दहन

"जलता हुआ" redirects here. For क्षति का प्रकार, see जलाना. For बाहरी प्रज्वलन के बिना दहन, see स्वयमेव जल उठना. For वाहन का इंजन, see आंतरिक दहन इंजन. For अन्य उपयोग, see जलन (बहुविकल्पी). For और, see दहन (बहुविकल्पी). For और, see फायरिंग (बहुविकल्पी).

दहन (जलने) के दौर से गुजर रहे ईंधन के परिणामस्वरूप आग की लपटें

पुनर्योजी थर्मल ऑक्सीडाइज़र औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए दहन नियंत्रण प्रदान करता है।

दहन,या जलना, ईंधन (रिडक्टेंट) और ऑक्सीडेंट,सामान्यतः वायुमंडलीय ऑक्सीजन के बीच एक उच्च तापमान एक्ज़ोथिर्मिक रेडोक्स रासायनिक प्रतिक्रिया है, जो धुएं के रूप में मिश्रण में ऑक्सीकृत,प्रायः गैसीय उत्पादों का उत्पादन करती है। दहन से सदैव 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 दहन प्रारम्भ करने के लिए दूर किया जाना चाहिए (उदाहरण के लिए, आग को जलाने के लिए एक जला हुआ मैच का उपयोग करना), लौ से निकलने वाली गर्मी पर्याप्त ऊर्जा प्रदान कर सकती है।

दहन प्रायः प्राथमिक प्रतिक्रिया रेडिकल (रसायन विज्ञान) का एक जटिल अनुक्रम होता है। ठोस ईंधन, जैसे लकड़ी और कोयले,पहले गैसीय ईंधन का उत्पादन करने के लिए एन्दोठेर्मिक पायरोलिसिस से गुजरते हैं, जिसके दहन के बाद उनमें से अधिक उत्पादन के लिए आवश्यक गर्मी की आपूर्ति होती है। दहन प्रायः इतना गर्म होता है कि सुलगने या लौ के रूप में उद्दीप्त प्रकाश उत्पन्न होता है। जल वाष्प में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के दहन में सरल उदाहरण देखा जा सकता है, एक प्रतिक्रिया जो सामान्यतः रॉकेट इंजन को ईंधन देने के लिए उपयोग की जाती है। यह प्रतिक्रिया 242 kJ/mol (किलोजूल / मोल (इकाई)) ऊष्मा मुक्त करती है और तदनुसार (स्थिर तापमान और दबाव पर) तापीय धारिता को कम करती है:

${\ce {2H_{2}(g){+}O_{2}(g)\rightarrow 2H_{2}O\uparrow }}$

हवा में उत्प्रेरित दहन के लिए अपेक्षाकृत उच्च तापमान की आवश्यकता होती है। पूर्ण दहन ईंधन से संबंधित स्टोइकोमेट्रिक है,जहां कोई शेष ईंधन नहीं है, और आदर्श रूप से, कोई अवशिष्ट ऑक्सीडेंट नहीं है। थर्मोडायनामिक रूप से, हवा में दहन का रासायनिक संतुलन उत्पादों के पक्ष में अत्यधिक होता है। चूँकि,पूर्ण दहन प्राप्त करना लगभग असंभव है, क्योंकि रासायनिक संतुलन आवश्यक नहीं है, या इसमें कार्बन मोनोऑक्साइड, हाइड्रोजन और यहां तक ​​कि कार्बन (कालिख या राख) जैसे असंतृप्त उत्पाद हो सकते हैं। इस प्रकार, उत्पादित धुआं सामान्यतः जहरीला होता है और इसमें बिना जले या आंशिक रूप से ऑक्सीकृत उत्पाद होते हैं। वायु मंडल की हवा में उच्च तापमान पर कोई भी दहन, जो कि 78 प्रतिशत नाइट्रोजन है, कई नाइट्रोजन ऑक्साइड की छोटी मात्रा भी बनाएगा, जिसे सामान्यतः एनओएक्स कहा जाता है, क्योंकि नाइट्रोजन का दहन थर्मोडायनामिक रूप से उच्च तापमान पर होता है, लेकिन कम तापमान पर नहीं। चूंकि जलना हो सकता है की कभी साफ होता है, इसलिए कानून द्वारा ईंधन गैस की सफाई या उत्प्रेरक कन्वर्टर्स की आवश्यकता हो सकती है।

