اگر طول مدت واکنش شیمیایی و مرحله فیزیکی فرآیند احتراق متناسب باشد، احتراق به اصطلاح پیش می‌رود. منطقه میانی،که در آن سرعت سوختن تحت تأثیر عوامل شیمیایی و فیزیکی است.

احتراق هر ماده ای در فاز گاز یا بخار اتفاق می افتد. مواد قابل احتراق مایع و جامد وقتی گرم می شوند به حالت دیگری تبدیل می شوند - گاز یا بخار و پس از آن مشتعل می شوند. در طول احتراق ثابت، منطقه واکنش به عنوان منبع احتراق برای بقیه مواد قابل احتراق عمل می کند.

ناحیه ای از یک محیط گازی که در آن یک واکنش شیمیایی شدید باعث درخشندگی و گرما می شود، نامیده می شود. شعله. شعله یک تظاهر خارجی از واکنش های اکسیداسیون شدید یک ماده است. هنگام سوزاندن مواد جامد، وجود شعله ضروری نیست. یکی از انواع احتراق مواد جامد است دود شدن(احتراق بدون شعله)، که در آن واکنش های شیمیایی با سرعت کم رخ می دهد، درخشش قرمز و تولید گرمای ضعیف غالب است. احتراق شعله انواع مواد و مواد قابل اشتعال در هوا زمانی امکان پذیر است که میزان اکسیژن در منطقه آتش حداقل 14 درصد حجمی باشد و دود شدن مواد جامد قابل اشتعال تا 6 درصد ادامه یابد.

بنابراین، احتراق یک فرآیند پیچیده فیزیکی و شیمیایی است.

تئوری احتراق مدرن بر اصول زیر استوار است. جوهر احتراق انتقال الکترون های ظرفیت به ماده اکسید کننده توسط ماده اکسید کننده است. در نتیجه انتقال الکترون ها، ساختار سطح الکترونیکی خارجی (ظرفیت) اتم تغییر می کند. سپس هر اتم تحت شرایط داده شده به پایدارترین حالت می رسد. در فرآیندهای شیمیایی، الکترون ها می توانند به طور کامل از لایه الکترونی اتم های یک نوع به پوسته اتم های نوع دیگر منتقل شوند. برای دریافت ایده از این فرآیند، اجازه دهید به چند مثال نگاه کنیم.

بنابراین، هنگامی که سدیم در کلر می سوزد، اتم های سدیم یک الکترون به اتم های کلر می دهند. در این حالت، سطح الکترونیکی بیرونی اتم سدیم دارای هشت الکترون است (ساختار پایدار) و اتمی که یک الکترون از دست داده است به یون مثبت تبدیل می‌شود. اتم کلر که یک الکترون به دست می آورد سطح بیرونی خود را با هشت الکترون پر می کند و اتم به یون منفی تبدیل می شود. در نتیجه عمل نیروهای الکترواستاتیک، یونهای دارای بار مخالف به هم می رسند و یک مولکول کلرید سدیم تشکیل می شود (پیوند یونی).

Na + + C1 - → Na + C1 -

در فرآیندهای دیگر، به نظر می‌رسد که الکترون‌های لایه‌های بیرونی دو اتم مختلف به «کاربرد مشترک» می‌رسند و در نتیجه اتم‌ها را به مولکول‌ها (پیوند کووالانسی) می‌کشند.

H ∙ + · C1: → H: C1:

اتم ها می توانند یک یا چند الکترون را برای «استفاده مشترک» اهدا کنند.

به عنوان مثال، شکل 2 نموداری از تشکیل یک مولکول متان از یک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن را نشان می دهد. چهار الکترون از اتم‌های هیدروژن و چهار الکترون از سطح الکترون بیرونی اتم کربن به اشتراک گذاشته می‌شوند و اتم‌ها در یک مولکول "با هم" کشیده می‌شوند.

شکل 2. طرح تشکیل یک مولکول متان

دکترین احتراق تاریخ خاص خود را دارد. در میان دانشمندانی که فرآیندهای احتراق را مطالعه کردند، لازم است به A.N. باخ و K.O. انگلر، که نظریه اکسیداسیون پراکسید را ایجاد کرد، بر اساس آن، هنگامی که یک سیستم قابل احتراق گرم می شود، یک مولکول اکسیژن با شکستن یک پیوند بین اتم ها فعال می شود.

