Verbrandingsreacties en hun thermische effect, ketenmechanisme van verbrandingsreacties. Soorten chemische reacties

Verbranding- moeilijk fysisch-chemisch proces, dat is gebaseerd op chemische reacties van het redox-type, die leiden tot de herverdeling van valentie-elektronen tussen de atomen van op elkaar inwerkende moleculen.

Voorbeelden van verbrandingsreacties

methaan: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O;

acetyleen: C 2 H 2 + 2,5 O 2 = 2 CO 2 + H 2 O;

natrium: 2Na + Cl2 = 2NaCl;

waterstof: H 2 + Cl 2 = 2HCl, 2H 2 + O 2 = 2H 2 O;

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

De essentie van oxidatie is de donatie van valentie-elektronen door de oxiderende stof aan het oxidatiemiddel, die, door elektronen te accepteren, wordt verminderd elektronen, wordt geoxideerd. Als gevolg van de overdracht van elektronen verandert de structuur van het buitenste (valentie) elektronische niveau van het atoom. Elk atoom gaat dan over in de toestand die onder de gegeven omstandigheden het meest stabiel is.

Bij chemische processen kunnen elektronen volledig overgaan van de elektronenschil van de atomen van de ene stof (element) naar de schil van de atomen van een andere.

Dus wanneer natriummetaal in chloor verbrandt, geven de natriumatomen elk één elektron af aan de chlooratomen. In dit geval krijgt het buitenste elektronische niveau van het natriumatoom acht elektronen (stabiele structuur), en verandert het atoom dat één elektron heeft verloren in een positief geladen ion. Een chlooratoom dat één elektron krijgt, vult zijn buitenste niveau met acht elektronen, en het atoom wordt een negatief geladen ion. Als resultaat van de elektrostatische krachten van Coulomb komen tegengesteld geladen ionen samen en wordt een natriumchloridemolecuul gevormd (ionische binding):

2Mg + O 2 = 2Mg 2+ O 2– .

De verbranding van magnesium (oxidatie) gaat dus gepaard met de overdracht van zijn elektronen naar zuurstof. Bij andere processen komen elektronen uit de buitenste schillen van twee verschillende atomen als het ware binnen normaal gebruik, waardoor de atomen van moleculen bij elkaar worden getrokken ( covalent of atomair verbinding):

.

En ten slotte kan één atoom zijn elektronenpaar delen (moleculaire binding):

.

Conclusies uit de bepalingen van de moderne theorie van oxidatiereductie:

1. De essentie van oxidatie is het verlies van elektronen door atomen of ionen van de stof die wordt geoxideerd, en de essentie van reductie is de toevoeging van elektronen aan de atomen of ionen van de stof die wordt gereduceerd. Het proces waarbij een stof elektronen verliest, wordt genoemd oxidatie, en de toevoeging van elektronen – herstel.

2. Oxidatie van een stof kan niet plaatsvinden zonder gelijktijdige reductie van een andere stof. Wanneer magnesium bijvoorbeeld in zuurstof of lucht verbrandt, wordt magnesium geoxideerd en tegelijkertijd wordt zuurstof gereduceerd. Bij volledige verbranding worden producten gevormd die niet in staat zijn tot verdere verbranding (CO 2, H 2 O, HCl, enz.), bij onvolledige verbranding zijn de resulterende producten in staat tot verdere verbranding (CO, H 2 S, HCN, NH 3 , aldehyden, enz. .d.). Schema: alcohol – aldehyde – zuur.

Bijna elke dag hebben we allemaal te maken met een of andere manifestatie van het verbrandingsproces. In ons artikel willen we u meer in detail vertellen welke functies het bevat dit proces Met wetenschappelijk punt visie.

Het is het belangrijkste onderdeel van het brandproces. Een brand begint met het optreden van verbranding; de ontwikkelingsintensiteit ervan is meestal het pad dat de brand aflegt, dat wil zeggen de brandsnelheid, en het blussen eindigt met het stoppen van de verbranding.

