Для чего нужна горелка бунзена
Горелка Бунзена
Горелка Бунзена — газовая горелка, имеющая инжектор, установленный в металлической трубке с отверстиями для поступления воздуха, которая закреплена на подставке с боковым вводом для подачи газа. Изобретение немецкого химика Роберта Бунзена.
Содержание
Принцип работы
При работе горелки газ в виде струи с большой скоростью выходит из сопла инжектора, создавая разрежение в трубке. Благодаря этому разрежению, окружающий воздух засасывается (инжектируется) в горелку через отверстия в трубке, и при движении вверх вдоль трубки смешивается с газом, образуя горючую смесь, которая поджигается на выходе из горелки. Поскольку для горения используется кислород воздуха, поступающий из окружающей среды (атмосферы), то горелка Бунзена относится к классу атмосферных горелок.
Важными параметрами для практического использования горелки являются:
Использование
Горелка Бунзена применяется для пайки деталей низкотемпературными припоями, подогрева и плавления материалов, стерилизации в открытом пламени медицинских инструментов, для проведения испытаний на огнестойкость, воспламеняемость, на нераспространение горения, термостойкость и пожаробезопасность материалов и изделий, для нагрева небольших лабораторных сосудов (пробирок, колб, тиглей и т. п.), для простейших стеклодувных операций и других подобных термических процессов. Используется в химических и школьных лабораториях, ювелирных мастерских, микробиологических, цитологических, биотехнических лабораториях, медицинских учреждениях, испытательных технических центрах и зуботехнических лабораториях, а также везде, где требуется применение открытого пламени небольшой тепловой мощности (до 1300 ватт).
Питание
В качестве топлива для горелки используется натуральный (метан) или сжиженный газ (пропан-бутановая смесь). Расход газа до 200 л/час. Питание горелки для натурального газа должно осуществляться от газовой сети с природным газом (метаном) с номинальным давлением 1274 Па (130 мм вод. ст.). Питание горелки для сжиженного газа должно осуществляться от баллона со сжиженным газом. Баллон с газом должен быть снабжен редуктором. Редуктор требуется для оптимизации расхода газа из баллона, контроля давления на выходе из баллона и создания стабильного газового потока для подачи последнего в горелку. Применять можно баллоны вместимостью от 5 до 50 л.
Горелка Бунзена может иметь устройства для стабилизации пламени. Для этого используются поджигающие горелки и цилиндрические насадки.
Горелка с поджигающим пламенем имеет вспомогательную стационарную (жестко соединенную с основной горелкой) запальную горелку для зажигания пламени основной горелки. Запальная горелка может быть расположена либо снаружи основной горелки, либо внутри ее. Последний вариант имеет преимущество в том, что облегчается, поджог основного пламени, так как вспомогательное пламя находится внутри газового потока основного пламени. Кроме того, постоянное пламя запальной горелки, которая расположена внутри основного пламени, повышает тепловую мощность горелки, так как тепловой поток от вспомогательного пламени непосредственно складывается с тепловым потоком основного пламени. Все запальные горелки имеют устройство для регулировки подачи в них газа. Обычно эти устройства выполнены в виде винта, цилиндрическая головка которого имеет либо шлиц под отвертку, либо накатку для ручного вращения винта.
Горелка с цилиндрической насадкой имеет короткую трубку цилиндрической формы, которая расположена соосно с зазором относительно наружной верхней части трубки основного пламени и закреплена на последней, как это показано на рисунке. В зазор между трубками поступает газ через отверстия, выполненные в корпусе трубки основного пламени. В этом случае стабилизация пламени основного факела горелки обеспечивается за счет создания вокруг его корневой зоны постоянного кольцевого поджигающего пламени, в котором скорость подачи газа меньше, чем в основной горелке.
Горелки Бунзена снабжаются устройствами для изменения характеристик пламени. К ним относятся устройства для регулировки подачи воздуха и газа.
Горелка с регулировкой подачи воздуха имеет устройство, служащее для частичного перекрытия отверстий в трубке основного пламени горелки, через которые в нее поступает воздух. Конструктивно это может быть выполнено различными способами. В одних горелках применяются втулка с одним или несколькими отверстиями, установленная на скользящей посадке, на трубке основного пламени горелки, как это показано на рисунке. Вращая втулку, совмещают полностью или частично отверстия во втулке и горелке. В результате площадь входных отверстий для воздуха изменяется вследствие чего и меняется его подача. В ряде горелок втулка связана с трубкой горелки посредством резьбового соединения. В этом случае втулка может быть выполнена без отверстий и регулировка подачи воздуха осуществляется за счет плавного перекрытия втулкой отверстий горелки. Имеются конструкции, когда основная трубка основного пламени горелки выполнена из двух частей. В этом случае каждая из частей горелки имеет отверстия. Навинчивая верхнюю часть трубки на нижнюю, добиваются частичного или полного совмещения отверстий.
Горелка с регулировкой подачи газа имеет для перекрытия подачи газа краны, шаровые вентили или игольчатые затворы. Подобная горелка показана на рисунке, рукояткой крана которого регулируется количество газа, поступающего в горелку.
Обычно масса горелок Бунзена не превышает 0.5 кг. Усовершенствованные варианты горелки Бунзена — это горелки Теклу и Мекера.
Одной из последних разработок горелки Бунзена является конструкция горелки которая имеет систему «газ-контроль». При случайном гашении пламени подача газа в горелку перекрывается.
Особенности горелки Бунзена, история и режим использования
Горелка Бунзена Это инструмент, который позволяет создавать контролируемое пламя. Он состоит из основания, источника газа (обычно метана и бутана), клапана, который регулирует его прохождение, и горловины с отверстием в верхней части..
У зажигалки есть отверстия в боковой части шеи. Они пропускают воздух и смешиваются с природным газом. Количество воздуха в шее будет определять качество пламени, производимого инструментом..
Горелка Бунзена была введена в 1855 году немецким химиком Робертом Бунзеном (который дал ему свое имя). Дизайн инструмента был разработан Питером Десдегой, и считается, что он принял идею произведений Майкла Фарадея..
Структура этого инструмента довольно проста, что облегчает его использование. По этой причине он продолжает использоваться в школах и университетах, даже при том, что есть более продвинутые горелки.
Описание бунзеновской горелки
Горелка Бунзена состоит из основания, на котором расположен источник газа. Эта база соединена с шеей. Между горловиной и основанием расположен топливный клапан, который отвечает за регулирование прохождения природного газа..
По бокам шеи есть ряд отверстий, которые позволяют или препятствуют прохождению воздуха. Это так называемые впускные клапаны.
В верхней части шеи есть дымоход. Это отверстие, через которое газ, который создает пламя, вступает в контакт с искрой зажигания..
история
В 1852 году Роберт Бунзен начал работать в Гейдельбергском университете. В том же году внедрялась система общественного газового освещения в городе..
Университет Гидельберга также принял это новшество и включил его в свои лаборатории, чтобы управлять зажигалками.
В 1854 году лаборатории университета еще находились в процессе строительства, поэтому Бунзен высказал некоторые предложения относительно их конструкции и структуры. Именно в этом году он попросил Питера Десага создать модель зажигалки.
Инструмент, созданный Desaga с указаниями Бунзена, превосходил предыдущие горелки: он уменьшал светимость пламени, увеличивая при этом интенсивность выделяемого тепла. В дополнение к этому количество сажи уменьшилось..
В предыдущие годы Майкл Фарадей построил горелку, похожую на эту, но его дизайн не получил большого распространения. Тем не менее, считается, что Десага был вдохновлен работой Фарадея.
В 1855 году было завершено строительство лабораторий, и впервые были внедрены горелки Бунзена-Десага..
Два года спустя было опубликовано подробное описание прибора, благодаря которому его производство и использование быстро расширилось..
В настоящее время технологический прогресс позволил разработать более совершенные и, возможно, более эффективные горелки. Тем не менее, горелка Бунзена все еще используется в лабораториях, особенно на уровне школы и университета.
