Причины выброса токсичных веществ. Снижение выброса токсичных веществ с отработавшими газами Оксиды азота - токсичность и вред экологии

Несмотря на то, что в практике отопления жилищ мы постоянно сталкиваемся с необходимостью обеспечения безопасности из-за присутствия в атмосфере помещений токсичных продуктов сгорания, а также образования взрывоопасных газовых смесей (при утечках используемого в качестве топлива природного газа), эти проблемы по-прежнему актуальны. Предупредить неблагоприятные последствия позволяет применение газоанализаторов.

Г орение, как известно, - частный случай реакции окисления, сопровождающейся выделением света и тепла. При сгорании углеродного топлива, в том числе газового, углерод и водород, входящие в состав органических соединений, или преимущественно углерод (при сжигании угля) окисляются до диоксида углерода (СО 2 - углекислого газа), монооксида углерода (СО - угарного газа) и воды (H 2 O). Кроме того, в реакции вступают азот и примеси, содержащиеся в топливе и (или) в воздухе, который подается к горелкам теплогенераторов (котельных агрегатов, печей, каминов, газовых плит и др.) для сжигания топлива. В частности, продуктом окисления азота (N 2) являются оксиды азота (NO x) - газы, также относящиеся к вредным выбросам (см. табл.).

Таблица. Допустимое содержание вредных выбросов в отводящихся от теплогенераторов газах по классам оборудования согласно Европейскому стандарту.

Угарный газ и его опасность

Риск отравления угарным газом сегодня по-прежнему достаточно высок, что связано с его высокой токсичностью и неосведомленностью населения.

Чаще всего отравление угарным газом случается при неправильной эксплуатации или неисправностей каминов и традиционных печей, установленных в частных домах, банях, но нередки и случаи отравления, вплоть до летальных исходов, при индивидуальном отоплении газовыми котлами. Кроме того, отравление угарным газом нередко наблюдается, и часто также с летальным исходом, при пожарах и даже при локализованных возгораниях вещей в помещениях. Общим и определяющим фактором при этом является горение при недостатке кислорода - именно тогда вместо безопасного для здоровья человека углекислого газа образуется в опасных количествах угарный газ.

Рис. 1 Сменный сенсор газоанализатора вместе с плато управления им

Поступая в кровь, монооксид углерода связывается с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин. При этом гемоглобин утрачивает способность к связыванию кислорода и транспортировке его к органам и клеткам организма. Токсичность угарного газа такова, что при присутствии его в атмосфере в концентрации всего 0,08 % у дышащего этим воздухом человека до 30 % гемоглобина переходит в карбоксигемоглобин. При этом человек уже чувствует симптомы легкого отравления - головокружение, головную боль, тошноту. При концентрации СО в атмосфере 0,32 % до 40 % гемоглобина превращается в карбоксигемоглобин, и человек находится в средней тяжести отравления. Состояние его таково, что не хватает сил самостоятельно покинуть помещение с отравленной атмосферой. При повышении содержания СО в атмосфере до 1,2 % в карбоксигемоглобин переходит до 50 % гемоглобина крови, что соответствует развитию у человека коматозного состояния.

Оксиды азота - токсичность и вред экологии

При сжигании топлива азот, присутствующий в топливе или воздухе, подающемся для сгорания, образует с кислородом монооксид азота (NO).Спустя некоторое время этот бесцветный газ окисляется под воздействием кислорода и образуется диоксид азота (NO 2). Из оксидов азота именно NO 2 наиболее опасен для здоровья человека. Он сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей. Вдыхание ядовитых паров диоксида азота может привести к серьезному отравлению. Человек ощущает его присутствие даже при малых концентрациях, составляющих всего 0,23 мг/м 3 (порог обнаружения). Однако способность организма обнаруживать присутствие диоксида азота пропадает после 10 минут вдыхания. Ощущается чувство сухости и першения в горле, но и эти признаки исчезают при продолжительном воздействии газа в концентрации, в 15 раз превышающей порог обнаружения. Таким образом, NO 2 ослабляет обоняние.

Рис 2 Сигнализатор угарного газа

Кроме того, в концентрации 0,14 мг/м 3 , что ниже порога обнаружения, диоксид азота снижает способность глаз адаптироваться к темноте, а в концентрации всего 0,056 мг/м 3 затрудняет дыхание. Люди с хроническими заболеваниями легких испытывают затрудненность дыхания и при более низкой его концентрации.

Подвергающиеся действию диоксида азота люди чаще болеют заболеваниями дыхательных путей, страдают бронхитом и воспалением легких.

Диоксид азота и сам может вызывать поражение легких. Попадая в организм, NO 2 при контакте с влагой образует азотистую и азотную кислоты, которые разъедают стенки альвеол легких, следствием чего может стать отек легких, часто ведущий к летальному исходу.

Кроме того, выбросы диоксида азота в атмосферу под воздействием ультрафиолетового излучения, входящего в спектр солнечного света, способствуют образованию озона.

Образование оксидов азота зависит от содержания азота в топливе и подающемся для горения воздухе, времени пребывания азота в зоне горения (длины факела пламени) и температуры пламени.

По месту и времени образования выделяют быстрые и топливные оксиды азота. Быстрые NO x образуются в процессе реакции азота со свободным кислородом (избыточного воздуха) в реакционной зоне пламени.

Топливные NO x образуются при высоких температурах горения в результате соединения содержащегося в топливе азота с кислородом. Данная реакция поглощает тепло и характерна для сжигания дизельного и твердого органического топлива (дров, пеллет, брикетов). В процессе сгорания природного газа топливные NO x не образуются, поскольку природный газ не содержит азотных соединений.

Решающими критериями при образовании NO x являются концентрация кислорода в процессе сгорания, время пребывания воздуха, идущего на горение, в зоне горения (длина факела пламени) и температура пламени (до 1200 °C - низкое, от 1400 °C - значительное и от 1800 °C - максимальное образование термальных NO x).

Образование NO x можно снизить с помощью современных технологий горения, таких как «холодное пламя», рециркуляция дымовых газов и низкий уровень избыточного воздуха.

Несгораемые углеводороды и сажа

Несгораемые углеводороды (C x H y) также образуются в результате неполного сгорания топлива и способствуют образованию парникового эффекта. В данную группу входят метан (CH 4), бутан (C 4 H 10) и бензол (C 6 H 6). Причины их образования аналогичны причинам образования CO: недостаточное распыление и перемешивание при использовании жидкого топлива и недостаток воздуха при использовании природного газа или твердого топлива.

Кроме того, в результате неполного сгорания в дизельных горелках образуется сажа - по сути, чистый углерод (С). При нормальных температурах углерод реагирует очень медленно. Для полного сгорания 1 кг углерода (C) требуется 2,67 кг O 2 . Температура воспламенения - 725 °C. Более низкие температуры ведут к образованию сажи.

Природный и сжиженный газ

Отдельную опасность представляет само газовое топливо.

Природный газ почти полностью состоит из метана (80-95 %), остальное, по большей части, приходится на этан (до 3,7 %) и азот (до 2,2 %). В зависимости от района производства, в него могут входить в незначительных количествах серные соединения и вода.

Опасность несут утечки газового топлива из-за повреждения газового трубопровода, неисправной газовой арматуры или просто забытой в открытом состоянии при подаче газа на конфорку газовой плиты («человеческий фактор»).

Рис 3 Проверка на утечку природного газа

Метан в тех концентрациях, в которых он может присутствовать в атмосфере жилых помещений или на улице, не токсичен, но в отличие от азота, очень взрывоопасен. В газообразном состоянии он образует с воздухом взрывоопасную смесь в концентрациях от 4,4 до 17 %, наиболее взрывоопасная концентрация метана в воздухе - 9,5 %. В бытовых условиях такие концентрации метана в воздухе создаются при накапливании его при утечках в объемах замкнутых помещений - кухонь, квартир, подъездов. К взрыву в таком случае может привести искра, проскочившая между контактами выключателя электросети, при попытке включить электрическое освещение. Последствия взрывов часто носят катастрофический характер.

Особую опасность при утечках природного газа представляет отсутствие запаха его компонентов. Поэтому накапливание его в замкнутом объеме помещения происходит незаметно для людей. Для обнаружения утечки в природный газ добавляют одорант (с целью имитации запаха).

В автономных системах отопления находит применение сжиженный углеводородный газ (СУГ), представляющий собой побочные продукты нефтяной и топливной промышленности. Основными его компонентами являются пропан (C 3 H 8) и бутан (C 4 H 10). СУГ хранится в жидком состоянии под давлением в газовых баллонах и газгольдерах. Он также образует взрывоопасные смеси с воздухом.

СУГ образует с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров пропана от 2,3 до 9,5 %, нормального бутана - от 1,8 до 9,1 % (по объему), при давлении 0,1 МПа и температуре 15-20 °C. Температура самовоспламенения пропана в воздухе составляет 470 °C, нормального бутана - 405 °C.

При стандартном давлении СУГ является газообразным и тяжелее воздуха. При испарении из 1 л сжиженного углеводородного газа образуется около 250 л газообразного, поэтому даже незначительная утечка СУГ из газового баллона или газгольдера может быть опасной. Плотность газовой фазы СУГ в 1,5-2 раза больше плотности воздуха, поэтому он плохо рассеивается воздухе, особенно в закрытых помещениях, и может скапливаться в естественных и искусственных углублениях, образуя с воздухом взрывоопасную смесь.

Газоанализаторы как средство газовой безопасности

Вовремя обнаружить присутствие в атмосфере помещений несущие опасность газы позволяют газовые анализаторы. Эти приборы могут иметь разную конструкцию, сложность и функциональность, в зависимости от чего подразделяются на индикаторы, течеискатели, газосигнализаторы, газоанализаторы, газоналитические системы. В зависимости от исполнения они выполняют разные функции - от простейших (подача аудио и/или видеосигнала), до таких как мониторинг и регистрация с передачей данных по Internet и/или Ethernet. Первые, обычно используемые в системах безопасности, сигнализируют о превышении пороговых значений концентрации часто без количественной индикации, последние, в состав которых часто входят несколько датчиков, применяются при наладке и регулировании оборудования, а также в автоматизированных системах управления как составные части, отвечающие не только за безопасность, но и за эффективность.

Рис 4 Настройка работы газового котла с помощью газового анализатора

Важнейшим компонентом всех газоаналитических приборов являются сенсоры - чувствительные элементы небольших размеров, генерирующие сигнал, зависящий от концентрации определяемого компонента. Для повышения избирательности детектирования на входе иногда размещают селективные мембраны. Существуют электрохимические, термокаталитические/каталитические, оптические, фотоионизационные и электрические сенсоры. Их масса обычно не превышает нескольких граммов. Одна модель газового анализатора может иметь модификации с различными сенсорами.

