Горелка Бунзена , названная в честь Роберта Бунзена , представляет собой разновидность газовой горелки с окружающим воздухом , используемой в качестве лабораторного оборудования ; он производит одно открытое газовое пламя и используется для нагрева, стерилизации и сжигания. [1] [2] [3] [4] [5]
Газ может представлять собой природный газ (в основном метан ) или сжиженный нефтяной газ , такой как пропан , бутан или их смесь. 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. В Гейдельберге начали устанавливать уличное освещение, работающее на угольном газе , а университет проложил газопровод к новой лаборатории.
Проектировщики здания намеревались использовать газ не только для освещения, но и в качестве топлива для горелок для лабораторных работ. Для любой лампы-горелки было желательно максимизировать температуру ее пламени и минимизировать ее яркость (что представляло собой потери тепловой энергии). Бунзен стремился улучшить существующие лабораторные лампы-горелки с точки зрения экономичности, простоты и температуры пламени и адаптировать их к топливу из угольного газа.
В конце 1854 года, когда здание строилось, Бунзен предложил университетскому механику Питеру Десаге определенные принципы проектирования и попросил его построить прототип. Подобные 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, лишенное копоти, несветящееся пламя за счет контролируемого смешивания газа с воздухом перед горением. Десага создал регулируемые щели для воздуха в нижней части цилиндрической горелки, при этом пламя выходило вверху. Когда здание открылось в начале 1855 года, Десага изготовил 50 горелок для учеников Бунзена. Два года спустя Бунзен опубликовал описание, и многие его коллеги вскоре приняли этот дизайн. Горелки Бунзена сейчас используются в лабораториях по всему миру. [6]
Используемое сегодня устройство безопасно сжигает непрерывный поток горючего газа , такого как природный газ (в основном метан ) или сжиженный нефтяной газ , такой как пропан , бутан или смесь обоих.
Штуцер шланга соединен с газовым соплом на лабораторном столе резиновой трубкой. Большинство лабораторных стендов оснащены несколькими газовыми форсунками, подключенными к центральному источнику газа, а также вакуумными, азотными и паровыми форсунками. Затем газ течет вверх через основание через небольшое отверстие в нижней части ствола и направляется вверх. На боковой стороне нижней части трубки имеются открытые прорези для впуска воздуха в поток с использованием эффекта Вентури , а газ сгорает в верхней части трубки после воспламенения от пламени или искры. Наиболее распространенные способы зажигания горелки — использование спички или искровой зажигалки .
Количество воздуха, смешанного с газовым потоком, влияет на полноту реакции горения . Меньшее количество воздуха приводит к неполной и, следовательно, более холодной реакции, в то время как газовый поток, хорошо смешанный с воздухом, обеспечивает кислород в стехиометрическом количестве и, следовательно, к полной и более горячей реакции. Поток воздуха можно контролировать, открывая или закрывая щелевые отверстия в основании цилиндра, аналогичные по функциям воздушной заслонке в карбюраторе .
Если воротник в нижней части трубки отрегулирован так, чтобы перед горением с газом могло смешиваться больше воздуха, пламя будет гореть горячее, в результате чего оно станет синим. Если отверстия закрыты, газ будет смешиваться с окружающим воздухом только в месте сгорания, то есть только после того, как он выйдет из трубки вверху. Это уменьшенное смешивание приводит к неполной реакции, в результате чего образуется более холодный, но более яркий желтый цвет, который часто называют «пламенем безопасности» или « светящимся пламенем ». Желтое пламя светится благодаря мелким частицам сажи в пламени, которые нагреваются до накала . Желтое пламя считается «грязным», потому что оно оставляет слой углерода на всем, что нагревает. Когда горелка отрегулирована так, чтобы производить горячее синее пламя, на некоторых фонах оно может быть почти невидимым. Самая горячая часть пламени — это кончик внутреннего пламени, а самая холодная — все внутреннее пламя. Увеличение количества потока топливного газа через трубку путем открытия игольчатого клапана приведет к увеличению размера пламени. Однако, если также не отрегулировать поток воздуха, температура пламени уменьшится, поскольку теперь увеличенное количество газа смешивается с тем же количеством воздуха, что приводит к нехватке кислорода в пламени.
Обычно горелку размещают под лабораторным штативом , на котором стоит стакан или другой контейнер. Горелку часто помещают на подходящий термостойкий коврик для защиты поверхности лабораторного стола.
Горелка Бунзена также используется в микробиологических лабораториях для стерилизации оборудования [7] и создания восходящего потока, который вытесняет переносимые по воздуху загрязняющие вещества из рабочей зоны. [8]
Существуют и другие горелки, основанные на том же принципе. Наиболее важными альтернативами горелке Бунзена являются:
