96070

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Реферат

Экология и защита окружающей среды

Загрязнение атмосферного воздуха, связанное с работой агрегатов автомобиля, имеет три основных источника: отработавшие газы, газы вентиляции картера и системы питания топливом. Распределение основных типов токсичных веществ по источникам неравномерно.

Русский

2015-10-02

26.94 KB

0 чел.

ВВЕДЕНИЕ

Загрязнение атмосферного воздуха, связанное с работой агрегатов автомобиля, имеет три основных источника: отработавшие газы, газы вентиляции картера и системы питания топливом. Распределение основных типов токсичных веществ по источникам неравномерно. В отработавших газах — от 95% таких соединений, а других — от 2 до 5%. Состав основных соединений в отработавших газах зависит от режима работы двигателя, его технического состояния и состава, а также свойств применяемых топлив и масел.

Сами топлива и смазочные масла до процесса сгорания в двигателе содержат относительно нетоксичные соединения, и прямого вредного воздействия газообразных углеводородов, попадающих в воздух с испарениями, на здоровье человека не обнаружено. Различные легкокипящие углеводороды и неуглеводородные примеси опасны тем, что образуют промежуточные токсичные продукты окисления в некоторых атмосферных химических реакциях.

Основная часть загрязнений, выделяемых двигателем автомобиля, приходится на долю отработавших газов, в составе которых содержится более 300 соединений, опасных для здоровья человека и вредных для окружающей среды.

В среднем состав отработавших газов двигателей автомобилей представлен в таблице 1.

Состав отработавших газов (ОГ) бензинового двигателя с принудительным воспламенением

Таблица 1.

Наименование  компонентов

Пределы концентраций компонентов в ОГ, % об

Наименование компонентов

Пределы концентраций компонентов в ОГ, мг/м3

Азот

74 - 77

Оксиды серы

0 - 0,003

Кислород

0,2 - 8,0

Сажа

0 - 100

Пары йода

3,0 - 13,5

Бензапирен

0 - 25

Диоксид углерода

5,0 - 12,0

Соединения свинца

0 - 60

Углеводороды (суммарно)

0,2 - 3,0

Монооксид углерода

0,1 - 10,0

Оксиды азота

0,0 - 0,6

Альдегиды

0,0 - 0,2


ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

1. Диоксид углерода (СО2). Образуется при полном сгорании топлива. Содержание диоксида углерода в воздухе не нормировано. Усваивается и преобразуется растениями в процессе фотосинтеза. Возрастание концентрации опасно в том отношении, что при поглощении длинноволнового теплового излучения (при недостатке озонового слоя) создается «парниковый эффект», обусловливающий перегрев поверхности земли.

2. Оксид углерода (СО). Ядовитый газ, не имеющий запаха и цвета. Образуется при горении богатой смеси (а<1) вследствие недостатка кислорода для полного окисления топлива. Его концентрация в выпускных газах двигателей с принудительным воспламенением может достигать 6% по объему. В дизелях всегда имеется избыток кислорода (а > 1), и концентрация оксида углерода составляет 0,2—0,3%. Сохраняется в атмосфере около 3—4 месяцев. Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочих помещений —20 мг/м3, в населенных пунктах — 3 мг/м3 (максимальная разовая) и 1 мг/м3 — среднесуточная.

Оксид углерода, соединяясь с гемоглобином крови, дает устойчивое
соединение — карбоксигемоглобин, затрудняющий процесс газообмена в клетках, что приводит к кислородному голоданию (сродство гемоглобина с оксидом углерода примерно в 210 раз выше его сродства с кислородом). Поэтому прямое воздействие состоит в уменьшении способности крови переносить кислород. Процесс образования карбоксигемоглобина обратимый. После прекращения вдыхания оксида углерода кровь пострадавшего начинает очищаться от него наполовину за каждые 3—4 часа.

