Влияние физико - химических факторов на углеводородное топливо. http://youtu.be/FKEgFpaxd6Q http://youtu.be/zOXmoEI0GE4

 

 

 

 

 

 

 

 

Учебно-исследовательская работа

 

Влияние физико-химических факторов

 на углеводородное топливо

 

Богатенко Татьяна,

Кобрисева Александра,

Чевгунова Александра,

Чуйков Арсений

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Гимназия № 8 » Энгельсского муниципального района

Саратовской области

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Энгельс - 2014

Аннотация

                                      

В данной работе рассматривается воздействие нескольких физических факторов (СВЧ, лазера, ультразвука) на организм человека. Были проведены исследования на воздействие этих факторов на органические вещества, на примере нефти Соколовогорского месторождения, физико-химических факторов на бензин марки А-80. Кроме этого исследовалось воздействие «концентрированной» солнечной энергии (с помощью двояковыпуклой линзы) на дизельное топливо. По результатам экспериментов разработана примерная технологическая схема процесса получения бензина из нефти и промежуточных нефтепродуктов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение

1.1.Ультразвук и его свойства                                                                 4

1.2.Влияние ультразвука на человека                                                     5

1.3.Защита от воздействия ультразвука                                                  5

2.1.СВЧ                                                                                                   6

2.2.Преимущества и особенности нагрева         физических

 тел в диапазоне СВЧ                                                                       7

2.3.Механизм биологического действия на человека                             8

2.4.Защита от действия СВЧ                                                                   9

3.1.Лазер                                                                                                 10

3.2.Применение лазера                                                                            12

3.3.Воздействие лазерного излучения на человека                                 13

3.4.Методы защиты от лазерного излучения                                          13

4.Исследовательская часть                                                                      14

4.1.Методика изучения химического состава                                         14

4.2. Изучение воздействия  ультразвука, лазера, СВЧ

 на органические вещества                                                               18

4.3.  Изучение воздействия  СВЧ в присутствии катализаторов

        на   органические вещества.                                                             20

4.4.  Изучение влияния  «концентрированной» солнечной

энергии на состав   органических    веществ                                    22

4.5. Примерная технологическая схема переработки нефти.                   27

Заключение                                                                                              29

Литература                                                                                               30

Приложение                                                                                            31

Протокол испытаний                                                                               32

Графики истинных температур кипения                                                 33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Человек и окружающая среда находятся под постоянным воздействием электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых как естественными, так и техногенными источниками электромагнитного излучения (ЭМИ). Мы живем в электромагнитном мире, насыщенным различными благами цивилизации и научно-технического прогресса. За последние пятьдесят лет искусственные электромагнитные излучения фактически заменили неуловимые энергии естественного мира. 24 часа в сутки мы купаемся в полях-невидимках, излучаемых линиями электропередачи, телевизорами, компьютерами и разнообразнейшими электронными устройствами, без которых мы не представляем своего существования. Кроме того, нас бомбардируют микроволны, радио- и телевизионные передатчики, а также сигналы сотовой телефонной связи.

Целью данной работы является:

- изучение воздействия ультразвука, лазера и СВЧ на живые организмы и органические вещества;

- изучение принципа действия солнечного коллектора;

- воздействие микроволн, ультразвука, лазера на стабильную  нефть, бензин маркиА - 80;

- воздействие на дизельное топливо солнечной энергией собранной при помощи двояковыпуклой линзы;

-разработка технологической установки с применением «концентрированной » солнечной энергии.

 

Ультразвук и его свойства

Ультразвуком называют механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости -20 кГц. Единицей измерения уровня звукового давления является дБ. Единицей измерения интенсивности ультразвука является ватт на квадратный сантиметр (Вт/с2)

 В практике для получения ультразвука обычно применяютэлектромеханические генераторы ультразвука, действие которых основано наспособности некоторых материалов изменять свои размеры под действиеммагнитного (магнитострикционные генераторы) или электрического поля(пьезоэлектрические генераторы), при этом генераторы издают звуки высокой частоты.

 Вследствие большой частоты (малой длины волны) ультразвук обладает особыми свойствами.

·                   Ультразвуковые волны могутобразовывать строго направленные пучки. Отражение и преломление этих пучков на границе двух сред подчиняется законам геометрической оптики.

·                   Ультразвук сильно поглощается газами и слабо - жидкостями. В жидкости под воздействием ультразвука образуются пустоты в виде мельчайших пузырьков с кратковременным возрастанием давления внутриних.

·                   Ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии.

·                   Ультразвуковые волнысущественно влияют на растворимость вещества и в целом на ход химических реакций.

Эти свойства ультразвука и особенности его взаимодействия со средойобусловливают его широкое техническое и медицинское использование.

Ультразвук применяют в медицине и биологии для эхолокации, для выявления и лечения опухолей и некоторых дефектов в тканях организма, в хирургии и травматологии для рассечения мягких и костных тканей при различных операциях, для сварки сломанных костей, для разрушения клеток (ультразвук большой мощности). В ультразвуковой терапии для лечебных целей используют колебания 800-900 кГц.

 

Влияние ультразвука на организм человека

Ультразвук обладает главным образом локальным действием на организм, поскольку передается при непосредственном контакте с ультразвуковым инструментом, обрабатываемыми деталями или средами, где возбуждаются ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания, генерируемые ультразвуком низкочастотным промышленным оборудованием, оказывают неблагоприятное влияние на организм человека. Длительное систематическое воздействие ультразвука вызывает изменения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов. Характер изменений, возникающих в организме под воздействием ультразвука, зависит от дозы воздействия. Малые дозы - уровень звука 80-90 дБ - дают стимулирующий эффект - микромассаж, ускорение обменных процессов. Большие дозы - уровень звука 120 и более дБ – дают поражающий эффект.

