दहन: Difference between revisions

[[File:Et baal.jpg|thumb|upright=1.25|दहन (जलने) के दौर से गुजर रहे [[ ईंधन |ईंधन]] के परिणामस्वरूप आग की लपटें]]

[[File:Regenerative thermal oxidizer.jpg|thumb|[[ पुनर्योजी थर्मल ऑक्सीडाइज़र ]]औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए दहन नियंत्रण प्रदान करता है।]]दहन, या जलना,<ref>colloquial meaning of burning is combustion accompanied by flames</ref> ईंधन (रिडक्टेंट) और [[ ऑक्सीडेंट |ऑक्सीडेंट,]] सामान्यतः वायुमंडलीय [[ ऑक्सीजन |ऑक्सीजन]] के मध्य उच्च तापमान [[ एक्ज़ोथिर्मिक |एक्ज़ोथिर्मिक]] [[ रेडोक्स |रेडोक्स]] [[ रासायनिक प्रतिक्रिया |रासायनिक प्रतिक्रिया]] है, जो धुएं के रूप में मिश्रण में ऑक्सीकृत, प्रायः गैसीय उत्पादों का उत्पादन करती है। दहन से सदैव [[ आग |आग]] नहीं लगती है, क्योंकि ज्वाला केवल तभी दिखाई देती है जब दहन से गुजरने वाले पदार्थ वाष्पीकृत हो जाते हैं, लेकिन जब ऐसा होता है, तो लौ प्रतिक्रिया का विशिष्ट संकेतक है। जबकि [[ सक्रियण ऊर्जा ]][[ कोयला |कोयला]] दहन प्रारम्भ करने के लिए दूर किया जाना चाहिए (उदाहरण के लिए, आग को जलाने के लिए जलती हुई माचिस का उपयोग करना), लौ से निकलने वाली गर्मी पर्याप्त ऊर्जा प्रदान कर सकती है।  

[[File:15. Ослободување на големо количество енергија при согоровуање етанол.webm|thumb|right|280px|एक प्रयोग जो इथेनॉल के दहन पर जारी ऊर्जा की बड़ी मात्रा को प्रदर्शित करता है। एक छोटी गर्दन के साथ एक बड़ी प्लास्टिक की बोतल में अल्कोहल (इस मामले में, इथेनॉल) वाष्प और हवा का मिश्रण प्रज्वलित होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक बड़ी नीली लौ और एक 'हूश' ध्वनि होती है।]]तीव्र दहन, का रूप है, अन्यथा अग्नि के रूप में जाना जाता है, जिसमें दीर्घ मात्रा में गर्मी और प्रकाश ऊर्जा निकलती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रायः लौ होती है। इसका उपयोग मशीनरी के रूप में किया जाता है जैसे कि [[ आंतरिक दहन इंजन |आंतरिक दहन इंजन]] और[[ थर्मोबैरिक हथियार | थर्मोबैरिक उपकरणों]] इत्यादि। इस दहन को प्रायः तीव्र दहन कहा जाता है, चूँकि आंतरिक दहन इंजन के लिए यह गलत है।{{Disputed inline|1=Explosion = detonation? Internal combustion engine: no explosion?|date=July 2016}} आंतरिक दहन इंजन नाममात्र रूप से नियंत्रित तीव्र ज्वलन पर संचालित होता है। जब आंतरिक दहन इंजन में ईंधन-हवा का मिश्रण फट जाता है, तो इसे [[ इंजन दस्तक |इंजन विस्फोट]] के रूप में जाना जाता है I{{Disputed inline|1=Explosion = detonation? Internal combustion engine: no explosion?|date=July 2016}}