आग स्वाभाविक रूप से होती है, जो बिजली गिरने या ज्वालामुखीय उत्पादों द्वारा प्रज्वलित होती है। दहन (अग्नि) मानव द्वारा कैम्प फायर और अलाव के रूप में खोजी गई पहली नियंत्रित रासायनिक प्रतिक्रिया थी, और मानवता के लिए ऊर्जा पैदा करने की मुख्य विधि बनी हुई है। सामान्यतः,ईंधन कार्बन, हाइड्रोकार्बन ,या लकड़ी जैसे अधिक जटिल मिश्रण होते हैं जिनमें आंशिक रूप से ऑक्सीकृत हाइड्रोकार्बन होते हैं। कोयले या तेल जैसे जीवाश्म ईंधन के दहन से या जलाऊ लकड़ी जैसे नवीकरणीय ईंधन से उत्पन्न तापीय ऊर्जा को खाना पकाने, बिजली के उत्पादन या औद्योगिक या घरेलू हीटिंग जैसे विविध उपयोगों के लिए काटा जाता है। दहन भी वर्तमान में राकेट को शक्ति देने के लिए उपयोग की जाने वाली एकमात्र प्रतिक्रिया है। दहन का उपयोग गैर-अनर्थकारी और अनर्थकारी दोनों तरह के कचरे को नष्ट (भस्म) करने के लिए भी किया जाता है।

दहन के लिए ऑक्सीडेंट में उच्च ऑक्सीकरण क्षमता होती है और इसमें वायुमंडलीय या शुद्ध ऑक्सीजन, क्लोरीन, एक अधातु तत्त्व, क्लोरीन ट्राइफ्लोराइड, नाइट्रस ऑक्साइड और नाइट्रिक एसिड सम्मलित होते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन क्लोरीन में जलकर हाईड्रोजन क्लोराईड बनाता है, जिससे ऊष्मा मुक्त होती है और दहन की प्रकाश विशेषता होती है। चूँकि सामान्यतः उत्प्रेरित नहीं होता, दहन को प्लैटिनम या वैनेडियम द्वारा उत्प्रेरित किया जा सकता है, जैसा कि संपर्क प्रक्रिया में होता है।

प्रकार

पूर्ण और अपूर्ण

See also: पायरोलिसिस

पूर्ण

मीथेन , एक हाइड्रोकार्बन का दहन।

पूर्ण दहन में, अभिकारक ऑक्सीजन में जलता है और सीमित संख्या में उत्पाद बनाता है। जब एक हाइड्रोकार्बन ऑक्सीजन में जलता है, तो प्रतिक्रिया मुख्य रूप से कार्बन डाइआक्साइड और पानी उत्पन्न करेगी। जब तत्वों को जलाया जाता है, तो उत्पाद मुख्य रूप से सबसे सामान्य ऑक्साइड होते हैं। कार्बन से कार्बन डाइऑक्साइड,सल्फर से सल्फर डाइऑक्साइड और आयरन से आयरन (III) ऑक्साइड निकलेगा। जब ऑक्सीजन ऑक्सीकरण एजेंट होता है तो नाइट्रोजन को एक दहनशील पदार्थ नहीं माना जाता है। फिर भी, विभिन्न नाइट्रोजन ऑक्साइड की थोड़ी मात्रा (आमतौर पर नामित NOx|NO
_xप्रजातियां) तब बनती हैं जब हवा ऑक्सीडेटिव होती है।

दहन अनिवार्य रूप से ऑक्सीकरण की अधिकतम डिग्री के अनुकूल नहीं है, और यह तापमान पर निर्भर हो सकता है। उदाहरण के लिए, सल्फर के दहन से सल्फर ट्रायऑक्साइड मात्रात्मक रूप से उत्पन्न नहीं होता है। NO_x प्रजातियां लगभग 2,800 °F (1,540 °C) (डिग्री फारेनहाइट) (1,540 डिग्री सेल्सियस) से ऊपर महत्वपूर्ण मात्रा में दिखाई देती हैं, और उच्च तापमान पर अधिक उत्पादन होता है। NO_x की मात्रा भी ऑक्सीजन की अधिकता का एक कार्य है। अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों और आग में, वायु ऑक्सीजन(O
₂) का स्रोत है I हवा में, ऑक्सीजन का प्रत्येक मोल लगभग 3.71 मोल नाइट्रोजन के साथ मिश्रित होता है। नाइट्रोजन दहन में भाग नहीं लेता है, लेकिन उच्च तापमान पर कुछ नाइट्रोजन NOx थर्मल में परिवर्तित हो जाएगा I NO
_x(ज्यादातर नाइट्रिक ऑक्साइड NO, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड की बहुत कम मात्रा के NO
₂ साथ ) दूसरी ओर, जब ईंधन को पूरी तरह से जलाने के लिए अपर्याप्त ऑक्सीजन होती है, तो कुछ ईंधन कार्बन कार्बन मोनोऑक्साइड में परिवर्तित हो जाता है, और कुछ हाइड्रोजन अप्राप्य रह जाते हैं। इसलिए, हवा में हाइड्रोकार्बन के दहन के लिए समीकरणों के एक पूरे सेट को ईंधन में कार्बन और हाइड्रोजन के बीच ऑक्सीजन के वितरण के लिए एक अतिरिक्त गणना की आवश्यकता होती है।