Verbranding wordt gewoonlijk opgevat als een exotherme reactie tussen een brandstof en een oxidatiemiddel, vergezeld van ten minste een van de volgende drie factoren: vlam, gloed, rookvorming. Vanwege de complexiteit van het verbrandingsproces is deze definitie niet uitputtend. Er wordt geen rekening mee gehouden de belangrijkste kenmerken verbranding, zoals het snelle optreden van de onderliggende exotherme reactie, de zichzelf in stand houdende aard ervan en het vermogen tot zelfvoortplanting van het proces door het brandbare mengsel.

Het verschil tussen een langzame exotherme redoxreactie (ijzercorrosie, rotting) en verbranding is dat dit laatste zo snel gebeurt dat er sneller warmte wordt geproduceerd dan wordt afgevoerd. Dit leidt tot een temperatuurstijging in de reactiezone met honderden en zelfs duizenden graden, tot een zichtbare gloed en de vorming van een vlam. In wezen is dit de manier waarop vlammende verbranding ontstaat, maar er is geen vlam. Dit proces wordt smeulen genoemd. In beide processen vindt een aerosol van volledige of onvolledige verbranding van stoffen plaats. Het is vermeldenswaard dat wanneer sommige stoffen branden, de vlam niet zichtbaar is en er ook geen rookontwikkeling is. Dergelijke stoffen omvatten waterstof; Te snelle reacties (explosieve transformatie) vallen ook niet onder het concept van verbranding.

Een noodzakelijke voorwaarde voor het plaatsvinden van verbranding is de aanwezigheid van een brandbare stof, een oxidatiemiddel (bij brand wordt de rol ervan gespeeld door zuurstof in de lucht) en een ontstekingsbron. Voor directe verbranding moeten er kritische omstandigheden bestaan ​​wat betreft de samenstelling van het brandbare mengsel, de geometrie en temperatuur van het brandbare materiaal, druk, enz. Nadat verbranding heeft plaatsgevonden, fungeert de vlam zelf of de reactiezone als ontstekingsbron.

Methaan kan bijvoorbeeld worden geoxideerd door zuurstof, waarbij warmte vrijkomt methyl alcohol en mierenzuur bij 500-700 K. Om de reactie te laten doorgaan, is het echter noodzakelijk om warmte aan te vullen als gevolg van externe verwarming. Dit is geen verbranding. Wanneer het reactiemengsel wordt verwarmd tot een temperatuur boven 1000 K, neemt de snelheid van methaanoxidatie zo sterk toe dat de vrijkomende warmte voldoende wordt om de reactie verder voort te zetten, de behoefte aan externe warmtetoevoer verdwijnt en de verbranding begint. De verbrandingsreactie kan dus, zodra deze plaatsvindt, zichzelf in stand houden. Dit is de belangrijkste onderscheidend kenmerk verbrandingsproces. Een ander verwant kenmerk is het vermogen van een vlam, die een chemische reactiezone is, om zich spontaan door een ontvlambaar medium of brandbaar materiaal te verspreiden met een snelheid die wordt bepaald door de aard en samenstelling van het reactiemengsel, evenals door de procesomstandigheden. Dit is het belangrijkste mechanisme voor brandontwikkeling.

Een typisch verbrandingsmodel is gebaseerd op een oxidatiereactie organisch materiaal of koolstof door zuurstof in de lucht. Er zijn veel fysische en chemische processen die gepaard gaan met verbranding. Natuurkunde gaat over de overdracht van warmte in een systeem. Oxidatie- en reductiereacties zijn een chemische component van de aard van verbranding. Vandaar dat uit het concept van verbranding een verscheidenheid aan chemische transformaties voortkomt, waaronder de ontbinding van initiële verbindingen, dissociatie en ionisatie van producten.

De combinatie van een brandbare stof of materiaal met een oxidatiemiddel vormt een brandbaar medium. Als gevolg van de ontleding van brandbare stoffen onder invloed van een ontstekingsbron ontstaat een gas-damp-lucht-reactiemengsel. Brandbare mengsels, die qua samenstelling (verhouding van brandstof- en oxidatiemiddelcomponenten) overeenkomen met de vergelijking van een chemische reactie, worden mengsels met een stoichiometrische samenstelling genoemd. Ze zijn het gevaarlijkst in termen van vuur: ze ontsteken gemakkelijker, branden intenser en zorgen voor een volledige verbranding van de stof, waardoor ze de maximale hoeveelheid warmte vrijgeven.

