II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА БЕНЗИНА РАЗНОГО ОКТАНОВОГО ЧИСЛА И ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ ГОРОДА НИЗКООКТАНОВОГО И НЕКАЧЕСТВЕННОГО БЕНЗИНА
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Качества бензина разного октанового числа – важное знание для владельцев автомобилей, так как это прямая связь работы двигателя внутреннего сгорания и цены вопроса обслуживания любимого авто. Так же связь низкого качества бензина и последствия для экологии городов мегаполисов, а так же рядовых граждан, вынужденно вдыхающих воздух выхлопных газов автомобилей, стоящих в час пик подолгу на активных трассах.
Тема этого реферата очень актуальна в наши дни. Потому что использование и количество автомобилей растёт всё быстрее и быстрее, порой в каждой семье 1-3 автомобиля по числу членов семей. За счёт этого повышаются выбросы выхлопных газов и веществ антидетонаторов, содержащихся в бензине.
Цель работы: нам предстоит разобраться, как можно выяснить в домашних условиях, какого качества бензин предоставляют те или иные бензоколонки.
Задачи работы:
-
выяснить, какое влияние оказывает на экологию окружающей среды низкооктановый бензин,
-
какое влияние оказывает высокооктановый бензин,
-
также узнать, каким образом можно увеличить октановое число бензина.
Новизна работы: степень изученности данного вопроса невелика, возникает необходимость сопоставления качества бензина и его использования для социума.
Гипотеза работы:
Резкий рост цен на нефтепродукты вызван падением цен на них на мировом рынке. Дабы экономить на нефтеперевозках, перевозках топлива, подмена топлива низкого качества с присадками, повышающими октановое число, происходит на местах розлива по цистернам, такое топливо и поставляется на бензоколонки.
Основная часть
-
Бензин – это... физико-химические свойства бензина
Бензин – это основной вид топлива для двигателей внутреннего сгорания, получаемый в результате перегонки нефти и её дальнейшей химической очистки. По химическому составу бензин состоит из углеводородов с высокой температурой кипения. В настоящее время широко используется не только, как горючее, но и как растворитель лаков и красок применяемый в строительных работах. [2]
Бензин – это продукт перегонки нефти, летучий и запашистый, в виде бесцветной жидкости; употребляется для двигателей в качестве горючего материала и для растворения жиров, вывода пятен и т. д.
Бензин – это жидкость с сильным запахом, состоящая из углерода и водорода; прежде добывалась посредством нагревания росно ладанной кислоты с известью, теперь же получается в огромном количестве из каменноугольного дегтя и, по причине способности растворять жирные масла, служит пятновыводительным средством.
Бензин – это продукт перегонки нефти; смесь легких углеводородов с температурой кипения от 30 до 205 С, применяется как топливо для карбюраторных двигателей и как растворитель.[2]
Бензин – это легкоиспаряющаяся бесцветная горючая жидкость, получаемая дистилляцией (перегонкой) нефти при темпаx до 150° или крекинг-процессом, т. е. расщеплением нефтепродуктов.
-
Химия и химическая технология (способы повышения октанового числа бензина)
Из курса «Органическая химия», мы знаем, что бензин забрасывается в цилиндры двигателя, самопроизвольно воспламеняется, что сопровождается своеобразной взрывной волной.
Химики нашли способ уменьшать детонацию, добавляя в бензин некоторые вещества — антидетонаторы. Самый известный из них содержит в своей молекуле атом свинца и называется тетраэтилсвинец. Достаточно добавить в бензин менее 0,1 процента этого вещества, как качество бензина намного улучшается. Такой бензин называют этилированным. Свинец делает его более ядовитым, чем обычные бензины, и с ним нужно обращаться с осторожностью поэтому, чтобы распознать этилированный бензин, его обычно подкрашивают.
Свинец, входящий в состав этой добавки, при сгорании бензина выделяется вместе с выхлопными газами в атмосферу. Из-за вредного влияния свинца на окружающую среду во многих странах приняты законы, ограничивающие или запрещающие использование тетраэтилсвинца.[3]
В состав отработавших газов могут входить окислы серы (при использовании сернистых бензинов), свинец, бром, хлор и их соединения (при использовании этилированных бензинов) и т. д.