पूर्ण दहन के लिए आवश्यक वायु की मात्रा को शुद्ध वायु के रूप में जाना जाता है. चूँकि, व्यवहार में, उपयोग की जाने वाली हवा शुद्ध हवा की तुलना में 2-3 गुना अधिक होती है।

अपूर्ण

See also: Charring

अपूर्ण दहन तब होगा जब कार्बन डाइऑक्साइड और पानी का उत्पादन करने के लिए ईंधन को पूरी तरह से प्रतिक्रिया करने के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन नहीं होगी। यह तब भी होता है जब ठोस सतह या लौ जाल जैसे हीट सिंक द्वारा दहन बुझाया जाता है। जैसा कि पूर्ण दहन की स्तिथि में होता है, पानी अपूर्ण दहन से उत्पन्न होता है; चूँकि, कार्बन डाइऑक्साइड के अतिरिक्त कार्बन, कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड का उत्पादन होता है।

अधिकांश ईंधन के लिए, जैसे डीजल तेल, कोयला या लकड़ी, दहन से पहले पायरोलिसिस होता है। अधूरे दहन में, पायरोलिसिस के उत्पाद बिना जले रहते हैं और हानिकारक पार्टिकुलेट मैटर और गैसों के साथ धुएं को दूषित करते हैं। आंशिक रूप से ऑक्सीकृत यौगिक भी चिंता का विषय हैं; इथेनॉल का आंशिक ऑक्सीकरण हानिकारक एसीटैल्डिहाइड का उत्पादन कर सकता है, और कार्बन विषाक्त कार्बन मोनोऑक्साइड का उत्पादन कर सकता है।

दहन उपकरणों के डिजाइन दहन की गुणवत्ता में सुधार कर सकते हैं, जैसे कि तेल का चूल्हा और आंतरिक दहन इंजन। उत्प्रेरक के बाद जलने वाले उपकरणों (जैसे उत्प्रेरक कन्वर्टर्स) या दहन प्रक्रिया में निकास गैसों

की साधारण आंशिक वापसी द्वारा सुधार प्राप्त किए जा सकते हैं। अधिकांश देशों में कारों के लिए पर्यावरण कानून द्वारा ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है। कानूनी उत्सर्जन मानकों तक पहुंचने के लिए ताप विद्युत केंद्र जैसे बड़े दहन उपकरणों को सक्षम करने के लिए वे आवश्यक हो सकते हैं।

परीक्षण उपकरण के साथ दहन की डिग्री को मापा और विश्लेषण किया जा सकता है। एचवीएसी ठेकेदार,अग्निशामक और इंजीनियरों दहन प्रक्रिया के दौरान बर्नर की ईंधन दक्षता का परीक्षण करने के लिए दहन विश्लेषक का उपयोग करते हैं। इसके अतिरिक्त, एक आंतरिक दहन इंजन की दक्षता को इस तरह से मापा जा सकता है, और कुछ अमेरिकी राज्य और स्थानीय नगर पालिकाएं आज सड़क पर वाहनों की दक्षता को परिभाषित और रेट करने के लिए दहन विश्लेषण का उपयोग करती हैं।

अपूर्ण दहन से उत्पन्न कार्बन मोनोऑक्साइड

कार्बन मोनोऑक्साइड अपूर्ण दहन के उत्पादों में से एक है। सामान्य अपूर्ण दहन प्रतिक्रिया में कार्बन निकलता है, जिससे कालिख और धूल बनती है। चूंकि कार्बन मोनोऑक्साइड एक जहरीली गैस है, इसलिए पूर्ण दहन बेहतर है, क्योंकि कार्बन मोनोऑक्साइड से सांस लेने में भी परेशानी हो सकती है क्योंकि यह ऑक्सीजन की जगह लेती है और हीमोग्लोबिन के साथ जुड़ जाती है।

