-3000 متر بر ثانیه منتشر می شود.

موج انفجار نه تنها از گرمایش، بلکه در نتیجه فرآیندهای الکتروشیمیایی نیز ایجاد می شود. با آب بندی مطمئن دستگاه های خط لوله گاز، فشار مثبت گاز در خط لوله گاز و حذف کامل امکان اشتعال مخلوط می توان از تشکیل یک مخلوط انفجاری جلوگیری کرد.

جدول 7.1.سرعت انتشار شعله در مخلوط گازهای قابل اشتعال با هوا

گاز	مخلوط استوکیومتری			مخلوطی که در آن سرعت دارد حداکثر مقدار
مطالب، ج. %		من n، sm/s	مطالب، ج. %		من حداکثر،
گاز	هوا	گاز	هوا
هیدروژن	29,5	70,5	160–180	42–43	57–58	265–267
مونوکسید کربن	29,5	70,5	28–30	43–52,5	47,5–57	41–46
متان	9,5	90,5	28–37	9,5–10,5	89,5–90,5	37–38
پروپان	4,03	95,97	40,6–40,8	4,26	95,74	42,9–43,2
بوتان	3,14	96,86	34	3,3	96,7	37
استیلن	7,75	92,25	100–128	10–10,7	89,3–90	131–157
اتیلن	6,54	93,46	60–63	7,0–7,4	92,6–93	63–81

سوختن نفت کوره

فرآیند احتراق نفت کوره در مقایسه با فرآیند احتراق سوخت گازی پیچیده تر است. احتراق نفت کوره با استفاده از مشعل ها را می توان به چند مرحله به هم پیوسته تقسیم کرد:

پاشش جت نفت کوره;

مخلوط کردن قطرات کوچک نفت کوره با هوا؛

حرارت دادن مخلوط هوا تا دمای تبخیر قطرات کوچک؛ تجزیه حرارتی مولکول های هیدروکربن و احتراق گازهای حاصل.

اختلاط گازها، بخار و محصولات تجزیه جامد (کربن سیاه) با هوا در یک مشعل در حال سوختن و اکسیداسیون آنها (احتراق).

هرچه اتمیزه شدن روغن کوره ریزتر باشد، فرآیندهای اختلاط قطرات کوچک با هوا، حرارت دادن و احتراق مخلوط سوخت و هوای آماده برای احتراق بهتر است.

هنگام شعله ور کردن نفت کوره، نرخ فرسودگی ذرات سوخت در حال حرکت در جریان مخلوط هوا به سه عامل بستگی دارد:

ظرافت های پاشش روغن کوره;

شرایط مخلوط کردن روغن سوخت اتمیزه شده با هوا؛

شرایط تامین گرما به قسمت اولیه مشعل، لازم برای تثبیت اشتعال مخلوط قابل احتراق که از نازل خارج می شود.

هنگامی که قطرات گرمایش روغن واقع در مخلوط هوا جریان می یابد، فرآیندهای مرتبط با تبخیر مایع و شکافتن هیدروکربن ها رخ می دهد. تبخیر در دمای 150 درجه سانتیگراد با آزاد شدن بخشهای سبک شروع می شود. در دمای بالای 350 درجه سانتی گراد و کمبود هوا، ذرات با تشکیل هیدروکربن های سبک و سنگین شروع به شکافتن می کنند. در دماهای بالاتر از 650 درجه سانتی گراد، مولکول های هیدروکربن با تشکیل هیدروکربن های با وزن مولکولی بالا و باقی مانده جامد به شکل کربن دوده تجزیه می شوند.

هیدروکربن های با وزن مولکولی بالا و کربن سیاه که شعله دودی تولید می کند به سختی می سوزند. برای سوزاندن یک مولکول از محصول تجزیه هیدروکربن به شکل (C 18 H 2) 2، 37 مولکول اکسیژن مورد نیاز است. در نتیجه، اگر با حرکت جریان مخلوط قابل احتراق، قطرات نفت کوره فوراً در منطقه با دمای بالا فلر بیفتند، به سرعت گرم می شوند و در هنگام تقسیم، محصولاتی را آزاد می کنند که به سختی می سوزند، بدون اینکه در حال سوختن، همراه با گازهای دودکش حذف خواهد شد.

