Проектная работа Первое задание пилота

Департамент общего образования Томской области

Областное государственное бюджетное образовательное учреждение

Кадетская школа-интернат

«Северский кадетский корпус»

«Химия»

Тема: «Первое задание пилота»

Мотов Ростислав

Кадет 8А класса

Научный руководитель:

Попова Ольга Леонидовна

Учитель химии и биологии

г. Северск

СОДЕРЖАНИЕ

1

2

3

4

Введение

Область применения проекта: «Пилот»

Термины, определения и сокращения

Характеристика бензина

3

3

4

5

5

Опытно-практическое исследование образцов бензина

10

6

Баннер

12

7

Выводы

13

8

Список литературы

13

9

Приложение

14

Первое задание пилота

Введение

Тема выбрана не случайно, на АЗС в селе Турунтаево Томского района мой отец заправляет автомобиль бензином. Однажды он пожаловался на работу автомобиля, обвиняя заправку и бензин, который там приобрел, «разбавляют» - говорил он. Я в интернете изучил вопрос: как обычный потребитель без серьезной экспертизы может определить качество бензина?

Так, родился химический проект под названием «Пилот».

Очень часто, для того чтобы повысить октановое число топлива, владельцы автозаправочных станций добавляют в него нафталин, этиловый спирт или тетраэтилсвинец. Все эти вещества могут привести к выходу из строя различных узлов автомобиля и сокращению его срока службы.

Экспертиза топлива, в частности экспертиза бензина, должна проводиться только в лабораторных условиях и только квалифицированными и компетентными специалистами.

Цель данного исследования заключается в установлении соответствия потребительских свойств бензина, выявлении в нем посторонних примесей.

Тема представляет теоретический и практический интерес, потому что информирует многочисленную «армию» автолюбителей о качестве продукции АЗС.

В данном исследовании использовали нестандартный подход в способе размещения выводов, сделанных в ходе экспериментов.

Область применения проекта «Пилот»

Настоящая исследовательская работа проделана в ОГБОУ КШИ «Северский кадетский корпус» по предмету Химия.

Проект «Пилот» создан в 2015 году. Основной областью исследований, в которой проект работает, является химия. Проект будет изучать, анализировать все объекты, которые заинтересуют «пилотов». Первым заданием является: потребительские свойства бензина.

Полученные знания в области химии можно применять в экспресс анализах, не требующих серьезного лабораторного оборудования, для определения потребительских свойств бензина.

Итогом работы будет считаться: создание продукта - баннера, желание предпринимателей заправочных станций, принять участие в проекте «Пилот».

Термины, определения и сокращения

В настоящей работе применяются следующие термины с соответствующими определениями:

Автомобильный бензин - бензин, низкого качества у которого не нормируют вязкость и плотность.

Алкилирование - процессе, при котором изобутан и газообразные олефины реагируют под действием катализаторов и образуют жидкие изопарафины, имеющие октановое число, близкое к изооктану.

Баннер - графическое изображение рекламного характера. Баннеры размещают для привлечения клиентов, для информирования или для создания позитивного имиджа.

Бензин - горючая смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 33 до 205 °C (в зависимости от примесей).

Гидрокрекинг - процесс, при котором используют давление более чем 175 атм. для превращения сырой нефти в сжиженный нефтяной газ (LP-газ), тогда происходит полное коксование и с высоким выходом превращения парообразной нефти в бензин и реактивное топливо.

Детонация - это режим горения, в котором по веществу распространяется ударная волна.

Изомеризация - процесс получения высокооктанового сырья при добавлении в моторное топливо хлорида алюминия и других подобных катализаторов.

Катализатор - это вещество, которое ускоряет протекание химических реакций без изменения сути самих реакций. Каталитическими свойствами обладают многие вещества, включая металлы, их оксиды, различные соли.

Каталитический крекинг - крекинг, идущий в присутствие катализаторов.

Нефть - это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений, ценное полезное ископаемое.

Октановое число - показатель способности бензина противостоять детонации.

Перегонка - нагревание нефти в змеевике примерно до 320°С, и подача на промежуточные уровни в ректификационной колонне.