अपूर्ण दहन से जुड़ी समस्याएं

पर्यावरण की समस्याए:

ये ऑक्साइड वातावरण में पानी और ऑक्सीजन के साथ मिलकर नाइट्रिक एसिड और सल्फ्यूरिक एसिड बनाते हैं, जो एसिड के संग्रह या एसिड रेन के रूप में पृथ्वी की सतह पर लौट आते हैं। एसिड का संग्रह जलीय जीवों को नुकसान पहुँचाता है और पेड़ों को मारता है। कैल्शियम और फास्फोरस जैसे पौधों के लिए कम उपलब्ध कुछ पोषक तत्वों के गठन के कारण, यह पारिस्थितिकी तंत्र और खेतों की उत्पादकता को कम करता है। नाइट्रोजन ऑक्साइड से जुड़ी एक अतिरिक्त समस्या यह है कि वे हाइड्रोकार्बन प्रदूषकों के साथ-साथ जमीनी स्तर पर ओजोन के निर्माण में योगदान करते हैं, जो स्मॉग का प्रमुख घटक है।

मानव स्वास्थ्य समस्याएं:

कार्बन मोनोऑक्साइड में सांस लेने से सिरदर्द, चक्कर आना, उल्टी और मतली होती है। यदि कार्बन मोनोऑक्साइड का स्तर काफी अधिक है, तो मनुष्य बेहोश हो जाता है या मर जाता है। लंबे समय तक कार्बन मोनोऑक्साइड के मध्यम और उच्च स्तर के संपर्क में सकारात्मक रूप से हृदय रोग के जोखिम से संबंधित है। जो लोग गंभीर कार्बन मोनोऑक्साइड विषाक्तता से बचे रहते हैं, उन्हें दीर्घकालिक स्वास्थ्य समस्याओं का सामना करना पड़ सकता है। हवा से कार्बन मोनोऑक्साइड फेफड़ों में अवशोषित हो जाती है जो फिर मानव की लाल रक्त कोशिकाओं में हीमोग्लोबिन से बंध जाती है। यह पूरे शरीर में ऑक्सीजन ले जाने के लिए लाल रक्त कोशिकाओं की क्षमता को कम कर देगा।

सुलगना

सुलगना कम तापमान वाला, ज्वलनशील दहन का रूप है, जो तब विकसित हुई गर्मी से बना रहता है जब ऑक्सीजन सीधे संघनित-चरण ईंधन की सतह पर वार करता है। यह सामान्यतः अपूर्ण दहन प्रतिक्रिया है। ठोस पदार्थ जो सुलगने की प्रतिक्रिया को बनाए रख सकते हैं उनमें कोयला, सेल्यूलोज, लकड़ी, कपास, तंबाकू, पीट, प्लांट कूड़े, धरण, सिंथेटिक फोम, चारिंग पॉलिमर (पॉलीयूरीथेन फ़ोम सहित) और धूल सम्मलित हैं। सुलगने की घटना के सामान्य उदाहरण कमजोर गर्मी स्रोतों (जैसे, एक सिगरेट, एक शॉर्ट-सर्किट तार) द्वारा असबाबवाला फर्नीचर पर आवासीय आग की प्रारंभिक और जंगल की आग के ज्वलंत मोर्चों के पीछे बायोमास का लगातार दहन है।

तीव्र

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, दहन का रूप है, अन्यथा आग के रूप में जाना जाता है, जिसमें बड़ी 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 और थर्मोबैरिक उपकरणों। इस जैसे दहन को प्रायः तीव्र दहन कहा जाता है, चूँकि आंतरिक दहन इंजन के लिए यह गलत है। एक आंतरिक दहन इंजन नाममात्र रूप से नियंत्रित रैपिड बर्न पर संचालित होता है। जब एक आंतरिक दहन इंजन में ईंधन-हवा का मिश्रण फट जाता है, तो इसे इंजन विस्फोट के रूप में जाना जाता है I

स्वतःप्रवर्तित

सहज दहन एक प्रकार का दहन है जो स्व-ताप (एक्ज़ोथिर्मिक आंतरिक प्रतिक्रियाओं के कारण तापमान में वृद्धि) द्वारा होता है, इसके बाद थर्मल रनवे (स्व-हीटिंग जो तेजी से उच्च तापमान में तेजी लाता है ) और अंत में, प्रज्वलन होता है। उदाहरण के लिए, फॉस्फोरस कमरे के तापमान पर गर्मी के बिना स्वयं प्रज्वलित होता है। जीवाणु खाद बनाने वाले कार्बनिक पदार्थ दहन के बिंदु तक पहुंचने के लिए पर्याप्त गर्मी उत्पन्न कर सकते हैं।