به خصوص نامطلوب برای احتراق کاملتوزیع نابرابر اکسیژن در مخلوط هوا، که هنگامی مشاهده می شود که یک جت نفت کوره در امتداد محور مشعل عرضه می شود، با تلفات زیاد فشار هوای پرسرعت در خروجی مشعل نفت کوره و اختلاط ضعیف سوخت. مخلوط هوا در طی فرآیند احتراق در پشت مشعل.

برای بهبود فرآیندهای احتراق نفت کوره پراهمیتمراحل آماده سازی قبل از احتراق انجام شده است، به عنوان مثال: گرم کردن نفت کوره در هنگام عرضه به مشعل ها، اختلاط اولیه با هوا یا بخار برای به دست آوردن امولسیون نفت کوره قبل از تغذیه به مشعل ها، گاز سازی اولیه نفت کوره به دلیل احتراق ناقص در مشعل ها. محفظه مشعل با سوختن بعدی گاز حاصل در فضای محفظه احتراق.

پیش گازی شدن نفت کوره در اثر احتراق ناقص و همچنین آماده سازی اولیهامولسیون نفت کوره مخلوط شده با آب، بخار یا هوای فشرده قبل از عرضه به دستگاه مشعل، فرآیند احتراق سوخت مایع را در مشعل تغییر می دهد و آن را به فرآیند احتراق سوخت گازی نزدیک می کند.

احتراق سوخت جامد

فرآیند ناهمگن احتراق (اکسیداسیون) سوخت جامد پیچیده ترین است (توالی مراحل جداگانه احتراق سوخت جامد در بالا ذکر شد). سرعت واکنش ناهمگن در در این موردبا مقدار کربن سوزانده شده در واحد زمان در واحد سطح سوخت فعال (مساحت) اندازه گیری می شود. سرعت این واکنش به دما، فشار، غلظت واکنش دهنده ها و مدت انتشار اکسید کننده به سطح فعال بستگی دارد.

مدت زمان انتشار به نوبه خود به دما، تفاوت در غلظت اکسیدان در جریان و سطح ذره، به ضخامت لایه مرزی بستگی دارد.

یک لایه مرزی در نزدیکی سطح ذرات سوخت به دلیل کاهش واکنش دهنده ها به دلیل افزایش غلظت محصولات احتراق (CO و CO 2) تشکیل می شود. این لایه مرزی گاز با ضخامت "b" از تامین اکسیژن به سطح ذره جلوگیری می کند. ضخامت لایه مرزی به سرعت جریان و قطر کاهش یافته ذره سوخت بستگی دارد.

در نتیجه، سرعت سوزاندن سوخت جامد با توجه به اینکه کدام یک از فرآیندهای جزء - انتشار یا اکسیداسیون خود - محدود کننده است، تعیین می شود.

احتراق سوخت جامد در بستر روی رنده کردندارای معایب زیادی است که مهمترین آنها این است که بدست آوردن دمای احتراق بالای سوخت و خودکار کردن فرآیندهای احتراق و رژیم حرارتی دیگ دشوار است.

سوخت‌های جامد در بیشتر موارد با گاز شدن به سوخت‌های پودری یا گازی تبدیل می‌شوند. سوخت پودر شده با استفاده از روش فلر سوزانده می شود. در روش احتراق شعله ور، هوای اضافی کمتری برای احتراق کامل در مقایسه با روش لایه ای مورد نیاز است.

هنگام سوزاندن گرد و غبار زغال سنگ، ضریب هوای اضافی بیش از 1.20-1.25 در نظر گرفته می شود. در این حالت می توان مقدار قابل توجهی هوای مورد نیاز برای احتراق را گرم کرد درجه حرارت بالا. فرآیندهای احتراق گرد و غبار زغال سنگ به صورت خودکار آسان تر است.