مولکول فعال مولکول

مولکول اکسیژن فعال به راحتی با یک ماده قابل اشتعال ترکیب می شود و ترکیبی از نوع R-O-O-R (پراکسید) و R-O-O-H (هیدروپراکسید) را تشکیل می دهد. در اینجا R نماد رادیکال است. رادیکال‌ها ذراتی هستند (اتم‌ها یا گروه‌های اتمی) که الکترون‌های جفت‌نشده‌ای دارند، به‌عنوان مثال،، و غیره. نمونه‌ای از چنین واکنشی:

CH 4 + -O-O- → -O-O-

متیل هیدروپراکسید

انرژی شکستن پیوند -O-O- در پراکسیدها و هیدروپراکسیدها بسیار کمتر از مولکول اکسیژن O2 است، بنابراین آنها بسیار واکنش پذیر هستند. وقتی گرم می شوند، به راحتی تجزیه می شوند و مواد یا رادیکال های جدیدی تشکیل می دهند. این باعث تولید گرما می شود.

توسعه بیشتر تئوری احتراق با کارهای N.N. سمنوف که خلق کرد نظریه واکنش های زنجیره ای احتراق،که امکان نفوذ عمیق‌تر به فیزیک پدیده و توضیح حالت‌های احتراق مختلف از جمله خود اشتعالی، احتراق deflagration و احتراق منجر به انفجار را ممکن می‌سازد. علاوه بر این، تفاوت بین درک مدرن از مکانیسم احتراق و تئوری پراکسید این است که مرحله اولیه فرآیند فعال شدن مولکول های اکسیژن نیست، بلکه فعال شدن مولکول های ماده اکسید کننده است.

ساختار شعله انتشار در بالای سطح مایع قابل اشتعال، مکانیسم و ​​سرعت انتشار آن.

ساختار شعله انتشار در بالای سطح مایع قابل اشتعال تقریباً یکسان است. تنها تفاوت این است که بخارات قابل اشتعال که از سطح مایع می آیند دارای ذخیره اولیه انرژی جنبشی مانند جریان گاز نیستند و قبل از احتراق با محیط گازی اطراف مخلوط می شوند نه به دلیل انرژی جنبشی گاز ورودی. جریان، اما آهسته تر از طریق مکانیسم انتشار همرفتی و مولکولی. اما اگر منبع احتراق به مخلوط بخار و هوای حاصل متصل شود، مشعل شعله ای ظاهر می شود که نسبت جریان گاز و گرما را در بالای آینه مایع تغییر می دهد: محصولات احتراق داغ، مانند محصولات سبک تر، به سمت بالا حرکت می کنند، و به جای آنها هوای سرد تازه از فضای اطراف خارج می شود که منجر به رقیق شدن بخارات مایع قابل اشتعال می شود. جریان تابشی از انرژی حرارتی از شعله به آینه مایع می‌رود که لایه‌های سطحی مایع را گرم می‌کند و با گرم شدن آنها، فرآیند تبخیر آن را تشدید می‌کند.

اگر مایع قبل از احتراق دمایی به طور قابل توجهی بالاتر از دمای اشتعال داشته باشد، احتراق مایع بالای مخزن یا مایع ریخته شده تشدید و پیشرفت می کند و اندازه شعله افزایش می یابد. بر این اساس، شدت جریان گرمای تابشی به سطح مایع افزایش می‌یابد، فرآیند تبخیر تشدید می‌شود، شدت جریان گاز همرفتی در اطراف شعله افزایش می‌یابد، از طرفین به شدت فشرده می‌شود و شکل مخروط به خود می‌گیرد. ، افزایش اندازه با احتراق بیشتر، شعله وارد حالت احتراق آشفته می شود و تا زمانی که یک رژیم تعادل حرارتی و گازی-دینامیک ایجاد شود، رشد خواهد کرد. حداکثر دمای شعله انتشار آشفته اکثر مایعات قابل اشتعال از 1250-1350 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند.

انتشار احتراق بر روی سطح سطح مایع به سرعت تشکیل مخلوط قابل احتراق از طریق مکانیسم های انتشار مولکولی و همرفتی بستگی دارد. بنابراین، برای مایعاتی که دمای آنها کمتر از دمای احتراق است، این سرعت کمتر از 0.05 متر بر ثانیه است و برای مایعاتی که بالاتر از دمای اشتعال گرم می شوند، به 0.5 متر بر ثانیه یا بیشتر می رسد.

