Отдел образования Ивьевского райисполкома ГУО «Гимназия № 1 г. Ивье» «Сравнение теплоты сгорания разных видов топлива» Подготовил: учашийся 10 «А» класса Бальцевич Анатолий Консультант: Горбачевская Ирина Сергеевна г. Ивье, ул. 50 лет Октября, д. 25 а E-mail: ivye_gymn@mail. ru Ивье 2011
Содержание работы 1. Цели, задачи, актуальность 2. Введение 3. Теоретическая часть 4. Оборудование 5. Эксперимент 6. Результаты 7. Выводы 8. Использованная литература
Цель исследования 1)Сравнение удельной теплоты сгорания разных видов топлива 2)Сравнение «экологичности» разных видов топлива 3)Поиск наиболее перспективного и приемлемого в дальнейшем использовании вида топлива.
Актуальность проблемы Каждый день мы используем тот или иной вид топлива для получения энергии (едем домой на автобусе, готовим пищу и т. д. ) Последнее время все чаще стали задумываться: какое топливо наиболее экономичное и чего стоит его использование ? Атмосфера сегодня находится в критическом состоянии и требует серьезного человеческого вмешательства. Моя работа своеобразная попытка принять участие в мировых спорах о поиске наилучшего топлива(экономичного, безопасного для человека и природы)
Именно эту проблему я попытался рассмотреть в своей работе и уделил внимание основным «потребителям» приведенных видов топлива - автомобилям.
Теоретическая часть Теплота сгорания – физическая величина характеризующая энергию, выделившуюся после полного сгорания топлива. Q= qm формула, для определения теплоты сгорания. Из этой формулы следует, что теплота сгорания зависит не только от массы сгоревшего топлива, но и от вида топлива, на что показывает коэфициент q – удельная теплота сгорания топлива. Теплота сгорания прямо пропорциональна калорийности топлива. Чем выше калорийность, чем выше и теплота сгорания. Любой вид топлива характеризуется: Цетановым числом – величиной, показывающей воспламеняемость топлива. Вязкостью и плотностью – способностью испарения и смесеобразования. Температура застывания характеризует способность топлива при отрицательных температурах образовывать кристаллы льда. Испаряемость определяется температурой, при которой топливо начинает активно испаряться. Содержание серы определяет содержание ядовитых веществ и тяжелых металлов в выхлопах и определяет «экологичность» .
Лидеры по производству по биотоплива Крупнейшие производители биотоплив - США и Бразилия, концентрируются на биоэтаноле. В США производство биоэтанола и биодизеля вырастет с 10. 6 млн. тонн в 2004 до 14 млн. тонн в 2008 (с 13. 2 до 17. 5 млрд. Литров). Второй лидер по производству этанола – Бразилия, выход этанола за 2005 год составил 4. 2 млрд. галлон. Топливный этанол здесь получают из дешевого сахарного тростника. В результате стоимость этилового спирта не превышает 19 центов за литр (в США -- 33 цента, в Европе -- 55 центов). Китай – третий крупнейший производитель этанола в мире – выбрал несколько провинций для использования пробных смесей 10%-ного этанола, чтобы решить проблему роста спроса на бензин. Строятся заводы, выпускающие по 800 тыс. тонн этанола в год.
• Количество и мощность этанольных заводов США • о
Производство биотоплива в Европе • Европа является мировым лидером по производству биодизеля. Германия производит 50% от всего количества. • Производство биотоплив в Европе
Европа: страны производители биодизеля Количество заводов по производству биодизеля и их мощность
Автомобили – самые главные и самые распространенные потребители топлива. Загрязнение воздуха автомобильным транспортом происходит в результате сжигания топлива. Химический состав выбросов зависит от вида и качества топлива, технологии производства, способа сжигания в двигателе и его технического состояния. Наиболее неблагоприятными режимами работы являются малые скорости и «холостой ход» двигателя, когда в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, значительно превышающих выброс на нагрузочных режимах. Техническое состояние двигателя непосредственно влияет на экологические показатели выбросов. Отработавшие газы бензинового двигателя с неправильно отрегулированными зажиганием и карбюратором содержат оксид углерода в количестве, превышающем норму в 2 -3 раза.
