casa Utensili Reazione di combustione delle sostanze. Reazioni di combustione e loro effetto termico, meccanismo a catena della reazione di combustione

Reazione di combustione delle sostanze. Reazioni di combustione e loro effetto termico, meccanismo a catena della reazione di combustione

Combustioneè un complesso processo fisico e chimico di interazione tra componenti combustibili del carburante e un ossidante, in particolare la combustione del carburante è una reazione di rapida ossidazione dei suoi componenti, accompagnata da un intenso rilascio di calore e da un forte aumento della temperatura;

Consideriamo la reazione di combustione del metano come componente principale del gas naturale:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O.

Dall'equazione di questa reazione segue che per l'ossidazione di una molecola di metano sono necessarie due molecole di ossigeno, cioè Per la combustione completa di 1 m 3 di metano sono necessari 2 m 3 di ossigeno.

Come agente ossidante viene utilizzata l'aria atmosferica, che è una miscela complessa di sostanze, di cui 21 vol. % O2, 78 vol. % N2 e 1 vol. % CO 2, gas inerti, ecc. Per i calcoli tecnici, la composizione condizionale dell'aria viene solitamente considerata composta da due componenti: ossigeno (21 vol.%) e azoto (79 vol.%). Tenendo conto di questa composizione dell'aria, affinché qualsiasi reazione di combustione nell'aria bruci completamente il carburante, sarà necessaria aria in volume 100/21 = 4,76 volte più dell'ossigeno.

I prodotti della combustione completa del gas naturale sono: anidride carbonica CO 2, vapore acqueo H 2 O, una parte di ossigeno in eccesso O 2 e azoto N 2. L'ossigeno in eccesso è contenuto nei prodotti della combustione solo nei casi in cui la combustione avviene con aria in eccesso, e l'azoto è sempre contenuto nei prodotti della combustione, poiché è un componente dell'aria e non prende parte alla combustione. I prodotti della combustione incompleta del gas sono: monossido di carbonio CO, idrogeno incombusto H2 e metano CH4, idrocarburi pesanti CmHn e fuliggine. Pertanto, maggiore è la quantità di anidride carbonica CO 2 nei prodotti della combustione, minore sarà la quantità di monossido di carbonio CO presente in essi, ovvero più completa sarà la combustione. È stato introdotto il concetto di contenuto massimo di CO 2 nei prodotti della combustione: questa è la quantità di CO 2 che potrebbe essere ottenuta nei prodotti della combustione secca con combustione completa del gas senza eccesso di aria.

Il modo più avanzato per controllare il flusso d'aria nel forno e la completezza della sua combustione è analizzare i prodotti della combustione utilizzando analizzatori di gas automatici. Gli analizzatori di gas prelevano periodicamente un campione di gas di scarico e determinano il contenuto di anidride carbonica in essi, nonché la quantità di monossido di carbonio e idrogeno incombusto (CO + H 2) in percentuale in volume. Se il valore della freccia della scala (CO + H 2) è uguale a 0, allora la combustione è completa e non è presente (CO + H 2) nei prodotti della combustione. Se la freccia devia da zero a destra, i prodotti della combustione contengono (CO + H 2), ad es. avviene una combustione incompleta. Su un'altra scala, la freccia degli analizzatori di gas dovrebbe mostrare il contenuto massimo di CO 2 max nei prodotti della combustione. La combustione completa avviene con una percentuale massima di anidride carbonica e un contenuto pari a zero (CO + H 2).

Combustione (reazione)

