Файл: основы экологии лабораторный практикум 2009.pdf

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)

10.1Теоретическая 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 физикохимических 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).

48

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.

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,

49

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.

10.2 Устройство и принцип работы газоанализаторов ГИАМ-29 и «Автотест»

Раньше для определения содержания СО применялись приборы, работа которых основана на определении теплоты сгорания СО на каталитической активной платиновой спирали. Точность этих приборов была не высокая (+10%) и в дальнейшем разрабатывались и внедрялись более точные приборы такие как многокомпонентный газоанализатор «Автотест-01, 02», газоанализатор ГИАМ-29 (рисунок 10.1), предназначенные для контроля технического состояния ДВС и определения содержания окиси углерода (СО), углеводородов (СН) по гексану в выхлопных газах ДВС с принудительным поджогом топлива.

В газоанализаторе ГИАМ-29 использован оптико-абсорбционный метод анализа газа, основанный на измерении поглощения инфракрасной (ИК) энергии излучения анализируемым компонентом.

1- сегменты индикатора «Насос»; 2 – сегменты индикатора «Тест»; 3 – сегменты индикатора «СН» сигнализируют о выдаче на правый индикатор концентрации гексана; 4 – сегменты индикатора «об/мин»; 5 – индикатор СО; 6 – индикатор СН/об/мин;

7 – кнопка «Насос» для включения-выключения побудителя расхода; 8 – кнопка «Калибр.0» для калибровки «0» СО и СН; 9 – кнопка «Печать»;

10 – кнопка «СН» - «об/мин» для включения правого табло; 11 – кнопка «Контроль»: а)давления; б) количества цилиндров карбюраторного двигателя; в) концентрации; кнопки

«+» и «-», служащие для изменения значений («+» - увеличение, «-» - уменьшение) параметров, выбранных кнопкой «Контроль»; 14 – кнопка «Вывод» для запоминания значений, выбранных кнопкой «Контроль»; 15 – ротаметр для визуального контроля расхода; 16 – розетка «Пульт»; 17 – фильтр контрольный «Контроль»; 18 – штуцер «Выход»;

19 – штуцер «Вход»

Рисунок 10.1 – Газоанализатор ГИАМ-29. Общий вид

50

Степень поглощения ИК энергии излучения зависит от концентрации анализируемого компонента в газовой смеси. Каждому газу присуща своя область длин волн поглощения и обуславливает возможность проведения избирательного анализа газов

.

1 – кнопка «Вкл»; 2 – кнопка «Работа/Пауза»; 3 – кнопка «Корр.0»; 4 – кнопка «Печать»; 5 – Б/ц жидкокристаллическое табло; 6 – гнездо подключения «Тахометр»; 7 – предохранитель 2 А;

8 – гнездо «Питание 12 вольт»; 9 – штуцер подключения пробозаборника «Вход»; 10 – штуцер «Сброс» в атмосферу; 11 – гнездо подключения «ПЭВМ»

Рисунок 10.2 – Газоанализатор «Автотест»

10.3 Порядок выполнения работы

10.3.1 Перед началом выполнения работы на ГИАМ-29 выполнить следующие операции:

ВНИМАНИЕ! Время нажатия кнопок должно быть не менее 1 сек. Питание прибора есть 220V и 12 V.

1. Включить питание газоанализатора кнопкой «Сеть». Через 3-4 сек. на правом индикаторе (6) появиться надпись «Прог.», на левом начинается отсчет времени в сек. и мин., автоматически включится побудитель расхода (кнопка 7) для продувания газового тракта газоанализатора воздухом.

51

По истечении 2 мин побудитель расхода «Насос» автоматически выключиться и начнется самотестирование газоанализатора, которое длиться 2 мин. При этом над надписью «Тест» (5) начинают мигать два сегмента. После окончания тестирования на левом индикаторе (5) индицируется время, которое необходимо для полного выхода газоанализатора на рабочий режим. Отсчет времени ведется в обратном порядке. Режим нагрева длится не более 25 мин.