Полимеризация - способ получения бензина, который позволил получить жидкие бензиновые фракции из олефинов, присутствующих в крекинг-газах.

Риформинг - это процесс преобразования линейных и нециклических углеводородов в бензолоподобные ароматические молекулы.

Термический крекинг - разложение более тяжелых фракций сырой нефти при высоких температурах.

В настоящей работе приняты следующие сокращения:

KMnO₄ - перманганат калия (марганцовка)

АЗС - автозаправочная станция.

АИ - бензин автомобильный, «И» - исследовательский метод.

АИ 95 - бензин автомобильный с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95.

АИ-92 - октановое число.

ДВС - двигатель внутреннего сгорании.

Характеристика бензина

Раздел химии, изучающий углеводороды называется органической химией. Бензин представляет собой смесь легких углеводородов - различных соединений углерода и водорода. На рисунке 1 показаны структурные формулы нескольких углеводородов, которые могут входить в состав бензина [1].

СН₃-СН=СН-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃

Гептилен (С₇Н₁₄)

Гептен -2

Бензол (С₆Н₆)

СН₃-СН-СН₂-СН-СН₂-СН₃

СН₃ СН₃

Изооктан (С₈Н₁₈)

2,4-диметил гексан

Циклогексан (С₆Н₁₂)

СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃

Гептан (С₇Н₁₆)

Рис.1 Структурные формулы нескольких углеводородов бензина

Первая формула представляет вещество гептан (С₇Н₁₆), у него семь атомов углерода, соединенных в прямую цепочку. Второе вещество содержит шесть атомов углерода, соединенных в виде кольца. Это циклогексан (С₆Н₁₂). У третьего соединения семь атомов углерода, цепочка прямая, без разветвлений, но есть двойная связь. Название вещества гептен -2. Еще одно соединение бензол, представитель ароматических углеводородов. И наконец, изооктан (С₈Н₁₈). Слово «октан» означает, что в молекуле восемь атомов углерода, а приставка «изо» - что углеродная цепочка разветвлена [1].

Встречающиеся данные углеводороды в бензине отвечают за способность бензина детонировать. Из перечисленных веществ, при сжатии гептан детонирует легче всего, за ним детонационной стойкостью по мере возрастания следуют циклогексан, гептен-2 и бензол. А наибольшей стойкостью к детонации обладает изооктан [1].

Детонация - это режим горения, в котором по веществу распространяется ударная волна [2] .

Октановым числом называется показатель способности бензина противостоять детонации. Способность детонировать точно соответствует марке бензина. Выраженная в процентах доля изооктана в полученной смеси и есть октановое число. Детонационная стойкость чистого изооктана принята за 100 единиц. Высокооктановые бензины - с октановым числом более 90 -долгое время производили в основном для авиации и двигателей спортивных машин. Сейчас же автомобильные ДВС достигли такого совершенства, что и в них используют топливо с октановым числом 95 и даже 98 (его указывают в марке бензина) [1].

Бензин можно получить простой отгонкой его от нефти. Схематично это выглядит так: нефть нагревают и испаряющиеся легкие фракции конденсируют. Чтобы произвести высокооктановый бензин, используют процесс, получивший название крекинг (от английского cracking- расщепление). Суть крекинга заключается в расщеплении «длинных» углеводородных молекул при высоких температурах, в некоторых случаях в присутствии катализаторов, и получении продуктов с меньшей молекулярной массой, чем у исходных [1].

До 1930 -х годов бензин получали в основном путем простой отгонкой от нефти. В нем содержалось большое количество насыщенных углеводородов с прямой цепочкой, как у гептана. Такой бензин склонен к детонации при сравнительно невысоком давлении, и, следовательно, сделать в расчете на него мотор с высокой степенью сжатия невозможно. Но от степени сжатия напрямую зависит мощность, которую может развивать двигатель. Вот и получалось, что двигатели той поры обладали сравнительно невысокой удельной мощностью [1].

Современные технологий производства бензина следующие: перегонка, крекинг (термический и каталитический), риформинг, полимиризация, алкилирование, изомеризация, гидрокрекинг [3].

Сырьём для получения бензина является нефть. Нефть - это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое, залегающее часто вместе с газообразными углеводородами (попутные газы, природный газ) [4].