[[Image:Microgravity Burning.jpg|thumb|माइक्रोग्रैविटी में जलने वाली बैकलिट फ्यूल ड्रॉपलेट के वीडियो से अलग-अलग फ़्रेमों की रंगीन ग्रे-स्केल समग्र छवि।]]'सूक्ष्म' गुरुत्वाकर्षण शब्द गुरुत्वाकर्षण स्थिति को संदर्भित करता है जो 'निम्न' है (अर्थात, 'लघु' के अर्थ में 'सूक्ष्म' और अनिवार्य नहीं कि पृथ्वी के सामान्य गुरुत्वाकर्षण का दस लाखवां भाग) जैसे कि भौतिक प्रक्रियाओं पर [[ उछाल |आधिक्य]] का प्रभाव हो सकता है अन्य प्रवाह प्रक्रियाओं के सापेक्ष लघु माना जाता है जो सामान्य गुरुत्वाकर्षण पर सम्मलित होंगे। ऐसे वातावरण में, थर्मल और [[ प्रवाह परिवहन गतिशीलता |प्रवाह परिवहन गतिशीलता]] सामान्य गुरुत्वाकर्षण स्थितियों की तुलना में अधिक भिन्न व्यवहार कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, [[ मोमबत्ती |मोमबत्ती]] की लौ गोले का आकार लेती है।<ref>[https://web.archive.org/web/20011118103426/http://spaceflight.nasa.gov/history/shuttle-mir/science/mg/nm21460011.htm Shuttle-Mir History/Science/Microgravity/Candle Flame in Microgravity (CFM) – MGBX].  Spaceflight.nasa.gov (1999-07-16). Retrieved on 2010-09-28.</ref>) सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण दहन अनुसंधान के विभिन्न प्रकार की दिशा के ज्ञान में योगदान देता है जो अंतरिक्ष यान के पर्यावरण (जैसे, अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर चालक दल की सुरक्षा के लिए प्रासंगिक अग्नि गतिशीलता) और स्थलीय (पृथ्वी-आधारित) स्थितियों (जैसे, छोटी बूंद) दोनों के लिए प्रासंगिक दिशा की विस्तृत विविधता में योगदान देता है। उत्तम दहन, [[ सामग्री निर्माण प्रक्रिया |सामग्री निर्माण प्रक्रियाओं]] [[ थर्मल प्रबंधन (इलेक्ट्रॉनिक्स) |थर्मल प्रबंधन (इलेक्ट्रॉनिक्स)]] ,बहु चरण प्रवाह की गतिशीलता, और कई अन्य के लिए नए ईंधन मिश्रणों को विकसित करने में सहायता के लिए दहन गतिशीलता में योगदान देता है।

[[File:disfig1.svg|thumb|upright=1.5|बहुलक दहन की एक सामान्य योजना]]दहन के कार्य में तीन अपेक्षाकृत अलग लेकिन अतिव्यापी चरण होते हैं:

* प्रीहीटिंग चरण, जब बिना जले ईंधन को उसके फ्लैश प्वाइंट और फिर [[ आग बिंदु |आग बिंदु]] तक गर्म किया जाता है। ज्वलनशील गैसें [[ शुष्क आसवन |शुष्क आसवन]] के समान प्रक्रिया में विकसित होने लगती हैं।

* आसवन चरण या गैसीय चरण, जब ऑक्सीजन के साथ विकसित ज्वलनशील गैसों का मिश्रण प्रज्वलित होता है। ऊर्जा ऊष्मा और प्रकाश के रूप में उत्पन्न होती है। आग की लपटें प्रायः दिखाई देती हैं। दहन से ठोस में ऊष्मा का स्थानांतरण ज्वलनशील वाष्पों के विकास को बनाए रखता है।

* चारकोल चरण या ठोस चरण, जब सामग्री से ज्वलनशील गैसों का उत्पादन लौ की लगातार उपस्थिति के लिए बहुत कम होता है और जलता हुआ ईंधन तेजी से नहीं जलता है और केवल चमकता है और बाद में केवल सुलगता है।

कुशल [[ औद्योगिक भट्टी |औद्योगिक भट्टी]] को संसाधित होने वाली सामग्री में दहन ईंधन की ऊष्मा के सबसे बड़े संभावित भाग की वसूली की आवश्यकता होती है।<ref>{{cite journal | title = प्राकृतिक गैस के लिए दहन की गर्मी की गणना| journal = Industrial Heating | page = 28 | date = September 2012 | url =  http://www.industrialheating.com/articles/90561-calculating-the-heat-of-combustion-for-natural-gas | access-date = 5 July 2013}}</ref><ref name="HeatCalc">[http://www.industrialheating.com/HeatCalc] HeatCalc</ref> हीटिंग प्रक्रिया के संचालन में नुकसान के कई रास्ते हैं। सामान्यतः,प्रमुख नुकसान एग्जॉस्ट गैस (यानी, ग्रिप गैस) के साथ निकलने वाली [[ समझदार गर्मी |प्रत्यक्ष ऊष्मा]] है। ऑफगैस का तापमान और मात्रा इसकी ऊष्मा सामग्री (एंथैल्पी) को इंगित करती है, इसलिए इसकी मात्रा कम रखने से ऊष्मा का नुकसान कम से कम होता है।

एक आदर्श भट्टी में, प्रत्येक ईंधन अणु को पूर्ण दहन के लिए आवश्यक ऑक्सीजन की सटीक मात्रा देने के लिए दहन वायु प्रवाह का ईंधन प्रवाह से मिलान किया जाएगा। चूँकि, वास्तविक दुनिया में, दहन सही उपाय से आगे नहीं बढ़ता है। बिना जला हुआ ईंधन (सामान्यतः {{chem|CO}} तथा {{chem|H|2}}) सिस्टम से डिस्चार्ज किया गया एक हीटिंग वैल्यू लॉस (साथ ही एक सुरक्षा खतरा) का प्रतिनिधित्व करता है। चूंकि दहनशील पदार्थ ऑफगैस में अवांछनीय होते हैं, जबकि वहां अप्रतिबंधित ऑक्सीजन की उपस्थिति न्यूनतम सुरक्षा और पर्यावरणीय चिंताओं को प्रस्तुत करती है, दहन प्रबंधन का पहला सिद्धांत सैद्धांतिक रूप से आवश्यक से अधिक ऑक्सीजन प्रदान करना है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सभी ईंधन जलते हैं। मीथेन के लिए ({{chem|CH|4}}) दहन, उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन के दो से अधिक अणुओं की आवश्यकता होती है।

जिससे, दहन प्रबंधन का दूसरा सिद्धांत बहुत अधिक ऑक्सीजन का उपयोग नहीं करना है। ऑक्सीजन की सही मात्रा के लिए तीन प्रकार के माप की आवश्यकता होती है: पहला, वायु और ईंधन प्रवाह का सक्रिय नियंत्रण; दूसरा, ऑफगैस ऑक्सीजन माप; और तीसरा, ऑफगैस ज्वलनशील पदार्थों का मापन। प्रत्येक हीटिंग प्रक्रिया के लिए, दहनशील सांद्रता के स्वीकार्य स्तरों के साथ न्यूनतम ऑफगैस गर्मी के नुकसान की इष्टतम स्थिति उपस्तिथ है। अतिरिक्त ऑक्सीजन को कम करने से अतिरिक्त लाभ मिलता है: किसी दिए गए ऑफगैस तापमान के लिए, अतिरिक्त ऑक्सीजन को न्यूनतम रखने पर NOx का स्तर सबसे कम होता है।<ref name="NOx formation" />

दहन प्रक्रिया पर सामग्री और ऊष्मा संतुलन बनाकर इन दो सिद्धांतों का पालन किया जाता है।<ref>{{cite journal | title = सामग्री संतुलन बनाना| journal = Industrial Heating | page = 20 | date = November 2012 | url =  http://www.industrialheating.com/articles/90764-making-a-material-balance | access-date = 5 July 2013}}</ref><ref name="MatBalCalc">[http://www.industrialheating.com/MatBalCalc] MatBalCalc</ref><ref>{{cite journal | title = गर्मी संतुलन बनाना| journal = Industrial Heating | page = 22 | date = December 2012 | url =  http://www.industrialheating.com/articles/90812-making-a-heat-balance | access-date = 5 July 2013}}</ref><ref name="HeatBalCalc">[http://www.industrialheating.com/HeatBalCalc] HeatBalCalc</ref> भौतिक संतुलन {{chem|O|2}} दहन गैस में सीधे वायु/ईंधन अनुपात को प्रतिशत से संबंधित करता है। ऊष्मा संतुलन ईंधन के दहन द्वारा उत्पादित कुल शुद्ध ऊष्मा के लिए उपलब्ध ऊष्मा से संबंधित है।<ref>{{cite journal | title = उपलब्ध दहन गर्मी| journal = Industrial Heating | page = 22 | date = April 2013 | url =  http://www.industrialheating.com/articles/91014-available-combustion-heat | access-date = 5 July 2013}}</ref><ref name="AvailHeatCalc">[http://www.industrialheating.com/availheatcalc] AvailHeatCalc</ref> दहन हवा को पहले से गरम करने से थर्मल लाभ को मापने के लिए अतिरिक्त सामग्री और ऊष्मा संतुलन बनाया जा सकता है,<ref>{{cite journal | title = सिस्टम बैलेंस बनाना (भाग 2)| journal = Industrial Heating | page = 24 | date = March 2012 | url =  http://www.industrialheating.com/articles/90954-making-a-system-balance-part-2 | access-date = 5 July 2013}}</ref><ref name="SysBalCalc2">[http://www.industrialheating.com/SysBalCalc2] SysBalCalc2</ref> या इसे ऑक्सीजन में समृद्ध करना।<ref>{{cite journal | title = सिस्टम बैलेंस बनाना (भाग 1)| journal = Industrial Heating | page = 22 | date = February 2012 | url =  http://www.industrialheating.com/articles/90897-making-a-system-balance-part-1 | access-date = 5 July 2013}}</ref><ref name="SysBalCalc">[http://www.industrialheating.com/sysbalcalc] SysBalCalc</ref>

