Горелка Бунзена , названная в честь Роберта Бунзена , представляет собой разновидность газовой горелки, работающей на окружающем воздухе и используемой в качестве лабораторного оборудования ; она создает одно открытое газовое пламя и используется для нагрева, стерилизации и сжигания. [1] [2] [3] [4] [5]
Газ может быть природным газом (в основном метаном ) или сжиженным нефтяным газом , таким как пропан , бутан или смесью. Достигаемая температура сгорания частично зависит от адиабатической температуры пламени выбранной топливной смеси.
В 1852 году Гейдельбергский университет нанял Бунзена и пообещал ему новое лабораторное здание. Город Гейдельберг начал устанавливать уличное освещение на угольном газе , а университет проложил газопроводы к новой лаборатории.
Проектировщики здания намеревались использовать газ не только для освещения, но и в качестве топлива для горелок для лабораторных операций. Для любой лампы с горелкой было желательно максимизировать температуру ее пламени и минимизировать ее светимость (что представляло собой потерю тепловой энергии). Бунзен стремился улучшить существующие лабораторные лампы с горелками в отношении экономичности, простоты и температуры пламени и адаптировать их к угольно-газовому топливу.
В конце 1854 года, когда здание строилось, Бунзен предложил механику университета Питеру Десаге определенные принципы проектирования и попросил его сконструировать прототип. Похожие принципы использовались в более ранней конструкции горелки Майклом Фарадеем и в устройстве, запатентованном в 1856 году газовым инженером Р. В. Элснером. Конструкция Бунзена/Десаги генерировала горячее, без сажи, несветящееся пламя путем смешивания газа с воздухом контролируемым образом перед сгоранием. Десага создал регулируемые щели для воздуха в нижней части цилиндрической горелки, при этом пламя выходило сверху. Когда здание открылось в начале 1855 года, Десага изготовил 50 горелок для студентов Бунзена. Два года спустя Бунзен опубликовал описание, и многие из его коллег вскоре переняли конструкцию. Горелки Бунзена теперь используются в лабораториях по всему миру. [6]
Устройство, используемое сегодня, безопасно сжигает непрерывный поток горючего газа , например, природного газа (в основном метана ) или сжиженного нефтяного газа, например пропана , бутана или их смеси.
Шланговый штуцер соединен с газовым соплом на лабораторном столе с помощью резиновой трубки. Большинство лабораторных столов оснащены несколькими газовыми соплами, соединенными с центральным источником газа, а также вакуумными, азотными и паровыми соплами. Затем газ течет вверх через основание через небольшое отверстие в нижней части ствола и направляется вверх. В боковой части дна трубки имеются открытые щели для впуска воздуха в поток с использованием эффекта Вентури , и газ сгорает в верхней части трубки после воспламенения пламенем или искрой. Наиболее распространенные способы зажигания горелки — это использование спички или искровой зажигалки .
Количество воздуха, смешанного с газовым потоком, влияет на полноту реакции сгорания . Меньшее количество воздуха дает неполную и, следовательно, более холодную реакцию, в то время как газовый поток, хорошо смешанный с воздухом, обеспечивает кислород в стехиометрическом количестве и, следовательно, полную и более горячую реакцию. Поток воздуха можно контролировать, открывая или закрывая щелевые отверстия в основании ствола, аналогичные по функции воздушной заслонке в карбюраторе .
Если воротник в нижней части трубки отрегулирован так, чтобы больше воздуха могло смешиваться с газом перед сгоранием, пламя будет гореть горячее, в результате чего оно будет казаться синим. Если отверстия закрыты, газ будет смешиваться с окружающим воздухом только в точке сгорания, то есть только после того, как он выйдет из трубки в верхней части. Это уменьшенное смешивание приводит к неполной реакции, производя более холодный, но более яркий желтый цвет, который часто называют «безопасным пламенем» или « светящимся пламенем ». Желтое пламя светится из-за мелких частиц сажи в пламени, которые нагреваются до раскаленного состояния . Желтое пламя считается «грязным», потому что оно оставляет слой углерода на всем, что оно нагревает. Когда горелка отрегулирована для получения горячего синего пламени, оно может быть почти невидимым на некоторых фонах. Самая горячая часть пламени — это кончик внутреннего пламени, в то время как самая холодная — все внутреннее пламя. Увеличение количества потока топливного газа через трубку путем открытия игольчатого клапана увеличит размер пламени. Однако если не отрегулировать поток воздуха, температура пламени снизится, поскольку теперь к тому же количеству воздуха будет примешиваться большее количество газа, что приведет к кислородному голоданию пламени.
Обычно горелка размещается под лабораторным штативом , который поддерживает стакан или другой контейнер. Горелка часто размещается на подходящем термостойком коврике для защиты поверхности лабораторного стола.
Горелка Бунзена также используется в микробиологических лабораториях для стерилизации оборудования [7] и для создания восходящего потока воздуха, который вытесняет загрязняющие вещества из рабочей зоны. [8]
Существуют и другие горелки, работающие по тому же принципу. Наиболее важными альтернативами горелке Бунзена являются:
