Trotz der Tatsache, dass wir bei der Beheizung von Häusern ständig mit der Notwendigkeit konfrontiert sind, die Sicherheit aufgrund des Vorhandenseins giftiger Verbrennungsprodukte in der Raumatmosphäre sowie der Bildung explosiver Gasgemische (aufgrund von Erdgaslecks) zu gewährleisten als Kraftstoff verwendet werden), sind diese Probleme immer noch relevant. Der Einsatz von Gasanalysatoren kann negative Folgen verhindern.

G Das Verbrennen ist bekanntlich ein Sonderfall einer Oxidationsreaktion, die mit der Freisetzung von Licht und Wärme einhergeht. Bei der Verbrennung von Kohlenstoffbrennstoffen, einschließlich Gas, werden Kohlenstoff und Wasserstoff, die Bestandteile organischer Verbindungen sind, oder überwiegend Kohlenstoff (beim Verbrennen von Kohle) zu Kohlendioxid (CO 2 – Kohlendioxid), Kohlenmonoxid (CO – Kohlenmonoxid) und Wasser oxidiert (H2O). Darüber hinaus gehen Stickstoff und Verunreinigungen, die im Brennstoff und (oder) in der Luft enthalten sind, die den Brennern von Wärmeerzeugern (Kesselanlagen, Öfen, Kaminen, Gasherden etc.) zur Brennstoffverbrennung zugeführt wird, Reaktionen ein. Als Produkt der Stickstoff (N 2)-Oxidation entstehen insbesondere Stickoxide (NO x) – Gase, die ebenfalls als schädliche Emissionen eingestuft werden (siehe Tabelle).

Tisch. Zulässiger Gehalt an schädlichen Emissionen in Gasen, die von Wärmeerzeugern austreten, nach Geräteklassen gemäß der europäischen Norm.

Kohlenmonoxid und seine Gefahren

Das Risiko einer Kohlenmonoxidvergiftung ist heute immer noch recht hoch, was auf die hohe Toxizität und das mangelnde öffentliche Bewusstsein zurückzuführen ist.

Am häufigsten tritt eine Kohlenmonoxidvergiftung aufgrund unsachgemäßer Bedienung oder Fehlfunktion von Kaminen und herkömmlichen Öfen in Privathäusern und Bädern auf, es kommt jedoch auch häufig zu Vergiftungen bis hin zum Tod bei Einzelheizungen mit Gaskesseln. Darüber hinaus wird bei Bränden und sogar bei örtlich begrenzten Bränden von Gegenständen in Innenräumen häufig eine Kohlenmonoxidvergiftung beobachtet, die oft auch tödlich verläuft. Der gemeinsame und entscheidende Faktor ist in diesem Fall die Verbrennung unter Sauerstoffmangel – dann entsteht anstelle des für die menschliche Gesundheit unbedenklichen Kohlendioxids Kohlenmonoxid in gefährlichen Mengen.

Reis. 1 austauschbarer Gasanalysatorsensor samt Steuerplatine

Beim Eintritt ins Blut bindet Kohlenmonoxid an Hämoglobin und bildet Carboxyhämoglobin. In diesem Fall verliert Hämoglobin seine Fähigkeit, Sauerstoff zu binden und zu den Organen und Zellen des Körpers zu transportieren. Die Toxizität von Kohlenmonoxid ist so groß, dass bei einer Konzentration von nur 0,08 % in der Atmosphäre bis zu 30 % des Hämoglobins einer Person, die diese Luft einatmet, in Carboxyhämoglobin umgewandelt wird. In diesem Fall verspürt die Person bereits die Symptome einer leichten Vergiftung – Schwindel, Kopfschmerzen, Übelkeit. Bei einer CO-Konzentration in der Atmosphäre von 0,32 % werden bis zu 40 % des Hämoglobins in Carboxyhämoglobin umgewandelt und die Person hat eine mittelschwere Vergiftung. Sein Zustand ist so, dass er nicht die Kraft hat, den Raum mit der vergifteten Atmosphäre alleine zu verlassen. Wenn der CO-Gehalt in der Atmosphäre auf 1,2 % ansteigt, gehen bis zu 50 % des Bluthämoglobins in Carboxyhämoglobin über, was der Entwicklung eines komatösen Zustands beim Menschen entspricht.

Stickoxide – Toxizität und Umweltschädlichkeit

Bei der Verbrennung von Kraftstoff bildet der im Kraftstoff oder in der der Verbrennung zugeführten Luft enthaltene Stickstoff mit Sauerstoff Stickstoffmonoxid (NO). Nach einiger Zeit wird dieses farblose Gas durch Sauerstoff zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidiert. Von den Stickoxiden ist NO 2 das gefährlichste für die menschliche Gesundheit. Es reizt die Schleimhäute der Atemwege stark. Das Einatmen giftiger Stickstoffdioxiddämpfe kann zu schweren Vergiftungen führen. Bereits bei geringen Konzentrationen von nur 0,23 mg/m 3 (Nachweisschwelle) spürt der Mensch seine Anwesenheit. Die Fähigkeit des Körpers, das Vorhandensein von Stickstoffdioxid zu erkennen, verschwindet jedoch nach 10 Minuten Inhalation. Es besteht ein Gefühl von Trockenheit und Schmerzen im Hals, diese Symptome verschwinden jedoch bei längerer Einwirkung von Gas in einer Konzentration, die 15-mal höher ist als die Nachweisschwelle. Somit schwächt NO 2 den Geruchssinn.

Abb. 2 Kohlenmonoxidmelder

Darüber hinaus verringert Stickstoffdioxid bei einer Konzentration von 0,14 mg/m 3, die unterhalb der Nachweisgrenze liegt, die Anpassungsfähigkeit der Augen an die Dunkelheit und erschwert bereits bei einer Konzentration von 0,056 mg/m 3 das Atmen. Menschen mit chronischen Lungenerkrankungen haben bereits bei geringeren Konzentrationen Schwierigkeiten beim Atmen.

Menschen, die Stickstoffdioxid ausgesetzt sind, leiden häufiger an Atemwegserkrankungen, Bronchitis und Lungenentzündung.

Stickstoffdioxid selbst kann Lungenschäden verursachen. Im Körper bildet NO 2 bei Kontakt mit Feuchtigkeit salpetrige Säuren und Salpetersäuren, die die Wände der Lungenbläschen angreifen, was zu Lungenödemen führen kann, die häufig zum Tod führen.

Darüber hinaus tragen Stickstoffdioxidemissionen in die Atmosphäre unter dem Einfluss ultravioletter Strahlung, die zum Spektrum des Sonnenlichts gehören, zur Bildung von Ozon bei.

Die Bildung von Stickoxiden hängt vom Stickstoffgehalt im Brennstoff und der zugeführten Verbrennungsluft, der Verweilzeit des Stickstoffs in der Verbrennungszone (Flammenlänge) und der Flammentemperatur ab.

Je nach Entstehungsort und -zeitpunkt werden schnelle und treibstoffhaltige Stickoxide freigesetzt. Bei der Reaktion von Stickstoff mit freiem Sauerstoff (Überschussluft) in der Reaktionszone der Flamme entsteht schnelles NOx.

Kraftstoff-NOx entsteht bei hohen Verbrennungstemperaturen durch die Verbindung des im Kraftstoff enthaltenen Stickstoffs mit Sauerstoff. Diese Reaktion absorbiert Wärme und ist typisch für die Verbrennung von Diesel und festen organischen Brennstoffen (Holz, Pellets, Briketts). Bei der Verbrennung von Erdgas entsteht kein Kraftstoff-NOx, da Erdgas keine Stickstoffverbindungen enthält.

Die entscheidenden Kriterien für die Bildung von NO x sind die Sauerstoffkonzentration während des Verbrennungsprozesses, die Verweilzeit der Verbrennungsluft in der Verbrennungszone (Flammenlänge) und die Flammentemperatur (bis 1200 °C – niedrig, ab 1400 °C). - signifikant und ab 1800 °C - maximale Bildung von thermischem NOx).

Die NOx-Bildung kann durch moderne Verbrennungstechnologien wie Kaltflamme, Rauchgasrezirkulation und geringe Luftüberschüsse reduziert werden.

