لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 4
احتراق (combustion)
احتراق یا سوختن سلسله واکنش های پیچیده شیمیایی گرمازایی است که بین یک سوخت (معمولا هیدروکربن) و یک اکسید کننده رخ می دهد و همراه با تولید حرارت یا حرارت و نور به صورت گداختگی یا شعله می باشد.
احتراق مستقیم با اکسیژن اتمسفری واکنشی است که توسط رادیکال های واسط ایجاد می شود. شرایط تولید رادیکال با فرار حرارتی (thermal runaway) ایجاد می شود. در واقع حرارت تولید شده توسط احتراق برای تولید دمای بالای لازم برای تولید رادیکال ضروری است.
در یک واکنش احتراق کامل یک ترکیب با یک عنصر اکسید کننده، مثل اکسیژن یا فلئور، واکنش می دهد و محصولات واکنش ترکیب هایی از هر یک از عناصر تشکیل دهنده سوخت و عنصر اکسید کننده می باشند. برای مثال:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
CH2S + 6F2 → CF4 + 2HF + SF6
یک مثال ساده تر در احتراق هیدروژن با اکسِیژن دیده می شود، که یک واکنش متداول در موتور موشک است:
2H2 + O2 → 2H2O(g) + heat
محصول واکنش بخار آب است.
در بیشتر کاربردهای واقعی احتراق، هوا منبع اکسِژن(O2) است. در هوا هر kg (lbm) اکسیژن با حدود 3.76kg(lbm) نیتروژن ترکیب شده است. بنابراین گازهای حاصل از احتراق هم شامل نیتروژن خواهند بود:
CH4 + 2O2 + 7.52N2 → CO2 + 2H2O + 7.52N2 + heat
هنگامی که هوا منلع اکسِیژن باشد، نیتروژن بخش عمده ای از گازهای خروجی را تشکیل خواهد داد.
در واقعیت هیچ گاه فرآیندهای احتراق کامل نمی باشند. در گازهای حاصل از احتراق کربن (مثل احتراق زغال) یا ترکیب های کربن (مثل احتراق هیدروکربن ها، چوب و ...) کربن نسوخته (مثل دوده) و ترکیب های کربن (CO و سایر ترکیب ها) وجود خواهند داشت.همچنین اگر اکسید کننده هوا باشد، ممکن است مقداری نیتروژن اکسید شده و اکسیدهای وتفاوت نیتروژن تولید شوند (NOx).
انواع احتراق:
احتراق سریع(rapid combustion) :
در احتراق سریع مقادیر زیادی انرژی حرارتی و نورانی آزاد می شوند، که اغلب منجر به حریق می شود. از این نوع احتراق در بعضی ماشین آلات مثل موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود. گاهی اوقات علاوه بر تولید حرارت و نور حجم زیادی گاز هم آزاد می شود. تولید ناگهانی مقادیر زیاد گاز فشار زیادی به وجود می آورد که این امر باعث ایجاد صدای بلندی می شود. به چنین فرآیند احتراقی، انفجار گفته می شود. احتراق الزاما نیازی به اکسیژن ندارد. برای مثال هیدروژن در کلر می سوزد و کلرید هیدروژن و حرارت و نور، که مشخصه های احتراق هستند تولد می کند.
احتراق آرام (slow combustion):
احتراق آرم به فرآیند احتراقی گفته می شود که در دماهای پایین اتفاق می افتد. تنفس سلولی یک مثال از احتراق آرام می باشد.
احتراق کامل(complete combustion) :
در احتراق کامل جزء واکنش دهنده در اکسیژن می سوزد و تعداد محدودی محصول تولید می کند. وقتی یک هیدروکربن در اکسیژن می سوزد، محصولات واکنش فقط دی اکسید کربن و آب خواهند بود. وقتی یک هیدروکربن یا هر سوخت دیگری در هوا بسوزد، محصولات احتراق شامل نیتروژن هم خواهند بود. وقتی عناصری مثل کربن، نیتروژن، گوگرد و آهن می سوزند، متداول ترین اکسیدها را تولید می کنند. کربن دی اکسید کربن تولید می کند. نیتروژن دی اکسید نیتروژن تولید می کند. گوگرد دی اکسید گوگرد تولید می کند. آهن اکسید آهن(III) تولید می کند. باید توجه داشت که تقریبا هیچ احتراق کاملی نمی تواند رخ دهد. در واقعیت وقتی واکنش های احتراقی واقعی به شرایط تعادل می رسند، طیف گسترده ای از اجزاء وجود خواند داشت. به عنوان مثال در احتراق متان در هوا، علاوه بر محصولات اصلی احتراق ،که دی اکسید کربن و آب می باشند، محصولات واکنش های فرعی مثل مونواکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن هم تولید خواهند شد.
احتراق آشفته(turbulent combustion):
احتراق آشفته (turbulent combustion) نوعی فرآیند احتراقی است که با جریان های آشفته مشخص می شود. این نوع احتراق در کاربردهای صنعتی( مثل توربین های گازی، موتورهای بنزینی و ...) بیشترین کاربرد را دارد.
احتراق میکروگرانشی (Microgravity combustion):
تقریبا هر شعله ای در محیط های میکرو گرانشی رفتار متفاوتی دارد، برای مثال شعله یک شمع به شکل کره در می آید. مطالعات احتراق میکرو گرانشی به درک بهتر امنیت حریق فضا پیما ها و جنبه های متفاوت فیزیک احتراق کمک می کند.
احتراق ناقص(incomplete combustion):
هنگامی که اکسیژن کافی برای واکنش دادن سوخت (معمولا هیدروکربن) با اکسیژن برای تولید دی اکسید کربن و آب .جود ندراد، همچنین هنگامی که احتراق توسط یک چاه حرارتی، مثلا یک سطح جامد، دفع می شود، احتراق ناقص رخ می دهد. هنگامی که یک هیدروکربن در هوا می سوزد، دی اکسید کربن، آب، مونواکسید کربن، کربن خالص ( دوده یا خاکستر) و ترکیبات متنوع دیگری از جمله اکسیدهای نیتروژن تولید می شوند.
کیفیت احتراق را می توان با طراحی تجهیزات مربوط به احتراق، از جمله مشعل و موتورهای احتراق داخلی، بهبود بخشید. بهسازی های بیشتر را می توان با استفاده از کاتالیست های در دسترس بعد از احتراق ( مثل مبدل های کاتالیستی) یا با بازخوراندن بخشی از گازهای خروجی به فرآیند احتراق ایجاد کرد. استفاده از چنین تجهیزاتی با توجه به قوانین زیست محیطی در بسیاری از کشورها لازم است و ممکن است در برخی تجهیزات احتراقی بزرگ، مثل نیروگاه های حرارتی، برای کسب استاندارهای خاص ضروری باشند.
درجه احتراق را می توان با تجهیزات آزمایشگاهی اندازه گیری و تجزیه و تحلیل کرد. پقاطعه کاران تهویه و مطبوع، آتش نشان ها و مهندسین از انالیزورهای احتراق برای بررسی کارایی یک مشعل در حین فرآیند احتراق استفاده می کنند. علاوه بر این کارایی یک موتور احتراق داخلی را هم می توان به همین صورت اندازه گیری کرد. اکنون در برخی مناطق مسئولین با استفاده از آنالیز احتراق نسبت کارایی وسائل نقلیه در حال تردد را تعیین می کنند.
منبع:
سایت ویکیپدیا
مقاله احتراق