Поэтому за рубежом широко проводятся исследования по оптимизации октановых чисел бензина с учетом минимизации расхода нефти на его получение. Детальное изучение, проведенное с помощью ЭВМ, показало, что для западноевропейских стран оптимальные октановые числа бензина составляют при содержании ТЭС (в пересчете на свинец) в бензине 0,4 0,15 и 0,0 г/л, соответственно 96,1, 95,0 и 92,0. Фактические же значения октановых чисел (премиального бензина) составляют в ФРГ (содержание ТЭС 0,15 г/л) — 98—100, Великобритании (содержание ТЭС 0,4 г/л) — 100. Только за счет оптимизации степени сжатия, регулировки угла опережения зажигания и о. ч. и, бензина можно на 13% снизить расход нефти на производство бензина. Возможно также образование хлористого аммония (взаимодействие хлористого водорода с аммиаком), который осаждается в теплообменниках и холодильниках системы гидроочистки.
Для повышения детонационной стойкости бензинов к ним добавляют присадки, прерывающие цепные реакции окисления. В качестве такой присадки широко применяется тетраэтилсвинец. В последнее время за рубежом начали применять также тетраметил-свинец и некоторые соединения марганца. [3]
Более высокая эффективность тетраметилсвинца видимо, обусловлена его большей термической устойчивостью и способностью разлагаться на активные радикалы при более высокой температуре. Температурные условия в современных форсированных двигателях с высокой степенью сжатия значительно возросли, особенно в связи с использованием высоко ароматизированных бензинов. Если в старых двигателях с малой тепловой напряженностью ТЭС разлагался в наиболее подходящий момент, а ТМС — запаздывал, то в новых двигателях, в более жестких температурных условиях, ТЭС, очевидно, разлагается слишком рано, поэтому часть образующихся активных радикалов расходуется непроизводительно, не обрывая цепей предпламенных реакций, ведущих к детонации.
2.1 Содержание и состав механических частиц в бензине
С момента получения на заводе до попадания в топливную систему двигателя бензины проходят длинный путь. Они многократно перекачиваются, транспортируются, длительное время хранятся в различных условиях. При этом бензины контактируют с воздухом, в котором всегда находится определенное количество пыли и других твердых загрязнений. В бензины также попадают продукты коррозии металлов и другие загрязнения из отстоев резервуаров и топливных баков. Эти механические примеси постепенно накапливаются в бензинах.
Частицы механических примесей в бензинах имеют, как правило, неправильную форму и размер не более 60 мкм. Механические примеси большего размера отстаиваются в бензине под действием гравитации.[4]
Основными причинами и источниками загрязнений бензинов механическими примесями являются:
— попадание загрязняющих примесей из атмосферы;
— образование нерастворимых продуктов в результате коррозии металлов и разрушения неметаллических материалов;
— образование нерастворимых продуктов в результате окисления малостабильных компонентов— олефиновых и непредельно-ароматических углеводородов и гетероорганических соединений;
— налив бензинов в плохо зачищенные резервуары и перекачка по грязным трубопроводам;
— накопление осевших загрязнений в отстойниках и на дне резервуаров.
Анализ многочисленных проб автомобильных бензинов, отобранных из баков автомобилей в разных климатических и дорожных условиях, показал, что загрязненность бензинов колеблется от 8 до 300 г/т.
Основным загрязнителем бензинов является грунтовая пыль. Пыль всегда находится в атмосфере в тех или иных количествах. Она состоит из сухих частиц почвы, поднимаемых ветром. Запыленность воздуха в разных районах весьма различна и зависит от типа почвы, растительности и интенсивности ветров. Большое влияние на запыленность воздуха оказывает интенсивность движения транспорта по грунтовым дорогам. Движущиеся машины измельчают частицы почвы, и образующаяся пыль поднимается ветром в воздух. Чем выше дисперсность пыли, тем больше, как правило, запыленность воздуха. Особенно велико влияние запыленности воздуха на загрязнение топлив в районе нефтебаз. Грунтовая пыль состоит из частиц разного размера и имеет различный состав. Основным компонентом грунтовой пыли является кварц. Содержание кварца в пыли — 65-98%.