В основе работы электрохимических сенсоров заложены превращения определяемого компонента в миниатюрной электрохимической ячейке. Используются инертные, химически активные или модифицированные, а также ионоселективные электроды.

Оптические сенсоры измеряют поглощение или отражение первичного светового потока, люминесценции или тепловом эффекте при поглощении света. Чувствительный слой может быть, например, поверхностью волокна световода или иммобилизованной на нем фазой, содержащей реагент. Волоконно-оптические световоды позволяют работать в ИК, видимом и УФ диапазонах.

В основе термокаталитического метода - каталитическое окисление молекул контролируемых веществ на поверхности чувствительного элемента и преобразование выделяющегося тепла в электрический сигнал. Его значение определяется концентрацией контролируемого компонента (суммарной концентрацией для совокупности горючих газов и паров жидкостей), выражаемой в процентах НКПР (нижнего концентрационного предела распространения пламени).

Важнейший элемент фотоионизационного сенсора - источник вакуумного ульрафиолетового излучения, который определяет чувствительность детектирования и обеспечивает его селективность. Энергия фотонов достаточна для ионизации большинства наиболее часто встречающихся загрязнителей, но мала для компонентов чистого воздуха. Фотоионизация происходит в объеме, поэтому сенсор легко переносит большие концентрационные перегрузки. Переносные газоанализаторы с такими сенсорами часто используют для контроля воздуха рабочей зоны.

К электрическим сенсорам относятся полупроводники с электронной проводимостью на основе оксидов металлов, органические полупроводники и полевые транзисторы. Измеряемыми величинами являются проводимость, разность потенциалов, заряд или емкость, изменяющиеся при воздействии определяемого вещества.

В разных приборах для определения концентрации CO применяются электрохимические, оптические, электрические сенсоры. Для определения газообразных углеводородов и, прежде всего, метана применяются фотоионизационные, оптические, термокаталитические, каталитические и электрические (полупроводниковые) сенсоры.

Рис 5. Газовый анализатор

Применение газоанализаторов на газораспределительных сетях регламентируется нормативными документами. Так, СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы» предусматривает обязательную установку на внутренних газовых сетях газоанализатора, выдающего сигнал отсечному клапану на закрытие в случае скопления газа в концентрации 10 % от взрывоопасной. Согласно п. 7.2. СНиПа, «помещения зданий всех назначений (кроме жилых квартир), где устанавливается газоиспользующее оборудование, работающее в автоматическом режиме без постоянного присутствия обслуживающего персонала, следует оснащать системами контроля загазованности с автоматическим отключением подачи газа и выводом сигнала о загазованности на диспетчерский пункт или в помещение с постоянным присутствием персонала, если другие требования не регламентированы соответствующими строительными нормами и правилами.

Системы контроля загазованности помещений с автоматическим отключением подачи газа в жилых зданиях следует предусматривать при установке отопительного оборудования: независимо от места установки - мощностью свыше 60 кВт; в подвальных, цокольных этажах и в пристройке к зданию - независимо от тепловой мощности».

Предупреждение вредных выбросов и повышение эффективности котельного оборудования

Кроме того, что газоанализаторы позволяют предупредить об опасных концентрациях газа в объеме помещений, с их помощью производится настройка работы котельного оборудования, без которой невозможно обеспечить заявляемые производителем показатели эффективности, комфорта, снизить затраты на топливо. Для этого применяются газоанализаторы дымовых газов.

С помощью газоанализатора дымовых газов необходимо настраивать настенные конденсационные котлы на природном газе. Следует контролировать концентрацию кислорода (3 %), угарного (20 ппм) и углекислого газа (13 % об.), коэффициент избытка воздуха (1,6), NO x .

В вентиляторных горелках, работающих на природном газе, также нужно контролировать концентрацию кислорода (3 %), угарного (20 ппм) и углекислого газа (13 % об.), коэффициент избытка воздуха (1,6), NO x .

В вентиляторных горелках, работающих на дизельном топливе, помимо всего предыдущего, перед использованием газоанализатора необходимо измерять сажевое число и концентрацию оксида серы. Сажевое число должно быть меньше 1. Этот параметр измеряется с помощью анализатора сажевого числа и говорит о качестве распыла через форсунки. При его превышении нельзя использовать газоанализатор для настройки, так как будет загрязняться тракт газоанализатора и станет невозможно добиться оптимальных показателей. Концентрация оксида серы (IV) - SO 2 говорит о качестве топлива: чем она больше, тем хуже топливо, при локальных избытках кислорода и влажности превращается в H 2 SO 4 , разрушающую всю топливосжигающую систему.

В пеллетных котлах следует контролировать концентрацию кислорода (5 %), угарного (120 ппм) и углекислого газа (17 % об.), коэффициент избытка воздуха (1,8), NO x . Необходимы предварительная защита тонкой фильтрации от запыленности дымовыми газами и защита от превышения рабочего диапазона по каналу СО. Он в считанные секунды может превысить рабочий диапазон сенсора и достигнуть 10000-15000 ппм.

ВПР. Химия. 11 класс Код
11 КЛАСС Пояснения к образцу всероссийской проверочной работы При ознакомлении с образцом проверочной работы следует иметь ввиду, что задания, включённые в образец, не отражают всех умений и вопросов содержания, которые будут проверяться в рамках всероссийской проверочной работы. Полный перечень элементов содержания и умений, которые могут проверяться в работе, приведены в кодификаторе элементов содержания и требований к уровню подготовки выпускников для разработки всероссийской проверочной работы по химии. Назначение образца проверочной работы заключается в том, чтобы дать представление о структуре всероссийской проверочной работы, количестве и форме заданий, уровне их сложности.

ВПР. Химия. 11 класс Код
© 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации ВСЕРОССИЙСКАЯ ПРОВЕРОЧНАЯ РАБОТА ХИМИЯ
11 КЛАСС ОБРАЗЕЦ Инструкция по выполнению работы Проверочная работа включает в себя 15 заданий. На выполнение работы по химии отводится 1 час 30 минут (90 минут. Оформляйте ответы в тексте работы согласно инструкциям к заданиям. В случае записи неверного ответа зачеркните его и запишите рядом новый. При выполнении работы разрешается использовать следующие дополнительные материалы
– Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
– таблица растворимости солей, кислот и оснований вводе электрохимический ряд напряжений металлов
– непрограммируемый калькулятор. При выполнении заданий Вы можете использовать черновик. Записи в черновике проверяться и оцениваться не будут. Советуем выполнять задания в том порядке, в котором они даны. Для экономии времени пропускайте задание, которое неуда тся выполнить сразу, и переходите к следующему. Если после выполнения всей работы у Вас останется время, Вы сможете вернуться к пропущенным заданиям. Баллы, полученные Вами за выполненные задания , суммируются. Постарайтесь выполнить как можно больше заданий и набрать наибольшее количество баллов. Желаем успеха

ВПР. Химия. 11 класс Код
© 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации Из курса химии Вам известны следующие способы разделения смесей отстаивание, фильтрование, дистилляция (перегонка, действие магнитом, выпаривание, кристаллизация. На рисунках 1–3 представлены примеры использования некоторых из перечисленных способов. Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3
Какие из названных способов разделения смесей можно применить для очищения
1) муки от попавших вне железных опилок
2) воды от растворённых в ней неорганических солей Запишите в таблицу номер рисунка и название соответствующего способа разделения смеси. Смесь Номер рисунка Способ разделения смеси Мука и попавшие вне железные опилки Вода с растворёнными в ней неорганическими солями На рисунке изображена модель электронного строения атома некоторого химического элемента. На основании анализа предложенной модели выполните следующие задания) определите химический элемент, атом которого имеет такое электронное строение
2) укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, в которых расположен этот элемент
3) определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, которое образует этот химический элемент. Ответы запишите в таблицу. Ответ Символ химического элемента
№ периода
№ группы Металл неметалл
1
2

ВПР. Химия. 11 класс Код
© 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева – богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойство способах получения вещества также о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах радиусы атомов уменьшаются, а в группах увеличиваются. Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиусов атомов следующие элементы N, C, Al, Si. Запишите обозначения элементов в нужной последовательности. Ответ ____________________________ В приведённой ниже таблице перечислены характерные свойства веществ, которые имеют молекулярное и ионное строение. Характерные свойства веществ Молекулярного строения Ионного строения при обычных условиях имеют жидкое , газообразное и твёрдое агрегатное состояние имеют низкие значения температур кипения и плавления
 неэлектропроводные; имеют низкую теплопроводность
 твёрдые при обычных условиях хрупкие тугоплавкие нелетучие в расплавах и растворах проводят электрический ток Используя данную информацию, определите, какое строение имеют вещества азот и поваренная соль NaCl. Запишите ответ в отведённом месте
1) азот N
2
________________________________________________________________
2) поваренная соль NaCl ___________________________________________________
3
4

ВПР. Химия. 11 класс Код
© 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации Сложные неорганические вещества условно можно распределять, то есть классифицировать, по четырём группам, как показано на схеме. В эту схему для каждой из четырёх групп впишите пропущенные названия групп или химические формулы веществ (по одному примеру формул, принадлежащих к данной группе. Прочитайте следующий текст и выполните задания 6–8. В пищевой промышленности используется пищевая добавка Е, которая представляет собой гидроксид кальция Ca(OH)
2
. Она находит применение при производстве фруктовых соков, детского питания, маринованных огурцов, пищевой соли, кондитерских изделий и сладостей. Получение гидроксида кальция в промышленном масштабе возможно путём смешивания оксида кальция с водой, этот процесс называется гашение. Широкое применение гидроксид кальция получил в производстве таких строительных материалов, как белила, штукатурка и гипсовые растворы. Это связано сего способностью взаимодействовать с углекислым газом CO
2
, содержащимся в воздухе. Это же свойство раствора гидроксида кальция применяется для измерения количественного содержания углекислого газа в воздухе. Полезным свойством гидроксида кальция является его способность выступать в роли флокулянта, очищающего сточные воды от взвешенных и коллоидных частиц (в том числе солей железа. Он также используется для повышения рН воды, так как природная вода содержит вещества (например, кислоты, вызывающие коррозию в сантехнических трубах.
5