Режим использования
Горелка Бунзена состоит из источника природного газа в нижней части. Прохождение газа регулируется клапаном, который находится между штуцером горловины и основанием инструмента..
По бокам шеи, он представляет собой серию отверстий, которые позволяют поток воздуха. Эти отверстия могут быть открыты и закрыты в соответствии с потребностями экспериментатора.
Это важный элемент, так как пламя, создаваемое зажигалкой, будет зависеть от количества воздуха, который входит в контакт с газом.
Чтобы зажечь зажигалку, сначала установите боковые отверстия. Если требуется световое пламя, оно должно быть полностью закрыто. Если желательно синее пламя, их следует открыть.
Затем открывается газовый клапан и пару секунд ждут, пока он смешается с воздухом в горловине прибора..
После этого приближается зажигалка или зажженная спичка, которая действует как искра зажигания и производит пламя..
Типы пламени, произведенного с помощью горелки Бунзена
В общих чертах, с помощью горелки Бунзена можно получить два пламени: грязное пламя (красное и возникает при недостатке воздуха) и чистое пламя (которое возникает при наличии достаточного количества воздуха). Третий огонь, идеальный, возникает, когда отверстия открыты на 90%.
Светящееся пламя (грязное)
Когда боковые отверстия закрыты, образуется надежное и яркое пламя (желтый, красный и оранжевый). Недостаток воздуха делает газовую смесь не сгорающей полностью (неполное сгорание).
Из-за этого образуются крошечные частицы углерода, которые нагреваются, чтобы сгореть. Поскольку они оставляют отходы, пламя, образующееся при недостатке воздуха, называется грязным..
Голубое пламя (чистое)
Когда боковые отверстия полностью открыты и воздуха больше, газ полностью горит, не оставляя следов (полное сгорание).
Полученное пламя синее, хрустящее и чистое. По сравнению с предыдущим пламенем синий огонь почти не виден.
Идеальное пламя
Избыток воздуха может привести к возгоранию пламени внутри шейки зажигалки, что приведет к несчастному случаю.
Поэтому рекомендуется, чтобы отверстия были открыты на 90%. Таким образом, отходы не образуются, как сажа, и у вас есть безопасное пламя.
Части пламени
Пламя, создаваемое горелкой Бунзена, состоит из трех частей: внутреннего конуса, ручки и наконечника.
Внутренний конус находится в центре пламени. Температура в этой области очень низкая, поэтому там нет горения.
Ручка пламени окружает внутренний конус. В этой зоне воздух и газообразные продукты сгорания сходятся. Из-за этого температура выше.
Верхушка пламени. Он может быть двух типов: восстановительный и окислительный. Он является восстановительным, когда не хватает воздуха, и в этом случае он светится. Со своей стороны, он окисляет, когда воздух в изобилии.
Горелка Бунзена — простой и практичный лабораторный инструмент
Горелка Бунзена — это лабораторный 
прибор для нагревания на открытом пламени. Изобретение приписывают знаменитому немецкому химику Р. Бунзену, так как именно он описал это устройство в своей работе, опубликованной в 1857-м году. Правда, с этим был не согласен английский химик Г. Роскоу, являвшийся соавтором этой работы. Позже в своих воспоминаниях он писал, что горелка Бунзена — не что иное, как модификарция прибора, который он привез из Англии. Тем не менее, горелка Бунзена получила распространение именно под таким названием, прочно заняла место в лабораторном инструментарии и применяется до сих пор.
Конструкция
Аппарат представляет собой вертикально установленную в подставке металлическую трубку. К подставке припаяна боковая трубка, через нее подводится газ и впрыскивается через инжектор.
Дополнительно чуть выше инжектора в вертикальной трубке имеются два отверстия на противоположных друг от друга сторонах. Через эти отверстия поступает атмосферный воздух. Как правило, с наружной стороны трубки поверх отверстий имеется круговая заслонка-муфта, тоже с отверстиями. Муфта свободно вращается вокруг вертикальной трубки так, что отверстия в трубке и заслонке могут в определенном положении совпадать друг с другом.
 |  |
| Универсальный штатив Бунзена | Лабораторная газовая горелка Dragon 220 |
Принцип работы
Горючий газ впрыскивается через инжектор в основную вертикальную трубку. Двигаясь с высокой скоростью, струя создает разрежение, в результате чего через открытые отверстия засасывается воздух. В процессе движения вверх по трубке газ перемешивается с кислородом воздуха, образуется горючая смесь; при выходе из трубки она поджигается.
Вращая муфту-заслонку вокруг трубки, можно изменять свободную площадь отверстий и соответственно, количество засасываемого воздуха. В свою очередь, от объема засасываемого воздуха, зависит процент кислорода в горючей смеси, высота и температура пламени.
Если отверстия перекрыть совсем, то гореть будет только газ. Пламя будет красного цвета, с t до +500 °С. При такой температуре газ сгорает не полностью и пламя будет коптить.
Увеличивая содержание кислорода в смеси газ/воздух, лаборант увеличивает t горения. Она может достигать 1550 °С. Газ сгорает полностью, копоть не образуется, пламя имеет голубой цвет.
Производительность и удобство эксплуатации устройства зависит от таких характеристик, как:
Какое топливо использовать
Газ может быть обычным, бытовым (метан), или сжиженным, баллонным (бутано-пропановая смесь). Если применяется сжиженный газ, то берутся баллоны с редуктором, контролирующим давление и стабильность струи на выходе. Размер баллона большого значения не имеет, подойдет любой, вплоть до объема 50 литров.
Достоинства горелок Бунзена
Сферы применения 
В настоящее время разработано много модификаций горелок Бунзена с различными улучшениями: со стабилизатором пламени, автоподжигом, с возможностью регулировать подачу газа и воздуха, изменять угол наклона выходной трубки, с системой «газ-контроль», автоматически перекрывающей газ, если пламя потухло и т. п.
В подавляющем большинстве лабораторного оборудования для нагрева до высокой температуры используется электричество.
Это водяные лабораторные бани, колбонагреватели, магнитные мешалки с подогревом, сушильные шкафы, шейкеры-инкубаторы и др.
Но без открытого пламени в лаборатории никак не обойтись и перечень процедур, требующих нагрева в огне с высокой температурой достаточно велик.
В качестве высокотемпературного источника выступает газовый лабораторный прибор – горелка бунзена, один из самых популярных инструментов, устройство и практику применения которого мы сегодня рассмотрим.
Это устройство, получающее питание от баллона с горючим природным газом, поэтому не зависимо от розетки, что обеспечивает его мобильность, в ограниченных конечно приделах – чтобы хватило длины шланга.
Получение стабильного горения, возможность настройки параметров пламени, доведенная до высокого уровня безопасности за десятилетия, да нет даже за столетия успешной эксплуатации, конструкция всех составных элементов – это все делает бунзеновскую горелку одним из самых востребованных приборов при оснащении буквально всех видов лабораторий.
Справочно. Также может использоваться для некоторых видов операций лабораторная спиртовка.
Краткая история появления
Функциональные элементы
Как работает
Газовые нагревательные приборы
Газовые горелки (рис. 198) пользуются наибольшим распространением в лабораториях. Они бывают двух основных типов; Бунзена и Теклго; последние более удобны в обращении. Часто применяют также горелки Меккера.
Газовые горелки дают как коптящее, светящееся пламя («холодное»), так и несветящееся («горячее»). Газ подводится через нижний боковой отвод и поступает в горелку после того, как открыт газовый кран. У горелок Бунзена внизу, несколько выше бокового отвода, имеются
два отверстия для поступления воздуха. При свободном доступе воздуха получается прозрачное, слегка голубоватое несветяшееся пламя, а при малом — коптящее.
Горелки Бунзена бывают двух типов: без регулятора притока воздуха и с регулятором. Горелки Бунзена второго типа имеют регулировочную гильзу. Поворачивая ее можно или совсем закрыть отверстие для доступа воздуха и получить коптящее пламя, или же открыть его и получить несветящееся пламя с внутренним конусом различной величины. От величины этого конуса зависит температура самого пламени.
