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).

File:Et baal.jpg

दहन (जलने) के समय ईंधन के परिणामस्वरूप अग्नि की ज्वाला

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

दहन, या जलना, ईंधन (रिडक्टेंट) और ऑक्सीडेंट, सामान्यतः वायुमंडलीय ऑक्सीजन के मध्य 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 जलती हुई माचिस का उपयोग करना), लौ से निकलने वाली गर्मी पर्याप्त ऊर्जा प्रदान कर सकती है।

दहन प्रायः प्राथमिक प्रतिक्रिया रेडिकल का जटिल अनुक्रम होता है। ठोस ईंधन, जैसे लकड़ी और कोयले, पहले गैसीय ईंधन का उत्पादन करने के लिए एंडोथर्मिक पायरोलिसिस से गुजरते हैं, जिसके दहन के पश्चात 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, प्रतिक्रिया जो सामान्यतः रॉकेट इंजन को ईंधन देने के लिए उपयोग की जाती है। यह प्रतिक्रिया 242 kJ/mol (किलोजूल / इकाई (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 लघु 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। चूँकि जलाना विरले ही स्वच्छ होता है, इसलिए कानून द्वारा ईंधन गैस की सफाई या उत्प्रेरक परिवर्तन 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 शोध की गई प्रथम नियंत्रित रासायनिक प्रतिक्रिया थी, और मानवता के लिए ऊर्जा उत्पन्न 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 ऊर्जा जैसे विविध उपयोग 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 प्रकार 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

File:Combustion reaction of methane.jpg

मीथेन हाइड्रोकार्बन का दहन।

पूर्ण दहन में, अभिकारक ऑक्सीजन में जलता है और सीमित संख्या में उत्पाद बनाता है। जब 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-डाइ-ऑक्साइड, सल्फर से सल्फर-डाइ-ऑक्साइड और आयरन से आयरन (III) ऑक्साइड निकलेगा। जब ऑक्सीजन ऑक्सीकरण होने पर नाइट्रोजन को दहनशील पदार्थ नहीं माना जाता है। ऐसा होने पर, विभिन्न नाइट्रोजन ऑक्साइड की अल्प मात्रा (सामान्यतः 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 ट्राइऑक्साइड 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 प्रदर्शित होती है, और उच्च तापमान पर अधिक उत्पादन होता है। NO_x की मात्रा भी ऑक्सीजन की अधिकता का कार्य है।

अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों और आग में, वायु ऑक्सीजन (O
₂) का स्रोत है I हवा में, ऑक्सीजन का प्रत्येक इकाई 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 (अधिकतम नाइट्रिक ऑक्साइड NO, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड की बहु अल्प मात्रा के NO
₂ साथ ) दूसरी ओर, जब ईंधन को पूर्ण रूप से जलाने के लिए अपर्याप्त ऑक्सीजन होती है, तो कुछ ईंधन कार्बन मोनोऑक्साइड में परिवर्तित हो जाता है, और कुछ हाइड्रोजन अप्रतिक्रियाशील रहते हैं। इसलिए, हवा में हाइड्रोकार्बन के दहन के लिए समीकरणों के पूर्ण समुच्चय को ईंधन में कार्बन और हाइड्रोजन के मध्य ऑक्सीजन के वितरण के लिए 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: घाव

अपूर्ण दहन तब होगा जब कार्बन डाइऑक्साइड और पानी का उत्पादन करने के लिए ईंधन को पूर्ण रूप से प्रतिक्रिया करने के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन नहीं होगी। यह तब भी होता है जब ठोस सतह ज्वाला जाल जैसे ताप 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 ईंधनों के लिए, जैसे डीजल तेल, कोयला या लकड़ी, दहन से पहले पायरोलिसिस होता है। अपूर्ण दहन में, पायरोलिसिस के उत्पाद बिना जले रहते हैं और हानिकारक कण पदार्थ और गैसों के साथ धुएं को दूषित करते हैं। आंशिक रूप से ऑक्सीकृत यौगिक भी विचार 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 की डिजाइन दहन गुणवत्ता में सुधार कर सकते हैं, जैसे कि तेल का चूल्हा और आंतरिक दहन इंजन है। उत्प्रेरक के पश्चात जलने वाले उपकरणों (जैसे उत्प्रेरक परिवर्तन) या दहन प्रक्रिया में निकास गैसोंकी 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। दहन प्रक्रिया के समय बर्नर की दक्षता का परीक्षण करने के लिए एचवीएसी अनुबंधी, अग्निशामक और इंजीनियर दहन विश्लेषक का उपयोग करते हैं। इसके अतिरिक्त, आंतरिक दहन इंजन की दक्षता को इस प्रकार से मापा जा सकता है, और कुछ अमेरिकी राज्य और स्थानीय नगर पालिकाएं आज सड़क पर वाहनों की दक्षता को परिभाषित करने के लिए दहन विश्लेषण का उपयोग करती हैं।