 

Защита от воздействий ультразвука

·                   ограничение уровня звукового давления в высокочастотной области слышимых звуков и ультразвуков на рабочих местах (от 80 до 110 дБ);

·                   создание автоматизированного ультразвукового оборудования с дистанционным управлением;

·                   использование по возможности маломощного оборудования, что способствует снижению интенсивности шума и ультразвука на рабочих местах на 20-40 дБ;

·                   размещение оборудования в звукоизолированных помещениях или кабинетах с дистанционным управлением;

·                   оборудование звукоизолирующих устройств, кожухов, экранов из листовой стали или дюралюминия, покрытых резиной, противошумной мастикой и другими материалами;

·                   при проектировании ультразвуковых установок целесообразно использовать рабочие частоты, наиболее удаленные от слышимого диапазона - не ниже 22 кГц;

·                   установка системы автоматического отключения ультразвуковых преобразователей;

·                   для защиты рук от контактного действия ультразвука рекомендуется применение специального рабочего инструмента с виброизолирующей рукояткой;

·                   использование средств индивидуальной защиты - противошумов, резиновых перчаток с хлопчатобумажной прокладкой и др.

 

СВЧ

СВЧ ЭМ-поле (микроволны) по принятой классификации относятся к  электромагнитным колебаниям, длина волны которых колеблется от 1 мм до 1 м, а частота колебаний, соответственно, - от 300000 до 300 мГц. 
Для количественной оценки поглощенной энергии введено понятие удельной поглощенной мощности - УПМ. Под УПМ понимается количество поглощаемой мощности приходящейся на единицу массы тела, то есть - это усредненная величина, характеризующая скорость поступления энергии

СВЧ-поля в поглощающее тело и представляемая как мощность отнесенная к объему - Вт/м³(мВт/см³) или массе - Вт/кг (мВт/г). Установлено, что предельной для терморегуляции человека является 4 Вт/кг, а ПДУ - 0,4 Вт/кг.

В 40-х - 50-х годах электроника СВЧ в основном служила потребностям радиолокации и связи, то в последние годы она все шире применяется во многих отраслях хозяйства, ускоряя научно-технический прогресс, повышая эффективность и качество производства.

Появлению новых областей применения мощной СВЧ электроники способствует ряд специфических свойств электромагнитных колебаний этого диапазона частот, которые позволяют создать неосуществимые ранее технологические процессы или значительно их улучшить. К ним относятся, например: создание сверхчистой плазмы с широким интервалом температур; возможность серийного изготовления простых по конструкции и удобных в эксплуатации мощных генераторов СВЧ энергии, с помощью которых могут осуществляться полимеризация и упрочнение различных изделий и материалов; все более широкое применение получают нагрев и сушка с помощью СВЧ различных материалов, в частности приготовление пищи, пастеризация молока и т.п.

 

Особенности нагрева физических тел в диапазоне СВЧ

В подавляющем большинстве случаев нагрев каких - либо физических тел производится путем передачи тепла снаружи во внутрь за счет теплопроводности.

На СВЧ при рациональном подборе частоты колебаний и параметров камер, где происходит преобразование СВЧ энергии в тепловую, можно получить относительно равномерное выделение тепла по объему тела. Важное преимущество СВЧ нагрева - тепловая безынерционность, т.е. возможность практически мгновенного включения и выключения теплового воздействия на обрабатываемый материал. Отсюда высокая точность регулировки процесса нагрева и его воспроизводимость.

Достоинством СВЧ нагрева является  высокий КПД преобразования СВЧ энергии в тепловую, выделяемую в объеме нагреваемых тел. Теоретическое значение этого КПД близко к 100%. Тепловые потери в подводящих трактах обычно невелики, и стенки  рабочих камер остаются практически холодными, что создает комфортные условия для их обслуживания.

Важным преимуществом СВЧ нагрева является возможность осуществления и практического применения новых необычных видов нагрева, например избирательного, равномерного, сверхчистого, саморегулирующегося.

Равномерный нагрев. Обычно передача тепла осуществляется за счет конвекции, теплопроводности и излучения. Отсюда неизбежен температурный перепад от поверхности в глубину материала, причем тем больший, чем меньше теплопроводность. Уменьшить или почти устранить большой перепад температур можно за счет увеличения времени обработки. Во многих случаях только за счет медленного нагрева удается избежать перегрева поверхностных слоев обрабатываемого материала. Примерами таких процессов является обжиг керамики, получение полимерных соединений и т.п. С помощью СВЧ энергии можно не только равномерно нагревать диэлектрик по его объему, но и получать по желанию любое заданное распределение температур. Поэтому при СВЧ нагреве открываются возможности многократного ускорения ряда технологических процессов.

Сверхчистый нагрев. Если при нагреве газовым пламенем, а также с помощью дуговых горелок происходит загрязнение материалов, то СВЧ энергию можно подводить к обрабатываемому материалу через защитные оболочки их твердых диэлектриков с малыми потерями. В результате загрязнения практически полностью устраняются. Кроме того, помещая нагреваемый материал в откачанный объем или инертный газ, можно устранить окисление его поверхности.

Саморегулирующийся нагрев. При нагреве для целей сушки качество получаемого материала существенно улучшается за счет того, что нагрев высушенных мест автоматически прекращается.

 

Механизм биологического действия СВЧ на человека.

Эффект воздействия СВЧ ЭМ-поля на биологические объекты в известной степени определяется количеством проникающей в них и поглощаемой ими электромагнитной энергии. Значительная часть энергии микроволн поглощается тканями организма и превращается в тепло, что объясняют возникновением колебания ионов и дипольных молекул воды, содержащихся в тканях. Наиболее эффективное поглощение микроволн отмечается в тканях с большим содержанием воды: кровь, тканевая жидкость, слизистая желудка, кишок, хрусталик глаза и др. 
Нагрев тканей в СВЧ-поле является наиболее простым и очевидным эффектом действия микроволн на организм человека.

Изучение окислительно-восстановительных процессов в тканях (печени, почках, сердечной мышце) путем определения в них активности ферментов (цитохромоксидазы, дегидразы и аденозинтрифосфатазы) выявляет действие на организм поля СВЧ. Применение интенсивного поля СВЧ  приводит к резкому снижению окислительно-восстановительных процессов в тканях; при этом проявляется тепловое действие поля СВЧ. Слабое поле СВЧ вызывает заметное повышение окислительно-восстановительных процессов в тканях. Многократное воздействие на тела поля СВЧ приводит к меньшим сдвигам окислительно-восстановительных процессов по сравнению с однократным. Это можно объяснить тем, что повторное воздействие стимулирует компенсаторно-приспособительные механизмы, обусловливает меньшие сдвиги окислительно-восстановительных процессов в тканях живых организмов. Влияние компенсаторных механизмов было выражено больше в центральной нервной системе, чем в сердце. 

 

Защита от действия СВЧ излучения

Влияние электромагнитного излучения на организм человека на сегодняшний день является одной из наиболее серьезных и слабоизученных проблем современного общества. 

Учитывая, что изучение воздействие ЭМП на биологические организмы продолжается уже около 50 лет, то ученые достигли значительных результатов в этой области. Было выделено несколько основных разновидностей ЭМИ, в зависимости от частоты и мощности, которые в разной степени влияют на человека, например:

·                     Линии электропередач, мощные силовые установки, которые используют электричество, станки, потребляющие большие токи (тысячи или десятки тысяч ампер) - все это создает сильное магнитное поле, которое и влияет на человека на частотах до 100 Гц. Защита от такого излучения осуществляется при помощи ограничения времени работы, увеличение расстояния до источника или различных способов экранирования.

·                     Следующим серьезным источником ЭМИ являются различные электронные устройства, работающие на частотах в сотни мегагерц - единицы гигагерц. К таким устройствам относятся: мобильные телефоны, теле- и радиовышки, базовые станции сотовой связи, микроволновые печи ит.д. Пользователю электронной аппаратуры необходимо  самостоятельно ограничивать время использования.

·                     Еще одним видом излучения являются частоты в диапазоне 35 - 70 ГГц. Согласно исследованиям некоторых компаний - в этой области находятся наиболее опасные для здоровья человека ЭМ волны, и хотя нет электронной аппаратуры, напрямую использующей данный диапазон, но в него могут залазить паразитные гармоники более низких частот. Изучением этих частот ученые занимались на протяжении последних 30 лет, и разработали ряд так называемых биоинформационных технологий для защиты от ЭМИ.Продукция, сделанная с использованием биоинформационных технологий предназначена для защиты человека от вредных электромагнитных излучений, которые на сегодняшний день являются одной из  угроз человеческому здоровью.

 

Лазер

Лазером называется генератор электромагнитного, монохроматического, когерентного, высоконаправленного излучения в оптическом диапазоне длин волн, использующий для своей работы вынужденные (индуцированные, стимулированные) переходы в атомах, молекулах, ионах. 

В настоящее время созданы тысячи разнообразных лазерных установок

·                   на различных активных средах: твердых, жидких, газообразных, плазменных, излучающих в широком диапазоне длин волн: рентгеновском 10^-5 – 100 нм, ультрафиолетовом 100 – 400 нм, видимом 400 – 760 нм, инфракрасном 760 – 10⁶ нм,

·                   работающих в различных временных режимах: импульсном с длительностью импульса от долей секунды до десятков фемтосекунд (10^-15 с.); частотном, с частотой следования импульсов от единиц Гц до десятков МГц; непрерывномот десятков секунд до нескольких лет;

·                   с выходной мощностью излучения от мВт до нескольких ТВ и с энергией излучения от мкДж до нескольких МДж.

Лазеры позволяют получать огромную объёмную плотность энергии и мощности, сравнимую с объёмной мощностью ядерного взрыва 10¹⁸ Вт/см³.

Уникальные свойства лазерного излучения позволяют осуществлять строгую дозировку излучения, концентрировать его (фокусировать) в пространстве, во времени и в требуемом спектральном диапазоне.
Биологическое действие на организм излучений лазеров находится в зависимости от ряда факторов: мощности излучения, длины волны, характера импульса, частоты следования импульсов, продолжительности облучения, величины облучаемой поверхности и др. Можно выделить термическое и нетермическое, местное и общее действие излучения. Термический эффект для лазеров непрерывного действия имеет много общего с обычным нагревом. Под влиянием лазеров, работающих в импульсном режиме в облучаемых тканях, происходит быстрый нагрев и мгновенное вскипание жидких сред,что в конечном счете приводит к механическому повреждению тканей. Отличительной чертой лазерного ожога является резкая ограниченность пораженной области от смежной с нею интактной. Нетермическое действие в основном обусловлено процессами, возникающими в результате избирательного поглощения тканями электромагнитной энергии, а также электрическим и фотохимическим эффектами.

 

Применения лазеров

Конец XX в. и начало XXI в. характеризуется широким внедрением лазеров, новых высокосортных источников электромагнитной энергии, практически во все отрасли науки и техники, промышленность, строительство, сельское хозяйство.

Одно из основных направлений применения лазеров - это машиностроение. В настоящее время созданы лазерные технологические комплексы в большинстве автомобильных и самолетостроительных фирм Запада, позволяющие с высокой точностью и скоростью производить: раскрой листового материала, сварку, сверление отверстий в самых труднодоступных местах, термообработку крупногабаритных деталей, увеличивающих значительно их срок службы.

Второе очень важное направление применения лазеров связано с информатикой, в этом случае лазеры работают в лазерных принтерах, различных лазерных цветомузыкальных установках с использованием как непосредственно лазеров, так и лазерных дисков, в дальномерных и локационных установках.

Третье направление, где широко внедряются лазеры - это медицина. Лазеры используются для лечения любых заболеваний глаз в офтальмологии; для выполнения хирургических практически бескровных операций, особенно на кровенаполненных органах, в частности, на сердце для восстановления кровотока в мышцах миокарда; в физиотерапии для быстрейшего заживления ран, срастания костей, лечения остеохондроза и многих других заболеваний.

Кроме того, благодаря уникальным свойствам излучения, ла­зеры нашли широкое применение в авиации и космонавтике, су­достроении, геодезии, строительстве, измерительной технике, голографии, при исследовании структуры вещества, в вычислительной технике, микроэлек­тронике, для создания различных оптических эф­фектов в театрально-зрелищных мероприятиях, осуществлении направленных химических реак­ций, разделении изотопов и т. п. Лазеры позволя­ют быстро и надежно контролировать загрязнен­ность атмосферы и поверхности моря, определять внутренние дефекты деталей различных ме­ханизмов.

 

Действие лазерного излучения на человека

При работе с лазерными установками человек может подвергаться воздействию прямого, рассеянного и отраженного излу­чения. Энергия лазерного излучения, поглощен­ная тканями, преобразуется в другие виды энер­гии: тепловую, механическую, энергию фотохи­мических процессов, что может вызывать ряд эффектов: тепловой, механический, биологический и др., способных оказывать негативное действие на организм человека или отдельные его органы и в первую очередь на глаза и кожу. В основе по­вреждений глаз и кожи, выявленных для относи­тельно кратковременных воздействий, лежит теп­ловой механизм.

Все это свидетельствует о том, что у людей, подвергающихся воздействию лазерного излуче­ния, могут возникать как патологические измене­ния, обусловленные тепловым механизмом дейст­вия излучения, так и различного рода функцио­нальные изменения, обусловленные биологиче­скими эффектами, механизм которых изучен недостаточно.

 

 

 

Методы защиты от лазерного излучения

К организационным защитным мероприятиям относятся:

·                   организация рабочих мест с определением всех необходимых защитных мероприятий и учетом специфики конкретных обстоятельств использования лазерных установок;

·                   обучение персонала и контроль знаний правил техники безопасности;

·                   организация медицинского контроля и т.д.

Технические мероприятия и средства защиты подразделяются на коллективные и индивидуальные.

Коллективные включают в себя:

·                   средства нормализации внешней среды;

·                   автоматические системы управления технологическим процессом;

·                   использование предохранительных устройств, приборов, различных ограждений лазерно-опасной зоны;

·                   использование телеметрических и телевизионных систем наблюдения;

·                   применение заземления, зануления, блокировки и т.д.

 

Исследовательская часть

Целью  наших исследований является:

·                   воздействие микроволн, ультразвука, лазера на стабильную  нефть (на примере нефти Соколовогорского месторождения);

·                   влияние физических факторов  в присутствии неорганических    катализаторов  (кадмиевого, кобальтового)  на бензин  марки  А - 80;

·                   воздействие на дизельное топливо солнечной энергии, собранной при помощи двояковыпуклой линзы; изучение принципа действия солнечного коллектора;

·                   разработка технологической установки с применением «концентрированной » солнечной энергии.

 

Методика изучения химического состава

Исследовательская работа проводилась при строжайшем соблюдении правил техники безопасности.

Для изучения изменения химического состава проводились следующие эксперименты:

·                   определение фракционного состава ;

·                   определение температуры вспышки в открытом тигле;

·                   определение плотности с помощью ареометра и пикнометра.

Методика определения фракционного состава:

Для изучения изменения состава, каждый образец исследовали  методом дистилляции.

Фракционная перегонка или дистилляция–способ разделения смеси жидких веществ, основанный на различной температуре кипения компонентов смеси. При этом отогнанный дистиллят обогащается низкокипящим компонентом, а остаток – высоко кипящим.  Фракционная перегонка позволяет эффективно разделять смеси веществ с небольшой разницей в температурах кипения.

Воздействие физических факторов будем изучать по изменению температур  кипения испытуемых образцов, именно эта физическая характеристика позволит увидеть изменение химического состава.

Прибор для перегонки состоит из круглой колбы с боковым отводом, термометра, холодильника, агента и приемника. Термометр, показывающий температуру паров перегоняемой жидкости, вставляют в колбу так, чтобы шарик с ртутью находился на 0,5 см ниже отверстия отводной трубки и полностью омывался отходящими парами. К боковой трубке колбы присоединяют нисходящий  холодильник, служащий для конденсации паров жидкости и отвода ее в приемник. Применяли водяное охлаждение. В качестве приемника использовали мерные пробирки для центрифугирования, для облегчения измерения фракционного состава. В колбу Вюрца налили 100 мл нефти или испытуемого нами образца (бензина, дизельного топлива). Перед началом перегонки в колбу помещают несколько “кипятильников“. При нагревании жидкости из “ кипятильников” равномерно выделяется воздух мелкими пузырьками, и этим обеспечивается равномерное кипение.

Прежде чем начать перегонку необходимо проверить, что прибор сообщается с атмосферой, иначе произойдет взрыв. Вещество нельзя отгонять досуха. Перегонку прекращают, когда в перегонной колбе остается 1-2 мл жидкости. Перегонка называется фракционной потому, что вся перегоняемая жидкость собирается в разные приемники отдельными порциями, которые называются фракциями. Первые фракции содержат преимущественно вещество с самой низкой температурой кипения, последние— самой высокой.

Для получения более чистых результатов, мы собирали   фракции   в интервале 10°С.

Методика определения температуры вспышки в открытом тигле.

В фарфоровый  тигель налили испытуемого топливо, поставили на плитку в чугунную ванну с песком. В  лапке штативе укрепляем термометр так, чтобы спиртовой конец термометра  располагался над испытуемой жидкостью.  Прибор собирали  в таком месте, где нет резкого движения воздуха и свет настолько заметен, что вспышка хорошо видна.  При повышении температуры на каждые 2 градуса  к тиглю подносили зажженную спичку  и наблюдали за появлением синего быстро исчезающего пламени над поверхностью нефтепродукта. При этом отмеченная температура и есть температура вспышки анализируемой нефтепродукта.

Если анализ проводят при барометрическом давлении, отличающимися от 0,1МПа (760 мм рт. ст.) на 0,002 МПа (15 мм рт. ст.) и более, то вводят поправку, рассчитывая температуру вспышки Т, º С, по формуле:

Т = t + 0,258(101,3 – р),

где р – барометрическое давление при определении температуры вспышки, кПа; t – наблюдаемая температура вспышки при давлении р, º С.

Методика определения плотности.

- Определение плотности с помощью ареометра.

Ареометр  подбирали  таким образом, чтобы при погружении   в нефтепродукты они не тонули и не всплывали бы выше той части, где нанесена   градуировочная шкала плотности. Определение плотности ареометром основано на законе Архимеда.

- Определение плотности с помощью  пикнометра.

Определяют относительную плотность чаще всего по воде, плотность которой при 4ºС почти равна единице (0,99997г/см³).

Определение плотности вещества проводят в пикнометре. Пикнометр предварительно мыли спиртом после чего его просушивали в сушильном шкафу. Сухой пикнометр взвешивают на аналитических весах при комнатной температуре. Затем заполняют прокипяченной  дистиллированной водой  пикнометр до метки на шейке пикнометра.

Пикнометр с дистиллированной водой взвешивают на аналитических весах  и по разнице массы пикнометра с водой и массы пустого пикнометра находили массу воды.

m = m₂ – m₁ = 142,3 – 132,4 = 9,9 г

где m₂ –  масса с водой,m₁ – без воды, m – водное число полученная величина (х) является «водным числом», или «водной константой» пикнометра.

 Объем используемого  нами пикнометра имеет постоянный объем в нашем случае 10 мл. Используя  физико- химическую формулу определяем плотность  воды:

ρ =  ,  г/мл

ρ =   = =  = 0,99 г/мл

Проверив постоянную пикнометра по дистиллированной, по этой методике определяем плотность нефтепродуктов.

 

Изучение воздействия  ультразвука, лазера, СВЧ на органические вещества.

В пять  термостойких химических стаканов  налили нефть Соколовогорского месторождения. Один стакан образец № 1 оставили как контрольный.

Опыт 1. Для изучения воздействия СВЧ излучения на  изменение химического состава  нефти образцы с нефтью поставили в микроволновую печь:

образец  №2на 30 сек

образец № 3   на  180 сек.

Опыт 2.Для изучения ультразвукового воздействия на  изменение химического состава, на образец № 4 нефтью подействовали ультразвуковым сканнером Medison. (ГУЗ «Перинатальный центр Саратовской области»).

Опыт 3.Для изучения лазерного воздействия на изменение состава  на образец № 5 с нефтью подействовали источником  лазера  MEDULA-3 ((ГУЗ «Перинатальный центр Саратовской области»).

После фракционирования были получены следующие результаты:

Лабораторные испытания нефти Соколовогорского месторождения

Таблица 1

 

 