(UN. combustione, combustione; N. Brennen, Verbrennung; F. combustione; E. combustione) è una reazione di ossidazione che si verifica rapidamente accompagnata dal rilascio di un mezzo. quantità di calore; solitamente accompagnato da un bagliore luminoso (fiamma). Nella maggior parte dei casi, il gas agisce come agente ossidante nell'idrolisi, ma i processi di idrolisi sono possibili anche in reazioni di altro tipo (idrogenazione dei metalli nell'azoto, negli alogeni). Nel fisico la chimica comprende tutti i gas esotermici. chimico. processi, in cui gli esseri. Il ruolo è giocato dall'autoaccelerazione della reazione causata da un aumento della temperatura (meccanismo termico) o dall'accumulo di particelle attive (meccanismo di diffusione).
Una caratteristica del fuoco è la presenza di un'area spazialmente limitata ad alta temperatura (fiamma), in cui si verifica l'incendio principale. parte della sostanza chimica trasformazione delle sostanze di partenza in prodotti della combustione e rilascio di b.h. Calore. La comparsa della fiamma è provocata dall'accensione, che richiede il dispendio di una certa quantità di energia, ma la propagazione della fiamma attraverso un sistema capace di combustione avviene spontaneamente, con una velocità dipendente dalla composizione chimica. proprietà del sistema, fisiche e gasdinamico processi. Caratteristiche tecnicamente importanti del gas: potere calorifico della miscela combustibile e teorico. (adiabatica), il limite verrebbe raggiunto con la combustione completa del combustibile senza perdita di calore.
Dall'intera varietà dei processi di idrolisi, di solito distinguiamo, in base allo stato aggregato del combustibile e dell'ossidante, in idrolisi omogenea di gas premiscelati e combustibili vapori in ossidanti gassosi, idrolisi eterogenea (combustibili solidi e liquidi in ossidanti gassosi), e idrolisi di esplosivi e polveri da sparo (che avviene senza scambio di massa con l'ambiente).
Il più semplice sono i gas omogenei di gas misti. La velocità di propagazione laminare della fiamma attraverso tale sistema è fisico-chimica. costante della miscela, a seconda della composizione della miscela, pressione, temperatura e mol. conduttività termica.
L'eterogeneità eterogenea è il processo più diffuso in natura e tecnologia. La sua velocità è determinata dalla fisica proprietà del sistema e condizioni specifiche di combustione. Per i combustibili liquidi, la velocità di evaporazione è di grande importanza, mentre per i combustibili solidi è di grande importanza la velocità di gassificazione. Pertanto, nell'estrazione del carbone, si possono distinguere due fasi. Nel primo (in condizioni di riscaldamento lento), vengono rilasciati i componenti volatili del carbone e nel secondo i residui di coke bruciano.
La propagazione della fiamma attraverso il gas porta alla comparsa del movimento del gas. distanza dal fronte di fiamma. Se la larghezza della zona di reazione è piccola, la fiamma può essere rappresentata come gasdinamica. una rottura che si muove attraverso un gas a velocità subsonica. Ciò è possibile non solo nel caso di una miscela omogenea, ma anche per combustibili liquidi e solidi abbastanza finemente dispersi sospesi nell'ossidante. Poiché la componente della velocità della fiamma normale al suo fronte non dipende dalla velocità del gas stesso, con gas stazionario in un flusso di gas in movimento si forma una forma di fiamma completamente definita. G. in tali condizioni è assicurato dalla progettazione adeguata dei dispositivi di combustione.
Il movimento del gas provocato dalla comparsa di una fiamma può essere laminare o turbolento. La turbolizzazione del flusso, di norma, porta ad una forte accelerazione della combustione e alla comparsa di rumore acustico. disturbi nel flusso, che alla fine portano alla comparsa di uno shock, dando inizio alla detonazione della miscela di gas. La possibilità che il gas passi alla detonazione è determinata oltre alle proprietà del gas stesso dalle dimensioni e dalla geometria del sistema.
I processi con gas combustibile sono utilizzati principalmente nella tecnologia. Il compito della combustione del carburante è ridotto al raggiungimento di max. rilascio di calore (rendimento di combustione) per un dato periodo di tempo. Nella fucina Infatti i metodi per lo sviluppo di p.i. si basano sull'utilizzo del processo G.. ( cm. combustione in situ). In alcuni settori minerario e geologico condizioni che si presentano spontaneamente G. ( cm. Combustione spontanea del carbone, combustione spontanea della torba) può provocare incendi endogeni. L. G. Bolkhovitinov.

Enciclopedia della montagna. - M.: Enciclopedia sovietica. A cura di E. A. Kozlovsky. 1984-1991 .