Рис. 198. Газовые горелки: а —Бунзена с регулированием подачи воздуха; б — Бунзена без регулирования подачи воздуха; в- Теклю; г — Меккера.
Строение газового пламени показано на рис. 199.
В горелках Теклю (рис. 200) подачу воздуха регулируют при помощи диска, закрывающего в исходном положении нижнюю расширенную часть трубки горелки; при этом воздух в горелку не поступает и получается коптящее пламя. Отвертывая диск, дают доступ воздуху, получая песветящееся пламя. Горелки Теклю, кроме того, снабжены также регулировочным винтом для подачи газа. Открывая этот винт, можно по желанию регулировать большую или меньшую подачу газа.
Конструкции горелок Теклю и Бунзена приспособлены для сжигания газа, получаемого на газовых заводах при сухой перегонке каменного угля. Такой газ обладает меньшей калорийностью, чем природный.
В настоящее время в СССР почти все лаборатории Перешли на использование природного газа и газовые горелки старой конструкции оказались менее эффектив» ными, так как в них не происходит полное сгорание газа. Некоторое изменение* конструкции горелки Теклю позволяет достичь полного сгорания природного газа и получить более горячее пламя. Переделать горелку можно следующим образом: отвинтить трубку горелки и вместо нее с помощью кронштейна установить другую— металлическую, стеклянную или керамическую (например, фарфоровую) диаметром 19—20 мм и длиной 140 мм (рис. 200,6).
Горелки следует содержать в порядке. В особенности нужно следить за тем, чтобы внутрь них ничего не попадало; поэтому рекомендуется время от времени проверять горелки, разбирать их и прочищать.
При зажигании горелки сначала закрывают доступ воздуха, проводят регулировочную гильзу у горелки Бунзена и диск у горелки Теклю в соответствующее положение. У горелок Теклю кроме того, должен быть открыт регулятор для газа (достаточно два оборота винта от исходного положения). После этого открывают газовый кран, зажигают горелку и регулируют поступление воздуха (если хотят получить несветящееся «горячее» пламя).
* Подробное описание и рабочие чертежи переделанной горелки помещены в журнале «Химия и жизнь», 4, Ns I1 92 (1958);
Особенно часто пламя проскакивает, когда подача газа уменьшается в результате понижения давления в сети. Во избежание проскока в этом случае нужно уменьшить подачу воздуха.
Если вовремя заметить проскок пламени, то часто удается устранить его и получить нормальное пламя, не выключая горелки. Для этого ребром ладони коротко ударяют но резиновой трубке, подводящей газ. Но это можно делать только, когда горелка еще не накалилась.
Для предотвращения проскока пламени на горелку полезно надеть колпачок из медной сетки. Каждую новую горелку нужно проверить, особенно те места ее, где возможно пропускание газа. Для этого присоединяют горелку к газовому крану, зажигают ее и проверяют, как работает винт, регулирующий подачу газа, легко ли он вращается, не шатается ли и как увеличивает или уменьшает пламя горелки. Хорошо работающим винтом можно даже прекратить подачу газа. Одновременно проверяют, как работает диск или регулировочная гильза, легко ли и полностью ли прекращается доступ воздуха. Затем проверяют, не выделяется ли газ около регулировочного винта, особенно когда он шатается, для чего к нему подносят горящую спичку. Если газ выделяется в этом месте, происходит маленькая вспышка газа или появляется маленькое пламя. Такую горелку без ремонта применять для работы нельзя, так как в рабочее помещение будет просачиваться светильный газ, скопление которого может вызвать отравление присутствующих и представляет большую опасность в пожарном отношении.