3.  Оксиды азота (NOx). В результате воздействия азота и кислорода воздуха в камере сгорания двигателя при высокой температуре образуются оксиды азота. Из шести стабильных газообразных оксидов азота: N2O, NO, NO2, N2O3, N2O4 и N2O5 в отработавших газах содержатся 80—90% NO и 10—20% NO2, т.е. смесь оксида и диоксида азота. Эти два газа составляют около 40% общего выброса оксидов азота в атмосферу больших городов. Некоторое количество оксидов азота может образовываться и за счет азотистых соединений самого топлива.

Основное действие на организм человека оказывают не окиси азота, а азотная и азотистая кислоты, образующиеся непосредственно в дыхательных путях человека при соединении их с водой.

Раздражаются слизистые оболочки глаз, носа, рта (предельно допустимая разовая концентрация — 0,6 мг/м3). Монооксид азота оказывает вредное действие на гемоглобин крови, который превращается в нитрогемоглобин. Степень воздействия NO на организм человека приблизительно в 10 раз сильнее воздействия СО.
На уровне земли обычная концентрация NO
x (в основном оксида азота) составляет 2—3 ррт.

Оксиды азота сохраняются в окружающей атмосфере в течение 3—4 дней. Диоксид азота, реагируя с атмосферной влагой, образует азотную кислоту, что приводит к значительной коррозии металлов.

4. Оксиды серы (SOх). Влияют на здоровье человека, растительный и животный мир, разрушают различные материалы: металлы, краску, строительные материалы, бумагу, текстильные ткани. Предельно допустимая концентрация диоксида серы, мг/м3: в рабочей зоне — 10, максимальная разовая в атмосфере населенных пунктов — 0,5, среднесуточная — 0,05.
Сернистый газ неядовит, но в соединении с другими загрязнениями и влагой раздражает глаза, нос и горло, вредно влияет на легкие. Сернистый газ образует сернистую кислоту и далее серную, обладающую высокой коррозионной агрессивностью.

Диоксиды серы и азота являются причиной выпадения так называемых кислотных дождей. Кислотные дожди значительно повышают кислотность почвы, оказывают разрушающее действие на конструкционные материалы, влияют на урожайность сельскохозяйственных культур, здоровье человека. Вместе с воздушными массами оксиды азота и серы могут переноситься на большие расстояния.

В ходе газофазных окислительных процессов, в которых участвуют в основном летучие органические соединения, олефины, продукты неполного окисления углеводородов, образуются также и органические кислоты, главным образом муравьиная и уксусная, которые также являются предшественниками кислотных дождей. Формирование кислотного дождя зависит от скорости поглощения загрязнений аэрозольными частицами.
Выпадение кислотных дождей приводит к гибели лесов, повышению кислотности почвы и может отрицательно влиять на урожайность сельскохозяйственных культур. Велики разрушения и повреждения конструкционных материалов, которые вызывают кислотные дожди. Основные повреждающие вещества: катион водорода, оксиды серы и азота, формальдегид, озон, пероксид водорода и др. Загрязнение атмосферного воздуха наносит непоправимый вред памятникам культуры, ускоряя их старение. Так, за 90 лет пребывания в Центральном парке Нью-Йорка древний египетский обелиск «Игла Клеопатры» пострадал значительно сильнее, чем за три тысячелетия пребывания в Египте.

5. Углеводороды (СН). Сами углеводороды (кроме бензола и некоторых олефинов), как уже говорилось ранее, не представляют существенной опасности для человека и окружающей среды. Но они опасны прежде всего как промежуточные продукты физических процессов, приводящие к образованию стойких аэрозолей, получивших название «смог». Это особый тип загрязнения атмосферы, впервые отмеченный около 50 лет назад в Лос-Анджелесе.

Главный источник этих загрязнителей — отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания. При неблагоприятном состоянии атмосферы (отсутствие ветра, повышенная влажность, фотохимическое воздействие света, запыленность и т. д.) возникают характерная голубоватая дымка и ухудшение видимости.

При этом наблюдается сильное раздражение слизистой оболочки дыхательных путей, глаз. Длительное воздействие смога ведет к повышению заболеваемости среди населения, повреждению растительности, усилению коррозии металлов. Именно из-за смога во многих городах мира полицейские были вынуждены находиться на посту в противогазах.
Образование смога протекает при довольно низких температурах, важным фактором активации молекул является солнечный свет. При поглощении света изменяется электронная, вращательная и колебательная энергия молекул, что приводит к возбужденному состоянию. Электронно-возбужденные молекулы могут вступать в такие реакции, которые при данной температуре им не свойственны. Так, например, продукты фотолиза озона, кислорода, воды, оксидов азота могут в верхних слоях атмосферы (свыше 80 км) атаковать молекулярный кислород с образованием кислорода в виде одноатомных молекул. Несколько ниже (16—32 км) снова образуется озон. Именно здесь слой озона выполняет роль фильтра для ультрафиолетовой радиации. Человек не мог бы существовать в условиях солнечной ультрафиолетовой радиации, если бы она не была ослаблена слоем озона (так называемые «озоновые дыры», возникающие в отсутствие озонового слоя). Кроме углеводородов, в образовании смогов участвуют продукты окисления из состава отработавших газов (альдегиды .и кетоны, карбоновые кислоты и спирты), многие кислые продукты сгорания серы и азота, твердые частицы неполного сгорания топлива и другие аэрозоли. Непосредственные причины образования ядовитых туманов-смогов различны. В Нью-Йорке, например, смог часто возникает при реакциях фтористых или хлористых соединений с капельками воды. В некоторых городах Японии наблюдается смог в виде грязного тумана из частиц сажи и пыли. В Лондоне смог образуется в результате атмосферной инверсии, связанной с присутствием сажи, оксидов серы и сероводорода. Для Калифорнии характерно формирование смогов сравнительно невысокой степени загрязнения воздуха оксидами азота и продуктами окисления углеводородов, что вызывает раздражение глаз, бронхиальную астму и другие заболевания дыхательных путей.

Существует отдельная группа углеводородов, состоящая из многих кольцевых структур в одной молекуле, так называемых полиядерных ароматических углеводородов, обладающая канцерогенными свойствами. В этой группе найдено около 20 соединений типа 3,4—бенз—а—пирен. Этот углеводород, называемый часто просто «бензпиреном», является своего рода индикатором присутствия в смеси других полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).

Такие углеводороды присутствуют в отработавших газах в небольшом количестве. При этом в отработавших газах двигателя с принудительным зажиганием содержание соединений типа бензапирена на порядок больше, чем в отработавших газах дизеля.
Попадая в дыхательные пути человека, полициклические ароматические углеводороды постепенно накапливаются до критических концентраций и стимулируют образование злокачественных опухолей.

6. Твердые частицы отработавших газов. Твердые продукты неполного сгорания топлив и масел увеличивают дымность отработавших газов. Состав твердых частиц связан с режимом работы и различается для бензиновых двигателей и дизелей. Но наибольшую опасность вызывают не столько твердые частицы, сколько многие жидкие продукты, адсорбированные на их поверхности. Образование таких частиц измеряется при оценке экологических свойств топлива и масел при их испытаниях на двигателях. Особую опасность для организма человека представляют частицы токсичных выбросов аэрозолей с радиусом менее 20 мкм, задерживающиеся в атмосфере длительный срок и попадающие вдыхательные пути.

При соприкосновении с канцерогенными веществами аэрозольные частицы сорбируют их на своей поверхности. Такие аэрозоли, попадая в организм, стимулируют образование злокачественных опухолей.
Все перечисленные выше выбросы практически постоянно присутствуют в отработавших газах, но количество их изменяется в зависимости от режима работы двигателя.

На анализ отработавшие газы, как правило, отбираются с учетом их реальных режимов, и содержание компонентов оценивается за определенный цикл испытаний.