بنابراین، سرعت انتشار شعله روی سطح یک مایع قابل اشتعال عمدتاً به دمای آن بستگی دارد.

اگر دمای مایع برابر یا بالاتر از دمای احتراق باشد، ممکن است احتراق رخ دهد. در ابتدا شعله کوچکی در بالای سطح مایع برقرار می شود که سپس به سرعت ارتفاع آن افزایش می یابد و پس از مدت کوتاهی به حداکثر مقدار خود می رسد. این نشان می دهد که انتقال حرارت و جرم مشخصی بین منطقه احتراق و سطح مایع برقرار شده است. گرما از ناحیه احتراق به لایه سطحی مایع توسط تابش و هدایت حرارتی از طریق دیواره های ظرف منتقل می شود. هیچ جریان همرفتی وجود ندارد، زیرا جریان بخار در ستون به سمت بالا هدایت می شود، یعنی. از سطحی با حرارت کمتر به سطحی با حرارت بیشتر. مقدار حرارت منتقل شده به مایع از ناحیه احتراق ثابت نیست و به دمای مشعل، شفافیت شعله، شکل آن و غیره بستگی دارد.

مایع مقداری از گرما را از دیواره مخزن دریافت می کند. این بخش از گرما می تواند زمانی که سطح مایع در مخزن کم است و همچنین هنگامی که شعله های آتش در اطراف دیواره بیرونی مخزن جریان دارد قابل توجه باشد. گرمای درک شده توسط مایع بیشتر صرف تبخیر و گرم کردن آن می شود و مقداری گرما توسط مایع به محیط از دست می رود:

Q = q 1 + q 2 + q 3

که در آن Q مقدار گرمای دریافتی مایع از شعله، kJ/ (m 2 -s) است.

q 1 - مقدار حرارت از دست رفته توسط مایع به محیط، kJ/ (m 2 -s)؛

q 2 - مقدار حرارت صرف شده برای تبخیر مایع، kJ/ (m2 s)؛

qз - مقدار گرمایی که برای گرم کردن مایع صرف می شود، kJ/ (m2 -s).

اگر قطر مخزن به اندازه کافی بزرگ باشد، می توان از مقدار q1 در مقایسه با q 2 و q 3 صرف نظر کرد:

Q = q 2 + q 3 = rlс + cpс (T-T 0) u.

جایی که r گرمای تبخیر مایع، kJ/kg است.

Ср - ظرفیت گرمایی مایع، کیلوژول / (کیلوگرم K)؛

p - چگالی مایع، mg/m3.

T دمای سطح مایع، K است.

T 0 - دمای مایع اولیه K؛

u نرخ رشد لایه مایع گرم شده، m/s است.

l سرعت خطی فرسودگی مایعات، m/s است.

اگر یک مایع جداگانه بسوزد، ترکیب فاز بخار آن با ترکیب فاز مایع تفاوتی ندارد. اگر مایعی با ترکیب پیچیده (مخلوط) بسوزد، تقطیر کسری در لایه بالایی آن رخ می دهد و ترکیب فاز کروی با ترکیب فاز مایع متفاوت است. چنین مخلوط هایی شامل روغن و تمام فرآورده های نفتی است. هنگامی که آنها می سوزند ، عمدتاً بخش های کم جوش تبخیر می شوند ، در نتیجه فاز مایع ترکیب خود را تغییر می دهد و در همان زمان فشار بخار ، وزن مخصوص ، ویسکوزیته و سایر خواص را تغییر می دهد. جدول 3.1 تغییر خواص روغن کراچوخور را در لایه سطحی هنگام سوختن در مخزنی به قطر 1.4 متر نشان می دهد.

جدول 1.11.1

تغییرات در خواص روغن کراچوخور در حین احتراق

مطابق جدول 1.11.1، به دلیل فرسودگی کسرهای کم جوش، چگالی محصول باقی مانده افزایش می یابد. همین امر در مورد ویسکوزیته، نقطه اشتعال، محتوای رزین و نقطه جوش نیز اتفاق می افتد. با سوختن روغن فقط رطوبت آن کاهش می یابد. شدت تغییرات این خواص در حین احتراق در مخازن با قطرهای مختلف یکسان نیست. در مخازن با قطر زیاد به دلیل افزایش همرفت و ضخامت لایه مایع درگیر در اختلاط، سرعت تغییر این خواص کاهش می یابد. تغییر در ترکیب کسری فرآورده های نفتی که در لایه بالایی رخ می دهد به تدریج منجر به تغییر لایه در ضخامت فرآورده نفتی گرم شده می شود.

اگر از قانون اول D.P. کونوولوف، نتیجه گیری در مورد احتراق مخلوط ها را می توان به صورت زیر فرموله کرد: مخلوطی از دو مایع در حین احتراق با آن اجزاء غنی می شود که افزودن آنها به مایع فشار بخار بالای آن را کاهش می دهد (یا نقطه جوش را افزایش می دهد). این نتیجه برای مخلوط هایی که تعداد اجزای آنها بیش از دو است نیز صادق است.

هنگام سوزاندن مخلوط مایعات قابل اشتعال و برخی مایعات قابل احتراق با آب در نتیجه تقطیر جزئی، درصد آب در فاز مایع دائماً افزایش می یابد که منجر به افزایش وزن مخصوص مخلوط سوزان می شود. این پدیده برای مخلوط هایی که در آن جزء قابل اشتعال دارای نقطه جوش زیر نقطه جوش آب است (متیل، اتیل الکل، دی اتیل اتر، استون و غیره) معمول است. هنگامی که چنین مخلوط های مایعی برای مدت طولانی می سوزند، به دلیل افزایش آب در آنها، لحظه ای فرا می رسد که احتراق متوقف می شود، اگرچه هنوز همه مخلوط نسوخته است.

مخلوطی از مایعات قابل اشتعال با آب، زمانی که نقطه جوش مایع بالاتر از نقطه جوش آب باشد، در طی فرآیند احتراق تا حدودی رفتار متفاوتی از خود نشان می دهد. درصد آب در فاز مایع افزایش نمی یابد، بلکه کاهش می یابد. در نتیجه مخلوط کاملا میسوزد. به این ترتیب مخلوط اسید استیک و آب می سوزد.

هنگامی که فرآورده های نفتی می سوزند، به دلیل تقطیر کسری که اتفاق می افتد، نقطه جوش آنها (به جدول 1.11.1 مراجعه کنید) به تدریج افزایش می یابد و بنابراین دمای لایه بالایی نیز افزایش می یابد. شکل 1.11.1 تغییر درجه حرارت در سطح را نشان می دهد

شکل 1.11.1

در دمای پایین مایع، انتقال حرارت از شعله به مایع نقش مهمی در انتشار شعله دارد. شعله سطح مایع مجاور آن را گرم می کند، فشار بخار بالای آن افزایش می یابد، یک مخلوط قابل اشتعال تشکیل می شود که هنگام احتراق می سوزد.

شعله متحرک بخش بعدی سطح مایع را گرم می کند و غیره.

وابستگی سرعت حرکت شعله روی سطح مایع به دما در شکل 1.11.2 نشان داده شده است.

هنگامی که دمای مایع کمتر از نقطه اشتعال است، سرعت حرکت شعله کم است.

با افزایش دمای مایع افزایش می یابد و با سرعت انتشار شعله از طریق مخلوط بخار و هوا در دمای مایع بالاتر از نقطه اشتعال برابر می شود.

شکل 1.11.2 تغییر در سرعت حرکت شعله در امتداد سطح مایعات بسته به دما: 1- ایزوآمیل الکل، 2 - الکل بوتیل، 3 - الکل اتیلیک، 4 - تولوئن

فرآیند احتراق به شرایط زیادی بستگی دارد که مهمترین آنها عبارتند از:

· ترکیب مخلوط قابل احتراق.

· فشار در منطقه احتراق.

· دمای واکنش؛

· ابعاد هندسی سیستم.

· حالت تجمع سوخت و اکسید کننده و غیره.

بسته به وضعیت تجمع سوخت و اکسید کننده، انواع احتراق زیر متمایز می شود:

· همگن؛

· ناهمگن؛

· احتراق مواد منفجره.

احتراق همگن در سیستم های قابل احتراق گاز یا بخار رخ می دهد (شکل 1.1) (سوخت و اکسید کننده به طور مساوی با یکدیگر مخلوط می شوند).

از آنجایی که فشار جزئی اکسیژن در منطقه احتراق (به طور مساوی) نزدیک به صفر است، اکسیژن کاملا آزادانه به منطقه احتراق نفوذ می کند (عملاً در آن است)، بنابراین نرخ احتراق عمدتاً با سرعت واکنش شیمیایی تعیین می شود. با افزایش دما افزایش می یابد. چنین احتراق (یا احتراق چنین سیستم هایی) جنبشی نامیده می شود.

شکل 1.1. طرحی از فرآیند احتراق بخارها یا گازها

کل زمان احتراق در حالت کلی با فرمول تعیین می شود

t р = t Ф + t Х،

که در آن t Ф زمان مرحله فیزیکی فرآیند (انتشار O 2 به منبع از طریق لایه) است. t X - زمان مرحله شیمیایی (واکنش).

هنگام سوزاندن سیستم های همگن (مخلوط بخارها، گازها با هوا)، زمان مرحله فیزیکی فرآیند به طور نامتناسبی کمتر از سرعت واکنش های شیمیایی است، بنابراین t P » t X - میزان توسط سینتیک ماده شیمیایی تعیین می شود. واکنش و احتراق نامیده می شود جنبشی

هنگام سوزاندن سیستم های شیمیایی ناهمگن، زمان نفوذ O 2 به ماده قابل احتراق از طریق محصولات احتراق (انتشار) به طور نامتناسبی بیشتر از زمان واکنش شیمیایی است، بنابراین سرعت کلی فرآیند را تعیین می کند. t P » t F. چنین احتراق نامیده می شود انتشار

نمونه هایی از احتراق انتشاری (شکل 1.2) احتراق زغال سنگ، کک (محصولات احتراق از انتشار اکسیژن به منطقه احتراق جلوگیری می کند) است.

شکل 1.2. طرح انتشار اکسیژن به منطقه احتراق یک ماده جامد

(احتراق ناهمگن)

غلظت اکسیژن در حجم هوای C1 به طور قابل توجهی بیشتر از غلظت آن در نزدیکی منطقه احتراق C0 است. در غیاب مقدار کافی O 2 در ناحیه احتراق، واکنش شیمیایی مهار می شود (و با سرعت انتشار تعیین می شود).

اگر مدت زمان واکنش شیمیایی و مرحله فیزیکی فرآیند قابل مقایسه باشد، احتراق در ناحیه میانی رخ می دهد (نرخ احتراق تحت تأثیر عوامل فیزیکی و شیمیایی قرار می گیرد).

در دماهای پایین، سرعت واکنش کمی به دما بستگی دارد (منحنی به آرامی به سمت بالا افزایش می یابد). در دماهای بالا، سرعت واکنش به شدت افزایش می‌یابد (یعنی سرعت واکنش در ناحیه جنبشی عمدتاً به دمای واکنش‌دهنده‌ها بستگی دارد).

سرعت واکنش اکسیداسیون (احتراق) در ناحیه انتشار با سرعت انتشار تعیین می شود و بسیار کمی به دما بستگی دارد. نقطه A انتقال از ناحیه جنبشی به ناحیه انتشار است (شکل 1.3).

فرآیند احتراق همه مواد و مواد، صرف نظر از وضعیت تجمع آنها، به عنوان یک قاعده، در فاز گاز اتفاق می افتد (مایع تبخیر می شود، مواد قابل احتراق جامد محصولات فرار آزاد می کنند). اما احتراق جامدات دارای ویژگی چند مرحله ای است. تحت تأثیر گرما - گرم شدن فاز جامد - تجزیه و انتشار محصولات گازی (تخریب، مواد فرار) - احتراق - گرما سطح جامد را گرم می کند - ورود بخش جدیدی از گازهای قابل اشتعال (محصولات تخریب) - احتراق.

برنج. 1.3. وابستگی سرعت V جنبشی (1)

و انتشار (2) بر روی دما. نقطه A - انتقال

از ناحیه جنبشی به ناحیه انتشار

بسیاری از مواد جامد قابل احتراق (چوب، پنبه، نی، پلیمرها) حاوی اکسیژن هستند. بنابراین احتراق آنها به اکسیژن کمتری از هوا نیاز دارد. و احتراق یک ماده منفجره عملاً به اکسید کننده خارجی نیاز ندارد.

