Лабораторная работа № 10 определение окиси углерода и углеводородов в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания

Цель работы: 1) Ознакомление с работой газоанализаторов ГИАМ-29 и «Автотест»

2) Определение окиси углерода (СО) и углеводородов (СН) в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

10.1 Теоретическая часть

Выбросы от автомобильного транспорта составляют около 80% от всех выбросов в атмосферу.

Автомобильный транспорт наиболее агрессивен в сравнении с другими видами транспорта по отношению к окружающей среде. Он является мощным источником ее химического (поставляет в окружающую среду громадное количество ядовитых веществ), шумового и механического загрязнения. Следует подчеркнуть, что с увеличением автомобильного парка уровень вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду интенсивно возрастает.

Так, если в начале 70-х годов учёные-гигиенисты определяли долю загрязнений, вносимых в окружающую среду автомобильным транспортом, в среднем равной 13%, в 90-ые – уже достигла 50%, то в настоящее время она достигла 72% и продолжает расти, что создаёт серьёзную экологическую проблему для крупных промышленных городов, сопровождающую урбанизацию.

Наибольшая доля химического загрязнения ОС автомобильным транспортом приходиться на газы двигателей внутреннего сгорания. Теоретически предполагается, что при полном сгорании топлива в ДВС в результате взаимодействия углерода и водорода топлива с кислородом воздуха образуется углексилый газ и водяной пар. Практически же вследствие физико-химических процессов в цилиндрах ДВС действительный состав отработанных газов включает более 200 компонентов, значительная часть которых токсична (таблица 10.1)

К токсичным компонентам отработавших газов относятся: оксид углерода (СО), углеводороды (СН), оксиды азота (NО) и серы, альдегиды, сажа, бенз-а-пирен и др.

Причиной образования СО и частично углеводородов является неполное сгорание углерода (массовая доля которого в бензинах достигает 85%) из-за недостаточного количества кислорода. Концентрации СО и СН в отработанных газах возрастают при обогащении смеси (α<1).

Содержание оксидов азота при наличии избыточного кислорода тем больше, чем выше максимальная температура цикла.

Таблица 10.1 – Ориентировочный состав отработанных газов ДВС – карбюраторных и дизельных.

Компоненты (ингридиенты)	Пределы концентраций компонентов
	бензиновые двигатели	дизельные двигатели
Азот, % об.	74,0-77,0	76,0-78,0
Оксид углерода СО, % об.	0,1-10,0	0,01-0,3
Углеводороды, % об.	0,2-0,3	0,01-0,5
Диоксид углерода СО2, %	5,0-12,0	1,0-12,0
Бенз-а-пирен, мг/м3	0-25,0	0-10,0
Сажа, мг/м3	0-100,0	0-2000,0
Пары Н2О, %	3,0-13,5	0,5-10,0
Кислород (О2), %	0,2-8,0	2,0-18,0
Соединения свинца	0-60,0	-

Оксид углерода (СО) – бесцветный, не имеющий запаха газ. Плотность СО меньше, чем воздуха, и поэтому он легко распространяется в атмосфере. Поступая в организм человека с вдыхаемым воздухом, СО снижает функцию кислородного питания, выполняемую кровью. Это объясняется тем, что поглощаемость СО кровью в 240 раз выше поглощаемости кислорода. Повышенные концентрации СО опасны и тем, что в результате кислородного голодания организма ослабляется внимание, замедляется реакция, падает работоспособность.

Углеводородные соединения при экспериментальных исследованиях вызывали раковые заболевания у животных. Особенно опасными из групп СН является многоядерный ароматический углеводород бенз-а-пирен – вещество, представляющее собой кристаллы желтого цвета – канцерогенное вещество. В местах непосредственного контакта с тканью появляются злокачественные опухоли, в случае попадания этих веществ с пылью, через дыхательные пути в легкие, они оседают в организм.

Концентрацию токсичных компонентов в отработавших газах оценивают в объемных процентах, в миллионных долях по объему – млн^-1, ррm (частей на миллион, 10000 ррm=1% по объему) и реже в мг на 1л отработанных газов.

По данным исследований, легковой автомобиль при среднегодовом пробеге 15 тыс. км «вдыхает» - 4,36 т кислорода (О₂) и «выдыхает» 3,25 тонн углекислого газа (СО₂), 0,8 тонн (СО) оксида углерода, 0,2 тонны углеводородов (СН). В отличие от промпредприятий, выброс которых концентрируется в определенной зоне, автомобиль «рассеивает» продукты неполного сгорания топлива практически по всей территории городов, причем непосредственно в приземном слое атмосферы.

В Республике Беларусь в окружающую среду выбрасывается в среднем 1400 тыс. тонн загрязняющих веществ (автотранспорт – 1008 тыс. тонн, промышленные предприятия – 28% или 392 тыс. тонн).

В составе выбросов в атмосферу преобладает СО – 57%, углеводороды – 19%, NO – 11%, большая часть (СО – 87%, СН – 68%, NO – 58%) от автотранспорта.