Scopri cos'è "Combustione (reazione)" in altri dizionari:

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Processo fisico e chimico in cui la trasformazione di una sostanza è accompagnata da un intenso rilascio di energia e calore e da un trasferimento di massa con l'ambiente. può iniziare spontaneamente come risultato di autoaccensione o può essere avviato da... ... Dizionario delle situazioni di emergenza

combustione- Una reazione di ossidazione esotermica di una sostanza, accompagnata da almeno uno dei tre fattori: fiamma, bagliore o fumo. [ST SEV 383 87] combustione Una reazione esotermica che avviene in condizioni di progressiva autoaccelerazione.... ... Guida del traduttore tecnico

Processo fisico e chimico in cui la trasformazione di una sostanza è accompagnata da un intenso rilascio di energia e scambio di calore e massa con l'ambiente. La combustione può iniziare spontaneamente per autoaccensione oppure essere iniziata... ... Grande dizionario enciclopedico

- (Combustione francese e inglese, Verbrennung tedesco; chimica). È consuetudine chiamare G. tali casi di interazione con l'ossigeno nell'aria di qualsiasi corpo, che sono accompagnati da un significativo rilascio di calore e talvolta di luce. In un senso più generale, puoi... Enciclopedia di Brockhaus ed Efron

Combustione- una reazione esotermica di ossidazione di una sostanza infiammabile, solitamente accompagnata da radiazione elettromagnetica visibile e rilascio di fumo. G. si basa sull'interazione di una sostanza infiammabile con un agente ossidante, molto spesso l'ossigeno atmosferico. Distinguere... ... Enciclopedia russa della protezione del lavoro

COMBUSTIONE- processo chimico complesso e a flusso rapido. trasformazione accompagnata dal rilascio di calore e luce. In senso stretto, il gas è la reazione di una sostanza che si combina con l'ossigeno, ma il gas può verificarsi, ad esempio, anche senza ossigeno. l'idrogeno, l'antimonio e altri metalli bruciano nel cloro e... ... Grande Enciclopedia del Politecnico

Contenuto della sezione

La combustione è un processo di ossidazione rapida ad alta temperatura che combina fenomeni fisici e chimici. La combustione consiste in un gran numero di processi redox elementari che portano alla ridistribuzione degli elettroni di valenza tra atomi di sostanze interagenti - una reazione a catena. Durante la reazione a catena compaiono atomi liberi, radicali e altri composti intermedi instabili con maggiore attività chimica - centri attivi. Reagendo con la sostanza di partenza, i centri attivi formano i prodotti finali della reazione e nuovi centri intermedi attivi.

Il processo iniziale di formazione dei centri attivi dai materiali di partenza è chiamato nucleazione della catena. Questo processo avviene sempre con assorbimento di energia, cioè è endotermico.

La ramificazione della catena avviene a seguito della reazione del centro attivo con la sostanza di partenza, con conseguente formazione di diversi centri attivi.

La terminazione della catena si riferisce al processo in cui il prodotto attivo scompare.

Se la velocità di ramificazione è maggiore della velocità di rottura, si sviluppa una reazione a catena. Se la velocità di terminazione è maggiore della velocità di ramificazione, la reazione non procede. Una reazione a catena con catene non ramificate è caratterizzata dalla formazione di un solo nuovo centro attivo, il risultato dell'interazione del centro attivo esistente con la sostanza iniziale. Una reazione a catena con catene ramificate è caratterizzata dalla formazione di diversi centri attivi (in sostituzione di quello spento), che porta ad una significativa accelerazione della reazione. Una collisione di centri attivi può portare a un'interruzione del circuito: tra loro, con molecole di sostanza inerte, con la parete del forno, con la parete del dispositivo di scambio di calore.

Il meccanismo più semplice è l'ossidazione (combustione) dell'idrogeno e il più complesso è l'ossidazione degli idrocarburi. L'ossidazione dell'idrogeno si riferisce ad una reazione a catena con catene ramificate e consiste nelle seguenti fasi elementari:

1. H 2 + O 2 → H + H 2 O – nucleazione della catena

2. H + O 2 → OH + O – ramificazione della catena

3. O + H 2 → OH + H – continuazione della catena

4. OH + H 2 → H 2 O + H – continuazione della catena

5. H + muro → (1/2) H 2 – circuito aperto sul muro

6. H + O 2 + M → H 2 O + M – circuito aperto nel volume

Come risultato dell'interazione di un atomo di idrogeno con una molecola di ossigeno, si ottengono 2 molecole d'acqua e 3 nuovi atomi di idrogeno (centri attivi), ad es. la reazione a catena è ramificata. La velocità delle reazioni a catena è molto sensibile alle impurità estranee e alla forma del recipiente (focolare).

Il completamento del processo di combustione viene giudicato mediante analisi dei prodotti della combustione effettuate con il metodo di ricerca gascromatografica (la determinazione dell'eccesso d'aria con cui funziona il bruciatore può essere effettuata con due metodi: analizzando la miscela gas-aria nel miscelatore del bruciatore e mediante analizzando i prodotti della combustione).

