Введение
Лабораторное устройство, используемое для получения огня из топлива и окислителя.
Горелка Бунзена, названная в честь Роберта Бунзена, – это тип газовой горелки, используемый в качестве лабораторного оборудования. Она производит одно открытое газовое пламя и применяется для нагрева, стерилизации и сжигания. В качестве газа может использоваться природный газ (в основном метан) или сжиженный углеводородный газ, такой как пропан, бутан или их смесь. Температура горения зависит, в частности, от адиабатической температуры пламени выбранной топливной смеси.
История
В 1852 году Гейдельбергский университет нанял Бунсена и обещал ему новое здание лаборатории. В городе Гейдельберг начали устанавливать уличное освещение на угольном газе, и университет проложил газовые трубы к новой лаборатории. Проектировщики здания планировали использовать газ не только для освещения, но и в качестве топлива для лабораторных горелок. Для любой горелки желательно было максимизировать температуру пламени и минимизировать его свечение (которое представляло собой потерю тепловой энергии). Бунсен стремился улучшить существующие лабораторные горелки в отношении экономичности, простоты и температуры пламени, а также адаптировать их к топливу из угольного газа. Пока здание строилось в конце 1854 года, Бунсен предложил механику университета, Питеру Десаге, определенные принципы конструкции и попросил его построить прототип. Схожие принципы применялись в более ранней конструкции горелки Майкла Фарадея и в устройстве, запатентованном в 1856 году инженером-газовщиком Р. У. Элснером. Конструкция Бунсена и Десаги создавала горячее, без сажи, не светящееся пламя, смешивая газ с воздухом контролируемым образом перед сгоранием. Десага создал регулируемые щели для подачи воздуха в нижней части цилиндрической горелки, а пламя выходило сверху. К моменту открытия здания в начале 1855 года Десага изготовил 50 горелок для студентов Бунсена. Два года спустя Бунсен опубликовал описание, и многие его коллеги вскоре переняли эту конструкцию. Горелки Бунзена теперь используются в лабораториях по всему миру.
Операция
Прибор, используемый в настоящее время, безопасно сжигает непрерывный поток воспламеняющегося газа, такого как природный газ (в основном метан) или сжиженный нефтяной газ, например пропан, бутан или их смесь. Шланг соединен с газовым соплом на лабораторной скамье резиновой трубкой. Большинство лабораторных скамей оснащены несколькими газовыми соплами, подключенными к центральному источнику газа, а также вакуумными, азотными и паровыми выводами. Затем газ поднимается через основание, проходя через небольшое отверстие в нижней части корпуса, и направляется вверх. В нижней части трубки имеются открытые щели для поступления воздуха в поток за счет эффекта Вентури, и газ воспламеняется в верхней части трубки при поджигании пламенем или искрой. Наиболее распространенные способы зажигания горелки – использование спички или пьезоподжигателя. Количество воздуха, смешиваемого с потоком газа, влияет на полноту реакции горения. Меньшее количество воздуха приводит к неполному и, следовательно, более холодному горению, в то время как хорошо перемешанный с воздухом газовый поток обеспечивает кислород в стехиометрическом количестве, обеспечивая полное и более горячее горение. Поток воздуха регулируется открытием или закрытием щелей в основании корпуса, что аналогично функции дроссельной заслонки в карбюраторе. Если регулировочная муфта в нижней части трубки настроена таким образом, чтобы больше воздуха смешивалось с газом перед сгоранием, пламя будет гореть горячее и приобретет синий цвет. Если щели закрыты, газ будет смешиваться с окружающим воздухом только в точке горения, то есть после выхода из трубки. Это уменьшенное смешивание приводит к неполному сгоранию, образуя более холодное, но яркое желтое пламя, которое часто называют «безопасным пламенем» или «светящимся пламенем». Желтый цвет пламени обусловлен мелкими частицами сажи, которые нагреваются до свечения. Желтое пламя считается «грязным», поскольку оставляет на нагреваемом объекте слой углерода. При регулировке горелки для получения горячего синего пламени оно может быть почти невидимым на некоторых фонах. Самая горячая часть пламени – это кончик внутреннего конуса, а самая холодная – весь внутренний конус. Увеличение расхода газообразного топлива через трубку путем открытия игольчатого вентиля увеличит размер пламени. Однако, если не отрегулировать и воздушный поток, температура пламени снизится, поскольку увеличенное количество газа будет смешиваться с тем же количеством воздуха, что приведет к недостатку кислорода. Обычно горелка устанавливается под лабораторным штативом, который поддерживает стакан или другую емкость. Горелка часто помещается на подходящий жаропрочный коврик для защиты поверхности лабораторной скамьи. Горелка Бунзена также используется в микробиологических лабораториях для стерилизации оборудования и создания восходящего потока, который удаляет загрязняющие вещества из воздуха из рабочей зоны.