Концентрацию сажи измеряют двумя методами: дымомером определяют оптическую плотность газов с помощью просвечивания (в %) и сажемером — содержание сажи в газах методом фильтрования (в г/м3).
                                                        

                                        


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во многих странах мира установлены нормы на выбросы СО, СН и NOХ двигателями с принудительным воспламенением. Для дизелей нормируют твердые частицы и только для автомобилей, эксплуатируемых на рудниках, в открытых карьерах и шахтах, нормируют выбросы СО, СН и NО.

Выброс токсических веществ двигателями легковых автомобилей определяют во время испытаний на стендах с беговыми барабанами по ездовому циклу, имитирующему режимы работы двигателя при эксплуатации в крупных юродах.

При испытаниях по ездовому циклу США подсчитывают количество выбросов токсических веществ в граммах на километр.

При испытаниях по Европейскому испытательному циклу, принятому в России, определяют суммарные выбросы СН, СО и NOх за одно испытание в граммах.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гуреев, А. А. Автомобильные бензины. – М.: Нефть и газ, 2005. – 444 с.

2. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник. – М.: Техинформ, 2006. – 596 с.

3. Сафонов, Л.С. Автомобильные топлива: Химмотология. Эксплуатационные свойства. Ассортимент. - СПб.: НПИКЦ, 2002. – 264 с.

4. Стуканов, В.А. Автомобильные эксплуатационные материалы. Учебное пособие. Лабораторный практикум. - М.: Инфра-М, 2002. - 208 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70108. Многотабличные запросы 127.5 KB
  В секции FROM указывается источник данных – таблица или итоговый набор. Секция может содержать несколько источников, разделенных запятыми. Результат подобного перечисления функционально эквивалентен перекрестному объединению.
70109. Подготовка к установке OC Windows XP в среде VirtualBox 69.5 KB
  Анализ аппаратного обеспечения ПК Определите и запишите основные технические характеристики и конфигурацию вашего ПК в виде: Тип модель процессора его тактовая частота объем кеша Тип материнской платы и ёё тактовую частоту Тип оперативной памяти ёё объем и частоту работы...
70111. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ 2.17 MB
  Цель работа Оценка эффективности защитного заземления в трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью и в трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В. Оценить эффективность защитного заземления в трехфазной...
70112. Визначення моменту інерції тіла за періодом крутильних коливань 64 KB
  Моментом інерції матеріальної точки відносно осі обертання називається добутком маси цієї точки на квадрат відстані від осі. Моментом інерції системи (тіла) відносно осі обертання називається фізична величина, яка дорівнює сумі добутків мас n матеріальних точок на квадрати їх відстаней до даної осі...
70113. Канали з розширення спектру (DSSS, FHSS) 585.94 KB
  Приклад моделі розширення спектру однополярними сигналами з амплітудою 1 операція XOR Коди Уолша. Графік автокореляційної функції Виконати розширення спектру перемноженням двох полярних сигналів даних та коду Уолшаприклад Wlsh.
70114. ОЗНАЙОМЛЕННЯ З КОЛОРИТОМ І ТЕХНІКОЮ ВИКОНАННЯ ВИШИВОК, ВИКОРИСТАННЯ ЇХ У ПОБУТІ ТА ОДЯЗІ. РОБОТИ НАРОДНИХ МАЙСТРІВ 68 KB
  Використання домотканого полотна що має перпендикулярне переплетення ниток обумовлювало і загальний характер полтавської вишивки геометричні або геометризовані орнаментальні форми вирішені великими рельєфними масами.
70115. Текстовий процесор Microsoft Word. Робота з таблицями, графічними зображеннями та редактором формул 1010 KB
  Мета роботи:Ознайомитись з основними поняттями та принципами роботи з текстовим процесором Microsoft Word. Навчитись налаштовувати робоче середовище процесора, форматувати текст, працювати з графічними зображеннями, таблицями та підпрограмою Microsoft Equation.
70116. Формирование и развитие организаций 553.5 KB
  Факторы влияющие на развитие организаций № Факторы Способствуют Затрудняют 1 Природные ресурсы России 2 Трудовые ресурсы России 3 Территория страны 4 Национальный менталитет 5 Международные отношения 6 Государственно-политическое устройство страны...