Rijst. 1. Vormen van diffusievlammen

a – verbranding van een straalstroom, b – verbranding van een gemorste vloeistof, c – verbranding van bosafval

Op basis van de verhouding tussen de hoeveelheid brandbaar materiaal en het volume oxidatiemiddel worden arme en rijke mengsels onderscheiden: arme mengsels bevatten een overvloed aan oxidatiemiddel, rijke mengsels - brandbaar materiaal. De minimale hoeveelheid oxidatiemiddel die nodig is voor volledige verbranding van een massa-eenheid (volume) van een bepaalde brandbare stof wordt bepaald door de vergelijking van de chemische reactie. Bij verbranding met deelname van zuurstof ligt het vereiste (specifieke) luchtdebiet voor de meeste brandbare stoffen in het bereik van 4-15 m 3 /kg. Verbranding van stoffen en materialen is alleen mogelijk als er een bepaald gehalte aan dampen of gasvormige producten in de lucht aanwezig is, en ook als de zuurstofconcentratie niet lager is dan een bepaalde limiet.

Voor karton en katoen treedt dus al bij 14 vol. zelfdovend op. % zuurstof en polyesterwol - bij 16 vol. %. Bij het verbrandingsproces zijn, net als bij andere chemische processen, twee fasen nodig: het creëren van moleculair contact tussen de reagentia en de interactie van brandstofmoleculen met het oxidatiemiddel om reactieproducten te vormen. Als de transformatiesnelheid van de initiële reagentia wordt bepaald door diffusieprocessen, d.w.z. overdrachtssnelheid (dampen van brandbare gassen en zuurstof worden naar de reactiezone overgebracht als gevolg van een concentratiegradiënt in overeenstemming met de diffusiewetten van Fick), dan wordt deze verbrandingsmodus diffusie genoemd. In afb. 1 worden gegeven verschillende vormen diffusie vlammen. In de diffusiemodus is de verbrandingszone wazig en wordt er een aanzienlijke hoeveelheid onvolledige verbrandingsproducten gevormd. Als de verbrandingssnelheid alleen afhangt van de snelheid van de chemische reactie, die aanzienlijk hoger is dan de diffusiesnelheid, wordt de verbrandingsmodus kinetisch genoemd. Hij wordt gekenmerkt door meer hoge snelheden en volledigheid van de verbranding en, als gevolg daarvan, een hoge mate van warmteafgifte en vlamtemperatuur. Dit regime komt voor in voorgemengde mengsels van brandstof en oxidatiemiddel. Als de reagentia in de chemische reactiezone zich dus in dezelfde (meestal gas)fase bevinden, wordt een dergelijke verbranding homogeen genoemd; wanneer de brandstof en het oxidatiemiddel zich in verschillende fasen in de reactiezone bevinden, wordt deze heterogeen genoemd. De verbranding van niet alleen gassen is homogeen, maar ook de meeste vaste stoffen. Dit wordt verklaard door het feit dat in de reactiezone niet de materialen zelf branden, maar hun dampen en gasvormige ontledingsproducten. De aanwezigheid van een vlam is een kenmerk van een homogene verbranding.

Voorbeelden van heterogene verbranding zijn de verbranding van koolstof, koolstofhoudende houtresten en niet-vluchtige metalen, die zelfs met hoge temperaturen in een vaste staat blijven. De chemische verbrandingsreactie zal in dit geval plaatsvinden op het grensvlak tussen de fasen (vast en gasvormig). Merk op dat de eindproducten van verbranding niet alleen oxiden kunnen zijn, maar ook fluoriden, chloriden, nitriden, sulfiden, carbiden, enz.

De kenmerken van het verbrandingsproces zijn gevarieerd. Ze kunnen worden onderverdeeld in de volgende groepen: vorm, grootte en structuur van de vlam; vlamtemperatuur, de emissiviteit ervan; warmteafgifte en calorische waarde; verbrandingssnelheid en concentratielimieten van duurzame verbranding, enz.