Nicht brennbare Kohlenwasserstoffe und Ruß

Auch unverbrennbare Kohlenwasserstoffe (C x H y) entstehen durch unvollständige Verbrennung von Kraftstoff und tragen zur Entstehung des Treibhauseffekts bei. Zu dieser Gruppe gehören Methan (CH 4), Butan (C 4 H 10) und Benzol (C 6 H 6). Die Gründe für ihre Entstehung ähneln denen für die Entstehung von CO: unzureichende Zerstäubung und Durchmischung bei der Verwendung von flüssigen Brennstoffen und Luftmangel bei der Verwendung von Erdgas oder festen Brennstoffen.

Darüber hinaus entsteht durch unvollständige Verbrennung in Dieselbrennern Ruß – im Wesentlichen reiner Kohlenstoff (C). Bei normalen Temperaturen reagiert Kohlenstoff sehr langsam. Zur vollständigen Verbrennung von 1 kg Kohlenstoff (C) werden 2,67 kg O 2 benötigt. Zündtemperatur - 725 °C. Niedrigere Temperaturen führen zur Rußbildung.

Erdgas und Flüssiggas

Gaskraftstoff selbst stellt eine besondere Gefahr dar.

Erdgas besteht fast ausschließlich aus Methan (80–95 %), der Rest besteht hauptsächlich aus Ethan (bis zu 3,7 %) und Stickstoff (bis zu 2,2 %). Je nach Produktionsgebiet kann es in geringen Mengen Schwefelverbindungen und Wasser enthalten.

Die Gefahr entsteht durch Austreten von Gasbrennstoff aufgrund von Schäden an der Gasleitung, defekten Gasarmaturen oder einfach dem Offenbleiben bei der Gaszufuhr zum Gasherdbrenner („menschlicher Faktor“).

Abb. 3: Überprüfung auf Erdgaslecks

Methan ist in den Konzentrationen, in denen es in der Atmosphäre von Wohngebäuden oder im Freien vorkommen kann, nicht giftig, aber im Gegensatz zu Stickstoff sehr explosiv. Im gasförmigen Zustand bildet es mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch in Konzentrationen von 4,4 bis 17 %, die explosionsgefährlichste Konzentration von Methan in der Luft liegt bei 9,5 %. Unter häuslichen Bedingungen entstehen solche Konzentrationen von Methan in der Luft, wenn es sich bei Undichtigkeiten in engen Räumen – Küchen, Wohnungen, Eingängen – ansammelt. In diesem Fall kann eine Explosion durch einen Funken verursacht werden, der beim Versuch, die elektrische Beleuchtung einzuschalten, zwischen den Kontakten des Netzschalters überspringt. Die Folgen von Explosionen sind oft katastrophal.

Eine besondere Gefahr bei Erdgaslecks ist die Geruchslosigkeit seiner Bestandteile. Daher erfolgt die Anreicherung auf engstem Raum für den Menschen unbemerkt. Um Lecks zu erkennen, wird dem Erdgas ein Geruchsstoff zugesetzt (um den Geruch zu simulieren).

In autonomen Heizsystemen wird verflüssigtes Kohlenwasserstoffgas (LPG) verwendet, das ein Nebenprodukt der Öl- und Kraftstoffindustrie ist. Seine Hauptbestandteile sind Propan (C 3 H 8) und Butan (C 4 H 10). Flüssiggas wird in flüssigem Zustand unter Druck in Gasflaschen und Gasbehältern gelagert. Außerdem bildet es mit Luft explosionsfähige Gemische.

Flüssiggas bildet mit Luft explosive Gemische bei einer Konzentration von Propandampf von 2,3 bis 9,5 %, normalem Butan – von 1,8 bis 9,1 % (Volumen), bei einem Druck von 0,1 MPa und einer Temperatur von 15–20 °C. Die Selbstentzündungstemperatur von Propan in Luft beträgt 470 °C, normales Butan liegt bei 405 °C.

Bei Normaldruck ist Flüssiggas gasförmig und schwerer als Luft. Bei der Verdampfung von 1 Liter verflüssigtem Kohlenwasserstoffgas entstehen etwa 250 Liter gasförmiges Gas, sodass bereits ein geringfügiger Austritt von Flüssiggas aus einer Gasflasche oder einem Gasbehälter gefährlich sein kann. Die Dichte der Gasphase von LPG ist 1,5-2 mal größer als die Dichte von Luft, daher verteilt es sich schlecht in der Luft, insbesondere in geschlossenen Räumen, und kann sich in natürlichen und künstlichen Senken ansammeln und mit Luft ein explosives Gemisch bilden.