ВПР. Химия. 11 класс Код
© 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации
6 1. Составьте молекулярное уравнение реакции получения гидроксида кальция, которая упоминалась в тексте. Ответ
2. Объясните, почему этот процесс называют гашением. Ответ
________________________________________________________________________________
1. Составьте молекулярное уравнение реакции между гидроксидом кальция и углекислым газом , которая упоминалась в тексте. Ответ
2. Объясните, какие особенности этой реакции позволяют использовать её для обнаружения углекислого газа в воздухе. Ответ
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
1. Составьте сокращённое ионное уравнение упомянутой в тексте реакции между гидроксидом кальция и соляной кислотой. Ответ
2. Объясните, почему эту реакцию используют для повышения рН воды. Ответ
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
6
7
8

ВПР. Химия. 11 класс Код
© 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации Дана схема окислительно-восстановительной реакции.
H
2
S + Fe
2
O
3
→ FeS + S + H
2
O
1. Составьте электронный баланс этой реакции. Ответ
2. Укажите окислитель и восстановитель. Ответ
3. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Ответ Дана схема превращений
Fe Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения.
1) _________________________________________________________________________
2) _________________________________________________________________________
3) _________________________________________________________________________ Установите соответствие между формулой органического вещества и классом/группой, к которому(-ой) это вещество принадлежит к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
КЛАСС/ГРУППА А)
CH
3
-СН
2
-СН
3
Б) В)
CH
3
-CH
2
OH
1) предельные углеводороды
2) спирты
3) непредельные углеводороды
4) карбоновые кислоты Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. А Б В Ответ
9
10
11

ВПР. Химия. 11 класс Код
© 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации В предложенные схемы химических реакций вставьте формулы пропущенных веществ и расставьте коэффициенты.
1) С
2
Н
6
+ ……...........… → С
2
Н
5
Cl + HCl
2) C
3
H
6
+ ……...........… → CO
2
+ H
2
O Пропан сгорает с низким уровнем выброса токсичных веществ в атмосферу, поэтому его используют в качестве источника энергии во многих областях, например в газовых зажигалках и при отоплении загородных домов. Какой объём углекислого газану) образуется при полном сгорании 4,4 г пропана Запишите подробное решение задачи. Ответ
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________ Изопропиловый спирт используют как универсальный растворитель он входит в состав средств бытовой химии, парфюмерной и косметической продукции, стеклоомывающих жидкостей для автомобилей. В соответствии с приведённой ниже схемой составьте уравнения реакций получения этого спирта. При написании уравнений реакций используйте структурные формулы органических веществ.
CH
2
CH CH
3
CH
3
C CH
3
O
CH
3
CH CH
3
Br
CH
3
CH
CH
3
OH
1) _______________________________________________________
2) _______________________________________________________
3) _______________________________________________________
12
13
14

ВПР. Химия. 11 класс Код
© 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации Физиологическим раствором в медицине называют 0,9%-ный раствор хлорида натрия вводе. Рассчитайте массу хлорида натрия и массу воды, которые необходимы для приготовления
500 г физиологического раствора. Запишите подробное решение задачи. Ответ
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
15

ВПР
. Химия. 11 класс. Ответы 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации ВСЕРОССИЙСКАЯ ПРОВЕРОЧНАЯ РАБОТА
ХИМИЯ
, 11
КЛАСС
Отв
еты
и критерии оценив
ания
№
задания
Отв
ет
1
Смесь
Номер
рисунка
Способ
разделения
смеси
Му ка и попавшие вне железные опилки Действие магнитом
Вода с раствор нными в ней неорганическими солями
Дистилляция
(перегонка
2
N; 2; 5 (или V); неметалл N
→
C
→
Si
→
Al
4 азот N
2
– молекулярное строение поваренная соль NaCl – ионное строение 132 Верный ответ на задание 3 оценивается одним баллом
Выполнен ие заданий 1, 2, 4, 11 оценивается следующим образом 2 балла – нет ошибок
1 балл – допущена одна ошибка 0 баллов – допущено две и более ошибки, или ответ отсутствует
Содержание
верного ответа и указания по оценива
н
ию

Баллы
Элементы ответа Записаны названия групп основания, соли записаны формулы веществ соответствующих групп
Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы Правильно заполнены три ячейки схемы 1 Допущено две и более ошибки Максимальный балл
5
ВПР
. Химия. 11 класс. Ответы 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации Содержание верного ответа и указания по оценива
н
ию
(доп ускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла
Баллы
Элементы ответа
1) CaO + H
2
O = Ca(
OH)
2 2) При взаимодействии оксида кальция с водой выделяется большое количество теплоты, поэтому вода закипает и шипит, как при попадании на раскалённый уголь, когда костёр гасят водой (
или
«гашением данный процесс назван , потому что в результате образуется гашён ая известь
»)
Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы Ответ включает один из названных выше элементов 1 Все элементы ответа записаны неверно 0 Максимальный балл 2 Содержание верного ответа и указания по оценива
н
ию
(доп ускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла
Баллы
Элементы ответа
1) Ca(OH)
2
+ CO
2
= CaCO
3
↓ + H
2
O
2) В результате этой реакции образуется нерастворимое вещество карбонат кальция, наблюдается помутнение исходного раствора, что и позволяет судить о наличии углекислого газа в воздухе качественная реакция на Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы Ответ включает один из названных выше элементов 1 Все элементы ответа записаны неверно 0 Максимальный балл 2 Содержание верного ответа и указания по оценива
н
ию
(доп ускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла
Баллы
Элементы ответа
1) OH
–
+ H
+
= H
2
O
2) Наличие кислоты в природной воде обусловливает низкие значения этой воды
Гидрок сид кальция
нейтрализу
ет
кисл
оту
, и значения повышаются Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы Ответ включает один из названных выше элементов 1 Все элементы ответа записаны неверно 0 Максимальный балл 2
6
7
8

ВПР

н
ию
(доп ускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла
Баллы
1) Составлен электронный баланс) Указано, что сера в степени окисления –2 (или H
2
S) является восстановителем , а железо в степени окисления +3 или Fe
2
O
3
) – окислителем
3) Составлено уравнение реакции
3H
2
S + Fe
2
O
3
= 2FeS + S + 3
H
2
O Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы Правильно записаны два из названных выше элементов ответа 2 Правильно записан один из названных выше элементов ответа 1 Все элементы ответа записаны неверно 0 Максимальный балл Содержание верного ответа и указания по оценива
н
ию
Баллы
Написаны уравнения реакций, соответствующие схеме превращений
1) Fe + 2HCl = FeCl
2
+ H
2 2) FeCl
2
+ 2AgNO
3
= Fe(NO
3
2
+ 2Ag
C
l
3) Fe(NO
3
2
+ 2KOH = F
e(OH)
2
.)

н
ию
Баллы
Элементы ответа
1)
С
2
Н
6
+ Cl
2
→
С
2
Н
5
Cl + HCl
2) 2C
3
H
6
+ 9O
2
→
6C
O
2
+ 6
H
2
O Возможны дробные коэффициенты) Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы Допущена ошибка водном из элементов ответа 1 Все элементы ответа записаны неверно 0 Максимальный балл
9
10
12
ВПР
. Химия. 11 класс. Ответы 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации Содержание верного ответа и указания по оценива
н
ию
(доп ускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла
Баллы
1) Составлено уравнение реакции горения пропана
С
3
Н
8
+ О →
СО + НО) n(
С
3
Н
8
) = 4,4/44 = 0,1 моль СОСН моль) О) = 0,3 · 22,4 = 6,72 л Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы Правильно записаны два из названных выше элементов ответа 2 Правильно записан один из названных выше элементов ответа 1 Все элементы ответа записаны неверно 0 Максимальный балл 3 Содержание верного ответа и указания по оценива
н
ию
Баллы
Написаны уравнения реакций, соответствующие схеме
1)
C
H
3
CH
CH
2
+ H
2
O
H
2
SO
4
, t
°
CH
3
CH
CH
3
OH
CH
3
CC
H
3
O
+ кат+ вод н. р- р,
t
°
+ Допускаются иные, не противоречащие условию задания уравнения реакций
.)
Правильно записаны три уравнения реакций Правильно записаны два уравнения реакций 2 Правильно записано одно уравнение реакции 1 Все уравнения записаны неверно или ответ отсутствует 0 Максимальный балл Содержание верного ответа и указания по оценива
н
ию
(доп ускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла
Баллы
Элементы ответа
1) m
(NaCl) = 4,5 г
2) воды) = 495,5 г
Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы Ответ включает один из названных выше элементов 1 Все элементы ответа записаны неверно 0 Максимальный балл 2
13
14
15

Всероссийская Проверочная Работа ВПР Всероссийская Проверочная Работа- Химия 11 класс

Пояснения к образцу всероссийской проверочной работы

При ознакомлении с образцом проверочной работы следует иметь в виду, что задания, включённые в образец, не отражают всех умений и вопросов содержания, которые будут проверяться в рамках всероссийской проверочной работы. Полный перечень элементов содержания и умений, которые могут проверяться в работе, приведены в кодификаторе элементов содержания и требований к уровню подготовки выпускников для разработки всероссийской проверочной работы по химии. Назначение образца проверочной работы заключается в том, чтобы дать представление о структуре всероссийской проверочной работы, количестве и форме заданий, уровне их сложности.

Инструкция по выполнению работы

Проверочная работа включает в себя 15 заданий. На выполнение работы по химии отводится 1 час 30 минут (90 минут).
Оформляйте ответы в тексте работы согласно инструкциям к заданиям. В случае записи неверного ответа зачеркните его и запишите рядом новый.
При выполнении работы разрешается использовать следующие дополнительные материалы:
– Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева;
– таблица растворимости солей, кислот и оснований в воде;
– электрохимический ряд напряжений металлов;
– непрограммируемый калькулятор.
При выполнении заданий Вы можете использовать черновик. Записи в черновике проверяться и оцениваться не будут.
Советуем выполнять задания в том порядке, в котором они даны. Для экономии времени пропускайте задание, которое не удаётся выполнить сразу, и переходите к следующему. Если после выполнения всей работы у Вас останется время, Вы сможете вернуться к пропущенным заданиям.
Баллы, полученные Вами за выполненные задания, суммируются. Постарайтесь выполнить как можно больше заданий и набрать наибольшее количество баллов.
Желаем успеха!

1. Из курса химии Вам известны следующие способы разделения смесей : отстаивание, фильтрование, дистилляция (перегонка), действие магнитом, выпаривание, кристаллизация. На рисунках 1–3 представлены примеры использования некоторых из перечисленных способов.

Какие из названных способов разделения смесей можно применить для очищения:
1) муки от попавших в неё железных опилок;
2) воды от растворённых в ней неорганических солей?
Запишите в таблицу номер рисунка и название соответствующего способа разделения смеси.