L'intensità della combustione del carburante può essere influenzata dai seguenti fattori:

Aumento della temperatura delle sostanze reagenti: carburante e ossidante. Per ogni aumento di 10° della temperatura, la velocità di reazione aumenta di 2-4 volte: regola di Van't Hoff. (L'effetto della temperatura sulle reazioni è studiato da un ramo speciale della chimica - "Termochimica").

L'effetto fotochimico della luce, che consiste nel fatto che le molecole delle sostanze reagenti, assorbendo i quanti di luce, si eccitano, cioè diventare più reattivo. (Viene studiato l'effetto della luce visibile e ultravioletta sulle reazioni - "Fotochimica").

Radiazioni ionizzanti – (studi – “Chimica delle radiazioni”).

Pressione – (studi – “Chimica della Compressione”).

Impatto meccanico. Un atto meccanochimico è la rottura dei legami chimici in una sostanza sotto l'influenza di forze meccaniche (frantumazione, macinazione, ecc.). I “frammenti” di molecole risultanti aumentano la reattività delle sostanze. (I processi chimici che si verificano sotto l'influenza di forze meccaniche sono studiati dalla "meccanochimica").

Effetto catalitico. I catalizzatori sono sostanze che modificano la velocità di una reazione. In presenza di un catalizzatore, il percorso lungo il quale avviene la reazione complessiva cambia. Pertanto, la reazione di ossidazione della CO con l'ossigeno 2CO + O 2 = 2CO 2 è notevolmente accelerata in presenza di vapore acqueo, ciò è causato dallo sviluppo di catene che coinvolgono i radicali liberi OH e H:

OH + CO → CO 2 + H – nucleazione della catena

H + O 2 → OH + O – continuazione della catena

CO + O → CO 2 – continuazione della catena

A seconda dello stato di aggregazione del catalizzatore e dei reagenti, la catalisi si distingue tra omogenea ed eterogenea.

Le reazioni chimiche che avvengono tra sostanze nella stessa fase sono dette omogenee; quelle che avvengono in fasi diverse sono dette eterogenee.

La combustione del combustibile solido consiste in riscaldamento, evaporazione dell'umidità, sublimazione di sostanze volatili, formazione di coke, ossidazione di sostanze volatili, ossidazione di coke: un processo eterogeneo.

La combustione del combustibile liquido consiste in riscaldamento, ebollizione, evaporazione, ossidazione: un processo eterogeneo.

La combustione del combustibile gassoso consiste in due fasi: riscaldamento e ossidazione - un processo omogeneo.

Combustione del gas

Il processo di combustione del combustibile gassoso è accompagnato dalla rapida ossidazione di gas combustibili semplici e dalla decomposizione pirogenetica di gas complessi. La decomposizione pirogenetica procede con il rilascio di carbonio di fuliggine e la formazione di composti a basso peso molecolare rapidamente ossidanti. Il carbone nero nella torcia conferisce alla fiamma il suo colore e la fa brillare. Quando l'aria è premiscelata con gas semplici (CO, H2), non si verifica decomposizione pirogenetica e la miscela brucia con fiamma trasparente. La presenza di gas inerti N 2 e CO 2 nella miscela aumenta la temperatura di accensione e l'ossigeno la diminuisce; All'aumentare della pressione, la temperatura di accensione diminuisce.

La temperatura di accensione delle miscele di gas infiammabili può essere calcolata approssimativamente utilizzando la formula:

T accensione cm ≈ 0,01 ( in a + bt b + ct c + …)

Dove: a, b, c– contenuto di gas infiammabili,%;

t a, t b, t c– temperature di accensione dei gas, °C.

La velocità di accensione dipende anche dalla composizione dei gas e normalmente non supera i 10 m/sec.

Quando si brucia combustibile gassoso, in alcune condizioni è possibile un'esplosione, in particolare con la rapida accensione di una miscela combustibile di una determinata composizione in un piccolo volume. Il calore rilasciato in questo caso viene quasi completamente speso per il riscaldamento dei prodotti della combustione, la cui rapida espansione provoca la compressione dello strato circostante. Ad una velocità di accensione elevata, la compressione non ha il tempo di diffondersi nell'intero volume dello spazio ed è localizzata. Ciò provoca nuovamente compressione ed espansione, ad es. si forma un'onda d'urto che si propaga alla velocità di 2000–3000 m/sec.