واکنش های احتراق کربن، گوگرد، هیدروکربن ها

کربن سوزی

C+O2 = CO2

1 مول (مولکول) + 1 مول = 1 مول

1 قسمت حجمی + 1 قسمت حجمی = 1 قسمت حجمی (احتراق کامل)

12 قسمت در جرم + 32 قسمت در جرم = 44 قسمت در جرم

احتراق مونوکسید کربن

2СО+О2 = 2СО2

2 خال + 1 خال = 2 خال

2 قسمت حجمی + 1 قسمت حجمی = 2 قسمت حجمی (احتراق کامل) 56 قسمت در جرم + 32 قسمت در جرم = 88 قسمت در جرم

سوزاندن گوگرد

S + O 2 = SO 2

1 مول + 1 مول = 1 مول

1 قسمت حجمی + 1 قسمت حجمی = 1 قسمت حجمی

32 قسمت در جرم + 32 قسمت در جرم = 64 قسمت در جرم

احتراق هیدروژن

2H 2 + O 2 = 2 H 2 O

2 خال + 1 خال = 2 خال

2 قسمت حجمی + 1 قسمت حجمی = 2 قسمت حجمی

4 قسمت در جرم + 32 قسمت در جرم = 36 قسمت در جرم

احتراق هیدروکربن ها

سی متراچ n +(متر + n/4)O 2 = متر CO2+ n/2 H2O

1 مول +( متر + n/4) خال = مترخال + n/2خال ها

1 قسمت جلد +( متر + n/4) قطعات حجمی= مترقطعات حجمی + n/2قطعات حجمی

12 m+nقطعات بر جرم + 32 ( متر + n/4) قطعات بر حسب جرم = 44 مترقطعات جرمی + 9 nقطعات جرمی

جدول 7.2.توده های اتمی عناصر شیمیایی جدول 7.3.سرعت سوختن از سطح آزاد

در طی واکنش های شیمیایی، یک ماده ماده دیگری را تولید می کند (با واکنش های هسته ای اشتباه نشود عنصر شیمیاییبه دیگری تبدیل می شود).

هر واکنش شیمیایی با یک معادله شیمیایی توصیف می شود:

واکنش دهنده ها → محصولات واکنش

فلش جهت واکنش را نشان می دهد.

مثلا:

در این واکنش، متان (CH 4) با اکسیژن (O 2) واکنش می دهد و در نتیجه دی اکسید کربن (CO 2) و آب (H 2 O) یا به طور دقیق تر بخار آب تشکیل می شود. این دقیقا همان واکنشی است که در آشپزخانه شما هنگام آتش زدن رخ می دهد مشعل گاز. معادله را باید به صورت زیر خواند: یک مولکول گاز متان با دو مولکول گاز اکسیژن واکنش داده و یک مولکول دی اکسید کربن و دو مولکول آب (بخار آب) تولید می کند.

اعدادی که قبل از اجزای یک واکنش شیمیایی قرار می گیرند نامیده می شوند ضرایب واکنش.

واکنش های شیمیایی اتفاق می افتد گرماگیر(با جذب انرژی) و گرمازا(با آزادسازی انرژی). احتراق متان یک نمونه معمولی از یک واکنش گرمازا است.

انواع مختلفی از واکنش های شیمیایی وجود دارد. رایج ترین:

• واکنش های اتصال؛
• واکنش های تجزیه؛
• واکنش های جایگزینی تک؛
• واکنش های جابجایی دوگانه؛
• واکنش های اکسیداسیون؛
• واکنش های ردوکس

واکنش های مرکب

در واکنش های ترکیبی، حداقل دو عنصر یک محصول را تشکیل می دهند:

2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t)- تشکیل نمک خوراکی

باید به یک تفاوت اساسی از واکنش های ترکیبی توجه شود: بسته به شرایط واکنش یا نسبت معرف های وارد شده به واکنش، نتیجه آن ممکن است محصولات مختلف. به عنوان مثال، در شرایط احتراق معمولی زغال سنگدی اکسید کربن تولید می شود:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

اگر مقدار اکسیژن کافی نباشد، مونوکسید کربن کشنده تشکیل می شود:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