Варианты
Существуют и другие горелки, основанные на том же принципе. Наиболее важными альтернативами горелке Бунзена являются:
Teclu burner – The lower part of its tube is conical, with a round screw nut below its base. The gap, set by the distance between the nut and the end of the tube, regulates the influx of the air in a way similar to the open slots of the Bunsen burner. The Teclu burner provides better mixing of air and fuel and can achieve higher flame temperatures than the Bunsen burner. Meker burner – The lower part of its tube has more openings with larger total cross section, admitting more air and facilitating better mixing of air and gas. The tube is wider and its top is covered with a wire grid. The grid separates the flame into an array of smaller flames with a common external envelope, and also prevents flashback to the bottom of the tube, which is a risk at high air to fuel ratios and limits the maximum rate of air intake in a conventional Bunsen burner. Flame temperatures of up to are achievable if properly used. The flame also burns without noise, unlike the Bunsen or Teclu burners. Tirrill burner – The base of the burner has a needle valve which allows the regulation of gas intake directly from the burner, rather than from the gas source. Maximum temperature of flame can reach 1560 °C.
Горелка Теклю – Нижняя часть ее трубки коническая, с круглым винтовым кольцом под основанием. Зазор, определяемый расстоянием между кольцом и концом трубки, регулирует приток воздуха аналогично открытым прорезям горелки Бунзена. Горелка Теклю обеспечивает лучшее смешивание воздуха и топлива и может достигать более высоких температур пламени, чем горелка Бунзена.
Teclu burner – The lower part of its tube is conical, with a round screw nut below its base. The gap, set by the distance between the nut and the end of the tube, regulates the influx of the air in a way similar to the open slots of the Bunsen burner. The Teclu burner provides better mixing of air and fuel and can achieve higher flame temperatures than the Bunsen burner. Meker burner – The lower part of its tube has more openings with larger total cross section, admitting more air and facilitating better mixing of air and gas. The tube is wider and its top is covered with a wire grid. The grid separates the flame into an array of smaller flames with a common external envelope, and also prevents flashback to the bottom of the tube, which is a risk at high air to fuel ratios and limits the maximum rate of air intake in a conventional Bunsen burner. Flame temperatures of up to are achievable if properly used. The flame also burns without noise, unlike the Bunsen or Teclu burners. Tirrill burner – The base of the burner has a needle valve which allows the regulation of gas intake directly from the burner, rather than from the gas source. Maximum temperature of flame can reach 1560 °C.
Горелка Меккера – Нижняя часть ее трубки имеет больше отверстий с большей общей площадью поперечного сечения, что обеспечивает поступление большего количества воздуха и облегчает смешивание воздуха и газа. Трубка шире, а ее верхняя часть покрыта проволочной сеткой. Сетка разделяет пламя на множество мелких пламен с общей внешней оболочкой, а также предотвращает обратный удар пламени в трубку, что является риском при высоких соотношениях воздуха к топливу и ограничивает максимальную скорость поступления воздуха в обычной горелке Бунзена. При правильном использовании можно достичь температуры пламени до [значение]. Пламя также горит бесшумно, в отличие от горелок Бунзена или Теклю.
Teclu burner – The lower part of its tube is conical, with a round screw nut below its base. The gap, set by the distance between the nut and the end of the tube, regulates the influx of the air in a way similar to the open slots of the Bunsen burner. The Teclu burner provides better mixing of air and fuel and can achieve higher flame temperatures than the Bunsen burner. Meker burner – The lower part of its tube has more openings with larger total cross section, admitting more air and facilitating better mixing of air and gas. The tube is wider and its top is covered with a wire grid. The grid separates the flame into an array of smaller flames with a common external envelope, and also prevents flashback to the bottom of the tube, which is a risk at high air to fuel ratios and limits the maximum rate of air intake in a conventional Bunsen burner. Flame temperatures of up to are achievable if properly used. The flame also burns without noise, unlike the Bunsen or Teclu burners. Tirrill burner – The base of the burner has a needle valve which allows the regulation of gas intake directly from the burner, rather than from the gas source. Maximum temperature of flame can reach 1560 °C.
Горелка Тиррилла – В основании горелки имеется игольчатый клапан, который позволяет регулировать подачу газа непосредственно из горелки, а не из источника газа. Максимальная температура пламени может достигать 1560 °C.
Teclu burner – The lower part of its tube is conical, with a round screw nut below its base. The gap, set by the distance between the nut and the end of the tube, regulates the influx of the air in a way similar to the open slots of the Bunsen burner. The Teclu burner provides better mixing of air and fuel and can achieve higher flame temperatures than the Bunsen burner. Meker burner – The lower part of its tube has more openings with larger total cross section, admitting more air and facilitating better mixing of air and gas. The tube is wider and its top is covered with a wire grid. The grid separates the flame into an array of smaller flames with a common external envelope, and also prevents flashback to the bottom of the tube, which is a risk at high air to fuel ratios and limits the maximum rate of air intake in a conventional Bunsen burner. Flame temperatures of up to are achievable if properly used. The flame also burns without noise, unlike the Bunsen or Teclu burners. Tirrill burner – The base of the burner has a needle valve which allows the regulation of gas intake directly from the burner, rather than from the gas source. Maximum temperature of flame can reach 1560 °C.