Iedereen weet dat verbranding een gloed produceert die het verbrandingsproduct begeleidt.

Laten we twee systemen bekijken:

• gasvormig systeem
• gecondenseerd systeem

In het eerste geval, wanneer verbranding plaatsvindt, zal het hele proces in de vlam plaatsvinden, terwijl in het tweede geval een deel van de reacties in het materiaal zelf of op het oppervlak ervan zal plaatsvinden. Zoals hierboven vermeld zijn er gassen die zonder vlam kunnen branden, maar als we kijken naar vaste stoffen zijn er ook groepen metalen die ook zonder vlam kunnen branden.

Het deel van de vlam met de maximale waarde, waar intense transformaties plaatsvinden, wordt het vlammenfront genoemd.

Warmtewisselingsprocessen en diffusie van actieve deeltjes uit de verbrandingszone, de belangrijkste mechanismen voor de beweging van het vlamfront door het brandbare mengsel.

De snelheid van vlamvoortplanting wordt gewoonlijk verdeeld in:

• deflagratie (normaal), optredend bij subsonische snelheden (0,05-50 m/s)
• detonatie, wanneer snelheden 500-3000 m/s bereiken.

Rijst. 2. Laminaire diffusievlam

Afhankelijk van de aard van de snelheid van de gasstroom die de vlam creëert, worden laminaire en turbulente vlammen onderscheiden. In een laminaire vlam vindt de beweging van gassen plaats in verschillende lagen, alle processen van warmte- en massaoverdracht vinden plaats door moleculaire diffusie en convectie. Bij turbulente vlammen worden de processen van warmte- en massaoverdracht voornamelijk uitgevoerd als gevolg van macroscopische wervelbewegingen. Een kaarsvlam is een voorbeeld van een laminaire diffusievlam (Fig. 2). Elke vlam hoger dan 30 cm zal al willekeurige gasmechanische instabiliteit vertonen, wat zich manifesteert door zichtbare wervelingen van rook en vlammen.

Rijst. 3. Overgang van laminaire naar turbulente stroming

Erg een duidelijk voorbeeld De overgang van een laminaire stroming naar een turbulente stroming is een stroom sigarettenrook (Fig. 3), die, na opgelopen te zijn tot een hoogte van ongeveer 30 cm, turbulentie krijgt.

Bij brand hebben vlammen een diffusie-turboel karakter. De aanwezigheid van turbulentie in de vlam verhoogt de warmteoverdracht en het mengen beïnvloedt chemische processen. Bij een turbulente vlam is de brandsnelheid ook hoger. Dit fenomeen maakt het moeilijk om het gedrag van kleinschalige vlammen over te brengen naar grootschalige vlammen met grotere diepte en hoogte.

Experimenteel is bewezen dat de verbrandingstemperatuur van stoffen in de lucht veel lager is dan de verbrandingstemperatuur in een zuurstofrijke omgeving

In lucht zal de temperatuur schommelen van 650 tot 3100 °C, en in zuurstof zal de temperatuur stijgen met 500-800 °C.

Evenwicht– (van het Franse evenwicht – letterlijk ‘schalen’) – een kwantitatieve uitdrukking van de partijen bij elk proces die elkaar in evenwicht moeten brengen. Met andere woorden: evenwicht is evenwicht, evenwicht. Verbrandingsprocessen bij brand gehoorzamen aan de fundamentele natuurwetten, in het bijzonder de wetten van behoud van massa en energie.

Om veel praktische problemen op te lossen, maar ook om brandtechnische berekeningen uit te voeren, is het noodzakelijk om de hoeveelheid lucht te kennen die nodig is voor de verbranding, evenals het volume en de samenstelling van de verbrandingsproducten. Deze gegevens zijn nodig voor het berekenen van de verbrandingstemperatuur van stoffen, explosiedruk, overmatige explosiedruk, flegmatiserende concentratie van het flegmatiseermiddel en het gebied van gemakkelijk overboord werpbare structuren.