अशांत

अशांत लौ के परिणामस्वरूप होने वाले दहन का औद्योगिक अनुप्रयोग (जैसे गैस टर्बाइन, पेट्रोल इंजन,आदि) के लिए सबसे अधिक उपयोग किया जाता है क्योंकि अशांत ईंधन और आक्सीकारक के बीच मिश्रण प्रक्रिया में मदद करती है।

सूक्ष्म गुरुत्व

माइक्रोग्रैविटी में जलने वाली बैकलिट फ्यूल ड्रॉपलेट के वीडियो से अलग-अलग फ़्रेमों की रंगीन ग्रे-स्केल समग्र छवि।

शब्द 'सूक्ष्म' गुरुत्वाकर्षण एक गुरुत्वाकर्षण स्थिति को संदर्भित करता है जो 'निम्न' है (यानी, 'छोटे' के अर्थ में 'सूक्ष्म' और जरूरी नहीं कि पृथ्वी के सामान्य गुरुत्वाकर्षण का दस लाखवां हिस्सा) जैसे कि भौतिक प्रक्रियाओं पर आधिक्य का प्रभाव हो सकता है अन्य प्रवाह प्रक्रियाओं के सापेक्ष छोटा माना जाता है जो सामान्य गुरुत्वाकर्षण पर उपस्तिथ होंगे। ऐसे वातावरण में, थर्मल और प्रवाह परिवहन गतिशीलता सामान्य गुरुत्वाकर्षण स्थितियों की तुलना में काफी भिन्न व्यवहार कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, एक मोमबत्ती की लौ एक गोले का आकार लेती है।) माइक्रोग्रैविटी दहन अनुसंधान एक 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 पहलुओं की एक विस्तृत विविधता की समझ में योगदान देता है। उत्तम दहन, सामग्री निर्माण प्रक्रियाओं थर्मल प्रबंधन (इलेक्ट्रॉनिक्स) ,मल्टीफ़ेज़ प्रवाह उबलते गतिशीलता, और कई अन्य के लिए नए ईंधन मिश्रणों को विकसित करने में सहायता के लिए दहन गतिशीलता)।

सूक्ष्म दहन

बहुत कम मात्रा में होने वाली दहन प्रक्रियाओं को सूक्ष्म दहन माना जाता है। उच्च सतह से आयतन अनुपात विशिष्ट ऊष्मा हानि को बढ़ाता है। शमन दूरी ऐसे दहन कक्षों में लौ को स्थिर करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

रासायनिक समीकरण

ऑक्सीजन में हाइड्रोकार्बन का स्टोइकोमेट्रिक दहन

आम तौर पर, ऑक्सीजन में हाइड्रोकार्बन के स्तुईचिओमेटरी दहन के लिए रासायनिक समीकरण है:

<केम>C_\mathit{x}H_\mathit{y}{} + \mathit{z}O2 -> \mathit{x}CO2{} + \frac{\mathit{y}}{2}H2O< / रसायन>

कहाँ पे $z=x+{\frac {y}{4}}$.

उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन में प्रोपेन का स्टोइकोमेट्रिक जलना है:

<केम>\अंडरसेट{प्रोपेन\एटॉप (ईंधन)}{C3H8} + \अंडरसेट{ऑक्सीजन}{5O2} -> \अंडरसेट{कार्बन\डाइऑक्साइड}{3CO2} + \अंडरसेट{पानी}{4H2O}</केम >

हवा में हाइड्रोकार्बन का स्टोइकोमेट्रिक दहन

यदि ऑक्सीजन स्रोत के रूप में हवा का उपयोग करके स्टोइकोमेट्रिक दहन होता है, तो हवा में मौजूद नाइट्रोजन (पृथ्वी का वायुमंडल) को हवा में ईंधन की स्टोइकोमेट्रिक संरचना और संरचना को दिखाने के लिए समीकरण (हालांकि यह प्रतिक्रिया नहीं करता है) में जोड़ा जा सकता है। परिणामी ग्रिप गैस की। ध्यान दें कि हवा में सभी गैर-ऑक्सीजन घटकों को नाइट्रोजन के रूप में मानने से ऑक्सीजन अनुपात 3.77, यानी (100% - O2%) / O2% मिलता है, जहां O2% 20.95% वॉल्यूम है:

${}_{}$