بنابراین، احتراق یک ماده منفجره، خود انتشار یک منطقه واکنش گرمازا تجزیه آن یا برهمکنش اجزای آن با انتقال گرما از لایه ای به لایه دیگر است.

سرعت احتراق انتشار به فرآیندهای اختلاط انتشار بستگی دارد. علاوه بر این، در شرایط احتراق ناهمگن، تبخیر سوخت مایع یا تجزیه تبخیر توده یا سوخت جامد گرد و غبار نیز ضروری است. برای تشدید احتراق انتشار از آشفته (شعله) استفاده می شود.
همچنین ببینید:
-
-
-
-

فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی. - م.: مهندسی اینترمت. سردبیر N.P. لیاکیشف. 2000 .

ببینید "احتراق انتشار" در فرهنگ های دیگر چیست:

احتراق انتشاری- برهمکنش سوخت و اکسید کننده که در آن احتراق همزمان اتفاق می افتد. از تصاویر مخلوط قابل اشتعال سرعت d.g به فرآیندهای انتشار اختلاط بستگی دارد. علاوه بر این، در شرایط احتراق ناهمگن، لازم است. پاشش و تبخیر مایع ...... راهنمای مترجم فنی

احتراق انتشاری- difuzinis degimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Degimas, kai degieji cheminių medžiagų komponentai ir oksidatorius į degimo kamerą tiekiami atskirai, joje maišosi difuziškai difuziklauossokm. آتیتیکمنیس… Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

احتراق- کبریت ... ویکی پدیا

احتراق- فیزیکی شیمی فرآیندی که در آن تبدیل به آب با آزاد شدن شدید انرژی و تبادل گرما و جرم با محیط همراه است. بر خلاف انفجار و انفجار، در سرعت های پایین تر رخ می دهد و با تشکیل موج ضربه ای همراه نیست... دایره المعارف شیمی

تبدیل شیمیایی پیچیده و سریع یک ماده، مانند سوخت، همراه با آزاد شدن مقدار قابل توجهی گرما و درخشش روشن (شعله). در بیشتر موارد اساس احتراق گرمازا است... ...

احتراق- یک تبدیل شیمیایی پیچیده و سریع رخ می دهد که با انتشار مقدار قابل توجهی گرما و معمولاً یک درخشش روشن (شعله) همراه است. در بیشتر موارد، گاز بر اساس واکنش های اکسیداتیو گرمازا یک ماده است... دایره المعارف بزرگ شوروی

احتراق گازها و مواد قابل احتراق بخار در یک اکسید کننده گازی. یک تکانه انرژی اولیه برای شروع احتراق مورد نیاز است. بین خود و اشتعال یا اشتعال اجباری تمایز قائل شد. به طور معمول در حال گسترش ... فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

احتراق مواد قابل احتراق مایع و جامد در یک اکسید کننده گازی. برای احتراق ناهمگن مواد مایع، فرآیند تبخیر آنها از اهمیت زیادی برخوردار است. احتراق ناهمگن مواد قابل اشتعال که به راحتی تبخیر می شوند... ... فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

فعل و انفعال شیمیایی سوخت و اکسید کننده، از پیش مخلوط شده به شکل یک مخلوط قابل احتراق در مخلوط کن یک دستگاه سوخت سوز. سرعت احتراق جنبشی توسط سینتیک واکنش اکسیداسیون سوخت تعیین می شود. ببین…… فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

احتراق- سوزاندن کبریت احتراق سدیم احتراق یک فرآیند فیزیکوشیمیایی پیچیده برای تبدیل اجزای یک مخلوط قابل احتراق به محصولات احتراق با انتشار تابش حرارتی، نور و انرژی تابشی است. ماهیت احتراق را می توان تقریباً با خشونت توصیف کرد ... ویکی پدیا

احتراق همگن و ناهمگن.

بر اساس مثال های در نظر گرفته شده، بسته به وضعیت تجمع مخلوط سوخت و اکسید کننده، یعنی. بسته به تعداد فازهای مخلوط، موارد زیر وجود دارد:

1. احتراق همگنگازها و بخارات مواد قابل اشتعال در محیط اکسید کننده گازی. بنابراین، واکنش احتراق در یک سیستم متشکل از یک فاز (حالت کل) رخ می دهد.