Соединения сырой нефти - это сложные вещества, состоящие из пяти элементов - C, H, S, O и N, причем содержание этих элементов колеблется в пределах 82-87% углерода, 11-15% водорода, 0,01-6% серы, 0-2% кислорода и 0,01-3% азота [4].

Все бензины отличаются друг от друга, как по составу, так и по свойствам, так как их получают не только как продукт первичной возгонки нефти, но и как продукт попутного газа (газовый бензин) и тяжелых фракций нефти (крекинг-бензин) [3].

Бензины классифицируют по разным основаниям, включая интервалы температур кипения, октановое число, содержание серы:

• Крекинг-бензины

• Бензин газовый

• Пиролиз

• Этилированные бензины

Крекинг-бензины содержат значительный процент тех компонентов, при смешении которых образуется моторное топливо. Однако их прямое использование во многих странах законодательно ограничивается, поскольку они содержат заметное количество олефинов, а именно олефины являются одной из главных причин образования фотохимического смога [3].

Бензин газовый представляет собой продукт переработки попутного нефтяного газа, содержащий предельные углеводороды с числом атомов углерода не менее трех. Различают стабильный (БГС) и нестабильный (БГН ) варианты газового бензина. БГС бывает двух марок - легкий (БЛ) и тяжелый (БТ). Применяется в качестве сырья в нефтехимии, на заводах органического синтеза, а также для компаундирования автомобильного бензина (получения бензина с заданными свойствами путем его смешивания с другими бензинами) [3].

Пиролиз - это крекинг при температурах 700-800°С. Крекинг и пиролиз позволяют довести суммарный выход бензина до 85% [3].

Этилированные бензины. Это вид бензинов, который получил своё название главным образом из-за входящей в его состав антидетонационной присадки антидетонатора - тетраэтилсвинца (ТЭС), служащей для повышения октанового числа в бензинах. ТЭС представляет собой маслянистую бесцветную жидкость с плотностью 1652,4 кг/куб.м. Температура кипения ТЭС составляет 200 градусов Цельсия, он растворим в бензине и органических растворителях, чрезвычайно ядовит, относится к первой группе опасности по отравляющему действию. ТЭС неустойчив - под действием температуры, солнечного света, воды, воздуха разлагается с образованием белого осадка.

ТЭС используют в смеси с так называемыми "выносителями", при сгорании превращающими свинцовые соединения в газообразное состояние. Смесь ТЭС и "выносителя" называется этиловой жидкостью, а бензины, к которым добавлена этиловая жидкость этилированными [3].

Для отличия этилированных бензинов, от неэтилированных первые окрашиваются в яркие цвета [3].

По условиям применения бензин бывает авиационный и автомобильный. Основную массу автомобильных бензинов в России вырабатывают по ГОСТ 2084-77, ГОСТ Р51105-97 и ТУ 38.001165-97. В зависимости от октанового числа ГОСТ 2084-77 предусматривает пять марок автомобильных бензинов: - А-76, А-80, АИ-92, АИ-95, АИ-98 [5].

Выпускают автомобильный бензин марок А-76 (этилированный и неэтилированный, летний и зимний), А-80 (этилированный и неэтилированный), АИ-92 (этилированный и неэтилированный, летний и зимний), АИ-95 «Экстра» (неэтилированный летний) и АИ-95 (неэтилированный, летний и зимний) [3].

В разных регионах мира используются разные марки автомобильного бензина. В Европе распространены марки «суперплюс» или «супер» (неэтилированный, летний и зимний), «премиум» или «европейский» (неэтилированный, летний и зимний), «немецкий» (этилированный, летний и зимний), «итальянский» (этилированный, летний и зимний), «регулар» (неэтилированный, летний и зимний). В США применяется автомобильный бензин марок «регулар», «мидгрейд», «премиум» и «суперпремиум». Все марки бывают как летние, так и зимние. В США применяется только неэтилированный или, вернее, малоэтилированный автомобильный бензин с содержанием свинца менее 0,0026 г/л. В Азиатско-Тихоокеанском регионе применяется автомобильный бензин марок 91RON, 92RON, 95RON, 97RON. Все они малоэтилированные (летние) с содержанием свинца до 0,01 г/л. Аббревиатура RON составлена из первых букв английских слов research octane number (октановое число по исследовательскому методу). При написании марок бензина используются разные значения октановых чисел, поэтому при подборе аналогов необходимо ознакомиться с описанием каждой марки. Производство автомобильного бензина в мире примерно 900 млн т в год, что составляет 30% от общего производства нефтепродуктов [3].