واکنش های تجزیه

این واکنش ها، همانطور که بود، اساسا مخالف واکنش های ترکیب هستند. در نتیجه واکنش تجزیه، ماده به دو (3، 4...) دیگر تجزیه می شود عنصر ساده(اتصالات):

• 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- تجزیه آب
• 2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- تجزیه پراکسید هیدروژن

واکنش های تک جابجایی

در نتیجه واکنش های جانشینی تک، یک عنصر فعال تر جایگزین عنصر کمتر فعال در یک ترکیب می شود:

Zn (s) + CuSO 4 (محلول) → ZnSO 4 (محلول) + Cu (s)

روی در محلول سولفات مس، مس کمتر فعال را جابجا می کند و در نتیجه محلول سولفات روی تشکیل می شود.

درجه فعالیت فلزات به ترتیب افزایش فعالیت:

• فعال ترین آنها فلزات قلیایی و قلیایی خاکی هستند

معادله یونی واکنش فوق به صورت زیر خواهد بود:

روی (t) + Cu 2+ + SO 4 2- → Zn 2+ + SO 4 2- + Cu (t)

پیوند یونی CuSO 4، هنگامی که در آب حل می شود، به یک کاتیون مس (شارژ 2+) و یک آنیون سولفات (بار 2-) تجزیه می شود. در نتیجه واکنش جانشینی، یک کاتیون روی تشکیل می شود (که باری مشابه کاتیون مس دارد: 2-). لطفا توجه داشته باشید که آنیون سولفات در هر دو طرف معادله وجود دارد، یعنی طبق تمام قوانین ریاضی، می توان آن را کاهش داد. نتیجه یک معادله یون مولکولی است:

روی (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

واکنش های جابجایی دوگانه

در واکنش های جانشینی مضاعف، دو الکترون از قبل جایگزین شده اند. چنین واکنش هایی نیز نامیده می شود واکنش های مبادله ای. چنین واکنش هایی در محلول با تشکیل موارد زیر انجام می شود:

• جامد نامحلول (واکنش رسوب)؛
• آب (واکنش خنثی سازی).

واکنش های بارش

هنگامی که محلول نیترات نقره (نمک) با محلول کلرید سدیم مخلوط می شود، کلرید نقره تشکیل می شود:

معادله مولکولی: KCl (محلول) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

معادله یونی: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

معادله یونی مولکولی: Cl - + Ag + → AgCl (s)

اگر ترکیبی محلول باشد، در محلول به صورت یونی وجود دارد. اگر ترکیب نامحلول باشد، رسوب می‌کند و جامد را تشکیل می‌دهد.

واکنش های خنثی سازی

اینها واکنش هایی بین اسیدها و بازها هستند که منجر به تشکیل مولکول های آب می شود.

به عنوان مثال، واکنش اختلاط محلول اسید سولفوریک و محلول هیدروکسید سدیم (لوله):

معادله مولکولی: H2SO4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na2SO4 (p-p) + 2H2O (l)

معادله یونی: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (l)

معادله یونی مولکولی: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) یا H + + OH - → H 2 O (l)

واکنش های اکسیداسیون

اینها واکنشهای متقابل مواد با اکسیژن گازی در هوا هستند که معمولاً در آنها تعداد زیادی ازانرژی به صورت گرما و نور. یک واکنش اکسیداسیون معمولی احتراق است. در ابتدای این صفحه واکنش بین متان و اکسیژن است:

CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

متان متعلق به هیدروکربن ها (ترکیبات کربن و هیدروژن) است. هنگامی که یک هیدروکربن با اکسیژن واکنش می دهد، انرژی حرارتی زیادی آزاد می شود.

واکنش های ردوکس

اینها واکنش هایی هستند که در آن الکترون ها بین اتم های واکنش دهنده مبادله می شوند. واکنش هایی که در بالا مورد بحث قرار گرفت نیز واکنش های ردوکس هستند:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - واکنش ترکیبی
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - واکنش اکسیداسیون
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - واکنش تک جایگزینی

با جزئیات تا حد امکان، واکنش های ردوکس با مقدار زیادنمونه هایی از حل معادلات با استفاده از روش تعادل الکترونیکی و روش نیمه واکنش در بخش توضیح داده شده است