Кварцевые частицы имеют плотность около 2600 кг/м3 и характеризуются высокой твердостью 1100— 1200 кг/мм2, которая значительно превышает твердость других частиц пыли. Остальные составляющие пыли являются более мягкими и представляют собой смесь органических и веществ неорганических. Плотность пыли — 2400—2600 кг/м3. Размер частиц пыли определяется структурой и составом почвы.[4]
Количество частиц пыли размером до 50 мкм (способных удерживаться в бензине во взвешенном состоянии) составляет в основном 20—95%. Лишь пыль Ливийской пустыни содержит 10% частиц размером до 50 мкм. Особенно мелкой пылью является лессовая, которая довольно распространена. Количество мелких частиц (до 50 мкм) в лессовой пыли достигает 80%.
Другим важнейшим источником загрязнений бензина является коррозия резервуаров и трубопроводов, о чем свидетельствует повышенное содержание железа в механических примесях, выделенных из бензинов. Содержание железа в зольной части загрязнений в ряде случаев превышает концентрацию кремния. Железо, а также медь, цинк и некоторые другие металлы попадают в бензин в основном в виде продуктов коррозии заводской
аппаратуры.
-
Влияние показателей качества автомобильного бензина и
дизельного топлива на состояние окружающей среды
Современные автомобильные бензины и дизельные топлива должны обеспечивать экономичную и надежную работу двигателя и удовлетворять требованиям эксплуатации:
-
иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливо - воздушную смесь оптимального состава при любых температурах,
-
иметь углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя,
не изменять своего состава, свойств при длительном хранении, не оказывать вредного влияния на детали топливной системы, резинотехнические изделия и т. п.
Поскольку все нефтяные топлива токсичны, применение бензинов и дизельных топлив при эксплуатации техники должно быть организовано с учетом их вредного воздействия на человека и окружающую среду.[1]
В последние годы происходит ужесточение требований к экологическим свойствам топлива. В настоящее время, после вступления России в Таможенный союз на ее территории действуют требования Технического регламента Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств». Данный технический регламент устанавливает требования к топливу в целях обеспечения защиты жизни и здоровья человека, имущества, охраны окружающей среды, предупреждения действий, вводящих в заблуждение потребителей относительно его назначения, безопасности и энергетической эффективности.
Отклонения показателей качества приводят к серьезным нарушениям в работе двигателя: увеличение вероятности образования паровых пробок, перебои в работе и подаче топлива, преждевременный износ топливной системы, содержание фактических смол выше нормы, повышение количества отложений в камере сгорания и твердых частиц в продуктах сгорания. А так же происходит: уменьшение пропускной способности жиклеров и объединение рабочей смеси, калильное зажигание, детонационное сгорание, преждевременный износ ЦПГ, возрастание коррозионной активности и склонности топлива к образованию отложении в системе питания и камере сгорания.
Применение некачественного бензина приводит к образованию паровых пробок, потере мощностных характеристик, перегреву двигателя, увеличению расхода горючего, а также к повышению нагара и смолистых отложений на деталях двигателя. При использовании бензина с высокой температурой конца кипения часть его поступает в цилиндры в капельножидком состоянии. Неиспарившаяся часть бензина по стенкам цилиндропоршневой группы стекает в масляный картер, разжижая моторное масло. При этом смазочные свойства масел резко ухудшаются, повышая износ деталей двигателя.
Из всех токсичных веществ наибольшую опасность для человека представляют соединения свинца, марганца и железа, которые влияют на кровеносную, нервную и мочеполовую системы; вызывают цирроз печени, пневмонию, а также снижение умственных способностей у детей. Свинец откладывается в костях и других тканях человека.
Токсичные вещества также поражают растительность. Вредные вещества действуют как непосредственно на зеленые части растений, разрушая хлорофилл и структуру клеток, а также попадая через почву в корневую систему и действуя через нее на все растение. Загрязняющие газообразные вещества в разной степени влияют на состояние растительности. Одни лишь повреждают листья и побеги, как окись углерода, другие вызывают гибель растений, как диоксид серы, под воздействием которого в первую очередь страдают хвойные деревья (сосны, ели, пихты, кедр).
Состав отработавших газов существенно зависит от режимов работы двигателя.
Проблема повышенного содержания вредных веществ в отработавших газах особенно актуальна для больших городов.