De methode voor het berekenen van de materiaalbalans van verbrandingsprocessen wordt bepaald door de samenstelling en aggregatietoestand van de stof. De berekening heeft zijn eigen kenmerken voor individuele chemische verbindingen, voor een mengsel van gassen en voor stoffen met een complexe elementaire samenstelling.

Individuele chemische verbindingen zijn stoffen waarvan de samenstelling kan worden uitgedrukt chemische formule. Het verbrandingsproces wordt in dit geval berekend met behulp van de verbrandingsreactievergelijking.

Bij het opstellen van de verbrandingsreactievergelijking moet er rekening mee worden gehouden dat het bij brandtechnische berekeningen gebruikelijk is om alle hoeveelheden te verwijzen naar 1 mol brandbare stof. Dit betekent in het bijzonder dat in de vergelijking van de verbrandingsreactie vóór de brandbare stof de coëfficiënt altijd is gelijk aan 1.

De samenstelling van verbrandingsproducten is afhankelijk van de samenstelling van het uitgangsmateriaal.

Elementen waaruit een brandbare stof bestaat	Verbrandingsproducten
Koolstof MET	Kooldioxide CO 2
Waterstof N	Water N 2 OVER
Zwavel S	Zwavel(IV)oxide DUS 2
Stikstof N	Moleculaire stikstof N 2
Fosfor R	Fosfor(V)oxide R 2 OVER 5
Halogenen F, Cl, Br, I	Waterstofhalogeniden HCl, HF, HBr, HOI

Verbranding van propaan in zuurstof

We registreren de verbrandingsreactie:

MET 3 N 8 + O 2 = CO 2 + N 2 OVER

2. Er zijn 3 koolstofatomen in een propaanmolecuul, waaruit 3 moleculen koolstofdioxide worden gevormd.

MET 3 N 8 + O 2 = 3СО 2 + N 2 OVER

3. Er zitten 8 waterstofatomen in een propaanmolecuul, waarvan er 4 watermoleculen worden gevormd:

MET 3 N 8 + O 2 = 3СО 2 + 4U 2 OVER

4. Tel het aantal zuurstofatomen aan de rechterkant van de vergelijking

5. Er moeten ook 10 zuurstofatomen aan de linkerkant van de vergelijking staan. Het zuurstofmolecuul bestaat uit twee atomen, daarom moet er vóór zuurstof een coëfficiënt van 5 worden geplaatst.

MET 3 N 8 + 5О 2 = 3СО 2 + 4U 2 OVER

De coëfficiënten in de reactievergelijking worden genoemd stoichiometrische coëfficiënten en laat zien hoeveel mol (kmol) stoffen aan de reactie hebben deelgenomen of als resultaat van de reactie zijn gevormd.

De stoichiometrische coëfficiënt, die het aantal mol zuurstof aangeeft dat nodig is voor de volledige verbranding van een stof, wordt aangegeven met de letter  .

Bij de eerste reactie  = 5.

Verbranding van glycerine in zuurstof

1. Schrijf de vergelijking van de verbrandingsreactie op.

MET 3 N 8 OVER 3 + O 2 = CO 2 + N 2 OVER

2. Koolstof en waterstof gelijk maken:

MET 3 N 8 OVER 3 + O 2 = 3СО 2 + 4U 2 OVER.

3. Er staan ​​10 zuurstofatomen aan de rechterkant van de vergelijking.

De brandbare stof bevat 3 zuurstofatomen, daarom worden 10 – 3 = 7 zuurstofatomen vanuit zuurstof in verbrandingsproducten omgezet.

Dus voor zuurstof is het noodzakelijk om een ​​coëfficiënt van 7: 2 = 3,5 te plaatsen

MET 3 N 8 OVER 3 +3,5О 2 = 3СО 2 + 4U 2 OVER.

Bij deze reactie  = 3,5.

Verbranding van ammoniak in zuurstof

Ammoniak bestaat uit waterstof en stikstof, daarom zullen de verbrandingsproducten water en moleculaire stikstof bevatten.

N.H. 3 + 0,75 O 2 = 1,5 H 2 O + 0,5 N 2  = 0,75.