железные опилки притягиваются магнитом

при перегонке после конденсации паров воды в сосуде остаются кристаллы соли

2. На рисунке изображена модель электронного строения атома некоторого химического элемента.

На основании анализа предложенной модели выполните следующие задания:
1) определите химический элемент, атом которого имеет такое электронное строение;
2) укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, в которых расположен этот элемент;
3) определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, которое образует этот химический элемент.
Ответы запишите в таблицу.
Ответ:

N; 2; 5 (или V); неметалл

для определения химического элемента следует посчитать общее количество электронов,которое мы видим на рисунке (7)

взяв таблицу Менделеева, мы с легкостью можем определить элемент (найденное кол-во электронов равняется атомному номеру элемента) (N- азот)

после этого определяем номер группы (вертикальный столбец) (5) и природу данного элемента (неметалл)

3. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева – богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах радиусы атомов уменьшаются, а в группах увеличиваются.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиусов атомов следующие элементы: N, C, Al, Si. Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.

Ответ: ____________________________

N → C → Si → Al

4. В приведённой ниже таблице перечислены характерные свойства веществ, которые имеют молекулярное и ионное строение.

Используя данную информацию, определите, какое строение имеют вещества азот N2 и поваренная соль NaCl. Запишите ответ в отведённом месте:

1) азот N2 ________________________________________________________________
2) поваренная соль NaCl ___________________________________________________

азот N2 – молекулярное строение;
поваренная соль NaCl – ионное строение

5. Сложные неорганические вещества условно можно распределять, то есть классифицировать, по четырём группам, как показано на схеме. В эту схему для каждой из четырёх групп впишите пропущенные названия групп или химические формулы веществ (по одному примеру формул), принадлежащих к данной группе.

Записаны названия групп: основания, соли;
записаны формулы веществ соответствующих групп

CaO, основания, HCl, соли

Прочитайте следующий текст и выполните задания 6–8.

В пищевой промышленности используется пищевая добавка Е526, которая представляет собой гидроксид кальция Ca(OH)2. Она находит применение при производстве: фруктовых соков, детского питания, маринованных огурцов, пищевой соли, кондитерских изделий и сладостей.
Получение гидроксида кальция в промышленном масштабе возможно путём смешивания оксида кальция с водой , этот процесс называется гашение.
Широкое применение гидроксид кальция получил в производстве таких строительных материалов, как белила, штукатурка и гипсовые растворы. Это связано с его способностью взаимодействовать с углекислым газом CO2 , содержащимся в воздухе. Это же свойство раствора гидроксида кальция применяется для измерения количественного содержания углекислого газа в воздухе.
Полезным свойством гидроксида кальция является его способность выступать в роли флокулянта, очищающего сточные воды от взвешенных и коллоидных частиц (в том числе солей железа). Он также используется для повышения рН воды, так как природная вода содержит вещества (например, кислоты ), вызывающие коррозию в сантехнических трубах.

1. Составьте молекулярное уравнение реакции получения гидроксида кальция, которая
упоминалась в тексте.

2. Объясните, почему этот процесс называют гашением.
Ответ:__________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

1) CaO + H 2 O = Ca(OH) 2
2) При взаимодействии оксида кальция с водой выделяется большое
количество теплоты, поэтому вода закипает и шипит, как при попадании на раскалённый уголь, когда костёр гасят водой (или «гашением данный процесс назван, потому что в результате образуется гашёная известь»)

1. Составьте молекулярное уравнение реакции между гидроксидом кальция и углекислым
газом, которая упоминалась в тексте.
Ответ:__________________________________________________________________________

2. Объясните, какие особенности этой реакции позволяют использовать её для обнаружения
углекислого газа в воздухе.
Ответ:__________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

1) Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
2) В результате этой реакции образуется нерастворимое вещество – карбонат кальция, наблюдается помутнение исходного раствора, что и позволяет судить о наличии углекислого газа в воздухе (качественная
реакция на CO 2)

1. Составьте сокращённое ионное уравнение упомянутой в тексте реакции между
гидроксидом кальция и соляной кислотой.
Ответ:__________________________________________________________________________

2. Объясните, почему эту реакцию используют для повышения рН воды.
Ответ:__________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

1) OH – + H + = H 2 O (Ca(OH)2+ 2HCl = CaCl2 + 2H2O)
2) Наличие кислоты в природной воде обусловливает низкие значения pH этой воды. Гидроксид кальция нейтрализует кислоту, и значения pH повышаются

шкала pH существует от 0-14. от 0-6 – кислая среда, 7- нейтральная среда, 8-14 – щелочная среда

9. Дана схема окислительно-восстановительной реакции.

H 2 S + Fe 2 O 3 → FeS + S + H 2 O

1. Составьте электронный баланс этой реакции.
Ответ:__________________________________________________________________________

2. Укажите окислитель и восстановитель.
Ответ:__________________________________________________________________________

3. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции.
Ответ:__________________________________________________________________________

1) Составлен электронный баланс:

2Fe +3 + 2ē → 2Fe +2	2		1
		2
S -2 – 2ē → S 0	2		1

2) Указано, что сера в степени окисления –2 (или H 2 S) является восстановителем, а железо в степени окисления +3 (или Fe 2 O 3) – окислителем;
3) Составлено уравнение реакции:
3H 2 S + Fe 2 O 3 = 2FeS + S + 3H 2 O

10. Дана схема превращений:

Fe → FeCl 2 → Fe(NO 3) 2 → Fe(OH) 2

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
указанные превращения.
1) _________________________________________________________________________
2) _________________________________________________________________________
3) _________________________________________________________________________

Написаны уравнения реакций, соответствующие схеме превращений:
1) Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
2) FeCl 2 + 2AgNO 3 = Fe(NO 3) 2 + 2AgCl
3) Fe(NO 3) 2 + 2KOH = Fe(OH) 2 + 2KNO 3
(Допускаются иные, не противоречащие условию задания уравнения
реакций.)

11. Установите соответствие между формулой органического вещества и классом/группой , к которому(-ой) это вещество принадлежит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Ответ:

А	Б	В

1. C3H8 – CnH2n+2 – алкан
2. C3H6 – CnH2n- алкен
3. C2H6O – CnH2n+2O- спирт

12. В предложенные схемы химических реакций вставьте формулы пропущенных веществ и расставьте коэффициенты.

1) С 2 Н 6 + ……………..… → С 2 Н 5 Cl + HCl
2) C 3 H 6 + ……………..… → CO 2 + H 2 O

1) С 2 Н 6 + Cl 2 → С 2 Н 5 Cl + HCl
2) 2C 3 H 6 + 9O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O
(Возможны дробные коэффициенты.)

13. Пропан сгорает с низким уровнем выброса токсичных веществ в атмосферу , поэтому его используют в качестве источника энергии во многих областях, например в газовых зажигалках и при отоплении загородных домов.
Какой объём углекислого газа (н.у.) образуется при полном сгорании 4,4 г пропана?
Запишите подробное решение задачи.
Ответ:__________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

1) Составлено уравнение реакции горения пропана:
С 3 Н 8 + 5О 2 → 3СО 2 + 4Н 2 О
2) n(С 3 Н 8) = 4,4/44 = 0,1 моль
n(СО 2) = 3n(С 3 Н 8) = 0,3 моль
3) V(О 2) = 0,3 · 22,4 = 6,72 л

14. Изопропиловый спирт используют как универсальный растворитель: он входит в состав средств бытовой химии, парфюмерной и косметической продукции, стеклоомывающих жидкостей для автомобилей. В соответствии с приведённой ниже схемой составьте уравнения реакций получения этого спирта. При написании уравнений реакций используйте структурные формулы органических веществ.

1) _______________________________________________________
2) _______________________________________________________
3) _______________________________________________________

Написаны уравнения реакций, соответствующие схеме:

(Допускаются иные, не противоречащие условию задания уравнения реакций.)

15. Физиологическим раствором в медицине называют 0,9%-ный раствор хлорида натрия в воде. Рассчитайте массу хлорида натрия и массу воды, которые необходимы для приготовления 500 г физиологического раствора. Запишите подробное решение задачи.
Ответ:__________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

1) m(NaCl) = 4,5 г
2) m(воды) = 495,5 г

m(р-ра) = 500г m(соли) = x

x/500 * 100%= 0,9%

m(cоли) = 500* (0,9/100)= 4,5 г

© 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации



ВВЕДЕНИЕ

Чрезвычайные ситуации, связанные с применением сжиженных углеводородных газов в настоящее время происходят все чаще, в связи с нарастанием объемов обслуживающего производства. Актуальность работы обусловлена тем, что ущерб от пожаров и взрывов в промышленно развитых странах имеет колоссальные размеры и тенденцию постоянного роста. По мере повышения уровня технической оснащенности производства, повышается и его пожаровзрывоопасность. Пожары и взрывы являются составной частью большинства чрезвычайных ситуаций на предприятиях нефтегазопереработки, что обуславливает необходимость и актуальность разработки мер, направленных на их предупреждение.

Вопросы устойчивого развития - размещение подобных объектов экономики на территориях в близости от мест массового скопления людей приводит к созданию потенциально опасной ситуации.

Экологический аспект – основной формой воздействия пожаров является химическое загрязнение продуктами горения и токсичными горючими материалами, что неблагоприятно влияет на окружающую природную среду.

1 Анализ состояния проблемы

Газовая промышленность является одной из составных частей топливно-энергетического комплекса, в состав которого входят предприятия по добыче и переработке всех видов топлива (топливная промышленность), производству электроэнергии и её транспортировке.

Широкое использование газообразного топлива в жилищно-коммунальном хозяйстве и сфере услуг обусловлено такими потребительскими свойствами, как высокая энергоотдача, удобство применения и чистота сгорания, относительно низкая цена .

В данном разделе рассматриваются сведения о применении сжиженных углеводородных газов в промышленности, об основных характеристиках сжиженных газов. Также рассматриваются характеристики газонаполнительных станций, наружных газопроводов. Приводится статистика аварий на объектах газовой промышленности.

1.1 Промышленное значение, применение пропана и других сжиженных газов

Пропан - насыщенный углеводород с химической формулой: CH3CH2CH3, бесцветный горючий газ, без запаха; температура плавления (t пл) -187,7 0С, температура кипения (t kип) - 42,1 0С. Имеет пределы взрываемости в смеси с воздухом 2,1-9,5% (по объёму). Он содержится в природных и попутных нефтяных газах, в газах, получаемых из CO и H2, а также при переработке нефти.

Пропан обладает следующими свойствами:

высокая теплотворная способность при сгорании; сгорает без остатка, при правильной эксплуатации практически безвреден; удобен в пользовании; возможны поставки в баллонах различной ёмкости на любое расстояние.

Эти свойства делают пропан универсальным газом; сегодня он широко используется и на производстве, и в быту.

1.1.1 Применение пропана на производстве

1) При выполнении газопламенных работ на заводах и предприятиях:

в заготовительном производстве; для резки металлолома ; для сварки неответственных металлоконструкций .

Толщина разрезаемой стали мм свариваемой стали 2-9 мм

2) При кровельных работах и для обогрева производственных помещений в строительстве

3) Для обогрева производственных помещений (на фермах, птицефабриках , в теплицах)

4) Для газовых плит, водогрейных колонок в пищевой промышленности

Пропан - идеальный вид коммунально-бытового топлива

1.1.2 Использование пропана в быту

При приготовлении пищи в домашних и походных условиях; для подогрева воды; для сезонного обогрева отдалённых помещений - частных домов, отелей, ферм; для сварки труб, теплиц, гаражей с использованием газо­сварочных постов .

1.1.3 Использование в промышленности

Пропан – исходный продукт для промышленных синтезов: получения хлорпроизводных пропана, каталитическим дегидрированием пропана получают пропилен, нитрованием - нитрометан (в смеси с нитроэтаном и нитропропаном). Из пропана и пропилена получают углеводороды с разветвленной углеродной цепью (2,3 – диметилбутан, 2-метилпентан и др.), служащие добавками к авиационному топливу. Некоторые виды ракетных топлив содержат в своем составе пропан.

На газобензиновых или нефтеперерабатывающих заводах из нефтяных газов пропан-бутановую фракцию отделяют от более легких компонентов сжижением и в резервуарах под давлением транспортируют на газонаполнительные станции. В процессе транспортировки и хранении смесь находится в двухфазном состоянии, т. е. в жидком виде под давлением своих паров. Жидкая фаза должна заполнять не более 85% геометрического объема баллона или резервуара, чтобы над ней оставалась паровая подушка.

Пропан при температурах от –35 до +450 С имеет высокое давление паров. Это позволяет при использовании его в установках с отбором фазы при естественном испарении устанавливать баллоны с сжиженным газом снаружи помещений. Давление паров бутана меньше, поэтому в установках с отбором паровой фазы его применяют только при положительной температуре, но он имеет преимущество перед пропаном при транспортировке: чем больше бутана в смеси с пропаном в резервуаре, тем меньше давление паров и меньше опасность разрыва емкостей. Пары пропан-бутановой смеси бесцветны и не имеют запаха. поэтому в них добавляют одоранты (этилмеркаптан).

1.1.4 Использование в качестве топлива на транспорте

Централизованные ресурсы сжиженного газа превышает 6 млн. тонн в год, из которых по разным оценкам до 1,3-1,5 млн. тонн переправляется оптом за рубеж в основном небольшими частными фирмами - экспортерами. На Российский рынок автомобильного топлива составляют 600 тыс. тонн ежегодно.

Потенциальный спрос на газовое топливо, газовые заправочные станции огромен. Для того, чтобы заправиться газом в большинстве городов России, надо простоять 1-1,5 часа.

По предварительной оценке минимальная емкость рынка продаж до годов следующая:
-станции заправки сжатым газом средней и малой мощности до 180 куб. м/час по цене примерно $ - 150-180ед;
-станции заправки сжиженным газом по цене примерно 30000$ - 400-450ед;
-газовые баллоны для сжатого газа по цене от 150 до 200$ за штуку - 20-25 тыс. ед;
-газовое автомобильное оборудование по цене 150-200$ за комплект - 200 тыс. компл.

Перечисленные виды оборудования производятся в Канаде, США, Аргентине и в Европе (Италия, Германия) и в России.

Итого, ориентировочный рынок только под поставки оборудования составляет домлн долларов. Рентабельности газового заправочного бизнеса в России составляют:
- для станций сжиженного газа - 80-100%;
- для станций сжатого газа - 20-40%;
- для станций сжатого газа внутригаражного типа - до 400%.

Анализ показывает, что в 2005 и последующих годах прибыль в этом секторе экономики РФ может составить - 200-350 млн долларов .

Рассмотрим преимущества газа перед бензином и дизельным топливом. Преимущества относятся как к метану, так и к пропан-бутану:

1. Увеличение межремонтного периода работы двигателя в 1,5 раза. Цилиндропоршневая группа двигателя служит дольше (газ не смывает масло со стенок цилиндров и лучше перемешивается с воздухом, что способствует более равномерному сгоранию);

2. Увеличение срока службы моторного масла в 1,5....2 раза. Масло можно менять реже, оно медленнее теряет свои свойства;

3. При работе на газе не бывает детонации (октановое число больше 100);

4. Снижение уровня шума работы двигателя на 3.....8 дб (как минимум в 2 раза);

5. Увеличение срока службы свечей зажигания на 40 %;

6. Снижение токсичности выхлопных газов: СО - в 2...3 раза, СН - в 1,3... 1,9 раза, гораздо меньше образуется нагара, менее вредный выхлоп;

7. Снижение дымности выхлопных газов (для дизельных двигателей) в 2...4 раза.

При установке газобаллонной аппаратуры (ГБА) в конструкции автомобиля почти ничего не меняется. Только в разрыв топливной магистрали вставляется электромагнитный клапан для отключения подачи бензина. Остальные штатные узлы и детали изменениям не подвергаются, газовая аппаратура является дополнением, которое можно в любой момент отвинтить и установить на другой автомобиль. После установки ГБА автомобиль сможет ездить на двух видах топлива - газе и бензине .

Использование, производимых в США, Канаде, Европе и у нас, установок получения сжиженных газов (пропан-бутановой смеси для автотранспорта) из попутного газа при нефтегазодобыче и при нефтегазовой переработке позволит получить при относительно небольших капиталовложениях собственные объемы газа до 3 - 4 млн. тонн ежегодно.
Таким образом, получаем, что на развивающемся российском рынке существуют все условия для начала успешного газозаправочного бизнеса.

1.2 Получение пропана

При получении пропана, как и предельных углеводородов, используют природные источники (газ, нефть и др.) и синтетические методы получения.

Пропан широко распространен в природе. Он содержится в природном газе (до 5%), растворен в нефти.

1) Крекинг нефти. Основными процессами при крекинге являются гомолитический разрыв углеродной цепи с одновременной изомеризацией и циклизацией, а также гидрогенизация углеводорода с образованием непредельных соединений. Строение этих продуктов определяется строением исходного предельного углеводорода и технологическим режимом крекинга. Крекинг был изобретен в 1891 г.

C5H12 C3H8 + C2H4;

Пентан пропан этилен

2) Гидрирование углей: смешивание и нагревание с тяжелыми смазочными маслами и катализатором (оксиды железа):

3C + 4H2 C3H8

3) Гидрирование непредельных углеводородов:

Пропилен Н2 пропан

4) Синтез из оксида углерода и водорода (синтез-газ). При этом в качестве катализатора используют никель или кобальт:

nCO + (2n+1)H2 CnH2n+2 + nH2O

1.3 Хранение пропана

Сжиженные углеводородные газы хранят в стальных резервуарах (рисунок 1.3) под давлением упругости паров и в подземных газохранилищах - горных выработках и соляных пластах.

DIV_ADBLOCK296">

Пропан можно перекачивать насосами. Однако при этом должны строго выполняться требования правил техники безопасности , при нарушении которых могут возникать следующие опасности:

§ Утечка в атмосферу через сальниковые уплотнения и их воспламенение и взрыв;

§ Перегрев в насосах в насосах с возможным взрывом;

§ Образование газовых пробок в насосах и трубопроводах с возможным разрушением трубопроводов от превышения давления;

§ Подсос воздуха в систему или его неполное удаление перед пуском после остановки или ремонта.

1.4 Мгновенное испарение пропана

Пропан входит в категорию жидкостей, которые имеют критическую температуру выше температуры окружающей среды. Основное отличие жидкостей данной категории заключается в явлении «мгновенного испарения», которое возникает тогда, когда в системе, включающей жидкость, находящуюся в равновесии со своими парами, понижается давление. Через некоторое время устанавливается новое состояние равновесия, причем температура кипения жидкости будет ниже. Особо выделим случай выброса жидкости из герметичной системы в окружающую среду. При разрушении резервуара с пропаном начальные и конечные условия могут выглядеть следующим образом:

	Начальные условия	Конечные условия
Температура, 0С
Абсолютное давление, бар

При переходе от начальных условий к конечному происходит частичное испарение. Если считать, что процесс протекает адиабатически (т. е. система не получает и не отдает тепло), то это будет означать, что энтальпия единицы массы жидкости будет при начальных условиях равна сумме энтальпии части жидкости, которая испарилась.

Эту последнюю часть можно вычислить из таблиц или диаграмм термодинамических свойств рассматриваемого вещества. На практике используют различные способы представления термодинамических свойств вещества. Как правило, употребляют диаграммы, на которых давление, температура, энтальпия, энтропия и паросодержание являются переменными величинами. Они различаются тем, какие из величин отложены по осям, например «давление-энтальпия» или «энтальпия-энтропия». Диаграммы обычно предназначаются для определения величин, отличных от параметров, отложенных по осям .

https://pandia.ru/text/78/625/images/image005_1.png" width="616" height="411">

Рисунок 1.4 – Доля мгновенно испарившейся жидкости в адиабатическом приближении .

На рисунке представлена зависимость доли мгновенно испарившейся части жидкости – пропана в адиабатическом приближении (TAFF) от начальной температуры. Расчеты проводились по следующей формуле:

TAFFТ=(НТ-НХ)/LX;

где TAFFТ - доля мгновенно испарившейся жидкости в адиабатическом приближении при температуре Т;

НТ – удельная энтальпия жидкости при температур

НХ - удельная энтальпия жидкости в точке кипения при атмосферном давлении;

LX - удельная скрытая теплота парообразования в точке кипения при атмосферном давлении.

При вычислении TAFF предполагается следующее:

1) Испаряясь, пар находится в равновесии с жидкой фазой. В действительности это не происходит, так как первоначально выброшенный пар будет иметь более высокую температуру, чем оставшаяся жидкость. При вычислениях считалось, что этот эффект весьма незначителен.

2) Процессы адиабатические. Процесс мгновенного испарения протекает очень быстро, и, следовательно, притоком тепла из окружающей среды скорее всего можно пренебречь. Намного существеннее здесь степень влияния пены и брызг на количество жидкости, выброшенной в окружающую среду.

1.4.1 Динамика процесса испарения

Законы термодинамики, основанные на определенных предположениях дают возможность предсказать конечное состояние равновесия процесса мгновенного испарения. Однако в эти законы не входит время, и таким образом, они не позволяют описать динамику поведения жидкости и газа при этом процессе.

Анализ гидродинамики мгновенного испарения включает в себя три аспекта, представляющих значительный интерес. Таковыми являются:

1) Мгновенное испарение, сопряженное с полным разрушением сосуда под давлением;

2) Мгновенное испарение при утечке над уровнем жидкости в парожидкостной системе;

3) Мгновенное испарение при утечке ниже уровня жидкости в парожидкостной системе.

В промышленности есть ряд процессов, в которые мгновенное испарение входит как составная часть. Анализ и экспериментальные исследования этого процесса необходимы для технологических расчетов, которые включают расчеты котлов с быстрым разведением паров, систем однократной перегонки и однократного испарения.

1.4.2 Мгновенное испарение после полного разрушения

Под полным разрушением сосуда под давлением понимается его внезапный распад на приблизительно равные части, что случается довольно редко. Тем не менее явление имеет место и сопровождается выбросом горючих и токсичных паров.

Оценим приблизительно масштаб времени для таких событий.

Минимальное время, необходимое для мгновенного испарения, можно теоретически получить на основании предположения об образовании в конце процесса неперемешанного с воздухом облака пара. За время мгновенного испарения принимается время достижения выбросом пара, двигающегося со звуковой скоростью от поверхности мгновенно испаряющейся жидкости, края образовавшегося облака. Таким образом:

Где Tf – время испарения, Rc –радиус паровой оболочки, Cv - скорость звука в паре.

Радиус полусферы определяется из выражения:

Следовательно: r=(0.48V)1/3=0.78V1/3;

Для вычисления радиуса облака необходимо сначала оценить объем облака с учетом объединения объема первого выброса и объема жидкости после мгновенного испарения. Радиус распространения области пара определяется разностью между радиусом полусферы и радиусом жидкости до мгновенного испарения. Однако в большинстве случаев достаточно вычесть радиус начального объема жидкости из радиуса полусферы, имеющей объем равный объему испарившегося пара.

Следовательно,

/Сv;

для 100 м3 пропана при 10 бар: TAFF=0,38; Еf=257 – отношение удельных объемов пара и жидкости для пропана при атмосферном давлении; Сv=300 м/с; тогда:

Tf=0,78*((100*257*0,38)-100)1/3/300=0,055 с.

Сравним полученный результат со временем полного разрушения сосуда под давлением. Если предположить, что разрушение вызвано растрескиванием, распространяющимися по периметру основания полусферы со скоростью звука в стали, то это бы происходило за время 2Пr/Cs секунд. Для полусферы объемом 100 м3 r=3,63 м, а длина окружности – 22,8 м, Cs=3200 м/с, Т=0,007 с.

Ситуация, описанная выше, не реальна, хотя бы потому, что полусферических резервуаров не существует, и возникновение такой трещины почти всегда будет создавать залповый выброс с сильной деформацией воздушной среды вблизи резервуара. Облако, образующееся при выбросе, будет смешиваться с воздухом. Кроме того, пар начнет свое движение из состояния покоя, и звуковая скорость вряд ли будет достигнута даже в начальный момент, а после падения давления до определенной критической точки она не будет достижима даже теоретически. Поэтому реальное время завершения процесса мгновенного испарения будет больше, чем вычислено выше.

На практике мгновенное испарение протекает весьма бурно. Как только внешняя поверхность массы жидкости освобождается от своего пара и внешний слой распадается, происходит освобождение нижнего слоя. При этом считается, что в течении периода мгновенного испарения жидкость превращается в массу пены. Выбрасываемые при бурном распаде капли могут выходить за пределы теоретически рассчитанной паровой оболочки. В тоже время образующийся при расширении пара импульс приводит к выносу пара в окружающую атмосферу, где он смешивается с воздухом, образуя облако паровоздушной смеси. Предполагается, что при мгновенном испарении в образующее паровое облако вовлекаются и капельки жидкости, причем масса жидкой фазы равна массе паровой фазы. Эта точка зрения была принята Комитетом советников по основным опасностям . Вполне возможно, что расширение пара, даже если оно происходит с дозвуковыми скоростями, будет сжимать воздух впереди себя, создавая ударную волну, аналогичную образующейся при химическом взрыве.

Хотя в изложенной выше модели предполагалось, что резервуар полностью занят жидкостью, на практике, если только резервуар не переполнен и не вышел из строя из-за гидравлического разрыва, в нем должна присутствовать паровая фаза, которая при разрыве будет расширяться. Поэтому размер парового облака, образующегося при полном разрушении резервуара с пропаном, будет зависеть от степени заполнения сосуда жидкостью в момент разрыва. Так, в нашем случае, разрушение резервуара, целиком заполненного жидкостью, может привести к тому, что объем непосредственно выброшенного пара в 100 раз будет превышать его первоначальный объем. разрушение же резервуара, частично заполненного жидкостью при давлении пара в 10 бар, приведет лишь к десятикратному увеличению.

1.4.3 Мгновенное испарение при пробое выше уровня жидкости

Рассмотрим случай, когда резервуар, содержащий мгновенно испаряющуюся жидкость, пробит выше уровня жидкости. Даже небольшая утечка может привести к тому, что выброс пара при давлении в резервуаре будет продолжаться до тех пор, пока вся жидкость не испариться. Хотя при этом от окружающей среды подводится тепло, содержимое будет охлаждаться до температуры, зависящей от размеров отверстий. Скорость истечения будет являться функцией размера отверстия и давления в резервуаре. Поток может быть критическим. Это определяется значением давления и местной скорости звука. Те же самые рассуждения можно применить и для случаев разрыва патрубка, связанного с паровым пространством в резервуаре хранения. вычисление скорости потока производится по стандартной методике.

Решение вопроса о том, является ли вовлечение капель жидкости в поток пара существенным, будет зависеть от скорости выкипания и высоты парового пространства. В работе утверждается, что в котлах с быстрым разведением паров, где конденсат испаряется от нагревательных змеевиков высокого давления, вовлечение капелек жидкости водяным паром низкого давления становится существенным при скоростях потока свыше 3 м/с. В работе показано, что в ректификационных колоннах с широкими расстояниями между тарелками скорость 2 м/с является пороговым значением для вовлечения. Таким образом, при скоростях истечения менее 2-3 м/с пробой в сосуде будет приводить к истечению только пара без капелек жидкости.

1.4.4 Мгновенное испарение при пробое ниже уровня жидкости

При пробое резервуара ниже уровня жидкости в отверстии истечения в плоской стенке скорее всего можно ожидать появление однофазного потока жидкости. При этом мгновенное испарение будет происходить с внешней стороны места утечки. Если утечка обусловлена разрывом трубопровода, то мгновенное испарение в трубе, вероятно, приведет к возникновению двухфазного потока. Из-за мгновенного испарения скорость потока будет ниже, чем скорость для однофазного потока жидкости при этом же перепаде давления. Тем не менее при пробое ниже уровня жидкости массовый расход будет больше, чем при пробое подобного размера выше уровня жидкости.

1.5 Физиологическое и токсическое действие пропана

Воздействие на животных: вдыхание смеси, состоящей из 90 % пропана и 10 % кислорода, вызывает у кошек полный наркоз.

Воздействие на человека: зарегистрированы случаи суидцидного смертельного отравления пропаном, предназначенным для использования в качестве бытового топлива. При отравлениях пропаном в крови, моче, спинномозговой жидкости не только пропан, но и пропен. Некоторые производные пропана метаболизируют в организме. Так при ингаляции 2-нитропропана-1,3 в концентрациях 72,8 и 560 мг/м3 у крыс в течение 48 часов свыше половины его выделилось через легкие в виде СО2, часть (13,7 и 21,9%) – неизменной молекулой, с мочой – 8,1 и 10,7%, с фекалиями – 10,7 и 5,3%; в тканях и костях накапливалось 25,5 и 11,3%. Пропан – продукт жизнедеятельности, обнаруживается в выдыхаемом человеком воздухе, хотя и в малом количестве .

Методы определения.

Предпочтение следует отдавать хроматографическому определению. При применении эффективных абсорбентов для отбора проб (Масловка, Новицка) метод ГЖК позволяет определять пропан. Методы определения в биосубстрактах основаны также на газоабсорбционной и ГЖК.

Методы профилактики. Индивидуальная защита.

При пользовании пропановой горелкой в закрытом помещении необходимо соблюдать меры предосторожности: при недостатке кислорода пропан сгорает с образованием СО и альдегидов, которые могут вызвать отравления. Работы следует обеспечить приточно-вытяжной вентиляцией . При работе необходимо пользоваться защитными очками.

Неотложная помощь.

При ингаляционном отравлении пострадавшего следует удалить из загрязненной атмосферы, освободить от стесняющей одежды и поместить в теплое место (обложить его грелками). При нарушении дыхания дают кислород, при отсутствии дыхания немедленно приступают к искусственной вентиляции легких. Кофе, крепкий чай, на конечности – горчичники или грелки. При наличии угрозы развития отека легких – ранее кровопускание, кислородотерапия, хлористый кальций или глюконат кальция, внутривенно 40% раствор глюкозы и т. п. Для предупреждения пневмонии применяют сульфаниламиды и антибиотики . В качестве мощных средств неспецифической противовоспалительной и антитоксической терапии назначают глюкокортикоиды (внутримышечно), в часности кортизона ацетат (2 мл суспензии), гидрокортизона ацетат (2 мл взвеси) или преднизолона гидрохлорид (0,5 или 1,0 мл). Особое внимание следует уделять состоянию сердечно-сосудистой системы .

Токсическое действие смеси газов

1) Пропан-бутан

Смесь вызывает наркоз. Токсические свойства проявляются при больших концентрациях.

Животные. Морских свинок подвергали ингаляционному воздействию смеси (пропан и бутан в равных частях) в концентрации 50% (по объему) по 30 мин в течении 30 дней, 30% по 1 ч 60 дней и 5% 120 дней. Лишь 50%-ая смесь вызвала незначительную гипохромную анемию .

Человек. Описаны случаи отравления среди рабочих наполнявших сосуды пропан-бутановой смесью. Симптомы отравления: возбуждение, оглушенное состояние, сужение зрачков, замедление пульса до 40-50 ударов в минуту, слюнотечение, рвота, затем сон в течении нескольких часов; на следующий день пульс оставался замедленным, отмечались гипотония, умеренное повышение температуры тела; после тяжелых отравлений с длительным наркозом возможна потеря памяти. Местное действие на человека – при попадании на кожу вызывает обмораживание, по характеру действия напоминающее ожог.

2) Пропан-бутан-пентан

Животные.