अपूर्ण दहन से उत्पन्न कार्बन मोनोऑक्साइड

कार्बन-मोनो-ऑक्साइड अपूर्ण दहन के उत्पादों में से है। सामान्य अपूर्ण दहन प्रतिक्रिया में कार्बन निर्गत होता है, जिससे कालिख और धूल बनती है। चूंकि कार्बन-मोनो-ऑक्साइड विषैली गैस है, इसलिए पूर्ण दहन उत्तम है, क्योंकि कार्बन-मोनो-ऑक्साइड से श्वास लेने में भी समस्या हो सकती है क्योंकि यह ऑक्सीजन का स्थान ग्रहण करती 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 हानि 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 अतिरिक्त समस्या यह है कि वे हाइड्रोकार्बन प्रदूषकों के साथ-साथ पृथ्वी की स्तर पर ओजोन के निर्माण में योगदान प्रदान करते हैं, जो धुआँ का प्रमुख घटक है।

मानव स्वास्थ्य समस्याएं:

कार्बन-मोनो-ऑक्साइड में श्वास लेने से सिरदर्द, चक्कर आना, उल्टी और मतली होती है। यदि कार्बन-मोनो-ऑक्साइड का स्तर अत्यधिक है, तो मनुष्य संज्ञाहीन हो जाता है या मृत्यु हो जाती है। दीर्घ समय तक कार्बन-मोनो-ऑक्साइड के मध्यम से और उच्च स्तर के संपर्क में सकारात्मक रूप से हृदय रोग की हानि से संबंधित है। जो लोग सघन कार्बन-मोनो-ऑक्साइड विषयुक्त से बचे रहते हैं, उन्हें दीर्घकालिक स्वास्थ्य समस्याओं का सामना करना पड़ सकता है। हवा से कार्बन-मोनो-ऑक्साइड फेफड़ों में अवशोषित हो जाती है जो फिर मानव की लाल रक्त कोशिकाओं में हीमोग्लोबिन से बंध जाती है। यह पूर्ण 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 विकसित हुई गर्मी से बना रहता है जब ऑक्सीजन सीधे संघनित-चरण ईंधन की सतह पर प्रहार 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 निर्बल गर्मी स्रोतों (जैसे, सिगरेट, शॉर्ट-सर्किट तार) द्वारा फर्नीचर पर आवासीय आग की प्रारंभिक और जंगल की आग के ज्वलंत आंदोलन के पीछे बायोमास का निरंतर दहन है।

तीव्र

File:15. Ослободување на големо количество енергија при согоровуање етанол.webm

वह प्रयोग जो इथेनॉल के दहन पर प्रस्तावित ऊर्जा की बड़ी मात्रा को प्रदर्शित करता है। छोटी गर्दन के साथ बड़ी प्लास्टिक की बोतल में अल्कोहल (इस विषय में, इथेनॉल) वाष्प और हवा का मिश्रण प्रज्वलित होता है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी नीली लौ और '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 और थर्मोबैरिक उपकरणों इत्यादि। इस दहन को प्रायः तीव्र दहन कहा जाता है, चूँकि आंतरिक दहन इंजन के लिए यह गलत है। 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 विस्फोट के रूप में जाना जाता है I

स्वतः प्रवर्तित

सहज दहन ऐसा दहन है जो स्व-ताप (एक्ज़ोथिर्मिक आंतरिक प्रतिक्रियाओं के कारण तापमान में वृद्धि) द्वारा होता है, इसके पश्चात थर्मल तीव्रता (स्व-ताप जो तीव्रता से उच्च तापमान में तीव्रता लाता है ) और अंत में, प्रज्वलन होता है।

उदाहरण के लिए, फॉस्फोरस कक्ष के तापमान पर ऊष्मा के बिना स्वयं प्रज्वलित होता है। जीवाणु खाद बनाने वाले कार्बनिक पदार्थ दहन के बिंदु तक पहुंचने के लिए पर्याप्त ऊष्मा उत्पन्न कर सकते हैं।

उपद्रवी

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

सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण

File:Microgravity Burning.jpg

सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण में ईंधन की छोटी बूंद को वापस जला कर वीडियो में भिन्न-भिन्न 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 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 सामान्य गुरुत्वाकर्षण स्थितियों की तुलना में अधिक भिन्न व्यवहार कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, मोमबत्ती की लौ गोले का आकार लेती है।) 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 प्रक्रियाओं 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।

सूक्ष्म दहन

दहन प्रक्रियाएं जो अधिक अल्प मात्रा में होती हैं उन्हें 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

सामान्यतः, ऑक्सीजन में हाइड्रोकार्बन के स्टोइकोमेट्रिक दहन के लिए रासायनिक समीकरण है:

 C_xH_Y + zO₂  -> XCO₂ + y/2 H₂O

जहाँ, $z=x+{\frac {y}{4}}$.

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

C₃H₈ + 5O₂   -> 3O₂  + 4H₂O

हवा में हाइड्रोकार्बन का स्टोइकोमेट्रिक दहन

यदि ऑक्सीजन स्रोत के रूप में हवा का उपयोग करके स्टोइकोमेट्रिक दहन होता है, तो हवा में उपस्तिथ नाइट्रोजन (पृथ्वी का वायुमंडल) को हवा में ईंधन की स्टोइकोमेट्रिक संरचना को प्रदर्शित करने के लिए परिणामी ग्रिप गैस को समीकरण (चूँकि यह प्रतिक्रिया नहीं करता है) में जोड़ा जा सकता है। ध्यान दें कि हवा में सभी गैर-ऑक्सीजन घटकों को नाइट्रोजन के रूप में ऑक्सीजन अनुपात 3.77, अर्थात (100% - O2%) / O2% मिलता है, जहां O2% 20.95% आयतन है:

${\text{C}}_x{\text{H}}_y+$