Καύση

Η καύση είναι μια χημική διαδικασία που παράγει θερμότητα και φως με τη μορφή φλόγας και συχνά συμβαίνει παρουσία οξυγόνου. Ο ρυθμός με τον οποίο συνδυάζονται τα αντιδρώντα είναι γρήγορος, εν μέρει λόγω της φύσης της χημικής αντίδρασης και εν μέρει λόγω του γεγονότος ότι δημιουργείται περισσότερη ενέργεια από αυτή που μπορεί να διαφύγει στο περιβάλλον μέσο. Αυτό προκαλεί την αύξηση της θερμοκρασίας των αντιδρώντων, επιταχύνοντας ακόμη περισσότερο την αντίδραση.

Συνεχίστε να διαβάζετε αυτό το υλικό μελέτης σημειώσεις σχετικά με την καύση για να μάθετε όλα όσα χρειάζεται να γνωρίζετε για αυτήν.

Ειδικές αντιδράσεις καύσης

Οι φλόγες είναι το πρώτο μέσο στο οποίο η διαδικασία της ατομικής σύγκρουσης παίζει σημαντικό ρόλο. Η κατανόηση της βασικής διαδικασίας καύσης εξακολουθεί να είναι απαραίτητη για την εύρεση πιο οικονομικά αποδοτικών τεχνικών για τη χρήση ορυκτών καυσίμων. Ο όρος "φλόγα" αναφέρεται σε μια διαδικασία αντίδρασης φωτός με την ευρεία της έννοια, ενώ η "καύση" αναφέρεται σε μια σχετικά γρήγορη αντίδραση σε αέρια φάση.

Η καύση υδρογόνου παράγει ρίζες υδροξυλίου προκαλώντας περίπλοκες αλυσιδωτές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν τη σύγκρουση ατόμων αζώτου και οξυγόνου με μόρια οξυγόνου και υδρογόνου, αντίστοιχα. Ένας συνδυασμός μορίων υδροξυλίου και υδρογόνου σχηματίζει το τελικό αποτέλεσμα της αντίδρασης, το οποίο είναι ένα αέριο.

Η καύση μονοξειδίου του άνθρακα περιορίζεται κυρίως σε συνδυασμούς υδρογόνου ή ενώσεων υδρογόνου. Η χημική διαδικασία σε αυτό το σενάριο διαφέρει από εκείνη της καύσης υδρογόνου, καθώς περιλαμβάνει ένα στάδιο ταχείας επαφής μεταξύ υδροξυλίου και μονοξειδίου του άνθρακα.

Τα καθαρά μείγματα μονοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου (ή αέρα) μπορούν να αναφλεγούν μόνο με σπινθήρες υψηλής ενέργειας ή σε υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες. Ο χημικός μηχανισμός της καύσης τους είναι άγνωστος, λόγω του γεγονότος ότι η οξείδωση με μονοξείδιο του άνθρακα είναι μια διαδικασία που συμβαίνει κατά την καύση όλων σχεδόν των φυσικών καυσίμων. Σχεδόν όλα τα φυσικά καύσιμα καίγονται παρουσία υδρογόνου ή ενώσεων υδρογόνου:η διάσπαση του ξύλου, του άνθρακα, του πετρελαίου και άλλων φυσικών καυσίμων δημιουργεί μονοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο και ενώσεις άνθρακα-υδρογόνου.

Τα υλικά καυσίμου και το οξυγόνο, καθώς και μια εξωτερική πηγή ενέργειας για την έναρξη του κύκλου καύσης και απαιτούνται για τη συνέχιση της διαδικασίας καύσης. Αν και ορισμένα υλικά θα καούν αυθόρμητα όταν εκτεθούν σε αέριο οξυγόνο, οι περισσότερες ενώσεις απαιτούν σπινθήρα ή άλλη πηγή ενέργειας για να αναφλεγούν.