Многокилометровые пробки автомобилей приводят к увеличению загрязнения атмосферы, так как машины длительное время работают на холостом ходу и двигаются с низкими скоростями. Соответственно содержание вредных веществ в отработавших газах в районах образования пробок увеличивается в несколько раз.[1]
3.1 Последствия применения антидетонирующих присадок бензина на живой организм
Воздействие свинца и на сегодняшний день остается серьезной проблемой, особенно для детей. Отравление этим тяжелым металлом обычно происходит через старые краски, загрязненную воду и продукты, а также через косметику, кухонную утварь, запаянные консервные банки и бензин.
При свинцовом токсикозе поражаются, в первую очередь, органы сердечнососудистой системы и кроветворения (ранее развитие артериальной гипертензии и атеросклероза, анемия), нервная система, почки. При начальных формах хронического сатурнизма отмечаются изменения в порфириновом обмене (ДАЛК, копропорфирин, уробилиноген), ретикулоцитоз (до 20-25%), увеличения количества эритроцитов с базофильной зернистостью до 25-40%, но при этом уровень гемоглобина и количество эритроцитов обычно в пределах нормы.
Для всех регионов России свинец - основной антропогенный вредитель из группы тяжелых металлов, что связано с высоким индустриальным загрязнением и выбросами автомобильного транспорта, работающего на этилированном бензине.
Свинец усиленно накапливается при недостатке цинка и усугубляет его дефицит.
Сравнение данных по средним уровням свинца у человека в Западной Европе, США и России показывает, что в целом по России ситуация неблагополучна. Особое место при оценке содержания свинца в окружающей среде и его влияния на организм человека занимает оценка уровней свинца в организме детей как наиболее уязвимой части популяции. Значительная часть детского населения из различных регионов России имеют превышение по ПДУ свинца. Можно с уверенностью говорить о наличии достаточно тяжелых патологий у детей, живущих в экологически неблагоприятных районах, из-за высокого содержания тяжелых металлов в окружающей среде, об очевидной связи психического здоровья детей с экологической обстановкой.
Загрязнение свинцом окружающей среды одна из основных проблем профилактики и лечения экологозависимых хронических заболеваний.
С учетом того, что значительная часть детского населения и большое количество взрослых людей в различных регионах России страдают от избытка свинца и дефицита необходимых макро- и микроэлементов, интересы защиты детского населения и генофонда нации в целом диктуют необходимость проведения массовых мероприятий по профилактике свинцовой и «тяжелометальной» интоксикации.
Для человека свинец – яд. Поэтому сейчас использование этилированного бензина запрещено.
3.2 Отравления бензином, виды и последствия
Пары бензина очень токсичны для человека, и их вдыхание может вызвать как острое, так и хроническое отравление.
В случае отравления, вызванном вдыханием небольших концентраций паров бензина, наблюдаются симптомы, похожие на алкогольную интоксикацию: психическое возбуждение, эйфория, головокружение, тошнота, слабость, рвота, покраснение кожных покровов, учащение пульса. В тяжелых случаях могут наблюдаться галлюцинации, обморочные состояния, судороги, повышенная температура.
Хроническое отравление бензином выражается в повышенной раздражительности, головокружении, поражении печени и ослаблении сердечной деятельности.
При попадании бензина внутрь появляются обильная и повторная рвота, головная боль, боли в животе, жидкий стул. Иногда отмечаются увеличение печени и ее болезненность, желтушность склер.[5]
Бензиновая токсикомания обычно встречается среди подростков. При вдыхании бензина с целью вызвать эйфорию и галлюцинации, быстро развивается привыкание. Бензиновая токсикомания достаточно быстро ведёт к тяжёлым поражениям центральной нервной системы, психоорганическому синдрому, необратимому падению интеллекта, влекущему за собой инвалидизацию.
Отравление бензином встречается довольно часто. Бензин хорошо всасывается через кожу, через дыхательные пути, через желудок и слизистые оболочки. Особенно опасен для здоровья этилированный бензин, содержащий тетраэтилсвинец.
Если длительно вдыхать пары бензина при его испарении в закрытом помещении без вентиляции, то можно потерять сознание, появляются тонические и клонические судороги, гемипарезы. При более продолжительном вдыхании паров бензина, или большом количестве проглоченной жидкости возможна смерть.
При вдыхании жидкого бензина появляются боли в груди, кровянистая мокрота, одышка, температура, резкая слабость, посинение губ, кончиков пальцев, слизистых оболочек, развивается бензиновая токсическая пневмония.[5]
Отличить отравление бензином и керосином несложно по запаху, исходящему от больного, от его дыхания, от рвотных масс.