Если около горящей горелки чувствуется запах газа, нужно тотчас же проверить, правильно ли работает горелка и нет ли утечки газа из нее; исправна ли резиновая трубка, соединяющая горелку с газовым краном, и не проходит ли газ через какие-либо повреждения ее (трещины, разрывы и пр.), что можно установить, погрузив неглубоко резиновую трубку в воду в то время, когда горелка горит; нет ли утечки газа из газового крана, что будет заметно, если крап смочить мыльной водой. Если крап пропускает газ, образуются пузыри; утечку газа через кран можно также установить, поднося зажженную спичку к закрытому газовому крану; в месте утечки газ загорается.
Рис. 201, Кольцевая газовая горелка.
Рис. 202. Газовая плита настольная.
В случае обнаружения неисправности резиновой трубки горелку гасят, трубку меняют или вырезают поврежденный кусок ее и соединяют концы резиновой трубки при помощи стеклянной подходящего размера. Если резиновая трубка порвалась у крана или около горелки, порвавшийся кусок отрезают.
Если обнаружена неисправность газового крапа, для ремонта нужно немедленно вызвать мастера-специалиста.
Когда требуется легкий обогрев колб или других сосудов, удобно применять кольцевую газовую горелку (рис. 201). Она снабжена муфтой, с помощью которой укрепляется на штативе. Наличие муфты позволяет перемещать горелку вверх и вниз, регулируя этим степень обогрева. Величину пламени регулируют краном, имеющимся у горелки около соединения ее с резиновой трубкой.
Газовые лабораторные плиты. Для нагревания больших сосудов с жидкостями, прокаливания больших количеств солей в сковородах и тому подобных целей обычно употребляют газовые плиты двух типов: настольные (рис. 202) и бытовые (рис. 203).
При зажигании газовых плит подносят горящую спичку к конфорке и немного открывают кран. Когда газ загорится, крап можно полностью открыть.
Рис. 203. Газовая плита бытовая.
Для некоторых целей применяют групповые (по 2, 8, 4, 5 и больше) газовые горелки, при зажигании их придерживаются указанных выше правил.
Расход газа составляет (в л/ч):
На горелку Теклю. 200-210
Па газовую плиту. 400 — 500
Давление газа в сети должно быть порядка 20- 100 мм вод. ст.
Водонагреватели (рис. 204). Один из наиболее простых типов водонагревателей с газовым обогревом показан на рис. 204, а. Вода из водопроводной сети поступает через верхнюю подводящую трубку, проходит по спирали, под которой помещается газовая горелка в виде трубы со многими отверстиями, и выходит нагретой через отводную трубку. При пользовании аппаратом вначале пуч екают небольшую струю воды, затем зажигают газ. Регулируя пламя горелки и силу тока воды, можно нагреть ее до кипения. Когда надобность в горячей воде минует, закрывают газ, а затем воду.
Более совершенный водоиагревательный прибор, обогреваемый газом, показан на рис. 204, б. Правила работы с ним те же, что и с другими нагревателями. Большим преимуществом этого прибора является то, что величина пламени регулируется автоматически. В начале работы, когда требуется быстро разогреть прибор, горелка дает большое пламя; когда же прибор разогреется, приток газа уменьшается, давая пламя, необходимое только для нагревания воды. Регулируя силу струи, можно получить, воду различной температуры. За прибором нужно следить и время от вр’емени очищать спиральную трубку от грязи и копоти. При хорошем уходе и правильном пользовании аппарат работает безотказно очень долго.
Спиртовые горелки бывают самых разнообразных систем. Наиболее часто встречаются стеклянные спиртовые горелки (рис. 205), Этот тип горелок сильного пламени не дает.
Другой, довольно распространенный тип — металлические спиртовые горелки (рис. 206); металлические горелки бывают с вынесенным резервуаром (рис. 206, а) и с резервуаром, помещенным в нижней части горелки (рис. 206,6).
В стеклянной горелке спирт подается фитилем из ваты, в металлических же спиртовых горелках — по трубке в нижний боковой отвод, внутри которого заложено несколько медных проволочек. Отсюда спирт поступает в нижнюю часть горелки, наполненную также медной проволокой, но уже меньшего диаметра. По этому пучку проволоки, представляющему собой как бы пучок капилляров, сгирт поступает к выходному отверстию, расположенному около регулировочного винта.