Автомобильный бензин марки А-76 (Low octane motor gasoline). Автомобильный бензин низкого качества. Содержит продукты термического и каталитического крекинга, коксования и пиролиза, прямогонный бензин, антиокислительные и антидетонационные присадки. Самая распространенная марка бензина для использования в сельском хозяйстве. А-76 производят этилированный (желтого цвета) с содержанием свинца не более 0,17 г/л и неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу - 76, а по исследовательскому методу не нормируется, но обычно близко к 80 [3].

Автомобильный бензин марки А-80 (Low octane motor gasoline). Автомобильный бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. производят этилированный с содержанием свинца не более 0,15 г/л и неэтилированный с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы - не более 0,05%. Плотность - не более 0,755 г/смА-803. Октановое число по моторному методу - 76, а по исследовательскому методу - 80. Фактически - это бензин марки с немного улучшенными характеристиками [3].

Автомобильный бензин марки А-92 (Regular motor gasoline). Автомобильный бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. Самая распространенная марка бензина в крупных городах РФ и Украины. производят этилированный с содержанием свинца не более 0,15 г/л и неэтилированный с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы - не более 0,05%. Плотность - не более 0,77 г/смА-923. Октановое число по моторному методу - 83, а по исследовательскому методу - 92. По качеству близок к европейской марке «регулар» и азиатской 92RON, но содержит на 30% больше свинца [3].

Автомобильный бензин марки АИ-95 (AI-95 premium motor gasoline). Автомобильный бензин улучшенного качества. Готовят на основе бензина каталитического крекинга легкого дистиллятного сырья с изопарафиновыми и ароматическими компонентами и добавкой газового бензина. Содержит антидетонационные присадки. производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу - 85, а по исследовательскому методу - 95. По качеству близок к европейской марке «премиум» и азиатской 95RON, но содержит на 30% больше свинца.

Автомобильный бензин марки АИ-95 «Экстра» (AI-95 Extra premium motor gasoline). Автомобильный бензин улучшенного качества. Готовят на основе бензина каталитического крекинга легкого дистиллятного сырья с изопарафиновыми и ароматическими компонентами и добавкой газового бензина. Содержит антидетонационные присадки. АИ-95 производят неэтилированный (бесцветный), свинец в нем отсутствует. Плотность - не более 0,720 г/см3, содержание серы - не более 0,05%, давление насыщенных паров - не менее 53,3 кПа (400 мм рт. ст.). Октановое число по моторному методу - 85, а по исследовательскому методу - 95. По качеству близок к европейской марке «премиум» и азиатской 95RON, но лучше, так как не содержит свинца [3].

Авиационный бензин предназначен для применения в поршневых авиационных двигателях. В отличие от автомобильных двигателей, в авиационных используется в большинстве случаев принудительный впрыск топлива во впускную систему, что определяет некоторые особенности авиационных бензинов по сравнению с автомобильными. Более высокие требования к качеству авиационных бензинов. ГОСТ 1012-72 предусматривает две марки авиационных бензинов: Б-91/115 и Б-95/130. Марка авиабензина означает его октановое число по моторному методу, указываемое в числителе, и сортность на богатой смеси - в знаменателе дроби. Авиационный бензин Б-91/115 предназначен для эксплуатации двигателей АШ-62ир, АИ-26В, М-14Б, М-14П и
М-14В-26, а Б-95/130 - двигателей АШ-82Т и АШ-82В. В течение 1988-1992 гг. проведен большой комплекс исследований и испытаний, в результате чего разработан единый авиационный бензин Б-92 без нормирования показателя "сортность на богатой смеси", вырабатываемый по ТУ 38.401-58-47-92. Как показали испытания, авиационный бензин Б-92 может применяться взамен бензина Б-91/115 в двигателях всех типов [5].

