VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Анализ качества бензина марки АИ – 92 на автозаправочных станциях г. Усть – Кута
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Автомобильный транспорт самая массовая отрасль, которая давно заняла и прочно удерживает ведущие позиции в транспортном комплексе нашей страны. С этим видом транспорта мы встречаемся и имеем тесное взаимодействие каждый день. Каждый из нас пользуется общественным транспортом, а большинство имеет ещё и личный. Любому автолюбителю хочется чтобы его машина прослужила как можно дольше. Для этого необходимо хорошее техническое обслуживание, а так же использование качественного топлива [1].
К сожалению, в наше время не все продавцы отличаются честностью. Разбавленный бензин, топливо низкого качества продается на большинстве заправок. Чтобы не стать источником наживы для недобросовестных продавцов, необходимо уметь определять качество бензина самостоятельно. Конечно, определить качество бензина опытному водителю не составит труда и без всяких тестов – ему достаточно проанализировать работу машины.
Наш город Усть-Кут также является важным транспортным узлом, поэтому представить его жизнь без разного рода топлива невозможно. В Усть-Куте используются практически все виды топлива, применяемого для работы техники. В связи с этим на территории города располагается большое количество АЗС, осуществляющих отпуск таких видов топлива, как ДТ, АИ-92, АИ-95 и АИ-98.
Этот факт послужил мотивом к исследованию качества отпускаемого бензина на автозаправочных станциях города Усть-Кута.
Актуальность данного проекта связана с популярностью бензина марки АИ-92 среди горожан и необходимостью анализа качества топлива. В последнее время замечается ухудшение качества бензина, что негативно сказывается на работе транспортных средств.
Цель моей работы: определение качества бензина марки АИ-92, отпускаемого на автозаправочных станциях г. Усть-Кута.
Для достижения поставленной цели сформулировал следующие задачи:
Изучить литературу по темам: виды бензинов и их технические требования.
Изучить методы исследования качества бензина в бытовых условиях.
Провести исследования качества бензина при помощи химических методов
Сделать выводы о достоверности результатов, полученных при проведении исследования качества бензина в школьных условиях.
Гипотеза исследования: можно предположить, чтокачество бензина на разных автозаправочных станциях города отличается
Объект исследования: бензин марки Аи-92
Предмет исследования: вредные примеси бензина (смолы, вода, механические примеси, дизельное топливо)
Место проведения исследования: школьная химическая лаборатория МОУ СОШ №9 г.Усть-Кута
Методы исследования:
Теоретические (изучение и анализ научной литературы по проблеме исследования).
Эмпирические (эксперимент, сравнение, наблюдение).
Математические (обработка и анализ данных эксперимента; таблицы).
Аналитические (сопоставление данных эксперимента с литературными данными).
Практическая значимость исследования: водители смогут выбрать АЗС для того, чтобы заправлять бензин без угрозы поломки двигателя и выхода из строя других запасных частей в процессе эксплуатации транспорта. А также от качества бензина зависит количество и качество вредных выбросов (отходы, выхлопные газы и т.д.), которые загрязняют атмосферу, тем самым создавая угрозу здоровью жителей.
Глава 1. Теоретическая часть
1.1.Общая характеристика бензина
Бензин - это смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 30°С до 200°C. Плотность бензина составляет около 0,7 г/см³. Теплотворная способность горючего вещества примерно соответствует 10500ккал/кг.Получается бензин путём перегонки нефти, гидрокрекингом и, при необходимости дальнейшей ароматизации - каталитическим крекингом и риформингом. Для специальных бензинов характерна дополнительная очистка от нежелательных компонентов и смешение с полезными добавками [3].
1.2. Характеристика качеств автомобильного бензина
Во время работы двигателя бензин подается к карбюратору, где испаряется и перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Из карбюратора горючая смесь поступает в цилиндры двигателя, где и происходит быстрое сгорание рабочей смеси, длящееся десятые доли секунды.