В опытах на крысах-самцах, непрерывно в течении 105 дней вдыхавшх смесь пропана (139 мг/м3), бутана (80 мг/м3) и пентана (32 мг/м3), после 90 дней было отмечено замедление прироста массы тела, уменьшение количества эритроцитов, гемоглобина, снижение фагоцитарной активности нейтрофилов, угнетение условнорефлекторной деятельности. У забитых животных выявлены дистрофические изменения в печени. Несколько менее выраженные, но по той же направленности изменения были обнаружены у животных при вдыхании в тех же условиях смеси пропана (11 мг/м3).

1.6 Чрезвычайные ситуации, характерные для сжиженных газов и их последствия.

По литературным данным, наиболее известные аварии, связанные с обращающимися на установке опасным веществом, приведены ниже.

1984 г. Сан-Хуанико (Мексика).

Серия последовательных взрывов с образованием огненных шаров в парке хранения жидких углеводородов С3-С4 в результате утечек большого количества углеводородов из трубопровода или резервуара. Облако воспламенилось от пламени факельного устройства.

Взрыв парового облака последовал в результате разрыва трубопровода с жидким пропаном. Происшествие могло стать самым крупным за всю историю случаем взрыва парового облака, однако оно произошло в малонаселенном районе города и взрыву предшествовал определенный период времени, позволивший эвакуировать некоторое количество жителей. В результате аварии жертв не было, за исключением получивших легкие травмы. Хотя данное событие ранее охарактеризовывалось как детонация, однако, в настоящее время оно расценивается как дефлаграционное превращение, вызванное взрывом внутри здания.

Механическая причина взрыва – разрыв 8-дюймового (200 мм) трубопровода, по которому осуществлялась транспортировка пропана под давлением 6 МПа. После разрыва трубопровода прошло 20 мин до возгорания, что позволило окружающим переместится на безопасное расстояние.

Возгорание произошло в результате проникновения пара в здание склада, сооруженного из бетонных блоков и расположенного в 300 м от места утечки по направлению ветра. В здании находилось оборудование для глубокого охлаждения и, вероятно искровой разряд термостата привел к возгоранию. Само здание было разрушено по всей вероятности в результате первого взрыва. Ни одно из прилегающих к месту аварии зданий не было полностью разрушено в отличие от аварии 28 июля 1948 г в Людвигсхафене (Германия) и аварии 1 июня 1979 г в Фликсборо (Великобритания).

По оценке операторов количество разлившейся жидкости из трубопровода составляло примерно 750 баррелей, или 60 т. несомненно не все количество разлившегося вещества участвовало во взрыве, часть его рассеялось в воздухе до концентрации меньше нижнего предела воспламенения, а часть – до концентрации выше верхнего предела воспламенения. В случае достаточного продолжительного процесса разлития в конечном итоге наступает такое состояние равновесия, при котором скорость разбавления вещества в воздухе до концентрации, при которой горение невозможно, становиться равной интенсивности источника утечки. В отчете оценивается стационарное состояние облака, при котором его размеры составляют 500 м в длину, 16-20 м в ширину, 4-7 м в высоту. Такое облако покрывает площадь 6 тыс. м2.

Рост моторизации приносит с собой необходимость проведения мер по охране окружающей среды. Воздух в городах все более загрязняется веществами, вредными для здоровья человека, особенно окисью углерода, несгоревшими углеводородами, окислами азота, соединениями свинца, серы и т. д. В значительной мере это продукты неполного сгорания топлив, применяемых на предприятиях, в быту, а также в автомобильных двигателях.

Наряду с токсичными веществами при эксплуатации автомобилей вредное воздействие на население оказывает и их шум. За последнее время в городах уровень шума возрастал ежегодно на 1 дБ, поэтому необходимо не только приостановить возрастание общего уровня шума, но и добиться его снижения. Постоянное воздействие шума вызывает нервные заболевания, снижает трудоспособность людей, особенно занятых умственной деятельностью. Моторизация приносит шум в ранее тихие отдаленные места. Снижению шума, создаваемого деревообрабатывающими и сельскохозяйственными машинами, к сожалению, до сих пор не уделяется должного внимания. Цепная бензопила создает шум в значительной части леса, что вызывает изменения условий жизни животных и нередко бывает причиной исчезновения их отдельных видов.

Наиболее часто, однако, вызывает нарекания загрязнение атмосферы отработавшими газами автомобилей.

При оживленном движении отработавшие газы скапливаются у поверхности почвы и при наличии солнечной радиации, особенно в промышленных городах, расположенных в плохо проветриваемых котловинах, образуется так называемый смог . Атмосфера загрязняется в такой степени, что пребывание в ней вредит здоровью. Сотрудники дорожной службы, стоящие на некоторых оживленных перекрестках, в целях сохранения своего здоровья применяют кислородные маски. Особенно вредна располагающаяся вблизи земной поверхности относительно тяжелая окись углерода, проникающая в нижние этажи зданий, гаражи и уже не однажды приводившая к смертельным случаям.

Законодательные предприятия ограничивают содержание вредных веществ в отработавших газах автомобилей, причем они постоянно ужесточаются (табл. 1).

Предписания приносят изготовителям автомобилей большие заботы; они также косвенно влияют и на эффективность автомобильного транспорта.

Для полного сгорания топлива можно допустить некоторый избыток воздуха с тем, чтобы обеспечить хорошее смещение с ним топлива. Необходимый избыток воздуха зависит от степени перемешивания топлива с воздухом. В карбюраторных двигателях на этот процесс отводится значительное время, поскольку путь топлива от смесеобразующего устройства до свечи зажигания достаточно большой.

Современный карбюратор позволяет образовать различные виды смеси. Наиболее богатая смесь нужна для холодного пуска двигателя, так как значительная доля топлива конденсируется на стенках впускного трубопровода и сразу в цилиндр не попадает. Испаряется при этом лишь небольшая часть легких фракций топлива. При прогреве двигателя также требуется смесь богатого состава.

При движении автомобиля состав топливовоздушной смеси должен быть бедным, что обеспечит хороший КПД и небольшой удельный расход топлива. Для достижения максимальной мощности двигателя нужно иметь богатую смесь, чтобы полностью использовать всю массу поступившего в цилиндр воздуха. Для обеспечения хороших динамических качеств двигателя при быстром открывании дроссельной заслонки необходимо дополнительно подать во впускной трубопровод некоторое количество топлива, что компенсирует топливо, осевшее и сконденсированное на стенках трубопровода в результате повышения в нем давления.

Для хорошего перемешивания топлива с воздухом следует создать высокую скорость воздуха и его вращение. Если сечение диффузора карбюратора постоянно, то при низких частотах вращения двигателя для хорошего смесеобразования скорость воздуха в нем мала, а при высоких - сопротивление диффузора приводит к уменьшению массы поступающего в двигатель воздуха. Этот недостаток можно устранить, используя карбюратор с переменным сечением диффузора или впрыск топлива во впускной трубопровод.

Существует несколько типов систем впрыска бензина во впускной трубопровод. В наиболее часто применяемых системах топливо подается через отдельную для каждого цилиндра форсунку, благодаря чему достигается равномерное распределение топлива между цилиндрами, устраняется оседание и конденсация топлива на холодных стенках впускного трубопровода. Количество впрыскиваемого топлива легче приблизить к оптимальному, требуемому двигателем в данный момент. Отпадает необходимость в диффузоре, исключаются возникающие при его прохождении воздухом потери энергии. В качестве примера такой системы подачи топлива можно привести часто используемую систему впрыска типа «Бош К-Джетроник», применяющуюся на .

Схема этой системы представлена на рис. 1. Конический патрубок 1 , в котором перемещается качающийся на рычаге 2 клапан 3 , выполнен так, что подъем клапана пропорционален массовому расходу воздуха. Окна 5 для прохода топлива открываются золотником 6 в корпусе регулятора при перемещении рычага под воздействием поступающего потока воздуха. Необходимые изменения состава смеси в соответствии с индивидуальными особенностями двигателя достигаются формой конического патрубка. Рычаг с клапаном уравновешен противовесом, силы инерции при колебаниях автомобиля не влияют на клапан.

Рис. 1. Система впрыска бензина «Бош К-Джетроник»:
1 - впускной патрубок; 2 - рычаг воздушного пластинчатого клапана; 3 - воздушный пластинчатый клапан; 4 - дроссельная заслонка; 5 - окна; 6 - дозирующий золотник; 7 - регулировочный винт; 8 - топливная форсунка; 9 - нижняя камера регулятора; 10 - распределительный клапан; 11 - стальная мембрана; 12 - седло клапана; 13 - пружина распределительного клапана; 14 - редукционный клапан; 15 - топливный насос; 16 - топливный бак; 17 - топливный фильтр; 18 - регулятор давления топлива; 19 - регулятор подачи дополнительного воздуха; 20 - перепускной клапан топлива; 21 - топливная форсунка холодного пуска; 22 - термостатный датчик температуры воды.

Расход воздуха, поступающего в двигатель, регулируется дроссельной заслонкой 4 . Демпфирование колебаний клапана, а с ним и золотника, возникающих при низких частотах вращения двигателя вследствие пульсаций давления воздуха во впускном трубопроводе, достигается жиклерами в топливной системе. Для регулирования количества подаваемого топлива служит также винт 7 , расположенный в рычаге клапана.

Между окном 5 и форсункой 8 размещен распределительный клапан 10 , поддерживающий с помощью пружины 13 и седла 12 , опирающегося на мембрану 11 , постоянное давление впрыска в распылителе форсунки 0,33 МПа при давлении перед клапаном 0,47 МПа.

Топливо из бака 16 подается электрическим бензонасосом 15 через регулятор давления 18 и топливный фильтр 17 в нижнюю камеру 9 корпуса регулятора. Постоянное давление топлива в регуляторе поддерживается редукционным клапаном 14 . Мембранный регулятор 18 предназначен для сохранения давления топлива при неработающем двигателе. Это предотвращает образование воздушных пробок и обеспечивает хороший пуск горячего двигателя. Регулятор также замедляет рост давления топлива при пуске двигателя и гасит его колебания в трубопроводе.

Холодный пуск двигателя облегчают несколько устройств. Перепускной клапан 20 , управляемый биметаллической пружиной, открывает при холодном пуске сливную магистраль в топливный бак, что снижает давление топлива на торец золотника. Этим нарушается равновесие рычага и одному и тому же количеству поступающего воздуха будет соответствовать больший объем впрыскиваемого топлива. Другим устройством является регулятор подачи дополнительного воздуха 19 , диафрагму которого также открывает биметаллическая пружина. Дополнительный воздух необходим для преодоления повышенного сопротивления трения холодного двигателя. Третье устройство – это топливная форсунка 21 холодного пуска, управляемая термостатом 22 в водяной рубашке двигателя, который держит форсунку открытой, пока охлаждающая двигатель жидкость не достигнет заданной температуры.