Интервал температур (контроль), 0С	%	Интервал температур (ультразвук), 0С	%	Интервал температур (лазер), 0С	%	Интервал температур (СВЧ 30 сек), 0С	%	Интервал температур (СВЧ 180 сек), 0С	%
						28 - 30	2,0
						30 - 40	1,3
				46 - 50	1,4	40 - 50	3,6
48 -60	2,2	52 - 60	2,7	50 - 60	0,9	50 - 60	3,0	56 -60	0,5
60 - 70	3,0	60 - 70	3,1	60 - 70	1.5	60 - 70	2,0	60 - 70	1,7
70 – 80	3,0	70 – 80	3,7	70 – 80	1,8	70 – 80	2,4	70 – 80	7,0
80 - 90	4,2	80 - 90	3.8	80 – 90	2,5	80 - 90	2,6	80 - 90	7,2
90 - 100	4,8	90 - 100	4,0	90 - 100	2,8	90 - 100	3,8	90 - 100	3,0
100 - 110	5,2	100 - 110	4,8	100 - 110	3,6	100 - 110	3,6	100 - 110	4.4
110 - 120	5,0	110 - 120	6,0	110 - 120	3,8	110 - 120	3,6	110 - 120	4,6
120 - 130	5,0	120 - 130	6,3	120 - 130	4,0	120 - 130	3,8	120 - 130	5.6
130 - 140	5,0	130 - 140	5,7	130 - 140	4,3	130 - 140	5,0	130 - 140	6.6
140 - 150	5.0	140 - 150	5,3	140 - 150	4,4	140 - 150	6,2	140 - 150	6.5
150 - 160	4,4	150 - 160	4,1	150 - 160	2,5	150 - 160	4,0	150 - 160	7,0
160 – 170	4,0	160 – 170	4,0	160 – 170	3,5	160 – 170	3,8	160 – 170	6.6
170 – 180	3,0	170 – 180	3,7	170 - 180	2,1	170 – 180	4,6	170 – 180	2,6
180 - 190	3,4	180 - 190	3,7	180 - 190	2,1	180 - 190	4,0	180 - 190	3.2
190 - 200	3,6	190 - 200	3,6	190 - 200	3,7	190 - 200	3,0	190 - 200	4.3
∑	62,2		65,8		44,1		65,4		70,6

 

Согласно полученных построены кривые истинных температур кипения (ИТК). (Приложение №2)

Определение температуры вспышки.

Таблица 2.

Интервал температур (контроль), 0С	Интервал температур (ультразвук), 0С	Интервал температур (лазер), 0С	Интервал температур (СВЧ 30 сек), 0С	Интервал температур (СВЧ 180 сек), 0С
21	22	21	14	22

 

Определение плотности  Соколовогорской   нефти.

Таблица 3.

Плотность (контроль), г/мл	Плотность (ультразвук), г\мл	Плотность (лазер), г\мл	Плотность (СВЧ 30 сек), г\мл	Плотность (СВЧ 180 сек), г\мл
0,825	0,822	0,820	0,800	0,810

По результатам приведенным в таблицах,можно сделать следующие выводы:

1. увеличение времени воздействия  микроволн, приводит к перестройке  молекул и увеличению температуры кипения;

2. воздействие  ультразвука незначительно влияет на изменение температуры кипения;

3. воздействие  лазера привело   к уменьшению температуры  кипения и увеличению количества легких фракций.

 

Изучение воздействия  СВЧ в присутствии катализаторов на органические вещества.

Вторым этапом нашей работы было приготовление катализаторов кобальтового  и кадмиевого катализаторов.

Опыт 1.Кадмиевый катализаторполучали  добавлением 20 % раствора азотнокислого кадмиянанесенный на активированном угле  и прокаленный в тиглях. В результате реакции разложения был получен кадмий, который имел пористую структуру.

2Сd (NO₃)₂ = 2СdO +4NO₂ +O₂

СdO +C = Сd + CO

Опыт 2. Кобальтовый катализаторполучался на  пропитке  порошкового пористого носителя катализатора солью кобальта и частичная сушка пропитанного носителя (опока - меловой известняк; известковатый суглинок; белая сероватая глина)и прокаливание частично высушенного пропитанного носителя солью кобальта  для получения  кобальтового катализатора.  Соль  представляет собой нитрат кобальта, так что оксиды, которые образуются в качестве продуктов разложения, представляют собой оксиды азота, причем прокаливание проводили в  керамических тиглях.

2Сo (NO₃)₂ = 2СoO +4NO₂ +O₂

Хранили полученные катализаторы в  эксикаторе.

Затем полученные катализаторы  поместили в бензин,  порции которого подвергали воздействию СВЧ лучей в микроволновой печи.  В результате фракционирования нами  были получены следующие результаты.(таблица № 4,5).

Лабораторные испытания бензина А-80.

Таблица 4.

Интервал температур Бензин А - 80 (контроль),0С	%	Интервал температур Бензин А – 80 (СВЧ), 0С	%	Интервал температур бензин  (обработка СВЧ + Со), 0С	%	Интервал температур бензин А - 80 (СВЧ + кадмий), 0С	%
		12-20	0,2
		20 - 30	5,2
36 - 40	0,9	30 - 40	6,4
40 - 50	8,0	40 - 50	7,8
50 - 60	11,0	50 - 60	12,8
60 - 70	9,7	60 - 70	14,2			62 – 70	10,0
70 - 80	8,0	70 – 80	12,4	76 - 80	11,8	70 - 80	20,8
80 - 90	10,7	80 - 90	13,2	80 - 90	15,5	80 - 90	10.1
90 - 100	12,0	90 - 100	5,6	90 - 100	32,1	90 - 100	13,3
100 - 110	12.3	100 - 110	3,0	100 - 110	7,3	100 - 110	7,0
110 - 120	12,3	110 - 120	4,8	110 - 120	2,2	110 - 120	2,4
120 - 130	3,5	120 - 130	3,6	120 - 130	2,5	120 - 130	3,2
130 - 140	3,6	130 - 140	1,8	130 - 140	5,1	130 - 140	5,6
140 – 150	3,5	140 - 150	1,6	140 – 150	9,5	140 – 150	3,0
150 - 160	4,5	150 - 160	1,8	150 - 160	6,2	150 - 160	4,9
160 - 170	-	160 – 170	-	160 - 170	3,6	160 - 170	3,7
170 - 180	-	170 – 180	-	170 - 180	2,5	170 - 180	1,7
180 - 190	-	180 - 190	-	180 - 190	1,7	180 - 190	1,5
190 - 200	-	190 - 200	-	190 - 200	-	190 - 200	1,6
Итого	100		94,4		100		88,8

Согласно полученных построены кривые истинных температур кипения (ИТК). (Приложение №3)

Определение плотности  бензина А-80.

