Специальность 19.01.17 «Повар кондитер»

ПЛАН УРОКА

УРОК 14,15 Химия

Количество часов – 2

Дата 05.11.2020, 11.11.2020

Специальность 19.01.17 «Повар кондитер»

Группа 2ПК

Тема 2. Углеводороды и их природные источники.

Тема: Бензин и понятие об октановом числе.

Цель: ознакомить студентов с бензиновой фракцией и октановым числом.

Тип урока: Лекция.

Форма урока: дистанционное обучение.

Конспект урока.

 

В процессе ректификации нефть разделяют на следующие фракции:

Ректификационные газы – смесь низкомолекулярных УВ, преимущественно пропана и бутана, с t_кип до 40°С,

Газолиновую фракцию (бензин) – УВ состава С₅Н₁₂ до С₁₁Н₂₄ (t_кип 40-200°С, при более тонком разделении этой фракции получают газойль (петролейный эфир, 40 - 70°С) и бензин (70 - 120°С),

Лигроиновую фракцию – УВ состава от С₈Н₁₈ до С₁₄Н₃₀ (t_кип 150 - 250°С),

Керосиновую фракцию – УВ состава от С₁₂Н₂₆ до С₁₈Н₃₈ (t_кип 180 - 300°С),

Дизельное топливо – УВ состава от С₁₃Н₂₈ до С₁₉Н₃₆ (t_кип 200 - 350°С)

Потребительские свойства бензина в первую очередь определяются его стойкостью к детонации в двигателе внутреннего сгорания.

 

Чтобы понять, что такое детонация в двигателе, рассмотрим работу стандартного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

 

В первом такте в цилиндр впускается смесь паров бензина и воздуха, во втором такте эта смесь сжимается поршнем. В третьем такте искра от свечи зажигания воспламеняет смесь; при сгорании происходит расширение газов и совершается полезная работа. В четвертом такте из цилиндра выбрасываются отработанные газы – продукты сгорания.

 

 

Рис. 1. Работа четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

 

Вся полезная работа совершается в третьем такте, и именно он сильнее всего зависит от качества бензина. Чем сильнее сжата смесь перед воспламенением, тем выше КПД двигателя. Очень важно, чтобы воспламенение бензиново-воздушной смеси происходило строго в нужный момент, поскольку движения поршня и работа клапанов впуска-выпуска сопряжены друг с другом с высокой точностью.

 

Из физики известно, что при сжатии газа происходит его разогрев. Поэтому в цилиндре двигателя возможна вспышка бензиново-воздушной смеси без искры, только за счет сжатия. Но гораздо хуже то, что при такой самопроизвольной вспышке во всем объеме обычно происходит не быстрое равномерное сгорание, а детонация – взрыв смеси. Скорость горения при переходе к детонации увеличивается с 15–20 м/с до 1500–2500 м/с. Детали при этом работают несогласованно и могут разрушиться от чрезмерных нагрузок.

 

Органические соединения, входящие в состав бензина, должны быть устойчивы к преждевременному воспламенению и детонации. Эта устойчивость характеризуется октановым числом бензина.

 

2. Шкала октановых чисел

Шкала октановых чисел основана на двух алканах: н-гептане (tкип. 98,50) Рис. 2. и 2,2,4-триметилпентане (изооктане) (tкип. 99,20) Рис. 3.

 

У этих алканов почти одинаковые температуры кипения, но разное строение. Разветвленный изооктан гораздо более устойчив к детонации, чем «линейный» гептан.

 

Рис. 2. н - гептан(t_кип. 98,5°С)

Рис. 3. Изооктан (2,2,4 триметилпентан) t_кип. 99,2°С

 

Для н-гептана принято октановое число 0, а для изооктана – 100. Бензины сравнивают по устойчивости к детонации со смесью н-гептана и изооктана.

