Химия в профессии автомеханика

Департамент образования г.Москвы

ГОУ СПО Политехнический колледж

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

на тему:

«Химия в профессии автомеханика»

 

 

                                                                                                                                   Составил:

                                                                                                                                  

 

                                                                                                                                   Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Москва

2011 год

 

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………………………………............... 3

 

Дизельное топливо …………………………………………………………………………………………… 4

 

Бензин……………………………………………………………………………………………………………8

 

Предельные углероды(алканы)………………………………………………………………………………10

 

Спирты и эфиры ………………………………………………………………………………………………..13

 

Масла…………………………………………………………………………………………………………….16

 

Пластики в автомобилестроении…………………………………………………………………………….19

 

Заключение………………………………………………………………………………………………………23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

       В нашем современном мире  - в мире технологий самыми востребованными являются  специальности технической направленности. А чтобы стать  высококлассным специалистом, необходимо еще в школьные годы приложить свои усилия в изучении таких предметов, как физика, математика и химия. Практически все технические профессии связаны с изучением  химических элементов, их свойств, с изучением их возможностей, а значит со знанием таблицы Менделеева, с которой мы знакомимся еще в школьные годы на уроках «Химии». Знание химии необходимо для человека с любой профессией, так как долг каждого из нас– способствовать развитию и сохранению цивилизации на нашей планете. Сегодня производственная деятельность человечества связанна с использованием разнообразных природных ресурсов, охватывающих большинство химических элементов.

 Работа автомеханика представляет сложную мыслительную деятельность, направленную на решение комплекса разноплановых задач. Автомеханику необходимо в работе внимательность, хорошая память, тщательность, аккуратность и логическое мышление. Достаточно сложно перечислить все механизмы, с которыми приходится работать специалистам этой сферы. Работа автомеханика является творческой, т.к. им приходится выявлять неисправности, производить разборку, ремонт и сборку  различных узлов, механизмов и машин в целом. В связи с этим автомеханик должен обладать большим запасом знаний и умений - знать основные классы органических соединений, рассматривая их в аспекте практического применения в профессиональной сфере и в жизни, знать вещества, применяемые при ремонте и эксплуатации автотранспортных средств, особенности их строения, которые определяют их использование в данной практической области, знать правила техники безопасности при их использовании в профессиональной деятельности и в повседневной жизни.

Какие же химические вещества используются в профессии автомеханика?

Это- бензин, дизельное топливо, масла и смазки, предельные углеводороды (алканы), алкены, алкодиены, ацетилен, одноатомные и многоатомные спирты, простые и сложные  эфиры и жиры, пластмассы.

  Рассмотрим свойства, получение, классификации и применение некоторых из них.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дизельное топливо.

Применение.

Дизельное топливо (разг. солярка) — жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания, а также — и в газодизелях. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти.

Основные потребители дизельного топлива — железнодорожный транспорт, грузовой автотранспорт, водный транспорт, военная техника и сельскохозяйственная техника, а также в последнее время и легковой дизельный автотранспорт. Кроме дизельных и газодизельных двигателей, остаточное дизельное топливо (соляровое масло) зачастую используется в качестве котельного топлива, для пропитывания кож, в смазочно-охлаждающих средствах при механической и закалочных жидкостях при термической обработке металлов.

 

Основные характеристики топлива.

Различают дистиллятное маловязкое — для быстроходных, и высоковязкое, остаточное, для тихоходных (тракторных, судовых, стационарных и др.) двигателей. Дистиллятное состоит из гидроочищенных керосино-газойлевых фракций прямой перегонки и до 1/5 из газойлей каткрекинга и коксования. Вязкое топливо для тихоходных двигателей является смесью мазутов с керосиново-газойлевыми фракциями. Теплота сгорания дизельного топлива в среднем составляет 42624 кДж/кг (10180 ккал/кг).

 

Воспламеняемость.

Основной показатель дизельного топлива — это цетановое число (Л-45). Цетановое число характеризует способность топлива к воспламенению в камере сгорания и равно объёмному содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином, которое в стандартных условиях ASTM D613 имеет одинаковую воспламеняемость по сравнению с исследованным топливом. Температура вспышки, определённая по ASTM D93, для дизельного топлива должна быть не выше 70 °C. Температура перегонки, определённая по ASTM D86, для дизельного топлива не должна быть ниже 200 и выше 350 °C.

 

Содержание серы.