В связи с данными процессами к бензину предъявляется ряд требований, основными из которых являются:
быстрое образование топливно-воздушной (горючей) смеси необходимого состава;
сгорание рабочей смеси с нормальной скоростью (без детонации);
минимальное коррозирующее воздействие на детали системы питания двигателя;
небольшие отложения смолистых веществ в системе питания двигателя;
минимальное отравляющее воздействие на организм человека и окружающую среду;
сохранность первоначальных свойств в течение длительного времени.
Соответствие бензина перечисленным требованиям зависит, прежде всего, от его физико-химических свойств, которые определяются рядом показателей, в качестве которых выступают давление насыщенных паров, фракционный состав, теплота испарения, вязкость и плотность. Основные показатели физико-химических свойств бензинов указываются в стандарте или в технических условиях на бензин данной марки [1]
От них зависят также быстрота и полнота сгорания бензино-воздушной смеси в цилиндрах двигателя, возможность работы двигателя на наиболее экономичных режимах.
При использовании некачественных бензинов, не соответствующих требованиям двигателя, может возникать детонация. Это широко известное явление проявляется в звонком металлическом стуке, дымлении отработавших газов и резком перегреве двигателя.
Для каждого типа карбюраторного двигателя допускается применение бензина со строго определенным октановым числом (ОЧ). Октановое число определяют моторным и исследовательским методами, суть которых заключается в сравнении работы одноцилиндрового двигателя на испытуемом бензине и эталонном топливе. В качестве эталонного топлива используют смесь двух углеводородов – изооктана (С8Н18) и нормального гептана (С7Н16). Октановое число первого принимают равным 100 единицам, второго – нулю. Если составлять смесь из этих углеводородов в определенном процентном соотношении, то оно и будет характеризовать октановое число. Так, смесь из 92 % изооктана и 8 % гептана будет равноценна бензину с октановым числом 92.
Значительное влияние на износ двигателя и затраты по уходу за автомобилем оказывает содержание в бензине минеральных и органических кислот, щелочей, смол, серы и ее соединений.
Минеральные (водорастворимые) кислоты и щелочи, а также активные сернистые соединения отличаются сильным коррозионным воздействием: в связи с чем их содержание в бензинах не допускается.
Наличие воды в топливе вызывает сильную коррозию топливных баков, элементов системы питания двигателя и др. Кроме того она опасна прежде всего при температуре ниже 0 °С, так как, замерзая, образует кристаллы, которые могут преградить доступ бензина в цилиндры двигателя, а также она способствует осмолению бензина. Поэтому товарные бензины воду содержать не должны.
В автомобильном бензине исключается наличие механических примесей, ведущих к засорению жиклеров карбюратора и форсунок, абразивному износу топливной аппаратуры и деталей двигателя, отложениям и др.
Наличие в бензине непредельных углеводородов ведет к их химическому превращению вследствие окисления. В результате бензины приобретают желтовато-коричневый цвет, а на стенках емкости при хранении появляется слой смолистых веществ. При использовании такого бензина смолы интенсивно отлагаются на деталях топливной системы, ухудшая тем самым смесеобразование и снижая наполнение двигателя. В последние годы экологические свойства топлива выдвигаются на первый план.
1.3.Способы повышения качества бензина
Для повышения детонационной стойкости, во-первых, в состав бензинов включают более стойкие углеводороды, которые не образуют перекисные соединения, и во-вторых, вводят в состав бензина антидетонаторы, препятствующие образованию перекиси
Среди антидетонационных присадок наиболее распространенной является тетраэтилсвинец (ТЭС) – РЬ(С2Н5)4 (в связи с ужесточением норм по выбросам отработавших газов осуществляется отказ от данных присадок). Это бесцветная жидкость, тяжелее воды (плотностью 1,65), отличающаяся высокой токсичностью. ТЭС в воде не растворяется, но хорошо растворяется в бензине и других органических растворителях.