 

3. Определение октанового числа

В России продаваемые на заправках бензины имеют октановые числа АИ-80, АИ-92, АИ-95 и АИ-98. Октановое число типа АИ определяют на специальном исследовательском двигателе с переменной степенью сжатия в режиме малых и средних нагрузок. Испытываемый бензин сравнивают со стандартной смесью н-гептана и изооктана и присваивают бензину октановое число, соответствующее содержанию изооктана в стандартной смеси. Например, бензин АИ-92 соответствует по детонации при малых и средних нагрузках смеси из 92% изооктана и 8% н-гептана.

 

Различные органические соединения обладают разной устойчивостью к детонации в двигателе, при этом нет прямой связи между строением вещества и его октановым числом.

Табл. 1. Значения октанового числа различных видов топлива.

 

Вещество	Октановое число
Метан Пропан Бутан Пентан н-гептан Изооктан (2,2,4-триметилпентан) Бензол Бензины прямой перегонки Бензины каталитического крекинга Бензины каталитического риформинга Бензин АИ-92 Этанол Метил-третбутиловый эфир	107,5 105,7 93,6 61,7 0 100 113,0 43–58 80–85 83–97 92 105 117

Из таблицы 1 видно, что при обычной перегонке нефти невозможно получить бензин для современных двигателей – октановое число бензина прямой перегонки не превышает 60. Поэтому нефть подвергают специальной переработке в присутствии катализаторов.

 

4. Каталитический крекинг

При каталитическом крекинге нефть или ее тяжелые фракции нагревают до 510–540°С на катализаторе – шариках алюмосиликатов (цеолитах). Молярная масса исходных алканов уменьшается, из них получаются алкены и ароматические углеводороды. При этом удается превратить исходное сырье в бензин с выходом до 60%. Октановое число бензина каталитического крекинга – 91–92. В бензинах, полученных каталитическим крекингом, велика доля ароматических углеводородов, а также алкенов. Последние со временем полимеризуются, поэтому такой бензин не может долго храниться.

 

5. Каталитический риформинг

При каталитическом риформинге бензины прямой перегонки нагревают до 480–520°С при повышенном до 35 атм давлении на катализаторе – оксиде алюминия с добавками платины, рения и других металлов. При риформинге происходит образование ароматических углеводородов из циклоалканов. Исходное сырье превращается в бензин АИ-95 с выходом до 74%.

 

6. Метод добавок

Кроме каталитических процессов для получения высокооктановых бензинов используют специальные добавки.

 

Самая эффективная из таких добавок – тетраэтилсвинец Pb(C₂H₅)₄. Однако он очень ядовит, к тому же отравляет специальные каталитические дожигатели топлива, очищающие автомобильные выхлопные газы.

 

Наименее вредная добавка к бензину – метилтретбутиловый эфир

СН₃—O—C(СН₃)₃, имеющий октановое число 117. Этот эфир широко применяется в Европе и в России. Однако его доля в бензине велика (5–12%), и требуется массовое производство данного продукта.

 

Перспективным считается использование в качестве моторного топлива этилового спирта (октановое число 105), однако он пока дороже бензина.

 

Подведение итога урока

 

На уроке была рассмотрена тема: «Бензин. Октановое число. Способы повышения октанового числа». Вы узнали о самых востребованных продуктах переработки нефти – моторных топливах, о том, что представляет собой бензин и его октановое число, а также о существующих способах повышения октанового числа.

Домашнее задание.

Ответ

 

 

Срок выполнения задания до 02.11.2020 г.

Задания присылайте личным сообщением

Образец:

Номер группы: 2ПК

Предмет: Химия

Номер урока: 14

Дата урока: 29.10.20

Фамилия, имя. _________________________

Дата выполнения задания ________

Домашнее задание. (выполняется рукописно, фото)

ПЛАН УРОКА

УРОК 14,15 Химия

Количество часов – 2

Дата 05.11.2020, 11.11.2020

Специальность 19.01.17 «Повар кондитер»

Группа 2ПК