ऑक्सीजन में दहन श्रृंखला प्रतिक्रिया है जिसमें कई अलग-अलग रेडिकल (रसायन विज्ञान) मध्यवर्ती भाग लेते हैं। प्रारंभ के लिए आवश्यक उच्च ऊर्जा को डाइऑक्सीजन अणु की असामान्य संरचना द्वारा समझाया गया है। [[ डाइअॉॉक्सिन |डाइऑक्सीजन]] अणु का निम्नतम-ऊर्जा विन्यास त्रिगुणित ऑक्सीजन में स्थिर,अपेक्षाकृत अप्रतिक्रियाशील डायराडिकल है। बॉन्डिंग को तीन बॉन्डिंग इलेक्ट्रॉन जोड़े और दो एंटीबॉन्डिंग इलेक्ट्रॉनों के साथ [[ स्पिन (भौतिकी) |स्पिन (भौतिकी)]] गठबंधन के साथ वर्णित किया जा सकता है, जैसे कि अणु में गैर-शून्य कुल कोणीय गति होती है। दूसरी ओर,अधिकांश ईंधन एकल अवस्था में होते हैं, युग्मित स्पिन और शून्य कुल कोणीय गति के साथ। दोनों केमध्य बातचीत क्वांटम यांत्रिक रूप से [[ निषिद्ध संक्रमण |निषिद्ध संक्रमण]] है, यानी बहुत कम संभावना के साथ संभव है। दहन प्रारंभ करने के लिए, डाइऑक्सीजन को स्पिन-पेयर अवस्था, या [[ सिंगलेट ऑक्सीजन |सिंगलेट ऑक्सीजन]] में बाध्य करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह मध्यवर्ती अत्यंत प्रतिक्रियाशील है। ऊर्जा [[ गर्मी |ऊष्मा]] के रूप में आपूर्ति की जाती है, और प्रतिक्रिया तब अतिरिक्त ऊष्मा उत्पन्न करती है, जो इसे जारी रखने की अनुमति देती है।

माना जाता है कि हाइड्रोकार्बन का दहन हाइड्रोजन परमाणु अमूर्तन (प्रोटॉन अबास्ट्रक्शन नहीं) से ईंधन से ऑक्सीजन में होता है, जिससे हाइड्रोपरॉक्साइड रेडिकल (HOO) मिलता है। यह हाइड्रोपरॉक्साइड देने के लिए आगे प्रतिक्रिया करता है, जो [[ हाइड्रॉक्सिल रेडिकल |हाइड्रॉक्सिल रेडिकल]] देने के लिए टूट जाता है। इन प्रक्रियाओं की एक बड़ी विविधता है जो ईंधन रेडिकल और ऑक्सीकरण रेडिकल उत्पन्न करती है। ऑक्सीकरण करने वाली प्रजातियों में सिंगलेट ऑक्सीजन, हाइड्रॉक्सिल, मोनोएटोमिक ऑक्सीजन और [[ हाइड्रोपरोक्सिल |हाइड्रोपरोक्सिल]] सम्मलित हैं। ऐसे मध्यवर्ती अल्पकालिक होते हैं और उन्हें अलग नहीं किया जा सकता है। चूँकि, गैर-कट्टरपंथी मध्यवर्ती स्थिर होते हैं और अपूर्ण दहन में उत्पन्न होते हैं। उदाहरण [[ इथेनॉल |इथेनॉल]] के दहन में उत्पादित एसीटैल्डिहाइड है। कार्बन और हाइड्रोकार्बन के दहन में एक मध्यवर्ती, कार्बन मोनोऑक्साइड का विशेष महत्व है क्योंकि यह एक [[ ज़हर |ज़हर]] है, लेकिन [[ सिनगैस |सिनगैस]] के उत्पादन के लिए आर्थिक रूप से भी उपयोगी है।

