24

Лабораторная работа № 3

Исследование состава выхлопных газов автомобилей анализатором «инфралайт-11р»

Цель работы

- изучение состава отработавших газов автомобильных двигателей; - ознакомление с принципом действия, конструктивными особенностями и правилами технической эксплуатации прибора для исследования состава выхлопных газов автомобилей, анализатором « ИНФРАЛАЙТ-11Р приобретение навыков проведение замеров концентрации загрязняющих веществ выхлопных газов автомобилей.

Состав отработавших газов автомобильных двигателей

Транспортные средства загрязняют воздух веществами, которые выбрасываются вместе с отработавшими газами (ОГ). При этом в составе ОГ имеются и не токсичные (н/т) и не вредные (н/вр) вещества (табл. 3.1) [1].

Таблица 3.1

Состав отработавших газов двигателей

Вещество	Химическая формула	Объемная доля, %		Токсичность, вредность
		бензиновый	дизельный
1	2	3	4	5
Кислород	О2	0,05 – 8,0	2,0 – 18,0	н/т, н/вр
Двуокись углерода	СО2	5 – 12,5	1 – 12	н/т, вр
Пары воды	Н2О	3 – 13	0,5 – 10	н/т, н/вр
Азот	N2	74 – 77	76 – 78	н/т, н/вр
Окислы азота	NOx	0,05 – 0,5	0,1 – 1,0	т, вр
Окись углерода	CO	0,1 – 10	0,01 – 0,5	т, вр
Углеводороды (без C20Н12)	CnHm	0,2 – 2,0	0,01 – 0,5	т, вр
Сажа (мг/м3)	C	до 100	до 20000	т, вр
Окислы серы (мг/м3)	SOx	0,003	0,015	т, вр
Бенз(а)пирен (мкг/м3)	C20H12	25	100	т, вр

Механизм образования и действия важнейших из приведенных в табл. 3.1 веществ следующий:

Диоксид углерода СО₂ – не токсичное (н/т), но вредное (вр) вещество в связи с фиксируемым повышением его концентрации в атмосфере и влиянием на «парниковый эффект». Измеряемая доля СО₂ в выбросах автомобилей в 300 – 500 раз выше, чем в атмосферном воздухе, продолжается в выпускной трубе. а также в нейтрализаторах (дожигателях), устанавливаемых на современных автомобилях;

Оксид углерода СО – токсичное вещество, образующееся при сгорании углеводородного топлива с некоторыми недостатком воздуха и при диссоциации СО₂ (при температурах более 2000 К). Воздействует на организм человека, угнетая психические функции и вызывая удушье. В городах с содержанием оксида углерода в пределах от 3 до 6 мг/м³ проживает около 5 млн человек. Действие таких концентраций приводит к острому отравлению, а при хроническом воздействии наблюдается увеличение содержания в крови карбоксигемоглобина, происходит изменение психомоторных реакций и обострение ишемической болезни сердца;

Оксиды азота NO_х – представляют набор шести соединений (от закиси азота до пятиокиси). В двигателях преобладает NO (до 99 % – в карбюраторных и более 90 % в дизелях). Значительное влияние на выход NO оказывает неравномерность температурного поля в зоне горения и присутствие паров воды, которая в цепной реакции окисления N₂ является ингибитором. Оксиды азота вызывают острые отравления, нарушение обмена выществ, а также аллергию, нервные расстройства и злокачественные новообразования. В городах России с повышенным уровнем загрязнения атмосферы оксидами азота проживает около 6 млн человек, т.е. около 6 % горожан, в том числе около 4 млн человек при концентрациях (по NO₂) до 0,07 мг/м³, а остальные – до 0,12 мг/м³;

Углеводороды С_nH_m – образуются в двигателях в результате пиролиза и синтеза (реакции цепочно-теплового взрыва). Их количество определяется качеством организации горения: чем выше неполнота сгорания, тем более углеводородов. То есть неоднородность топливовоздушной смеси по сечению цилиндра, пропуски зажигания в отдельных циклах или цилиндрах, прекращение горения в отдельных зонах при низких температурах способствуют росту углеводородов. Среди С_nH_m наиболее токсичны полиароматические углеводороды (ПАУ), а из них наибольшая токсичность у бенз(а)пирена С₂₀H₁₂. Бенз(а)пирен образуется одновременно с сажей и практически всегда сопутствует ей. Он является сильнейшим канцерогеном и тератогеном;

Сажа является твердым углеродом и основной составляющей твердых частиц ОГ. Сажа образуется при термическом разложении углеводородов с недостатком кислорода – при объемном пиролизе. Этот процесс характерен для дизелей в переобогащенных топливом зонах. Кроме того, чем больше доля углерода (т.е. соотношение С/Н) в топливе, тем выход сажи выше. На поверхности сажи всегда присутствуют твердые мельчайшие включения ПАУ, что заставляет относить сажу к опаснейшим загрязнителям. Кроме сажи в ОГ присутствуют оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты и др;

Окислы серы SO_х и, прежде всего, диоксид серы SO₂ образуется для серосодержащих горючих по механизму, близкому к образованию СО. Соединения серы поражают в первую очередь органы дыхания, глаза, центральную нервную систему, кожу, угнетают окислительные процессы;

Свинец Pb в составе твердых частиц появляется из-за использования этилированных бензинов. Присутствует в виде галогенов свинца, механизм образования которых сходен с механизмом появления сажи. Свинец и его соединения вызывают нарушения процессов кровообращения, повреждение печени и почек, вызывает неврологические эффекты, угнетают процессы развития и роста организма, способствуют развитию слабоумия. С 2003 года использование этилированного бензина в России запрещено Законом.