Использование ТЭС в чистом виде невозможно, так как основной продукт его сгорания – окись свинца – отлагается в значительных количествах в двигателе. Поэтому к ТЭС добавляются вещества, образующие при сгорании соединения со свинцом и его окислами, которые не конденсируются и вместе с отработавшими газами выносятся из двигателя. Такие вещества получили название выносителей, а смесь ТЭС с выносителем и некоторыми другими добавками – этиловой жидкостью. Бензины с добавками этиловой жидкости называются этилированными, а ее добавление повышает октановое число на 8-12 единиц.
Основным недостатком этилированных бензинов является их токсичность. Ядовитость этилированных бензинов во много раз меньше, чем этиловой жидкости, тем не менее для их безопасного применения требуется соблюдение ряда мер предосторожности. С этой целью этилированные бензины различных марок окрашиваются в различные цвета. В связи с этим с 1 июля 2008 года согласно законопроекту, принятому Госдумой РФ, в России запрещаются производство и оборот этилированного бензина. В качестве альтернативы алкилсвинцовым антидетонаторам для повышения детонационной стойкости автомобильных бензинов в России допущены и используются при производстве бензинов органические соединения марганца, железа, ароматические амины. Широкое распространение в России и за рубежом при производстве высокооктановых бензинов получил метил-третбутиловый эфир (МТБЭ). МТБЭ имеет октановые числа смешения: 115-135 по исследовательскому методу и 98-110 по моторному.
1.4.Ассортимент и маркировка бензина
Нефтеперерабатывающей промышленностью выпускается несколько марок бензинов, каждая из которых предназначена для определенных моделей автомобилей и соответствующих условий эксплуатации.
Каждая марка бензина имеет свое условное обозначение, которое включает одну или две буквы и цифру: буква ''А'' говорит о том, что бензин автомобильный; ''И'' – октановое число для данной марки бензина определено исследовательским методом (если ''И'' нет, то – моторный метод определения), а цифра указывает октановое число [3]
Основные марки автомобильных бензинов вырабатываются в соответствии с действующим ГОСТ 2084–77, а именно: АИ–92, АИ–95, АИ-98 и дополнениями в виде технических условий (ТУ), которые предусматривают выпуск бензинов: АИ–92, АИ–95 и АИ–98.
В зависимости от испаряемости бензины могут быть: летними, зимними и всесезонными. Бензины АИ–92, АИ–95 изготавливают летних и зимних видов. Все оставшиеся являются всесезонными. В обозначении бензинов с улучшенными экологическими свойствами и присадками содержится аббревиатура ЭКп (например, АИ–95 ЭКп). Бензины «Премиум–95» и «Супер–98» отвечают европейским стандартам и предназначены для современных импортных автомобилей.
Настоящий стандарт для указанных выше марок бензина разработан с учетом рекомендаций европейского стандарта ЕN 228.
Глава 2. Практическая часть
2.1. Проведение социологического опроса
Для того чтобы углубиться в данную проблему и узнать отношение населения к разным АЗС города, было необходимо провести анкетирование взрослого населения.
Местом проведения социологического опроса были выбраны общественные места, обладающие наибольшей проходимостью, такие как АЗС «Подсолнух», АЗС «Первая», АЗС «Перекрёсток», Усть-Кутская РБ, сети супермаркетов «Терция» и «Алко». В анкетировании приняли участие 150 жителей города.
В ходе социологического опроса респондентам был предложен ряд вопросов, касающихся качества бензина, реализуемого на АЗС г.Усть-Кута (Приложение 1).
Из проведенного анкетирования можно сделать вывод, что наибольшее предпочтение жители города отдают АЗС компании «Роснефть» (67%).Второе место по популярности среди граждан занимает АЗС «Первая» (25%). Наименьшее же предпочтение жители города отдают АЗС «Перекрёсток».
На основании данных анкетирования можно предположить, что население города считает, что наилучшим качеством из представленных на рынке г.Усть-Кута бензинов является АИ-92 компании «Роснефть».
2.2. Химический анализ бензина в школьной лаборатории
Чтобы убедиться в достоверности общественного мнения, необходимо было провести качественный анализ топлива, используя предоставленное школой оборудование химической лаборатории. Основными критериями оценивания качества бензина были выделены следующие химические испытания:
Определение органолептических показателей бензина.
Испытание бензина на медной пластине.
Определение испаряемости бензинов.
Определение содержания воды путём смешивания опытного образца с перманганатом калия.
Определение смолистости бензина и содержания примесей по остатку после сжигания.
Определение наличия водорастворимых кислот и щелочей.
Определение этиловой жидкости.
Для выполнения практической части были приняты следующие обозначения образец 1 – АЗС «Роснефть», образец 2 – АЗС «Перекрёсток», образец 3 – АЗС «Первая».
Опыт №1 «Определение органолептических показателей бензина»
Образцы были подвергнуты проверке запаха, цвета, прозрачности. Также были выдвинуты предположения касаемо загрязняющего вещества, содержащегося в опытных образцах.
Прозрачность бензина определили в стеклянной колбе, который должен быть совершенно прозрачным и не содержать взвешенных и осевших на дно частиц посторонних примесей, в том числе воды.
Таблица 1
«Органолептические показатели бензина АИ-92»
|
показатель |
Образец 1 |
Образец 2 |
Образец 3 |
|
Цвет |
Светло-зелёный |
Светло-жёлтый |
Практически бесцветный |
|
Запах |
Неприятный, резкий |
Сравнительно мягкий |
Резкий |
|
Прозрачность |
Прозрачный |
Прозрачный |
Прозрачный |
|
Предполагаемое загрязняющее вещество |
Этилированная жидкость |
Смолистые вещества |
Нет |
Вывод: исходя из полученных данных, образец 1* является наиболее токсичным и опасным для человека (Приложение 2).
Опыт №2 «Испытание на медной пластине»
Целью данного опыта является определение воздействия бензина на медную поверхность. Исходя из эксперимента, можно сделать вывод о воздействии бензина на составляющие компоненты автомобиля.
Испытание на медной пластинке бензинов проводится в соответствии с ГОСТ 6321-69.
Отполированную пластинку из чистой электролитической меди погружают в испытуемое топливо и выдерживают три часа при 50°С, сутки при комнатной температуре. Ускоренный метод - 18 минут при температуре 100°С. Бензин не соответствует требованиям, если после испытания пластинка покрывается черными, темно-серыми, коричневыми, бурыми пятнами или налетом.
Вывод: результатом данного эксперимента оказалось полное отсутствие воздействия на пластину, что свидетельствует о безопасности использования топлива (Приложение 3).
Опыт №3 «Определение испаряемости бензина»
Путём нанесения капли опытного образца на фильтровальную бумагу и последующего замера времени испарения бензина было установлено, что все образцы испарились за время 2 минуты 10 секунд, не оставив пятна, что свидетельствует об отсутствии отклонений от норм испарения (Приложение 4).
Опыт №4 «Определение содержания воды»
Опыт заключался в наблюдении протекания химической реакции бензина с перманганатом калия КMnO4.В теории при наличии примеси воды в бензине перманганат калия окрашивает раствор в малиновый цвет, что было продемонстрировано в «опытном образце».Однако в образцах, взятых с АЗС г.Усть-Кута, исходя из опыта, воды не обнаружено, так как при добавлении перманганата калия КMnO4 раствор оставил прежний цвет. Это говорит о высоком качестве обработки бензина, а также о том, что характеристики топлива не снижены, что позитивно сказывается на работе мотора автомобиля.
Наличие воды в топливе мешает воспламенению в камере сгорания мотора, а так же вызывает коррозию металлических компонентов топливной системы автомобиля.
В последнее время на АЗС страны наблюдается «разбавление» бензина водой с целью увеличения объёма поставляемого продукта, что способствует более выгодной продаже (Приложение 5).
Вывод: в данных образцах вода не содержится.
Опыт №5 «Определение смолистости бензина и содержание примесей по остатку после сжигания»
Опыт заключается в анализе остатка на стенках сосуда после сгорания бензина, а также анализе самого процесса горения. В случае если топливо сгорает с выделением густого тёмного дыма, то можно судить о его загрязнённости смолами и тяжёлыми примесями.