Houd er rekening mee dat de ontvlambare stof een coëfficiënt van 1 heeft en dat alle andere coëfficiënten in de vergelijking breukgetallen kunnen zijn.

Verbranding van koolstofdisulfide in zuurstof

Verbrandingsproducten van koolstofdisulfide C.S. 2 zal koolstofdioxide en zwaveloxide (IV) zijn.

C.S. 2 + 3 O 2 = CO 2 + 2 DUS 2  = 3.

Meestal vindt verbranding bij brand niet plaats in een omgeving met pure zuurstof, maar in de lucht. Lucht bestaat uit stikstof (78%), zuurstof (21%), stikstofoxiden, kooldioxide, inerte en andere gassen (1%). Voor berekeningen wordt ervan uitgegaan dat de lucht 79% stikstof en 21% zuurstof bevat. Voor één volume zuurstof zijn er dus 3,76 volumes stikstof (79:21 = 3,76).

In overeenstemming met de wet van Avogadro zal de verhouding van het aantal mol van deze gassen 1: 3,76 zijn. Zo kunnen we dat schrijven moleculaire samenstelling van lucht (OVER 2 + 3,76 N 2 ).

De samenstelling van verbrandingsreacties van stoffen in lucht is vergelijkbaar met de samenstelling van verbrandingsreacties in zuurstof. De enige bijzonderheid is dat luchtstikstof bij een verbrandingstemperatuur lager dan 2000 0 C geen verbrandingsreactie aangaat en samen met verbrandingsproducten uit de verbrandingszone vrijkomt.

Verbranding van waterstof in de lucht

N 2 + 0,5(O 2 + 3,76 N 2 ) = N 2 O+0,5 3,76 N 2  = 0,5.

Houd er rekening mee dat de stoichiometrische coëfficiënt vóór zuurstof, 0,5, ook aan de rechterkant van de vergelijking vóór stikstof moet worden geplaatst.

Brandende propanol in de lucht

MET 3 N 7 OH+4,5(O 2 + 3,76 N 2 ) =3СО 2 + 4U 2 O+4,5 3,76 N 2

De brandstof bevat zuurstof, dus de berekening van de coëfficiënt  als volgt uitgevoerd: 10 – 1 = 9; 9:2 = 4,5.

Aniline verbrandt in de lucht

MET 6 N 5 NN 2 + 7,75(O 2 + 3,76 N 2 ) =6СО 2 + 3,5N 2 O+0,5N 2 +7,75  3,76 N 2

In deze vergelijking staat stikstof tweemaal aan de rechterkant van de vergelijking: stikstof uit de lucht en stikstof uit de brandbare stof.

Verbranding van koolmonoxide in de lucht

CO + 0,5(O 2 + 3,76 N 2 ) = CO 2 + 0,5  3,76 N 2

Verbranding van chloormethaan in de lucht

CH 3 METl+ 1,5(O 2 + 3,76 N 2 ) = CO 2 + NSl+ N 2 O+1,5 3,76 N 2

Verbranding van diethylthioether in lucht

(MET 2 N 5 ) 2 S+ 7,5(O 2 + 3,76 N 2 ) =4СО 2 + 5U 2 O+DUS 2 + 7,5  3,76 N 2

Verbranding van dimethylfosfaat in lucht

(SN 3 ) 2 PK OVER 4 + 3(O 2 + 3,76 N 2 ) =2СО 2 + 3,5N 2 O + 0,5P 2 OVER 5 + 3  3,76 N 2

Bij verbrandingsprocessen zijn de uitgangsstoffen een brandbare stof en een oxidatiemiddel, en zijn de eindproducten verbrandingsproducten.

1. Laten we de vergelijking opschrijven voor de verbrandingsreactie van benzoëzuur.

MET 6 N 5 COOH + 7,5(O 2 + 3,76 N 2 ) =7СО 2 + 3H 2 O+7,5 3,76 N 2

2. Uitgangsstoffen: 1 mol benzoëzuur;

7,5 mol zuurstof;

7,53,76 mol stikstof.

Er zijn slechts 7,54,76 mol luchtgassen.