Таблица 5.

Плотность  (контроль), г/мл	Плотность (ультразвук), г\мл	Плотность (лазер), г\мл	Плотность (СВЧ 30 сек), г\мл	Плотность (СВЧ 180 сек), г\мл
0,745	0,680	0,820	0,820	0,810

 

Температуру вспышки в открытом тигле по ГОСТу  для бензина не определяют.

 

Изучение влияния  «концентрированной» солнечной энергии на состав органических  веществ

Солнечную энергию люди используют с древнейших времен. Еще в 212г. н.э.с помощью концентрированных солнечных лучей зажигали священный огонь у храмов.

Солнце - гигантское светило, имеющее диаметр 1392 тыс. км. Его масса 2*10³⁰ кг в 333 тыс. раз превышает массу Земли, а объем в 1,3 млн. раз больше объема Земли. Химический состав Солнца: 81,76 % водорода, 18,14 % гелия и 0,1% азота. Средняя плотность вещества Солнца равна 1400 кг/м³. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции превращения водорода в гелий и ежесекундно 4 млрд. кг материи преобразуется в энергию, излучаемую Солнцем в космическое пространство в виде электромагнитных волн различной длины.

Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергии, использована в химических и биологических процессах.

В основе многих солнечных энергетических систем лежит применение солнечных коллекторов. Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое передается теплоносителю (жидкости или воздуху) и затем используется для обогрева зданий, нагрева воды, производства электричества, сушки сельскохозяйственной продукции или приготовления пищи. Солнечные коллекторы могут применяться практически во всех процессах, использующих тепло.

Различают два типа солнечных коллекторов - плоские и фокусирующие.

Фокусирующие коллекторы (концентраторы)используют зеркальные поверхности для концентрации солнечной энергии на поглотителе, который также называется "теплоприемник". Достигаемая ими температура значительно выше, чем на плоских коллекторах, однако они могут концентрировать только прямое солнечное излучение, что приводит к плохим показателям в туманную или облачную погоду. Зеркальная поверхность фокусирует солнечный свет, отраженный с большой поверхности, на меньшую поверхность абсорбера, благодаря чему достигается высокая температура. В некоторых моделях солнечное излучение концентрируется в фокусной точке, тогда как в других лучи солнца концентрируются вдоль тонкой фокальной линии. Приемник расположен в фокусной точке или вдоль фокальной линии. Жидкость-теплоноситель проходит через приемник и поглощает тепло.

 

С дизельным топливом были проведены следующие эксперименты:

Опыт 1.образец № 1 дизельного  топлива находился в темном месте (контроль);

Опыт 2. Образец № 2     нагревали в СВЧ печи;

Опыт 3.образец  № 3 дизельного топлива находится на солнце;

Опыт 4.образец  № 4 дизельного топлива находится в фокусе двояковыпуклой   линзы, которая  концентрирует солнечную энергию;

Опыт № 5.образец № 5 дизельного топлива находится в зеркале Козырева (вогнутое зеркало).

Результаты опытов отражены в таблицах  6,7,8.

 

Лабораторные испытания дизельного топлива

Таблица 6.

Интервал температур, 0С
контроль	%	СВЧ	%	солнце	%	солнце + лупа	%	зеркала Козырева	%
						42 -50	0,4
		58 - 60	0,1			50 - 60	0,6
		60 - 70	0,3			60 - 70	0,8
		70 - 80	0,4			70 - 80	1,5
		80 - 90	0,5			80 - 90	1,8
		90 - 100	0,8			90 - 100	2,6
		100 - 110	1,6			100 - 110	2,7
110 - 120	0,4	110 - 120	1,7	110 - 120	0,2	110 - 120	4.5	110 - 120	0,2
120 - 130	0,4	120 - 130	2.5	120 - 130	0,4	120 - 130	5,3	120 - 130	0,4
130 - 140	0,6	130 - 140	3,3	130 - 140	0,6	130 - 140	4,8	130 - 140	0,6
140 - 150	0,8	140 - 150	4,8	140 - 150	0,8	140 - 150	8,1	140 - 150	0,8
150 - 160	1,2	150 - 160	5,1	150 - 160	1,2	150 - 160	7,4	150 - 160	1,2
160 - 170	2,0	160 - 170	5,4	160 - 170	2,0	160 - 170	8,0	160 - 170	2,0
170 - 180	4,0	170 - 180	6,0	170 - 180	4,0	170 - 180	19,5	170 - 180	4,0
180 - 190	5.4	180 - 190	7,3	180 - 190	5.4	180 - 190	18,5	180 - 190	5.4
190 - 200	9,2	190 - 200	7.5	190 - 200	9,2	190 - 200	10,2	190 - 200	9,2
	24,0		47,3		24,2		95,4		24,2

Согласно полученных построены кривые истинных температур кипения (ИТК). (Приложение №4)

Из таблиц видно, что  при концентрировании солнечной энергии с помощью двояковыпуклой линзы происходят значительные изменения в составе органических веществ,  более глубокие, чем под воздействием СВЧ. Кроме этого было видно выпадение серы на дне сосуда.