Τύποι καύσης

1. Πλήρης καύση:Το αντιδρόν καίγεται σε οξυγόνο και παράγει ελάχιστα προϊόντα κατά την πλήρη καύση. Όταν ένας υδρογονάνθρακας καίγεται παρουσία οξυγόνου, η διαδικασία παράγει διοξείδιο του άνθρακα και κυρίως νερό. Τα αποτελέσματα της καύσης διαφορετικών στοιχείων είναι ουσιαστικά κοινά χημικά οξείδια. Ο άνθρακας εκπέμπει διοξείδιο του άνθρακα, το θείο εκπέμπει διοξείδιο του θείου, ενώ ο σίδηρος εκπέμπει οξείδιο του σιδήρου.
2. Ατελής καύση:Όταν δεν υπάρχει αρκετό οξυγόνο, συμβαίνει αυτή η καύση, επιτρέποντας στο καύσιμο να αντιδράσει πλήρως, δημιουργώντας διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Αυτή η καύση είναι παρόμοια με την πλήρη καύση στο ότι δημιουργεί νερό και παράγει άνθρακα και μονοξείδιο του άνθρακα αντί για διοξείδιο του άνθρακα. Τα προϊόντα που είναι πυρόλυση παραμένουν άκαυστα σε αυτή τη μορφή καύσης, μολύνοντας τον καπνό που προκύπτει με τοξικά αέρια.
3. Smuldering:Πρόκειται για καύση χαμηλής θερμοκρασίας, αργή, χωρίς φλόγα που προκαλείται από τη θερμότητα που παράγεται όταν η επιφάνεια του καυσίμου προσβάλλεται απευθείας από το οξυγόνο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι μια ατελής διαδικασία καύσης. Ο άνθρακας, η κυτταρίνη, το βαμβάκι, ο καπνός, το ξύλο, οι αφροί και άλλα στερεά υλικά που υφίστανται καύση σε καύση είναι παραδείγματα.
4. Ταχεία καύση:Η ταχεία καύση, μερικές φορές γνωστή ως φωτιά, είναι ένα είδος αντίδρασης που παράγει πολλή θερμότητα και φως και συχνά οδηγεί σε φλόγα. Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης και τα θερμοβαρικά όπλα είναι παραδείγματα μηχανημάτων που χρησιμοποιούν αυτή την αντίδραση. Αυτός ο τύπος καύσης αναφέρεται επίσης ως εκρηκτική καύση.
5. Αυθόρμητη καύση:Είναι ένα είδος καύσης που ξεκινά με αυτοίαση και εξελίσσεται μέσω θερμικής διαφυγής στην ανάφλεξη. Ο φώσφορος, για παράδειγμα, αυτοαναφλέγεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος χωρίς να χρειάζεται θερμότητα.
6. Τυρβώδης καύση:Δεδομένου ότι ο στροβιλισμός βοηθά στην ανάμειξη καυσίμων και οξειδωτικών, η καύση που οδηγεί σε τυρβώδη φλόγα χρησιμοποιείται συνήθως για βιομηχανικούς σκοπούς.

Διαχείριση καύσης

Το πιο εφικτό ποσοστό της θερμότητας καύσης ενός καυσίμου πρέπει να ανακτηθεί στο υπό επεξεργασία υλικό για αποτελεσματική θέρμανση της διαδικασίας. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να χάσει ενέργεια μια διαδικασία θέρμανσης. Η πιο συνηθισμένη απώλεια είναι η ενέργεια, η οποία διαφεύγει με το αέριο (δηλαδή το καυσαέριο). Η θερμοκρασία και η ποσότητα του εκκενωμένου αερίου αντικατοπτρίζουν το ενεργειακό του περιεχόμενο. Επομένως, η ελαχιστοποίηση της απώλειας ενέργειας είναι σημαντική.

Σε ένα ιδανικό σενάριο, η ροή του αέρα καύσης θα ταιριάζει με τη ροή του φυσικού αερίου, διασφαλίζοντας ότι κάθε μόριο υδρογονάνθρακα λαμβάνει την ακριβή ποσότητα οξυγόνου που απαιτείται για την πλήρη καύση. Η καύση δεν συμβαίνει με άψογο τρόπο στον πραγματικό κόσμο.

Ο πρώτος κανόνας διαχείρισης της καύσης είναι η παροχή περισσότερου οξυγόνου από ό,τι απαιτείται θεωρητικά για να διασφαλιστεί ότι όλο το καύσιμο καίγεται. Για την καύση του μεθανίου (CH4) απαιτούνται περισσότερα από δύο μόρια οξυγόνου ανά μόριο μεθανίου. Το πρόσθετο οξυγόνο, από την άλλη πλευρά, εισέρχεται σε θερμοκρασία δωματίου και εξέρχεται σε θερμοκρασία εκτός αερίου. Το πιο σημαντικό είναι ότι κάθε μόριο οξυγόνου στον αέρα συνοδεύεται από 3¾ μόρια αζώτου.

Συμπέρασμα

Συνοψίζοντας, τρία πράγματα πρέπει να υπάρχουν για να συμβεί η καύση:ένα καύσιμο που θα καεί, μια πηγή οξυγόνου και μια πηγή θερμότητας. Η ενέργεια και η θερμότητα παράγονται ως αποτέλεσμα της καύσης. Ο έλεγχος της ποσότητας του διαθέσιμου καυσίμου, της διαθέσιμης ποσότητας οξυγόνου ή της παροχής θερμότητας μπορεί να γίνει για να ρυθμιστεί ή να σταματήσει η διαδικασία καύσης. Νέες χημικές ενώσεις σχηματίζονται κατά την καύση από το καύσιμο και τον οξειδωτικό. Αυτές οι ενώσεις αναφέρονται ως καυσαέρια. Η πλειοψηφία των καυσαερίων προκαλείται από χημικές αντιδράσεις μεταξύ καυσίμου και οξυγόνου.