L'onda d'urto si forma non solo a causa del riscaldamento, ma anche a seguito di processi elettrochimici. La formazione di una miscela esplosiva può essere prevenuta mediante la sigillatura affidabile dei dispositivi del gasdotto, la pressione positiva del gas nel gasdotto e la completa esclusione della possibilità di accensione della miscela.

Tabella 7.1. Velocità di propagazione della fiamma nelle miscele di gas infiammabili con aria

Gas	Miscela stechiometrica			Una miscela in cui c'è la velocità valore massimo
Sommario, vol. %		Io n, sm/s	Sommario, vol. %		Al massimo,
gas	aria	gas	aria
Idrogeno	29,5	70,5	160–180	42–43	57–58	265–267
Monossido di carbonio	29,5	70,5	28–30	43–52,5	47,5–57	41–46
Metano	9,5	90,5	28–37	9,5–10,5	89,5–90,5	37–38
Propano	4,03	95,97	40,6–40,8	4,26	95,74	42,9–43,2
Butano	3,14	96,86	34	3,3	96,7	37
Acetilene	7,75	92,25	100–128	10–10,7	89,3–90	131–157
Etilene	6,54	93,46	60–63	7,0–7,4	92,6–93	63–81

Brucia olio combustibile

Il processo di combustione dell'olio combustibile è più complesso rispetto al processo di combustione del combustibile gassoso. La combustione dell'olio combustibile mediante bruciatori può essere suddivisa in più fasi interconnesse:

Getto di spruzzatura di olio combustibile;

Miscelazione di piccole gocce di olio combustibile con aria;

Riscaldamento della miscela d'aria alla temperatura di evaporazione di piccole goccioline; decomposizione pirogenetica delle molecole di idrocarburi e accensione dei gas risultanti;

Miscelazione di gas, vapori e prodotti solidi della decomposizione (nerofumo) con aria in un cannello acceso e loro ossidazione (combustione).

Quanto più fine è l'atomizzazione dell'olio combustibile, migliori sono i processi di miscelazione di piccole goccioline con aria, riscaldamento e accensione della miscela aria-carburante preparata per la combustione.

Quando si brucia l'olio combustibile, la velocità di combustione delle particelle di carburante che si muovono nel flusso della miscela d'aria dipende da tre fattori:

Sottigliezze della spruzzatura di olio combustibile;

Condizioni per la miscelazione dell'olio combustibile atomizzato con l'aria;

Condizioni per l'apporto di calore alla parte iniziale della torcia, necessario per stabilizzare l'accensione della miscela combustibile in uscita dall'ugello.

Quando si riscaldano le goccioline di olio che si trovano nel flusso della miscela d'aria, si verificano processi associati all'evaporazione del liquido e alla scissione degli idrocarburi. L'evaporazione inizia a 150 °C con il rilascio di frazioni leggere. A temperature superiori a 350°C e in assenza di aria le particelle cominciano a scindersi con formazione di idrocarburi leggeri e pesanti. A temperature superiori a 650 °C le molecole di idrocarburi si disintegrano formando idrocarburi ad alto peso molecolare e un residuo solido sotto forma di fuliggine carbonica.

Gli idrocarburi ad alto peso molecolare e il nerofumo, che produce una fiamma fumosa, bruciano con difficoltà. Per bruciare una molecola del prodotto di degradazione degli idrocarburi sotto forma di (C 18 H 2) 2, sono necessarie 37 molecole di ossigeno. Di conseguenza, se, durante il movimento del flusso della miscela combustibile, gocce di olio combustibile cadono immediatamente nella zona ad alta temperatura della torcia, si riscaldano rapidamente e, quando si dividono, rilasciano prodotti difficili da bruciare che, senza bruciando, verranno rimossi insieme ai gas di scarico.

Particolarmente sfavorevole per la combustione completa è la distribuzione non uniforme dell'ossigeno nella miscela d'aria, che si osserva quando viene fornito un getto di olio combustibile lungo l'asse della torcia, con grandi perdite di pressione dell'aria ad alta velocità all'uscita dell'olio combustibile bruciatore e scarsa miscelazione della miscela aria-carburante durante il processo di combustione dietro il bruciatore.