Оснащение электроникой рассмотренной системы впрыска бензина ограничено минимумом. Электрический бензонасос при остановленном двигателе выключен и, меньшее количество избыточного воздуха, чем при непосредственном впрыске топлива, однако большая охлаждающая поверхность стенок приводит к большим потерям теплоты, что вызывает падение .

Образование окиси углерода CO и углеводородов CH x

При сгорании смеси стехиометрического состава должны образоваться безвредные двуокись углерода CO 2 и водяной пар, а при нехватке воздуха вследствие того, что часть топлива сгорает неполностью, – дополнительно токсичные окись углерода CO и несгоревшие углеводороды CH x .

Эти вредные для здоровья компоненты отработавших газов можно дожечь и обезвредить. С этой целью необходимо специальным компрессором K (рис. 2) подавать свежий воздух в такое место выпускного трубопровода, где вредные продукты неполного сгорания можно сжечь. Иногда для этого воздух подают непосредственно на горячий выпускной клапан.

Как правило, термический реактор для дожигания CO и CH x размещают сразу за двигателем непосредственно на выходе из него отработавших газов. Отработавшие газы M подводятся в центр реактора, а отводятся с его периферии в выпускной трубопровод V . Внешняя поверхность реактора имеет теплоизоляцию I .

В наиболее нагретой центральной части реактора размещена жаровая камера, нагретая отработавшими газами, где дожигаются продукты неполного сгорания топлива. При этом высвобождается теплота, поддерживающая высокую температуру реактора.

Несгоревшие компоненты в отработавших газах можно окислить и без горения при помощи катализатора. Для этого к отработавшим газам необходимо добавить вторичный воздух, нужный для окисления, химическую реакцию которого проведет катализатор. При этом также высвобождается теплота. Катализатором служат обычно редкие и драгоценные металлы, поэтому он весьма дорог.

Катализаторы можно применить в любом типе двигателя, однако они имеют относительно небольшой срок службы. Если в топливе присутствует свинец, то поверхность катализатора быстро отравляется, и он приходит в негодность. Получение высокооктанового бензина без свинцовистых антидетонаторов является достаточно сложным процессом, при котором расходуется много нефти, что при ее дефиците экономически нецелесообразно. Ясно, что дожигание топлива в тепловом реакторе ведет к энергетическим потерям, хотя при сгорании выделяется тепло, которое можно утилизировать. Целесообразно поэтому так организовать процесс в двигателе, чтобы при сгорании в нем топлива образовывалось минимальное количество вредных веществ. В то же время необходимо заметить, что для выполнения перспективных законодательных предписаний применение катализаторов будет неизбежным.

Образование окислов азота NO x

Вредные для здоровья окислы азота образуются при высокой температуре горения в условиях стехиометрического состава смеси. Уменьшение выброса соединений азота связано с определенными трудностями, так как условия их снижения совпадают с условиями образования вредных продуктов неполного сгорания и наоборот. В то же время температуру сгорания удается снизить введением в смесь какого-либо инертного газа или водяного пара.

Для этой цели целесообразно рециркулировать во впускной трубопровод охлажденные отработавшие газы. Уменьшающаяся вследствие этого мощность требует обогащения смеси, большего открытия дроссельной заслонки, что увеличивает общий выброс вредных CO и CH x с отработавшими газами.

Рециркуляция отработавших газов совместно с уменьшением степени сжатия, изменением фаз газораспределения и более поздним зажиганием может снизить содержание NO x на 80 %.

Окислы азота устраняют из отработавших газов, используя также и каталитические методы. В этом случае отработавшие газы вначале пропускаются через восстановительный катализатор,в котором происходит снижение содержания NO x , а затем вместе с добавочным воздухом – через окислительный катализатор, где устраняются CO и CH x . Схема такой двухкомпонентной системы дана на рис. 3.

Для снижения содержания вредных веществ в отработавших газах применяют так называемые α-зонды, которые могут быть также использованы совместно с двухкомпонентным катализатором. Особенность системы с α-зондом состоит в том, что добавочный воздух для окисления не подается к катализатору, но α-зонд постоянно следит за содержанием кислорода в отработавших газах и управляет подачей топлива таким образом, чтобы состав смеси всегда соответствовал стехиометрическому. В этом случае CO, CH x и NO x будут присутствовать в отработавших газах в минимальных количествах.

Принцип работы α-зонда заключается в том, что в узком диапазоне вблизи стехиометрического состава смеси α = 1 напряжение между внутренней и внешней поверхностью зонда резко меняется, что служит управляющим импульсом для устройства, регулирующего подачу топлива. Чувствительный элемент 1 зонда выполнен из двуокиси циркония, а его поверхности 2 покрыты слоем платины. Характеристика напряжения U , между внутренней и внешней поверхностями чувствительного элемента показаны на рис. 4.

Другие токсичные вещества

Для увеличения октанового числа топлива обычно применяют антидетонаторы, например тетраэтилсвинец. Чтобы соединения свинца не оседали на стенках камеры сгорания и клапанах, используют так называемые выносители, в частности, дибромэтил.

Эти соединения поступают в атмосферу с отработавшими газами и загрязняют растительность вдоль дорог. Попадая с пищей в организм человека, соединения свинца вредно влияют на его здоровье. Об осаждении свинца в катализаторах отработавших газов уже упоминалось. В этой связи важной задачей в настоящее время является удаление свинца из бензина.

Масло, проникающее в камеру сгорания, полностью не сгорает, и в выхлопных газах повышается содержание CO и CH x . Для исключения этого явления необходимы высокая герметичность поршневых колец и поддержание хорошего технического состояния двигателя.

Сгорание большого количества масла особенно характерно для двухтактных двигателей, у которых оно добавляется к топливу. Отрицательные последствия применения бензомасляных смесей частично смягчаются дозированием масла специальным насосом в соответствии с нагрузкой двигателя. Аналогичные трудности существуют и при применении двигателя Ванкеля.

Вредное воздействие на здоровье человека оказывают и пары бензина. Поэтому вентиляцию картера необходимо осуществлять таким образом, чтобы газы и пары, проникающие в картер из-за плохой герметичности, не поступали в атмосферу. Утечку паров бензина из топливного бака можно предотвратить адсорбцией и отсасыванием паров во впускную систему. Утечка масла из двигателя и коробки передач, загрязнение автомобиля вследствие этого маслами также запрещены в целях сохранения чистоты окружающей среды.

Уменьшение расхода масла с экономической точки зрения столь же важно, как и экономия топлива, поскольку масла значительно дороже топлива. Проведение регулярного контроля и технического обслуживания сокращают расход масла из-за возникновения неисправностей двигателя. Течи масла в двигателе могут наблюдаться, например, вследствие плохой герметичности крышки головки блока цилиндров. Из-за утечки масла загрязняется двигатель, что бывает причиной пожара.

Небезопасна утечка масла и вследствие низкой герметичности уплотнения коленчатого вала. Расход масла в этом случае заметно возрастает, и автомобиль оставляет грязные следы на дороге.

Загрязнение автомобиля маслом весьма опасно, и масляные пятна под автомобилем служат поводом для запрещения его эксплуатации.

Масло, вытекающее через уплотнение коленчатого вала, может попасть в сцепление и вызвать его пробуксовку. Однако более негативные последствия вызывает, попадание масла в камеру сгорания. И хотя расход масла при этом относительно невелик, но неполное его сгорание увеличивает выброс вредных составляющих с отработавшими газами. Горение масла проявляется в излишнем дымлении автомобиля, что типично для , а также значительно изношенных четырехтактных двигателей.

В четырехтактных двигателях масло проникает в камеру сгорания через поршневые кольца, что особенно заметно при большом износе их и цилиндра. Основная причина проникновения масла в камеру сгорания состоит в неравномерности прилегания компрессионных колец к окружности цилиндра. Отвод масла со стенок цилиндра осуществляется через прорези маслосъемного кольца и отверстия в его канавке.

Через зазор между стержнем и направляющей впускного клапана масло легко проникает во впускной трубопровод, где имеется разрежение. Это особенно часто наблюдается при использовании масел с малой вязкостью. Предотвратить расход масла через этот узел можно применением резинового сальника на торце направляющей клапана.

Картерные газы двигателя, содержащие много вредных веществ, обычно отводятся специальным трубопроводом во впускную систему. Поступая из нее в цилиндр, картерные газы сгорают вместе с топливовоздушной смесью.

Маловязкие масла снижают потери на трение, улучшают двигателя и уменьшают расход топлива. Однако не рекомендуется применять масла с вязкостью меньшей, чем предписано нормами. Это может вызвать повышенный расход масла и большой износ двигателя.

Вследствие необходимости экономии нефти сбор и использование отработанного масла становятся все более важными проблемами. Путем регенерации старых масел можно получить значительное количество качественных жидких смазывающих веществ и одновременно предотвратить загрязнение окружающей среды, прекратив сброс отработанных масел в водные потоки.

Определение допустимого количества вредных веществ

Устранение вредных веществ из отработавших газо - достаточно сложная задача. В больших концентрациях эти компоненты весьма вредны для здоровья. Конечно, невозможно сразу изменить создавшееся положение, особенно в отношении эксплуатируемого парка автомобилей. Поэтому законодательные предписания по контролю за содержанием вредных веществ в отработавших газах рассчитаны на производимые новые автомобили. Эти предписания будут постепенно совершенствоваться с учетом новых достижений науки и техники.

Очистка отработавших газов связана с увеличением расхода топлива почти на 10 %, снижением мощности двигателя и ростом стоимости автомобиля. Возрастает при этом и стоимость технического обслуживания автомобиля. Катализаторы также стоят дорого, так как их компоненты состоят из редких металлов. Срок службы должен быть рассчитан на 80000 км пробега автомобиля, однако сейчас он еще не достигнут. Используемые в настоящее время катализаторы служат около 40000 км пробега, и при этом применяется бензин без примесей свинца.

Сложившаяся ситуация ставит под сомнение эффективность жестких предписаний по содержанию вредных примесей, поскольку это вызывает значительный рост стоимости автомобиля и его эксплуатации, а также приводит в итоге к повышенному потреблению нефти.

Выполнение выдвигаемых на перспективу жестких требований к чистоте отработавших газов при современном состоянии бензиновых и дизельных двигателей пока не представляется возможным . Поэтому целесообразно уделять внимание радикальному изменению силовой установки механических транспортных средств.