Gasanalysatoren als Mittel zur Gassicherheit

Mit Gasanalysatoren können Sie das Vorhandensein gefährlicher Gase in der Raumatmosphäre rechtzeitig erkennen. Diese Geräte können unterschiedliche Bauformen, Komplexität und Funktionalität aufweisen, je nachdem werden sie in Indikatoren, Leckdetektoren, Gasdetektoren, Gasanalysatoren und Gasanalysesysteme unterteilt. Je nach Ausführung übernehmen sie unterschiedliche Funktionen – von der einfachsten (Versorgung von Audio- und/oder Videosignalen) bis hin zur Überwachung und Aufzeichnung mit Datenübertragung über das Internet und/oder Ethernet. Erstere, meist in Sicherheitssystemen eingesetzt, signalisieren Überschreitungen von Konzentrationsschwellenwerten, oft ohne quantitative Anzeige; letztere, die oft mehrere Sensoren umfassen, werden bei der Einrichtung und Regelung von Geräten sowie in automatisierten Steuerungssystemen eingesetzt Komponenten, die nicht nur für die Sicherheit, sondern auch für die Effizienz verantwortlich sind.

Abb. 4 Einrichten des Betriebs eines Gaskessels mit einem Gasanalysator

Die wichtigsten Komponenten aller Gasanalysegeräte sind Sensoren – kleine empfindliche Elemente, die abhängig von der Konzentration der zu bestimmenden Komponente ein Signal erzeugen. Um die Selektivität der Detektion zu erhöhen, werden manchmal selektive Membranen am Eingang platziert. Es gibt elektrochemische, thermokatalytische/katalytische, optische, Photoionisations- und elektrische Sensoren. Ihr Gewicht überschreitet in der Regel mehrere Gramm nicht. Ein Gasanalysatormodell kann Modifikationen mit unterschiedlichen Sensoren aufweisen.

Die Funktionsweise elektrochemischer Sensoren basiert auf der Umwandlung der zu bestimmenden Komponente in einer elektrochemischen Miniaturzelle. Zum Einsatz kommen inerte, chemisch aktive oder modifizierte sowie ionenselektive Elektroden.

Optische Sensoren messen die Absorption oder Reflexion des primären Lichtstroms, die Lumineszenz oder den thermischen Effekt bei der Lichtabsorption. Die empfindliche Schicht kann beispielsweise die Oberfläche einer Lichtleiterfaser oder eine Phase sein, die ein darauf immobilisiertes Reagenz enthält. Faseroptische Lichtleiter ermöglichen den Betrieb im IR-, sichtbaren und UV-Bereich.

Die thermokatalytische Methode basiert auf der katalytischen Oxidation von Molekülen kontrollierter Substanzen auf der Oberfläche des empfindlichen Elements und der Umwandlung der erzeugten Wärme in ein elektrisches Signal. Sein Wert wird durch die Konzentration der kontrollierten Komponente (die Gesamtkonzentration für die Gesamtheit der brennbaren Gase und Flüssigkeitsdämpfe) bestimmt, ausgedrückt als Prozentsatz der LFL (untere Konzentrationsgrenze der Flammenausbreitung).

Das wichtigste Element eines Photoionisationssensors ist eine Vakuum-Ultraviolettstrahlungsquelle, die die Empfindlichkeit der Detektion bestimmt und deren Selektivität gewährleistet. Die Photonenenergie reicht aus, um die meisten gängigen Schadstoffe zu ionisieren, ist jedoch für Bestandteile sauberer Luft gering. Die Photoionisierung erfolgt im Volumen, sodass der Sensor große Konzentrationsüberladungen problemlos toleriert. Tragbare Gasanalysatoren mit solchen Sensoren werden häufig zur Überwachung der Luft in einem Arbeitsbereich eingesetzt.

Zu den elektrischen Sensoren gehören elektronisch leitende Metalloxidhalbleiter, organische Halbleiter und Feldeffekttransistoren. Bei den Messgrößen handelt es sich um Leitfähigkeit, Potentialdifferenz, Ladung oder Kapazität, die sich bei Einwirkung des zu bestimmenden Stoffes ändern.

