احتراق

مخلوط اتانول در حالت گازی با هوا در حال احتراق سریع توسط تخیله ولتاژ بالا

احتراق یا سوختن یا سوزش الگو:به انگلیسی نتیجهٔ یک فرایند شیمیایی گرمازا میان یک مادهٔ سوختنی و عامل اکسیدکننده است که با تولید گرما و تغییر شیمیایی مواد اولیه همراه می‌شود. آزاد کردن گرما می‌تواند با تولید نور به صورت شعله یا درخشش باشد. مواد سوختنی پرکاربرد معمولاً از ترکیب‌های آلی (به‌ویژه هیدروکربن‌ها) به‌صورت گازی، مایع یا جامد درست شده‌اند. همان‌طور که گفته شد، سوختن یک نوع واکنش اکسایش است؛ اما به‌خاطر سرعت بالای واکنش که منجر به تولید گرمای زیاد در زمان اندک و بالا رفتن دمای محیط واکنش و ایجاد نور و شعله می‌شود- در دسته‌ای خاص قرار می‌گیرد.

سوختن واکنشی است که در آن ماده‌ای با سرعت زیاد با اکسیژن ترکیب شده و علاوه بر تولید ترکیب‌های اکسیژن‌دار، گرما و نور نیز تولید می‌کند.

سوختن کامل

در یک فرایند کامل سوختن، یک مادهٔ سوختنی با یک عامل اکسیدکننده مانند اکسیژن یا فلوئور وارد واکنش می‌شود. نتیجهٔ واکنش موادی است که از هر دو عامل مادهٔ سوختنی و اکسیدکننده تشکیل شده‌اند. برای نمونه: الگو:چپ‌چین

CH_۴ + ۲ O_۲ → CO_۲ + ۲ H_۲O + انرژی

CH_۲S + 6 F_۲ → CF_۴ + ۲ HF + SF۶

الگو:پایان چپ‌چین ساده‌ترین نمونهٔ سوختن، واکنش میان هیدروژن و اکسیژن است. این واکنش در موتور راکت بسیار اتفاق می‌افتد: الگو:چپ‌چین

2 H_۲ + O_۲ → 2 H_۲O(g) + گرما

الگو:پایان چپ‌چین نتیجهٔ این واکنش بخار آب است.

سوختن ناقص

سوختن کامل تقریباً ممکن نیست. به‌طور مثال، در سوختن هیدروکربن‌ها، در واقعیت ترکیب‌هایی مانند کربن منوکسید و کربن خالص (خاکستر یا دوده) به‌جای می‌ماند. همچنین ممکن است میان عامل‌های نخستین سوختن و هوای محیط نیز واکنش صورت گیرد و چون ۷۸ درصد از جو را نیتروژن تشکیل داده، شاهد به‌وجود آمدن ترکیب‌هایی از نیتروژن اکسید باشیم.

سوختن هیدروکربن‌ها

واکنش شیمیایی استوکیومتری سوختن هیدروکربن در اکسیژن عبارت است از: الگو:چپ‌چین

$C_x{H}_y+(x+\frac{y}{4})O_2\to xC{O}_2+\left(\frac{y}{2}\right)H_{2}O$

الگو:پایان چپ‌چین برای نمونه سوختن پروپان به قرار زیر است: الگو:چپ‌چین

$C_3{H}_8+5O_2\to 3C{O}_2+4H_{2}O$

الگو:پایان چپ‌چین در حالت کلی تعادل شیمیایی استوکیومتری سوختن ناقص هیدروکربن‌ها در اکسیژن به صورت زیر است: الگو:چپ‌چین

$\left(z\right)C_x{H}_y+\left(z(\frac{x}{2}+\frac{y}{4})\right)O_2\to z\cdot xCO+\left(\frac{z\cdot y}{2}\right)H_{2}O$

الگو:پایان چپ‌چین برای نمونه سوختن ناقص پروپان عبارت است از: الگو:چپ‌چین

$2C_3{H}_8+7O_2\to 2C+2CO+8H_{2}O+2C{O}_2$

الگو:پایان چپ‌چین اگر بخواهیم واکنش سوختن را با بیان ساده نشان دهیم، چنین می‌شود: الگو:وسط‌چین گرما + کربن‌دی‌اکسید + آب → اکسیژن + مادهٔ سوختنی الگو:پایان اگر سوختن با استفاده از هوای موجود در محیط به عنوان منبع اکسیژن رخ دهد نیتروژن نیز می‌تواند در واکنش نوشته شود ولی به صورت گازی باقی می‌ماند و با مادهٔ سوختنی وارد واکنش نمی‌شود: الگو:چپ‌چین

$C_x{H}_y+(x+\frac{y}{4})O_2+3.76(x+\frac{y}{4})N_2\to xC{O}_2+\left(\frac{y}{2}\right)H_{2}O+3.76(x+\frac{y}{4})N_2$

الگو:پایان چپ‌چین سوختن پروپان می‌شود: الگو:چپ‌چین

$C_3{H}_8+5O_2+18.8N_2\to 3C{O}_2+4H_{2}O+18.8N_2$

الگو:پایان چپ‌چین بیان کیفی واکنش سوختن چنین بیان می‌شود: الگو:وسط‌چین گرما + نیتروژن + کربن‌دی‌اکسید + آب → (نیتروژن ۳٫۷۶ + اکسیژن)+ مادهٔ سوختنی

گرما + نیتروژن + کربن‌دی‌اکسید + آب → هوا+ مادهٔ سوختنی الگو:پایان در حضور اکسیژن اضافی ممکن است نیتروژن نیز با اکسیژن وارد واکنش شود این واکنش معمولاً در دمای بالا رخ می‌دهد.

احتراق در محیط متخلخل

مکانیسم احتراق در محیط متخلخل با شعله آزاد متفاوت است. مهم‌ترین نوع انتقال حرارت در شعلهٔ آزاد، جابه‌جایی است، که توسط محصولات احتراق صورت می‌گیرد. درحالی‌که در شعلهٔ محیط متخلخل علاوه بر هدایت و جابه‌جایی، تابش نیز نقش بسیار عمده‌ای را در انتقال گرما ایفا می‌کند که به دلیل ضریب صدور بالای جسم جامد حاضر، به‌عنوان محیط متخلخل است. وجود انتقال گرما با تابش موجب افزایش میزان انتقال گرما در محیط متخلخل شده و در نتیجه دمای بیشینهٔ آن‌ها کاهش یافته و باعث کاهش تولید NOx می‌گردد.

منابع

الگو:پانویس Organic Chemistry Morrison & Boyd; 6th Edition; Chapter3

احتراق در محیط متخلخل. مجله مهندسی مکانیک.

• الگو:یادکرد-ویکی