Химия и Химики № 2 2012. Эксперименты с пропан-бутановой смесью

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Каталитическая горелка

Для обогрева в полевых условиях, а также в неотапливаемых помещениях удобно пользоваться переносными горелками. Однако открытое пламя может стать причиной ожогов или возникновения пожара. Намного удобнее и безопаснее каталитические горелки, в которых горение происходит на поверхности твердого катализатора. Обычно катализатором служит покрытая платиной сетка. Такие горелки могут использовать многие виды жидкого топлива, которое не содержит серы (и других каталитических ядов) - авиационный керосин, очищенный бензин, спирт и т.д. Подобную горелку можно поместить под одежду, в варежку и т.п., что обеспечит вас теплом во время зимней рыбалки, похода или просто прогулки на природе.

Для нужд военных была разработана большая каталитическая горелка с кобальтовым катализатором (видимо, применялся оксид кобальта Co₃O₄ в композиции с другими оксидами и добавкой палладия). Такая горелка работает на авиационном керосине и предназначена для разогрева двигателей танков в холодных условиях. В журнале "Моделист-Конструктор" была статья, в которой предлагается следующий рецепт катализатора беспламенной горелки, предназначенной для разогрева автомобильных двигателей:

Для изготовления самого нагревательного элемента используется длинноволокнистый асбест. Он пропитывается в течение часа раствором кобальто-хромового катализатора, содержащего; 27.3% СоО; 72.1% Cr₂О₃ и 0.6% MnO₂ или, что гораздо лучше, раствором хлористой платины (правда, это дорогой реактив). Первый же изготавливается из чистых реактивов - двухромокислого аммония, азотнокислых марганца, кобальта и концентрированного аммиака. На 100 г асбеста необходимо 1000 см³ раствора. При этом на асбесте осаждается хромат кобальта. Массу высушивают при 100-120°, теребят и прокаливают в течение 3 часов при температуре 350...400°С. В результате получается рыхлая, темная асбестовая масса. Ее укладывают равномерным слоем между проволочными сетками по 0.3 г/см². На горелку с поверхностью 10 дм² необходимо около 300 г катализатора.

< источник >

Нетрудно заметить, что автор описания привел количество раствора, которое необходимо для нанесения катализатора на асбест, но забыл указать концентрацию солей в растворе (или, по крайней мере, массу катализатора на 100 г носителя - асбеста), поэтому желающие воспроизвести методику будут вынуждены установить эту величину самостоятельно (при окислении оксида углерода кислородом на оксиде кобальта Co₃O₄ оптимальное количество катализатора составляло около 5% от массы носителя - на эту величину и стоит ориентироваться).

Один мой знакомый получил задание разработать каталитическую горелку, которая не использовала бы драгоценных (платина, палладий) или сравнительно дорогих (кобальт, хром) металлов. Нетрудно догадаться, что работа окончилась неудачей. Таким образом, чтобы сделать работающую каталитическую горелку, необходима платина или палладий, в крайнем случае - кобальт, хром и марганец.

Мы, однако, поставили более скромную цель: сделать модель каталитической горелки, чтобы просто продемонстрировать беспламенное горение. В качестве катализатора мы использовали оксид хрома, полученный разложением бихромата аммония (аналогично эксперименту, описанному в предыдущей части). Скажем сразу, что пылеобразный оксид хрома (III) был достаточно активным в качестве катализатора, но он причинил массу неудобств: пыль оксида хрома уносилась потоком газа и оседала везде, где только можно.

Чтобы сделать горелку, мы отрезали верх алюминиевой банки из-под пива, в дне сделали отверстие, которое соответствовало диаметру трубки горелки Теклю, на которую и надели пивную банку. Сверху сопла горелки положили кусочек пивной банки, который служил для более равномерного распределения газа. В банку насыпали катализатор - оксид хрома Cr₂O₃.

Включили слабый ток пропан-бутановой смеси, и через несколько секунд подожгли газ над банкой. Вспыхнуло пламя, частички оксида хрома раскалились. После этого поток газа перекрыли на короткое время - так, чтобы пламя погасло, но катализатор не успел остыть. Когда поток газа включили вновь, катализатор раскалился до красного (или желтого) цвета, на его поверхности "пульсировала" раскаленная зона. Если увеличить подачу газа, начинался унос раскаленных частичек оксида хрома, что выглядело, как огненная метель. Если подачу газа еще усилить - происходила вспышка и появлялось пламя: поверхностное горение переходило в объемное. В таком случае стоило перекрыть поток пропан-бутановой смеси, а потом снова возобновить, но уже менее интенсивный.

Еще раз подчеркнем, что описанная здесь модель является упрощенной и не рассчитана для практических целей.

Смотреть Видео (54 Мб, .avi )
Смотреть Видео 2 (45 Мб, .avi )

Комментарии

^К1 В Индии просто бутан с воздухом от эжектора переобогащенный подают внутрь шарика из металлической сетки (похож на сеточку для заваривания чая), поджигают, убавляют газ, пламя "садится на шарик" вот и весь "катализатор", переобогащенная смесь горит на сетке, где встречает "свежий воздух" и становится стехиометрической. Когда зажигают пламя, газ включают сильнее: загорается обычное пламя (которое больше шарика), убавив газ, видим, что пламя не может уйти внутрь шара, пламя нет, шар раскаляется (сеточка) докрасна и хорошо греет, вокруг шарика "спутниковая тарелка" 20см (рефлектор) как у электрообогревателя, источником газа служат 2.5 - 5л баллоны.