Остаток после сгорания играет важную роль в анализе подобного рода. Если бензин не имеет в своём составе примесей, то на поверхности, в которой прошёл процесс горения, образуется лишь чёрный нагар. В противном же случае вокруг центра воспламенения появляется «смоляной круг», свидетельствующий о наличии в образце смолы и прочих примесей. Радиус кольца изменяется в прямой пропорциональности к концентрации примесей.
Таблица 2
«Определение смолистости бензина и содержание примесей по остатку после сжигания»
|
показатель |
Образец 1 |
Образец 2 |
Образец 3 |
|
Цвет пламени |
Пламя сильно коптящее |
Пламя коптящее |
Пламя коптящее |
|
Диаметр смоляного круга, мм |
35-40 |
2-3 |
5-6 |
|
Цвет смоляного следа |
Стекло полностью покрыто пятном желто-коричневого цвета |
Небольшое пятно по середине |
По середине -пятно желтого цвета небольшого размера |
|
Заключение |
Смолистый бензин, загрязненный диз.топливом или маслом, содержание фактических смол, 10мг/100 мл (выше нормы). |
Малосмольный бензин, загрязненный диз.топливом или маслом, содержание фактических смол, 4-5мг/100 мл (норма) |
Малосмольный бензин, загрязненный диз.топливом или маслом, содержание фактических смол, 5мг/100 мл (норма) |
Вывод: Как видно из таблицы, наиболее загрязнённым оказался бензин компании «Роснефть», что не соответствует суждению людей о качестве бензина на этой АЗС. Наличие смол в бензине ухудшает не только состояние автомобиля, но и экологию планеты. За счёт сгорания смол выделяется большое количество копоти, загрязняющей природу (Приложение 6).
Опыт №6 «Определение наличия водорастворимых кислот и щелочей»
Так как кислоты и щёлочи воздействуют на огромное количество веществ, то бензин необходимо было проверить на наличие этих химических веществ.
Для анализа растворов на наличие кислот и щелочей используют такие индикаторы, как фенолфталеин и метиловый оранжевый. В щелочной среде фенолфталеин приобретает розовый окрас, в нейтральной же среде – оранжевый.
В то же время метилоранж в кислой среде приобретает красный окрас, свидетельствующий о наличии кислоты. В нейтральной среде так же, как и фенолфталеин, оранжевый.
Для того, чтобы провести данный опыт, потребовалось создать водо-топливную эмульсию. После чего её следовало пропустить через фильтр и делительную воронку в колбу. Затем к образцам требовалось добавить индикаторы кислотности среды.
Опыт показал, что среда является нейтральной, что говорит об отсутствии кислот и щелочей, способных негативно повлиять на компоненты автомобиля.
Помимо кислотно-основных индикаторов была применена индикаторная бумага, подтвердившая вывод о том, что бензин не содержит кислот и щелочей. Это говорит о высоком качестве бензина (Приложение 7).
Опыт №7 «Определение этилированной жидкости»
При определении цвета, мы обнаружили, что бензина марки №92 образец №1 имеет слегка зеленоватый цвет, что возможно указывает на содержание в нем этиловой жидкости. Проведем дополнительное исследование. Содержание этиловой жидкости в бензине определяется опытным путем. В пробирку наливают 10 мл испытуемого бензина и добавляют 1,0 мл 10%-ого спиртового раствора йода. Смесь в пробирке осторожно нагревают в течение 2 мин на водяной бане и затем охлаждают водой. Верхний бензиновый слой сливают и добавляют в остаток 10 мл спирта. Пробирку слегка стряхивают и проверяют в отраженном свете наличие желтых кристаллов йодистого свинца, образовавшегося при взаимодействии йода с тетраэтилсвинцом.
Вывод: проведенный эксперимент показал, что в образцах бензина №1 и №2 после взаимодействия йода с тетраэтилсвинцом желтые кристаллы образовались, это указывает на наличие этиловой жидкости в испытуемых образцах топлива (Приложение 8).