В последнее время в рамках борьбы за экологию жёстко нормировано содержание серы в дизельном топливе. Под серой здесь понимается содержание сернистых соединений — меркаптанов (R-SH), сульфидов (R-S-R), дисульфидов (R-S-S-R), тиофенов, тиофанов и др., а не элементарная сера как таковая; R — углеводородный радикал. Содержание серы в нефти находится в пределах от 0,15 % (легкие нефти Сибири), 1,5 % (нефть Urals) до 5—7 % (тяжёлые битуминозные нефти); допустимое содержание в некоторых остаточных топливах — до 3 %, судовом топливе — до 1 %, а по последним нормативам Европы и штата Калифорния допустимое содержание серы в дизельном топливе не более 0,001 % (10 ppm). Понижение содержания серы в ДТ, как правило, приводит к уменьшению его смазывающих свойств, поэтому для ДТ с ультранизким содержанием серы обязательным условием является наличие присадок.

Порядковый номер согласно принятой ООН системы: 1202, класс — 3.

 

Физические свойства.

Летнее дизельное топливо: Плотность: не более 860 кг/м³. Температура вспышки: 62 °C. Температура застывания: −5 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—360 градусов Цельсия. Рост температуры конца выкипания приводит к усиленному закоксовыванию форсунок и дымности.

Зимнее дизельное топливо: Плотность: не более 840 кг/м³. Температура вспышки: 40 °C. Температура застывания: −35 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—340 °C. Так же зимнее дизельное топливо получается из летнего дизельного топлива добавлением депрессорной присадки, которая снижает температуру застывания топлива, однако слабо меняет температуру предельной фильтруемости. Кустарным способом в летнее дизельное топливо добавляют до 20 % керосина ТС-1 или КО, при этом эксплуатационные свойства практически не меняются.

Арктическое дизельное топливо: Плотность: не более 830 кг/м³. Температура вспышки: 35 °C. Температура застывания: −50 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—330 градусов Цельсия. Пределы кипения арктического топлива примерно соответствуют пределам выкипания керосиновых фракций, поэтому данное топливо — по сути утяжеленный керосин. Однако чистый керосин имеет низкое цетановое число 35-40 и недостаточные смазывающие свойства (сильный износ ТНВД). Для устранения данных проблем в арктическое топливо добавляют цетаноповышающие присадки и минеральное моторное масло для улучшения смазывающих свойств. Более дорогой способ получения арктического дизельного топлива — депарафинизация летнего дизельного топлива.

 

Сгорание.

В процессе сгорания происходят несколько химических реакций. Одни соединения разрушаются, а новые соединения образуются. Управление процессом сгорания - это ключ к управлению всей работой и токсичностью выхлопа двигателя внутреннего сгорания.

Для процесса сгорания требуются три элемента:

1.    Воздух 
2.    Топливо 
3.    Искра зажигания

Эти три элемента иногда упоминаются как "триада сгорания". Если один элемент триады отсутствует, сгорание невозможно. Двигатель внутреннего сгорания рассчитывается на объединение этих трех элементов, поддерживая полный контроль над процессом.

 

Топливо.

Бензин состоит из углеводородов, которые образуются в результате переработки сырой нефти. Углеводороды состоят из атомов водорода (Н) и углерода (С). В бензин добавляются различные химикаты, типа ингибиторов коррозии, красителей и очищающих средств. Эти химикаты называются присадками.

Тепло и давление, присутствующие в двигателе внутреннего сгорания, могут заставить бензин, находящийся в камере сгорания, воспламениться раньше, чем генерируется искра зажигания. Это называется преждевременным воспламенением и более подробно описывается дальше. Октановое число бензина указывает на то, насколько хорошо он противостоит преждевременному воспламенению. Дополнительная очистка может способствовать увеличению октанового числа.

В настоящее время в регионах с чрезвычайно высоким уровнем загрязнения воздуха используется тип топлива, называемый улучшенным бензином (подвергнутым реформингу) (RFG). Такой бензин имеет специальные присадки, называемые окислителями, которые улучшают сгорание, увеличивают октановое число и уменьшают токсичность выхлопа.

 

Искра зажигания.

В двигателе внутреннего сгорания воздух и топливо поступают в камеру сгорания, и затем генерируется искра зажигания, вызывающая сгорание. Перед зажиганием воздушно-топливной смеси двигатель нагревается и сжимает смесь. Нагревание помогает процессу смесеобразования, а сжатие увеличивает энергию, генерируемую при сгорании.

 

Процесс сгорания.

В двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит в течение доли секунды (приблизительно в течение 2 миллисекунд). В этот момент разрушаются связи между атомами водорода и углерода. Разрушение связей приводит к высвобождению энергии в камере сгорания, толканию поршня вниз и инициированию вращения коленчатого вала.