Per migliorare i processi di combustione dell'olio combustibile rivestono grande importanza le fasi preparatorie effettuate prima della combustione, ad esempio: riscaldare l'olio combustibile in alimentazione ai bruciatori, premiscelarlo con aria o vapore per ottenere un'emulsione di olio combustibile prima dell'alimentazione ai bruciatori, gassificazione preliminare dell'olio combustibile dovuta a combustione incompleta nella camera del bruciatore seguita dalla postcombustione del gas risultante nella camera di combustione.

La gassificazione preliminare dell'olio combustibile dovuta a combustione incompleta, nonché la preparazione preliminare dell'emulsione di olio combustibile miscelata con acqua, vapore o aria compressa prima dell'alimentazione al dispositivo bruciatore, modificano significativamente il processo di combustione del combustibile liquido in una torcia, avvicinandolo a il processo di combustione del combustibile gassoso.

Combustione di combustibile solido

Il processo eterogeneo di combustione (ossidazione) del combustibile solido è il più complesso (la sequenza delle singole fasi della combustione del combustibile solido è stata menzionata sopra). La velocità di una reazione eterogenea in questo caso è misurata dalla quantità di carbonio bruciato per unità di tempo per unità di superficie attiva del carburante (area). La velocità di questa reazione dipende dalla temperatura, dalla pressione, dalla concentrazione dei reagenti e dalla durata della diffusione dell'ossidante sulla superficie attiva.

La durata della diffusione, a sua volta, dipende dalla temperatura, dalla differenza delle concentrazioni di ossidante nel flusso e sulla superficie della particella, dallo spessore dello strato limite.

Uno strato limite si forma vicino alla superficie delle particelle di carburante a causa della diminuzione dei reagenti dovuta all'aumento della concentrazione dei prodotti della combustione (CO e CO 2). Questo strato limite di gas di spessore “b” impedisce l'apporto di ossigeno alla superficie della particella. Lo spessore dello strato limite dipende dalla velocità del flusso e dal diametro ridotto delle particelle di carburante.

Di conseguenza, la velocità di combustione del combustibile solido è determinata da quale dei processi che lo compongono, la diffusione o l'ossidazione stessa, è limitante.

La combustione del combustibile solido in uno strato su una griglia presenta numerosi inconvenienti, il principale dei quali è che è difficile ottenere temperature di combustione elevate del combustibile e automatizzare i processi di combustione e il regime termico della caldaia.

Nella maggior parte dei casi i combustibili solidi vengono trasformati in combustibili in polvere o gassosi mediante gassificazione. Il combustibile polverizzato viene bruciato utilizzando il metodo della fiaccola. Con il metodo di combustione a torcia è necessaria una quantità minore di aria in eccesso per una combustione completa rispetto al metodo a strati.

Quando si brucia polvere di carbone, il coefficiente di aria in eccesso non è superiore a 1,20–1,25. In questo caso, una quantità significativa di aria necessaria per la combustione può essere fornita riscaldata ad alta temperatura. I processi di combustione della polvere di carbone sono più facili da automatizzare.

Reazioni di combustione del carbonio, dello zolfo, degli idrocarburi

Combustione del carbonio

C+O2 = CO2

1 mol (molecola) + 1 mol = 1 mol

1 parte in volume + 1 parte in volume = 1 parte in volume (combustione completa)

12 parti in massa + 32 parti in massa = 44 parti in massa

Combustione del monossido di carbonio

2СО+О2 = 2СО2

2 moli +1 mole = 2 moli

2 parti in volume + 1 parte in volume = 2 parti in volume (combustione completa) 56 parti in massa + 32 parti in massa = 88 parti in massa

Zolfo che brucia

S + O2 = SO2

1 mol+1 mol= 1 mol

1 parte di volume + 1 parte di volume = 1 parte di volume

32 parti in massa + 32 parti in massa = 64 parti in massa

Combustione dell'idrogeno

2H2+O2 = 2H2O

2 talpe + 1 talpa = 2 talpe

2 parti in volume +1 parte in volume= 2 parti in volume

4 parti in massa + 32 parti in massa = 36 parti in massa

Combustione di idrocarburi

C M H N +(M + n/4)O2 = M CO2+ n/2 H2O

1 mol +( M + n/4) talpe= M talpe + n/2 talpe

1 parte del volume +( M + n/4) parti volumetriche= M parti volumetriche + n/2 parti volumetriche

12 m+n parti in massa + 32 ( M + n/4) parti in massa = 44 M parti di massa + 9 N parti di massa

Tabella 7.2. Masse atomiche degli elementi chimici Tabella 7.3. Velocità di combustione dalla superficie libera

Combustione– un complesso processo fisico e chimico, la cui base sono reazioni chimiche di tipo redox, che portano alla ridistribuzione degli elettroni di valenza tra gli atomi delle molecole interagenti.