Заключение
За качество нефтепродуктов в системе переработки и изготовления отвечает поставщик. Однако подавляющее большинство нефтебаз и АЗС не имеют лабораторий, не проверяют качество принимаемых бензинов на соответствие их требованиям стандартов, а вследствие этого предприятия не располагая достаточным числом лабораторий, могут допускать применение бензинов некондиционных («суррогатных»), что ведет к снижению надежности и долговечности работы техники и загрязнению окружающей среды.
На основании проведённого анализа можно сделать вывод о качестве бензина, реализуемого на АЗС города.
В исследуемых образцах не обнаружено содержание масел. Уровень рН соответствует стандарту. Это говорит об отсутствии щелочи в данных образцах бензина, которая приводит к поломки двигателя. При визуальном осмотре мы не обнаружили наличие взвешенных или осевших на дно твердых частиц. Это является положительным показателем качества бензина.
В ходе проведённых исследований было установлено, что бензин АИ-92, купленный на АЗС «Первая», обладает наилучшими характеристиками по сравнению с образцами, взятыми на АЗС «Подсолнух» (ПАО «Роснефть») и АЗС «Перекрёсток».
Образец, взятый с АЗС «Подсолнух» (ПАО «Роснефть»), оказался наиболее загрязнённым смолами, дизельным топливом и разного рода органическими соединениями.
Результаты проведённых исследований показали несоответствие общественного мнения с действительностью. Люди совершают ошибку, заправляя свои автомобили топливом с АЗС «Подсолнух» (ПАО «Роснефть»).
Список литературы
1. Артёменко А.И. Органическая химия и человек. - М: «Просвящение». – 2000
2. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование / Ред. О. П. Мелехова, Е. И. Сарапульцева. М.: Издательский центр «Академия» 2010, 288 с. 3-е изд.
3. Джейн Верзейм, Крис Оквслейд. Химия. Школьный иллюстрированный справочник. Издательство «РОСМЭН» 1995.
4. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. Пер. с нем./Под. ред. проф. Потапова В. М. – М., Химия,1999. – 832 с., ил.
5. Гроссе Э., Вайсмантель X. Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты Оникс, 2007
6. Габриелян О.С., Лысова Г.Г. - Химия 10 класс - М: «Дрофа» - 2007
7. Малышкина В., - Занимательная химия нескучный учебник. - Санкт – Петербург: «Тритон» - 1998
8. Ольгин О. Опыты без взрывов. - М: Химия. - 1986
9. Реми Г. Курс неорганической химии. Издательство иностранной литературы. 1960.
10. Савина Л.А.. «Я познаю мир. Химия». - М: «АСТ» - 1998
11. Шур А. М. Высокомолекулярные соединения. Изд.2-е, переработ, и доп. Учебное пособие для университетов. М., «Высш. школа», 2005
12. http://blagodarochka.com/news/istoriya-razvitiya-stiralnogo-poroshka
13.http://история-вещей.рф/byitovaya-himiya/stiralnyiy-poroshok.html
14.http://istoriz.ru/stiralnyj-poroshok-istoriya-izobreteniya.html
15.http://www.skrepo.ru/info/articles/washing-powders/
16.https://ru.wikipedia.org/
17.http://tehinfor.ru/s_5/s_s/ss90_stirmat.html
Приложение 1
Анкета социологического опроса
Как часто Вы пользуетесь услугами АЗС города?
Услугами какой АЗС Вы предпочитаете пользоваться?
Устраивает ли Вас качество бензина, предлагаемого на АЗС?;
Приложение 2
Опыт №1 «Определение органолептических показателей»
Приложение 3
Опыт №2 «Испытание на медной пластине»
Приложение 4
Опыт №3 «Определение испаряемости бензинов»
Приложение 5
Опыт №4 «Определение содержания воды»
Приложение 6
Опыт №5 «Определение смолистости бензина и содержания примесей по остатку после сжигания»
Приложение 7
Опыт №6 «Определение наличия водорастворимых кислот и щелочей»
Приложение 8
Опыт №7 «Определение этиловой жидкости»