Опытно-практическое исследование образцов бензина

Цель исследования - установить соответствие потребительских свойств бензина.

Задачи:

1. Доказать опытным путем отсутствие или присутствие в бензине следующих веществ: воды, механических загрязнителей, масел и примесей.

2. Оформить заключение своей работы в виде баннера.

Для опытно-практического исследования на АЗС были взяты образцы бензина двух марок АИ-92 и АИ-95. На бензин марки АИ-92 получен технический паспорт (см. Приложение1). Химико-физическая характеристика вещества - бензин представлена в таблице 1.

Таблица -1 Химико- физические свойства бензина

Формула

В состав бензина входит до 200 разных углеводородов

Физические свойства

Бензины - легковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтые (при отсутствии специальных добавок) жидкости, имеющие плотность 700-780 кг/м³. Бензины имеют высокую летучесть, и температуру вспышки в пределах 20-40 градусов по Цельсию. Температура кипения бензинов находится в интервале от 30 до 200 C. Температура застывания - ниже минус 60 градусов. При сгорании бензинов образуется вода и углекислый газ. При концентрациях паров в воздухе 70-120 г/м³образуются взрывчатые смеси.

1.Опыт: «Определение механических примесей в образцах бензина». Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Таблица -2 Результаты эксперимента

Наблюдения

Исследуемые образцы

В образцах неэтилированного бензина (прозрачного цвета, отсутствует яркое окрашивание) механические примеси не обнаружены. Бензин имеет бледно-желтый цвет, что соответствует его техническим характеристикам.

2.Опыт: «Определение воды в образцах». Взяли три пробирки: одну с водой две

с образцами, добавили соль перманганат калия (КMnO₄). Результаты эксперимента представлены в таблице 3.

Таблица -3 Результаты эксперимента

Наблюдения

Исследуемые образцы

Перманганат калия растворился в воде, окрасив ее в розово-фиолетовый цвет. В пробирках с образцами окрашивания не произошло, так как воды в них нет.

Через время, кристаллы марганцовки выпали в осадок без окрашивания образца.

3.Опыт: «Определение масел в образцах бензина». Взяли химический бумажный фильтр и капнули на него немного исследуемого образца. Результаты эксперимента представлены в таблице 4.

Таблица -4 Результаты эксперимента

Наблюдения

Исследуемые образцы

На фильтрах образец хорошо растекся и через некоторое время бесследно испарился.

После испарения фильтры остались чистыми. Результат эксперимента положительный, масел в бензине обоих марок нет.

Фильтры с образцами

Фильтры бес следов масла.

4. «Определение примесей в образцах бензина". Взяли керамическую чашку, капнули образец и подожгли. Результаты эксперимента представлены в таблице 5.

Таблица -5 Результаты эксперимента

Наблюдения

Исследуемые образцы

После горения образца на керамической чашке остаются круговые разводы желтого цвета. Это свидетельствует о наличие примесей в бензине. В образце 92 разводов нет, и, следовательно, примесей.

После сжигания образца 95 характерные примесные разводы обнаружены не были.

Баннер

ПИЛОТ проверил АИ-92 , АИ-95

воды, масел и примесей НЕТ

Химический проект «ПИЛОТ», ОГБОУ КШИ «Северский кадетский корпус»

Выводы:

1. На основании экспериментов с образцами бензина установили соответствие качества продукта и его потребительские свойства. В бензине на АЗС села Турунтаево Томского района механических примесей (загрязнителей), воды, масел и органических примесей обнаружено не было.

2. По итогам экспериментов сделали заключение и создали информационный баннер для ознакомления потребителей с качеством предлагаемого топлива.

Список литературы

1. Статья Д.Зыков «О чем говорит октановое число?», ж. Наука и жизнь №4 2012г с.87-89.

2. В.И. Перельман «Краткий справочник химика».М., Издательство «ХИМИЯ», 1964г. 624с.

3. Информационный сайт автолюбителя: tezCAR.ru статья «Автомобильный бензин».

4. Б.В. Некрасов « Основы общей химии».-М ., т.1, 2, 1976.

5. Реферат: Физико-химические свойства бензина, рубрика «Химия»; parta.ua.

Приложение 1