Esempi di reazioni di combustione

metano: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O;

acetilene: C2H2 + 2,5 O2 = 2CO2 + H2O;

sodio: 2Na + Cl2 = 2NaCl;

idrogeno: H2 + Cl2 = 2HCl, 2H2 + O2 = 2H2O;

TNT: C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 = 2,5 H 2 O + 3,5 CO + 3,5 C + 1,5 N 2.

L'essenza dell'ossidazione è la donazione di elettroni di valenza da parte della sostanza ossidante all'agente ossidante, il quale, accettando elettroni, si riduce. L'essenza della riduzione è l'acquisizione da parte della sostanza riducente di elettroni dell'agente riducente, che, donandoli elettroni, è ossidato. Come risultato del trasferimento di elettroni, la struttura del livello elettronico esterno (valenza) dell'atomo cambia. Ogni atomo passa quindi allo stato più stabile nelle condizioni date.

Nei processi chimici, gli elettroni possono trasferirsi completamente dal guscio elettronico degli atomi di una sostanza (elemento) al guscio degli atomi di un'altra.

Pertanto, quando il sodio metallico brucia nel cloro, gli atomi di sodio cedono ciascuno un elettrone agli atomi di cloro. In questo caso, il livello elettronico esterno dell'atomo di sodio finisce con otto elettroni (struttura stabile) e l'atomo che ha perso un elettrone si trasforma in uno ione carico positivamente. Un atomo di cloro che acquista un elettrone riempie il suo livello esterno con otto elettroni e l'atomo diventa uno ione carico negativamente. Come risultato dell'azione delle forze elettrostatiche di Coulomb, gli ioni di carica opposta si uniscono e si forma una molecola di cloruro di sodio (legame ionico):

2Mg + O2 = 2Mg2+ O2– .

Pertanto, la combustione del magnesio (ossidazione) è accompagnata dal trasferimento dei suoi elettroni all'ossigeno. In altri processi, gli elettroni dei gusci esterni di due atomi diversi vengono, per così dire, di uso comune, riunendo così gli atomi delle molecole ( covalente O atomico connessione):

E infine, un atomo può condividere la sua coppia di elettroni (legame molecolare):

Conclusioni dalle disposizioni della moderna teoria dell'ossido-riduzione:

1. L'essenza dell'ossidazione è la perdita di elettroni da parte di atomi o ioni della sostanza che viene ossidata, e l'essenza della riduzione è l'aggiunta di elettroni agli atomi o ioni della sostanza che viene ridotta. Il processo mediante il quale una sostanza perde elettroni si chiama ossidazione, e l'aggiunta di elettroni – recupero.

2. L'ossidazione di una sostanza non può avvenire senza la contemporanea riduzione di un'altra sostanza. Ad esempio, quando il magnesio brucia nell'ossigeno o nell'aria, il magnesio viene ossidato e, allo stesso tempo, l'ossigeno viene ridotto. Con combustione completa si formano prodotti incapaci di ulteriore combustione (CO 2, H 2 O, HCl, ecc.), Con combustione incompleta i prodotti risultanti sono capaci di ulteriore combustione (CO, H 2 S, HCN, NH 3 , aldeidi, ecc. .d.). Schema: alcool – aldeide – acido.

Combustione

Combustione- un complesso processo fisico e chimico di conversione dei componenti di una miscela combustibile in prodotti di combustione con rilascio di radiazione termica, luce ed energia radiante. La natura della combustione può essere descritta come un'ossidazione rapida.

La combustione subsonica (deflagrazione), a differenza dell'esplosione e della detonazione, avviene a basse velocità e non è associata alla formazione di un'onda d'urto. La combustione subsonica include la normale propagazione laminare e turbolenta della fiamma, mentre la combustione supersonica include la detonazione.

La combustione è divisa in termico E catena. Al centro termico La combustione è una reazione chimica che può procedere con progressiva autoaccelerazione per l'accumulo del calore liberato. Catena la combustione avviene nel caso di alcune reazioni in fase gassosa a basse pressioni.