Totaal (1 + 7,54,76) mol uitgangsstoffen.

3. Verbrandingsproducten: 7 mol kooldioxide;

3 mol water;

7,53,76 mol stikstof.

Totaal (7 + 3 + 7,53,76) mol verbrandingsproducten.

Soortgelijke verhoudingen gelden bij de verbranding van 1 kilomol benzoëzuur.

Mengsels van complexe chemische verbindingen of stoffen met een complexe elementaire samenstelling kunnen niet worden uitgedrukt door een chemische formule; de ​​samenstelling wordt meestal uitgedrukt in het percentage van elk element. Dergelijke stoffen omvatten bijvoorbeeld olie en aardolieproducten, hout en vele andere organische stoffen.

Verbranding is een complex fysisch en chemisch proces van interactie tussen brandbare brandstofcomponenten en een oxidatiemiddel, met name de verbranding van brandstof is een reactie van snelle oxidatie van de componenten, vergezeld van intense warmteafgifte en een scherpe temperatuurstijging;

Laten we de verbrandingsreactie van methaan beschouwen als het hoofdbestanddeel van aardgas:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O.

Uit de vergelijking van deze reactie volgt dat voor de oxidatie van één methaanmolecuul twee zuurstofmoleculen nodig zijn, d.w.z. Voor volledige verbranding van 1 m 3 methaan is 2 m 3 zuurstof nodig.

Gebruikt als oxidatiemiddel atmosferische lucht, een complex mengsel van stoffen, waaronder 21 vol. % O2, 78 vol. % N 2 en 1 vol. % CO 2, inerte gassen, enz. Voor technische berekeningen wordt doorgaans uitgegaan van de voorwaardelijke samenstelling van lucht bestaande uit twee componenten: zuurstof (21 vol.%) en stikstof (79 vol.%). Rekening houdend met deze luchtsamenstelling, zal voor elke verbrandingsreactie in de lucht om de brandstof volledig te verbranden, lucht nodig zijn met een volume van 100/21 = 4,76 keer meer dan zuurstof.

De producten van volledige verbranding van aardgas zijn: kooldioxide CO 2, waterdamp H 2 O, een beetje overtollige zuurstof O 2 en stikstof N 2. Overtollige zuurstof zit alleen in verbrandingsproducten in gevallen waarin verbranding plaatsvindt met een overmaat aan lucht, en stikstof zit altijd in verbrandingsproducten, omdat het integraal deel lucht en neemt niet deel aan de verbranding. De producten van onvolledige verbranding van gas zijn: koolmonoxide CO, onverbrande waterstof H2 en methaan CH4, zware koolwaterstoffen CmHn en roet. Dus hoe meer kooldioxide CO2 in de verbrandingsproducten, hoe minder koolmonoxide CO erin zal zitten, d.w.z. hoe vollediger de verbranding zal zijn. Het concept van het maximale CO 2 -gehalte in verbrandingsproducten werd geïntroduceerd - dit is de hoeveelheid CO 2 die kan worden verkregen in droge verbrandingsproducten met volledige verbranding van gas zonder overtollige lucht.

De meest geavanceerde manier om de luchtstroom naar de oven en de volledigheid van de verbranding ervan te controleren, is door verbrandingsproducten te analyseren met behulp van automatische gasanalysatoren. Gasanalysatoren nemen periodiek een monster van de uitlaatgassen en bepalen het gehalte aan kooldioxide daarin, evenals de hoeveelheid koolmonoxide en onverbrande waterstof (CO + H 2) in volumepercentage. Als de aflezing op de pijl op de schaal (CO + H 2) gelijk is aan 0, dan is de verbranding voltooid en zit er geen (CO + H 2) in de verbrandingsproducten. Als de pijl van nul naar rechts afwijkt, bevatten de verbrandingsproducten (CO + H 2), d.w.z. er vindt onvolledige verbranding plaats. Op een andere schaal zou de pijl van gasanalysatoren het maximale gehalte aan CO 2 max in verbrandingsproducten moeten weergeven. Volledige verbranding vindt plaats bij een maximaal percentage kooldioxide en een gehalte van nul (CO + H 2).