2. احتراق ناهمگنمواد جامد قابل اشتعال در محیط اکسید کننده گازی. در این مورد، واکنش در سطح مشترک رخ می دهد، در حالی که یک واکنش همگن در کل حجم رخ می دهد.

این احتراق فلزات، گرافیت، یعنی. مواد عملا غیر فرار بسیاری از واکنش های گاز ماهیت همگن-ناهمگن دارند، زمانی که احتمال وقوع یک واکنش همگن به دلیل منشأ یک واکنش ناهمگن به طور همزمان باشد.

احتراق تمام مواد مایع و بسیاری از مواد جامد که از آنها بخارات یا گازها (مواد فرار) آزاد می شود، در فاز گاز رخ می دهد. فاز جامد و مایع نقش مخازن محصولات واکنش دهنده را ایفا می کنند.

به عنوان مثال، واکنش ناهمگن احتراق خود به خود زغال سنگ به فاز همگن احتراق مواد فرار می رود. باقی مانده کک به طور ناهمگن می سوزد.

بر اساس درجه آماده سازی مخلوط قابل احتراق، انتشار و احتراق جنبشی متمایز می شود.

انواع احتراق در نظر گرفته شده (به جز مواد منفجره) مربوط به احتراق انتشاری است. شعله، یعنی منطقه احتراق مخلوطی از سوخت و هوا باید دائماً با سوخت و اکسیژن تغذیه شود تا از پایداری اطمینان حاصل شود. عرضه گاز قابل احتراق فقط به سرعت عرضه آن به منطقه احتراق بستگی دارد. سرعت ورود مایع قابل اشتعال به شدت تبخیر آن بستگی دارد، یعنی. بر فشار بخار بالای سطح مایع و در نتیجه بر روی دمای مایع. دمای اشتعالپایین ترین دمای مایعی است که در آن شعله بالای سطح آن خاموش نمی شود.

احتراق جامدات با احتراق گازها با حضور مرحله تجزیه و تبدیل به گاز با احتراق بعدی محصولات پیرولیز فرار متفاوت است.

پیرولیز- این حرارت دادن مواد آلی به دمای بالا بدون دسترسی به هوا است. در این حالت، تجزیه، یا تقسیم، ترکیبات پیچیده به ترکیبات ساده‌تر اتفاق می‌افتد (کک شدن زغال سنگ، ترک خوردن روغن، تقطیر خشک چوب). بنابراین، احتراق یک ماده قابل احتراق جامد به یک محصول احتراق تنها در منطقه شعله متمرکز نمی شود، بلکه دارای ویژگی چند مرحله ای است.

حرارت دادن فاز جامد باعث تجزیه و آزاد شدن گازهایی می شود که مشتعل شده و می سوزند. گرمای حاصل از مشعل، فاز جامد را گرم می کند و باعث گاز شدن آن و تکرار فرآیند می شود و در نتیجه احتراق حفظ می شود.

مدل احتراق جامد حضور فازهای زیر را فرض می کند (شکل 17):

برنج. 17. مدل احتراق

ماده جامد

گرم کردن فاز جامد برای ذوب مواد، ذوب در این منطقه رخ می دهد. ضخامت منطقه به دمای رسانایی ماده بستگی دارد.

پیرولیز یا منطقه واکنش در فاز جامد که در آن مواد قابل اشتعال گازی تشکیل می شوند.

پیش شعله در فاز گاز، که در آن مخلوطی با یک اکسید کننده تشکیل می شود.

شعله یا منطقه واکنش در فاز گاز، که در آن محصولات حاصل از تجزیه در اثر حرارت به محصولات احتراق گازی تبدیل می شوند.

محصولات احتراق

میزان اکسیژن رسانی به منطقه احتراق به انتشار آن در محصول احتراق بستگی دارد.

به طور کلی، از آنجایی که سرعت واکنش شیمیایی در ناحیه احتراق در انواع احتراق مورد بررسی به سرعت ورود اجزای واکنش دهنده و سطح شعله از طریق انتشار مولکولی یا جنبشی بستگی دارد، این نوع احتراق نامیده می شود. انتشار.