Le condizioni per l'autoaccelerazione termica possono essere fornite per tutte le reazioni con effetti termici ed energie di attivazione sufficientemente grandi.
La combustione può iniziare spontaneamente come risultato dell'autoaccensione o essere avviata dall'accensione. In condizioni esterne fisse, può verificarsi una combustione continua modalità stazionaria, quando le principali caratteristiche del processo - velocità di reazione, potere di rilascio del calore, temperatura e composizione dei prodotti - non cambiano nel tempo, oppure modalità periodica quando queste caratteristiche oscillano attorno ai loro valori medi. A causa della forte dipendenza non lineare della velocità di reazione dalla temperatura, la combustione è altamente sensibile alle condizioni esterne. Questa stessa proprietà della combustione determina l'esistenza di più modi stazionari nelle stesse condizioni (effetto isteresi).

Il processo di combustione è suddiviso in diverse tipologie: flash, combustione, accensione, combustione spontanea, accensione spontanea, esplosione e detonazione. Inoltre, esistono tipi speciali di combustione: combustione senza fiamma e combustione a fiamma fredda. Il flash è il processo di combustione istantanea di vapori di liquidi infiammabili e combustibili causato dall'esposizione diretta a una fonte di ignizione. La combustione è il fenomeno della combustione che avviene sotto l'influenza di una fonte di accensione. L'accensione è un fuoco accompagnato dall'apparizione di una fiamma. Allo stesso tempo, il resto della massa della sostanza combustibile rimane relativamente fredda. La combustione spontanea è un fenomeno di forte aumento della velocità delle reazioni esotermiche in una sostanza, che porta alla combustione in assenza di una fonte di accensione. La combustione spontanea è una combustione spontanea accompagnata dalla comparsa di una fiamma. In condizioni industriali, la segatura e gli stracci unti possono accendersi spontaneamente. La benzina e il kerosene possono accendersi spontaneamente. L'esplosione è una rapida trasformazione chimica di una sostanza (combustione esplosiva), accompagnata dal rilascio di energia e dalla formazione di gas compressi in grado di produrre lavoro meccanico.

Combustione senza fiamma

A differenza della combustione convenzionale, quando si osservano zone di fiamma ossidante e fiamma riducente, è possibile creare le condizioni per una combustione senza fiamma. Un esempio è l'ossidazione catalitica di sostanze organiche sulla superficie di un opportuno catalizzatore, come l'ossidazione dell'etanolo su nero di platino.

Combustione in fase solida

Si tratta di processi esotermici ad autoonda in miscele di polveri inorganiche e organiche, non accompagnati da apprezzabile evoluzione di gas, e che portano alla produzione di prodotti esclusivamente condensati. Le fasi gassose e liquide si formano come sostanze intermedie che forniscono il trasferimento di massa, ma non lasciano il sistema di combustione. Sono noti esempi di polveri reagenti in cui non è stata dimostrata la formazione di tali fasi (tantalio-carbonio).

I termini banali “combustione senza gas” e “combustione a fiamma solida” sono usati come sinonimi.

Un esempio di tali processi è SHS (sintesi autopropagante ad alta temperatura) in miscele inorganiche e organiche.

Fumante

Un tipo di combustione in cui non si forma alcuna fiamma e la zona di combustione si diffonde lentamente in tutto il materiale. La combustione senza fiamma si verifica tipicamente in materiali porosi o fibrosi che hanno un elevato contenuto di aria o sono impregnati di agenti ossidanti.

Combustione autogena

Combustione autosufficiente. Il termine è utilizzato nelle tecnologie di incenerimento dei rifiuti. La possibilità di combustione autogena (autosufficiente) dei rifiuti è determinata dal contenuto massimo di componenti di zavorramento: umidità e cenere. Sulla base di molti anni di ricerca, lo scienziato svedese Tanner ha proposto di utilizzare un diagramma triangolare con valori limite per determinare i confini della combustione autogena: più del 25% di combustibile, meno del 50% di umidità, meno del 60% di ceneri.

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Sinonimi:

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Combustione- COMBUSTIONE, una trasformazione chimica che è accompagnata da un intenso rilascio di calore e trasferimento di calore e massa con l'ambiente. Può avviarsi spontaneamente (combustione spontanea) o come risultato di un'accensione. La proprietà caratteristica della combustione è la capacità... ... Dizionario enciclopedico illustrato

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