После разделения атомов водорода и углерода они соединяются с атомами кислорода, содержащимися в воздухе. Атомы водорода объединяются с кислородом, образуя воду. Атомы углерода объединяются с кислородом, образуя двуокись углерода (углекислый газ).

 

Соотношение "воздух/топливо".

Инженеры-автомобилестроители определили, что токсичность выхлопа автомобиля можно уменьшить, если бензиновый двигатель работает с соотношением "воздух/топливо", равным 14.7:1. Технический термин известен как "стехиометрическое соотношение". Стехиометрическое соотношение означает химически правильную воздушно-топливную смесь, которая производит желаемую химическую реакцию, входе которой происходит полное сгорание топлива с желаемой токсичностью выхлопа.

 Соотношение "воздух/топливо" 14.7:1 обеспечивает наилучшее управление всеми тремя компонентами (углеводороды, одноокись углерода и оксиды азота) при выпуске почти во всех условиях. Соотношение "воздух/топливо" также увеличивает эффективность каталитического нейтрализатора, который является частью системы выпуска автомобиля.

 

Аномальное сгорание.

Имеются два типа аномального сгорания, которое может происходить в двигателе: детонация и преждевременное воспламенение.

 Детонация - это неустойчивый процесс горения, который может вызывать неисправность прокладки головки цилиндров, а также и другие повреждения двигателя. Детонация возникает, когда в камере сгорания наблюдается перегрев и повышенное давление. Когда это происходит, создается взрывная сила, которая инициирует резкий рост давления в цилиндрах, сопровождаемый сильным металлическим стуком. Ударные волны, похожие на удары молотка, генерируемые при детонации, подвергают прокладку головки цилиндров, поршень, кольца, свечу зажигания и подшипники шатуна серьезным перегрузкам.

 Преждевременное воспламенение - это другое аномальное состояние горения, которое иногда путают с детонацией. Преждевременное воспламенение имеет место, когда какая-либо точка в камере сгорания становится настолько горячей, что становится источником зажигания и заставляет топливо воспламеняться до генерирования искры зажигания. Оно может сделать свой вклад в детонацию или даже стать ее причиной.

 Вместо воспламенения топлива в правильный момент времени, чтобы дать коленчатому валу плавный толчок в требуемом направлении, топливо загорается преждевременно. Это вызывает мгновенный обратный удар в тот момент, когда поршень пытается повернуть коленчатый вал в неправильном направлении. Этот удар вследствие напряжений, которые он создает, может быть очень разрушительным. Кроме того, преждевременное воспламенение может локализовать тепло до такой степени, что оно может частично проплавить или прожечь отверстие в головке поршня.

 

 

Токсичность выхлопа.

Стехиометрическая воздушно-топливная смесь обеспечивает наилучший компромисс между динамическими характеристиками, экономичностью и токсичностью выхлопа.

 При богатой воздушно-топливной смеси все топливо не сгорает. Поэтому увеличивается уровень выделений углеводородов и одноокиси углерода. Бедная воздушно-топливная смесь может при сгорании генерировать повышенное количество тепла. Поэтому увеличивается содержание оксидов азота. Чрезмерно обедненная воздушно-топливная смесь в результате приводит к пропускам воспламенения. Это увеличивает выделения углеводородов.

 Каталитические нейтрализаторы, которые химически нейтрализуют токсичные отработавшие газы, наиболее эффективны в очень узком диапазоне, близком к стехиометрическому соотношению.

 

Побочные продукты сгорания.

Поскольку двигатель внутреннего сгорания не имеет абсолютной эффективности, в процессе сгорания генерируются три нежелательных побочных продукта: 
1.    Углеводороды (НС) 
2.    Одноокись углерода (СО) 
3.    Оксиды азота     (N0  X )

Неполное сгорание вызывает выделение углеводорода и одноокиси углерода. Выделения углеводорода - это углеводороды, которые не разрушились в процессе сгорания. Одноокись углерода образуется, потому что не имеется достаточного количества атомов кислорода, чтобы связать углерод.В идеальном случае азот должен проходить камеру сгорания неизменным. Но когда температура в камере сгорания достигает приблизительно 1 371 °С (2 500 °F), атомы азота и кислорода связываются, Высокое содержание НС может быть вызвано недостаточной эффективностью системы зажигания, неправильным опережением зажигания или неправильными фазами газораспределения, протечками вакуума, попаданием масла или низкой степенью сжатия. Доля углеводородов измеряется в количестве частиц на миллион.