ठोस और भारी तरल ईंधन भी बड़ी संख्या में पायरोलिसिस प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं जो अधिक आसानी से ऑक्सीकृत, गैसीय ईंधन देते हैं। ये प्रतिक्रियाएं एंडोथर्मिक हैं और चल रहे दहन प्रतिक्रियाओं से निरंतर ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है। ऑक्सीजन की कमी या अन्य अनुचित उपाय से डिजाइन की गई स्थितियों के परिणामस्वरूप ये हानिकारक और कार्सिनोजेनिक पायरोलिसिस उत्पाद घने, काले धुएं के रूप में उत्सर्जित होते हैं।

दहन की दर उस सामग्री की मात्रा है जो समय की अवधि में दहन से गुजरती है। इसे ग्राम प्रति सेकंड (g/s) या किलोग्राम प्रति सेकंड (kg/s) में व्यक्त किया जा सकता है।

रासायनिक गतिकी के दृष्टिकोण से दहन प्रक्रियाओं का विस्तृत विवरण, प्राथमिक प्रतिक्रियाओं के बड़े और जटिल जाले के निर्माण की आवश्यकता है।<ref>{{cite book|last1=Law|first1=C.K.|title=दहन भौतिकी|date=2006|publisher=Cambridge University Press|location=Cambridge, UK|isbn=9780521154215}}</ref> उदाहरण के लिए, हाइड्रोकार्बन ईंधन के दहन में सामान्यतः सैकड़ों रासायनिक प्रजातियां सम्मलित होती हैं जो हजारों प्रतिक्रियाओं के अनुसार प्रतिक्रिया करती हैं।

इसलिए, उच्च विस्तार स्तर का सहारा लिए बिना दहन तंत्र की जटिलता को कम करने के लिए कई उपाय तैयार किए गए हैं। उदाहरण द्वारा प्रदान किया जाता है:

* आंतरिक निम्न-आयामी मैनिफोल्ड (ILDM) दृष्टिकोण और आगे के विकास<ref>{{cite journal|last1=Maas|first1=U.|last2=Pope|first2=S.B.|title=रासायनिक कैनेटीक्स को सरल बनाना: रचना स्थान में आंतरिक निम्न-आयामी मैनिफोल्ड्स|journal=Combust. Flame|date=1992|volume=88|issue=3–4|pages=239–264|doi=10.1016/0010-2180(92)90034-m}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Bykov|first1=V.|last2=Maas|first2=U|title=प्रतिक्रिया-प्रसार कई गुना करने के लिए ILDM अवधारणा का विस्तार|journal=Combust. Theory Model.|date=2007|volume=11|issue=6|pages=839–862|doi=10.1080/13647830701242531|bibcode=2007CTM....11..839B|s2cid=120624915}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Nafe|first1=J.|last2=Maas|first2=U.|title=ILDMs में सुधार के लिए एक सामान्य एल्गोरिथम|journal=Combust. Theory Model.|date=2002|volume=6|issue=4|pages=697–709|doi=10.1088/1364-7830/6/4/308|bibcode = 2002CTM.....6..697N |s2cid=120269918}}</ref>

* अपरिवर्तनीय विवश संतुलन एज प्रीइमेज कर्व विधि।<ref>{{cite journal|last1=Ren|first1=Z.|last2=Pope|first2=S.B.|last3=Vladimirsky|first3=A.|last4=Guckenheimer|first4=J.M.|title=रासायनिक कैनेटीक्स के आयाम में कमी के लिए अपरिवर्तनीय विवश संतुलन बढ़त प्रीइमेज वक्र विधि|journal=J. Chem. Phys.|volume=124|issue=11|doi=10.1063/1.2177243|pmid=16555878|bibcode = 2006JChPh.124k4111R|page=114111|year=2006}}</ref>