ساختار شعله احتراق انتشاری از سه ناحیه تشکیل شده است (شکل 18):

منطقه 1 حاوی گازها یا بخارات است. هیچ احتراق در این منطقه وجود ندارد. دما از 500 0 C تجاوز نمی کند. تجزیه، تجزیه در اثر حرارت مواد فرار و حرارت دادن به دمای خود اشتعال رخ می دهد.

برنج. 18. ساختار شعله.

در منطقه 2، مخلوطی از بخارات (گازها) با اکسیژن اتمسفر تشکیل می شود و احتراق ناقص به CO با کاهش جزئی به کربن (اکسیژن کم) رخ می دهد:

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

در ناحیه 3 خارجی، احتراق کامل محصولات ناحیه دوم رخ می دهد و حداکثر دمای شعله مشاهده می شود:

2CO+O 2 =2CO 2 ;

ارتفاع شعله با ضریب انتشار و سرعت جریان گاز متناسب و با چگالی گاز نسبت معکوس دارد.

همه انواع احتراق انتشاری در آتش سوزی ذاتی هستند.

جنبشیاحتراق عبارت است از احتراق گاز، بخار یا غبار قابل اشتعال از پیش مخلوط شده با یک اکسید کننده. در این مورد، سرعت سوختن فقط به خواص فیزیکی و شیمیایی مخلوط قابل احتراق (رسانایی حرارتی، ظرفیت گرمایی، تلاطم، غلظت مواد، فشار و غیره) بستگی دارد. بنابراین، سرعت سوختن به شدت افزایش می یابد. این نوع احتراق در انفجار ذاتی است.

در این حالت، هنگامی که مخلوط قابل احتراق در هر نقطه مشتعل می شود، جلوی شعله از محصولات احتراق به مخلوط تازه حرکت می کند. بنابراین، شعله در طی احتراق جنبشی اغلب ناپایدار است (شکل 19).

برنج. 19. طرح انتشار شعله در مخلوط قابل احتراق: - منبع اشتعال. - جهت حرکت جلوی شعله.

اگر چه اگر ابتدا گاز قابل اشتعال را با هوا مخلوط کرده و وارد مشعل کنید، پس از احتراق، شعله ثابت تشکیل می شود، مشروط بر اینکه سرعت جریان مخلوط برابر با سرعت انتشار شعله باشد.

در صورت افزایش سرعت گاز، شعله از مشعل جدا شده و ممکن است خاموش شود. و در صورت کاهش سرعت شعله با انفجار احتمالی به داخل مشعل کشیده می شود.

با توجه به درجه احتراق، یعنی کامل بودن واکنش احتراق به محصولات نهایی، احتراق رخ می دهد کامل و ناقص.

بنابراین در منطقه 2 (شکل 18) احتراق ناقص است، زیرا اکسیژن کافی وجود ندارد که در منطقه 3 تا حدی مصرف می شود و محصولات میانی تشکیل می شوند. دومی در منطقه 3 که در آن اکسیژن بیشتری وجود دارد تا احتراق کامل می سوزند. وجود دوده در دود نشان دهنده احتراق ناقص است.

مثال دیگر: وقتی کمبود اکسیژن وجود دارد، کربن به مونوکسید کربن می‌سوزد:

اگر O را اضافه کنید، واکنش به پایان می رسد:

2СО+O 2 =2СО 2.

سرعت سوختن به ماهیت حرکت گازها بستگی دارد. بنابراین، بین احتراق آرام و آشفته تمایز قائل می شود.

بنابراین، یک نمونه از احتراق آرام، شعله شمع در هوای ساکن است. در احتراق آراملایه های گاز به صورت موازی و بدون چرخش جریان دارند.

احتراق آشفته– حرکت گردابی گازها که در آن گازهای احتراق به شدت مخلوط شده و جلوی شعله تار می شود. مرز بین این انواع، معیار رینولدز است که رابطه بین نیروهای اینرسی و نیروهای اصطکاک در جریان را مشخص می کند:

کجا: تو- سرعت جریان گاز؛

n- ویسکوزیته جنبشی؛

ل- اندازه خطی مشخصه

عدد رینولدز که در آن انتقال یک لایه مرزی آرام به یک لایه آشفته رخ می دهد، Recr بحرانی، Re cr ~ 2320 نامیده می شود.

تلاطم به دلیل انتقال حرارت شدیدتر از محصولات احتراق به مخلوط تازه، سرعت احتراق را افزایش می دهد.