Определение температуры вспышки в открытом тигле.

Так как, барометрическое давление составляло 753 мм рт. ст., что составляет менее 15 мм рт. ст. поправку проводить не надо.

(результаты анализа таблица 7)

Температура вспышки в открытом тигле

Таблица 7.

Наименование	Температура , 0С
ДТ контроль	56
ДТ СВЧ - волны	52
ДТ солнце	56
ДТ солнце + лупа	46
ДТ зеркала Козырева	59

 

По результатам таблицы  №7  видно, что самая низкая температура вспышки у  дизельного топлива, обработанного  «концентрированной»  энергией солнца. Это говорит о том, что в исследуемом образце содержится  большое количество низкокипящих углеводородов.

Определение плотности испытуемых  образцов проводили двумя методами: с помощью ареометра и пикнометра.

Результаты эксперимента указаны в таблице 8.

Плотность исследуемых образцов.

Таблица 8.

Исследуемое топливо	Результаты эксперимента, г/см3
	по ареометру	по пикнометру
Контрольный образец дизельного  топлива находился в темном месте	0,850	0,848
образец дизельного топлива под СВЧ	0,750	0,747
образец дизельного топлива находится на солнце	0,850	0,848
образец дизельного топлива находится под фокусом двояковыпуклой линзы	0,720	0,716
образец дизельного топлива находится в зеркале Козырева	0,830	0,827

 

Определение плотности дизельного топлива:

- Контрольный образец дизельного  топлива находился в темном месте

ρ =   = =  = 0,848 г/мл

- образец дизельного топлива находится на солнце

ρ =   = =  = 0,848 г/мл

- образец дизельного топлива находится под фокусом двояковыпуклой линзы

ρ =   = =  = 0,716 г/мл

- образец дизельного топлива находится в зеркале Козырева

ρ =   = =  = 0,827 г/мл

По результатам опыта  № 4 был получен бензин марки А – 80, что подтверждается протоколом испытательной лаборатории ТОО «ОралТерминал» . (приложение №1)

В ходе работы сделаны выводы:

1.     под воздействием микроволн, ультразвука и лазера на стабильную нефть изменились физические свойства (температура кипения, температура вспышки, плотность), химический состав;

2.     под воздействием СВЧ в присутствии катализаторов на бензин марки А – 80 изменились физические свойства (температура кипения, температура вспышки, плотность), химический состав;

3.     под воздействием «концентрированной»  солнечной энергии на дизельное топливо изменились физические свойства (температура кипения, температура вспышки, плотность), химический состав и в лабораторных условиях был получен бензин марки А – 80.

 

Описание примерной технологической схемы, с применением оптической системы для получения бензинов из нефтяного сырья.

По статистическим данным, количество солнечного сияния в Саратовской области составляет 2054 часа в год, именно этот фактор позволяетсделать предположение о том, что «концентрированную» солнечную энергию можно применять в нефтеперерабатывающей промышленности, для  замены  дорогостоящего и энергоемкого процесса  каталитического  крекинга.

По нашей технологии  предлагаем, реактор каталитического крекинга заменить, на резервуар со вставленным стеклом Клингера. Оно представляет собой  термически закаленное боросиликатное стекло, котороеприменяют в паровых котлах при давлении до 3,5 МПа, а также предназначено для сосудов, содержащих нефтехимические продукты при давлении до 4 МПа включительно и температуре до 100 °С.

У такого резервуара на вращающемся постаменте установлена оптическая система из  двояковыпуклых линз, которая оснащена фотоэлементом, который позволяет вращать систему вслед за движением солнца. Через  несколько суток, нефть направляют в трубчатую печь, где нагревают до температуры примерно 180 –190⁰С,  пары которых направляются в ректификационную колонну, где происходит отделение легких углеводородов. Далее пары проходя через вторую трубчатую печь, поступают во вторую ректификационную колонну, где  происходит разделение на более узкие фракции.

Примерная технологическая установка для производства бензина.

 

Заключение

Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждымгодом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив

конечны, поэтому актуальность  темы нашей работы несомненна.

Новизна работы состоит в том,что

исследованы:

·                   воздействие микроволн, ультразвука, лазера на стабильную  нефть (на примере нефти Соколовогорского месторождения);

·                   влияние физических факторов  в присутствии неорганических катализаторов  (кадмиевого, кобальтового) на бензин  марки  А - 80;

·                   получен бензин марки А – 80  из дизельного топлива под действиемсолнечной энергии, собранной при помощи двояковыпуклой линзы;

·                   предложена разработка технологической установки с применением «концентрированной » солнечной энергии.

 

сделаны выводы

·                   физические факторы оказывают  воздействие на органические вещества,

·                   существует возможность использования  бесплатной «концентрированной» солнечной  энергии на нефтеперерабатывающих заводах для производства топлива, что приведет к экономии  энергоносителей при производстве топлива.

Данная работа с учетом  нашего возраста, знаний и материальной базы не претендует на полноту изложения материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1.     http://www.otpugiwateli.ru/vliyanie-ultrazvuka.php

2.     http://www.womansoul.ru/golubushka/index.php?showtopic=6142

3.     http://www.fptl.ru/tehnika-labrabot/frakcionnaja-peregonka.html

4.     http://www.internevod.com/rus/academy/med/01/vliyanie.shtml

5.     http://www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf/0004_051.pdf

6.     http://energosber.info/articles/technologies-sub/67503/

7.     http://forum.lightbox.su/viewtopic.php?f=29&t=44

8.     http://www.solar-ct.com/articles/25