Легкие отравления бензином проходят довольно быстро, за 2-3 дня, хронические интоксикации нуждаются в более длительном лечении.
Первая помощь пострадавшему
Больного нужно вывести или вынести из загазованного помещения на свежий воздух, обеспечить покой, тепло. Теплое питье, если есть - кислород, активированный уголь - 20-30 таблеток, вазелиновое или растительное масло - 50-70 грамм.[5]
При тяжелых состояниях необходима квалифицированная медицинская помощь, введение противоядий, возможно - реанимационные мероприятия.
Профилактика отравлений - регулярное проветривание помещений
при пользовании бензином.
-
Проверка качества бензина
Самым лучшим и одновременно самым старым способом считается проверка бензина на запах и цвет. Так как раньше было очень мало заправочных станций, то бензин чаще заливали в канистры и другую тару, нежели в бак, из-за этого было видно его цвет, и ощущался запах. Подделывать бензин в старые времена не было смысла, так как заводы были государственными, ГОСТ строго соблюдался, а цена бензина не была слишком высока «Не кусалась».
Опытный водитель сразу скажет по запаху, где плохой бензин, а где нет. Если на запах ощущается сжиженный газ, сероводород или нафталин, то не стоит заправлять такое топливо, так как это один из первых показателей, что бензин разбавлен Проверка бензина на марганцовке. Обычно этот тест проводят, чтоб узнать есть ли вода в бензине или нет. Набираем в банку или прозрачную тару немного бензина, добавляем марганцовку и размешиваем, если топливо стало розоватого цвета, то однозначно, что в топливе есть вода. Лучше сразу поменять АЗС, так как рано или поздно такие примеси дадут о себе знать. А еще для определения наличия в бензине воды, достаточно в пробу (пробирку) поместить небольшой кусочек активного металла – лития, натрия или калия. В случае наличия воды, металл растворяется с выделением большого количества водорода. В бензине без воды, подобной реакции не будет.
При закупке топлива на нефтебазах закупщик проводит тест на обычной бумаге. Смысл этого теста в том, чтоб узнать есть ли наличие масляных примесей в топливе. Нам понадобится обычный белый лист бумаги. Капнем несколько капель на лист и дадим ему высохнуть. Если не осталось масляных разводов и других тёмных оттенков, это показатель что бензин качественный. В ином случае сразу будет видно радугу по листу бумаги.
Заключение
Определить качество бензина может любой автовладелец, достаточно иметь при себе лист бумаги.
Для увеличения октанового числа используют тетраэтилсвинец, вследствие добавки этого антидетонатора увеличивается загрязнение окружающей среды, которое ведёт к частым заболеваниям населения, тех, кто работает на бензоколонках, станциях отгрузки топлива, просто рядовых граждан, живущих вблизи автотрасс регионального и выше классов и как следствие, отравлениям свинцом.
Отравление парами бензина может быть очень опасным, поэтому стоит исключить постоянную работу с этим нефтепродуктом, в случае наличия симптомов отравления.
Использование бензина с низкооктановым числом более вредно, чем с высоким октановым числом.
Список литературы
-
Виноградов О. В., Карелина А. С. Влияние показателей качества автомобильного бензина и дизельного топлива на состояние окружающей среды // Молодой ученый. — 2016. — №8. — С. 194-199.
-
Бензин-это / //Бензин-это определение[электронный ресурс].-2008.- режим доступа:
http://forexaw.com/TERMs/Raw_materials/Energy/l227
Бензин_Petrol_это -дата доступа
-
Свинец в бензине / //Справочник химика 21[электронный ресурс].-2015.- режим доступа:
http://chem21.info/info/1231202
-дата доступа : 20.11.2016
4. Мобайл,Д.Содержание и состав механических примясей в бензине./Д.Мобайл//Чистая химия[электронный ресурс].-2008-2015.-режим доступа:
http://e-him.ru/?page=dynamic§ion=33&article=255
-дата доступа: 20.11.2016
5. Отравление бензином/ //Отравление бензином,виды,последствия.[электронный ресурс].-2011.-режим доступа:
http://otravlenie.netnotebook.net/household_poisoning/petrol_gasoline_benzine.html
-дата доступа : 20.11.2016
19