Виды топлива, взятые для сравнения: 1. Спирт медицинский 2. Керосин. 3. Спирт технический. 4. Дизельное топливо. 5. Биодизельное топливо. 6. Бензин A 92
Продуты горения Бензин Био Дизель Керосин Вещества, образующиеся при горении: Мед. дизель спирт Тех. спирт Окись углерода, % до 10, 0 - 0, 2 0. 01 - - Углеводороды, % до 3, 0 до 0. 0008 0, 01 0. 0005 - - Окислы азота, % до 0, 5 - 0, 25 0. 005 - - Альдегиды, % 0, 03 0. 0001 0, 002 0. 0008 - - до 0, 04 - 0, 01 - 1, 1 - - - Бенз(а)пирен, мкг/м до 20 До 1. 5 до 10 До 17 - - Двуокись серы , % 0, 08 0. 0001 0, 03 0, 003 - - Водяной пар, % 1 - 1 1 -2 0. 2 - 1 70 - 80 38 -43 10 -20 50 -60 Сажа, г/м 3 Углекислый газ, см 3/литр 15 - 17 2 -3 *
Жидкие виды топлива состоят из углеводородов, содержат негорючие газы, такие как азот и углекислый газ. При сгорании топлива в цилиндрах двигателей образуются нетоксичные (водяной пар, углекислый газ) и токсичные вещества. Последние являются продуктами сгорания или побочных реакций, протекающих при высоких температурах – окись углерода СО, углеводороды , окислы азота (NO и NO 2) обычно обозначаемые NOX. Кроме перечисленных веществ вредное воздействие на организм человека оказывают выделяемые при работе двигателей соединения свинца, канцерогенные вещества, сажа и альдегиды.
Использованное оборудование 1. Датчик температуры, соединенный с компьютером (лаборатория L – микро). 2. Спиртовка 3. Металлический штатив. 4. Колба стеклянная (50 мл. ) 5. Вода 30 мл.
Прибор, использованный в опыте
Эксперимент Пламя, образующееся при горении спиртовки, будет нагревать колбу. Колба – воду, вода датчик температуры. Общими для каждого исследования было: 1. Начальную температура воды 17°С 2. Расстояние от спиртовки до колбы 7 см. 3. Время горения спиртовки 90 с. 4. Условия протекания эксперимента: температура в помещении 25°С. 5. Одинаковая масса воды 30 мл. Во всех случаях я не учитывал количество энергии, которое необходимо для нагревания воздуха. Эти потери тепла были одинаковы для всех экспериментов и не давали больших погрешностей при сравнении КПД.
Результаты
Характеристика видов топлива Параметр сравнения Бензин Дизель Биодизель Керосин Тех. спирт Мед. спирт 62 58. 5 54 46 31 33. 5 t воды после нагревания °C Цетановое число 80 - 82 42 - 52 47 -58 50 - 55 104 - 115 70 - 82 Температура застывания °C -60 -10 -9 -78 -98 -115 Удельная теплота сгорания к. Дж/кг 10600 10000 9500 5800 2500 - 2700 2000 - 2100 Температура самовоспламенения°C 350 - 400 380 - 430 300 - 330 360 - 380 423 464 Плотность при н. у. 740 - 760 кг/м 3 755 - 770 785 - 800 730 - 760 789 795
Выводы: С теплотворной точки зрения – бензин и дизель наиболее оптимальные виды топлива т. к. удельная теплота сгорания наивысшая и температура нагревания воды так же имеет наибольшее значение. С экологической точки зрения – биодизель, медицинский спирт и технический спирт наиболее приемлемы для использования (при их сжигании образуется очень мало токсичных веществ). В частности спирт образует при горении безвредные углекислый газ и водяной пар. А биодизель и вовсе выделяет количество углекислого газа, которое уже поглотило растение из которого биодизель изготовлен. Биодизель – наилучшее топливо. Имея довольно большую теплотворную способность, оно безопасно для атмосферы; имеет высокое цетановое число; 99% выделившихся после горения веществ тут же разлагаются в атмосфере не причиняя ущерба. Запасы могут возобновляться ежегодно, т. к. культура (рапс) не требует особого ухода в процессе выращивания. В ходе переработки масла получают дополнительные продукты (глицерин, сульфат натрия). Расход на 100 км значительно меньше, чем у дизеля. Не требуется внедрения нового оборудования для использования этого вида топлива(значимые материальные расходы). При переходе с дизеля на биодизель последний способствует очистке фильтров, двигателя и другого оборудования.
Литература 1. Агаджанян& Н. А, Трошкин В. И. - Экология человека / ММП, "Экоцентр круг", 1994 2. Болбас М. М. - Основы промышленной экологии. / Москва, 1993 3. Вронский В. А. - Прикладная экология. / 1996 4. Джон Видаль. . The Guardian (http: //biotoplivo. ru) 5. Renewable Fuels Association http: //ethanolrfa. org 6. Новиков Ю. П. - Природа и человек. / 1991 7. Павленко Ю. П. - Запасы кислорода в атмосфере. / 1997 8. Савенков Ю. - Природа не признаёт шуток. / Известия, 1997 9. "Экология, здоровье и природопользования в России" / (Под редакцией Протасова В. Ф. ), М. , 1995
Скачать презентацию Отдел образования Ивьевского райисполкома ГУО Гимназия 1
Ивье Сгорание биотоплива .ppt