ВНИМАНИЕ! Во время прогрева категорически запрещается подключать пробозаборник (рисунок10.1) к штуцеру «Вход» (19) газоанализатора.

По окончании режима «Прог.» на индикаторах высвечиваются нули «0000», что говорит о готовности газоанализатора к работе.

2.Для исключения влияния атмосферного давления на показание газоанализатора вводится его значение (мм рт.ст) выполнив следующие операции:

а) нажать кнопку «Контроль» (11), при этом на индикаторе (5) высвечивается символ «G», а на (6) – значение давления пределах 630-880 мм рт.ст.

б) С помощью кнопок (12.13) «+», «-» выставить значение атмосферного давления на индикаторе, если в момент измерения оно отличается от значения на индикаторе (6).

в) Нажать кнопку «Ввод» (14) для заполнения истинного значения давления.

г) Подключить газозаборник (пробозаборник) с трубкой ПХВ к штуцеру «Вход» (19) и газоанализатор готов к работе.

3.Калибровка «0» газоанализатора

а) Включить кнопку «Насос» (7) и в течение 2 мин продуть газовый тракт воздухом

б) Нажать кнопку «Калибр» «0» (8) на индикаторах начнут мигать «0» если действительнопроводится калибровка «0», то нажать еще раз кнопку «Калибр» (8). Установить пробозаборник к выхлопной трубе автомобиля. Снять показания измерения содержания СО и СН по индикаторам, для снятия показаний СН нажать кнопку «СН/об.мин».

Результаты показаний заносят в таблицу 10.2.

10.3.2 Перед началом выполнения работы на газоанализаторе «Автотест» необходимо:

1.Подключить газоанализатор специальным кабелем в гнездо «8» и подать напряжение постоянного тока 12V;

2.Кнопкой (1) «Вкл» включить питание газоанализатора, через несколько секунд на табло (5) высветиться показания и кнопкой (2) «Работа/пауза»,

включается газоанализатор в работу. Кнопкой (3) откоректируется показание на табло, высвечивается «000». Через 5-10 минут газоанализатор готов к работе. Собираем пробозаборник и один конец подключается к штуцеру (9) «Вход», 52

а второй к источнику выбросов вредных веществ.

На табло высвечиваются показания СО, СН, которые заносятся в таблицу

10.2.Принцип работы «Автотест» аналогичен ГИАМ-29. Таблица 10.2

Примечание: 105 ррm = 1%

53

Содержание

1.Лабораторная работа № 1. Исследование загрязнения продуктов питания радионуклидами……………………………………………………….3

2.Лабораторная работа № 2. Определение содержания нитратов в пищевых продуктах……………………………………………………………..8

3.Лабораторная работа № 3. Исследование качества различных видов минеральных удобрений………………………………………………………15

4.Лабораторная работа № 4. Исследование загрязнения окружающей среды шумом…………………………………………………………………...19

5.Лабораторная работа № 5. Исследование запыленности вентиляционного воздуха……………………………………………………...23

6.Лабораторная работа № 6. Исследование вредных примесей атмосферы……………………………………………………………………....27

7.Лабораторная работа № 7. Измерение ультрафиолетового излучения и способы защиты от него…………………………………………………….31

8.Лабораторная работа № 8. Исследование качества сточных вод предприятий агропромышленного комплекса……………………………….36

9.Лабораторная работа № 9. Определение растворенного кислорода в сточной воде……………………………………………………………………43

10.Лабораторная работа № 10. Определение окиси углерода и углеводородов в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания……..47

54

Учебное издание

ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

Методические указания

Составители: Цап Василий Николаевич Юращик Константин Константинович Цап Татьяна Васильевна

Редактор Т.Л. Матеуш Технический редактор А.А. Щербакова

Подписано в печать Формат 60х84 1/16 Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать трафаретная.

Учреждение образования «Могилёвский государственный университет продовольствия».

212027, Могилёв, пр-т Шмидта, 3. ЛИ №02330/0131913 от 08.02.2007

Отпечатано на ризографе редакционно-издательского отдела учреждения образования

«Могилевский государственный университет продовольствия» 212027, Могилёв, пр-т Шмидта, 3