Verschiedene Geräte nutzen elektrochemische, optische und elektrische Sensoren zur Bestimmung der CO-Konzentration. Zur Bestimmung gasförmiger Kohlenwasserstoffe und vor allem Methan werden Photoionisations-, optische, thermokatalytische, katalytische und elektrische (Halbleiter-)Sensoren eingesetzt.

Abbildung 5. Gasanalysator

Der Einsatz von Gasanalysatoren in Gasverteilungsnetzen wird durch Regulierungsdokumente geregelt. So sieht SNiP 42-01-2002 „Gasverteilungssysteme“ die obligatorische Installation eines Gasanalysators in internen Gasnetzen vor, der bei Gasansammlung in einer Konzentration von 10 ein Signal an das Absperrventil zum Schließen sendet % der Explosionskonzentration. Gemäß Ziffer 7.2. SNiP: „Gebäude von Gebäuden für alle Zwecke (außer Wohnwohnungen), in denen gasbetriebene Geräte installiert sind, die im automatischen Modus ohne ständige Anwesenheit von Wartungspersonal arbeiten, sollten mit Gasüberwachungssystemen mit automatischer Abschaltung der Gasversorgung ausgestattet sein und.“ Ausgabe eines Signals über eine Gasverunreinigung an eine Leitstelle oder an einen Raum mit ständiger Anwesenheit von Personal, sofern nicht in den einschlägigen Bauordnungen und Verordnungen andere Anforderungen geregelt sind.

Bei der Installation von Heizgeräten sollten Systeme zur Überwachung der Gasverschmutzung in Innenräumen mit automatischer Abschaltung der Gasversorgung in Wohngebäuden vorgesehen werden: unabhängig vom Installationsort – mit einer Leistung über 60 kW; in Kellern, Erdgeschossen und in Gebäudeanbauten – unabhängig von der Heizleistung.“

Vermeidung schädlicher Emissionen und Steigerung der Effizienz von Kesselanlagen

Neben der Tatsache, dass Gasanalysatoren Sie vor gefährlichen Gaskonzentrationen im Raumvolumen warnen können, werden sie auch zur Anpassung des Betriebs von Kesselanlagen verwendet, ohne die es unmöglich ist, die vom Hersteller angegebenen Effizienz- und Komfortindikatoren sicherzustellen. und die Kraftstoffkosten senken. Zu diesem Zweck werden Rauchgasanalysatoren eingesetzt.

Mithilfe eines Rauchgasanalysegeräts ist die Konfiguration von Wand-Brennwertkesseln für den Betrieb mit Erdgas erforderlich. Die Konzentration von Sauerstoff (3 %), Kohlendioxid (20 ppm) und Kohlendioxid (13 % Vol.), das Luftüberschussverhältnis (1,6) und NO x sollten überwacht werden.

Bei Gebläsebrennern, die mit Erdgas betrieben werden, ist es außerdem erforderlich, die Konzentration von Sauerstoff (3 %), Kohlendioxid (20 ppm) und Kohlendioxid (13 % Vol.), das Luftüberschussverhältnis (1,6) und NO x zu kontrollieren.

Bei Gebläsebrennern, die mit Dieselkraftstoff betrieben werden, ist es vor der Verwendung eines Gasanalysators zusätzlich zu den oben genannten Punkten erforderlich, die Rußzahl und die Schwefeloxidkonzentration zu messen. Die Rußzahl muss kleiner als 1 sein. Dieser Parameter wird mit einem Rußzahlanalysator gemessen und gibt Aufschluss über die Qualität des Sprays durch die Düsen. Bei Überschreitung kann der Gasanalysator nicht zur Justierung verwendet werden, da der Gasanalysatorweg verunreinigt wird und eine optimale Leistung nicht mehr erreicht werden kann. Die Konzentration von Schwefeloxid (IV) - SO 2 gibt Aufschluss über die Qualität des Kraftstoffs: Je höher sie ist, desto schlechter ist der Kraftstoff. Bei lokalen Überschüssen an Sauerstoff und Feuchtigkeit wird daraus H 2 SO 4, das den gesamten Kraftstoff zerstört. Brennsystem.

In Pelletkesseln sollten die Konzentration von Sauerstoff (5 %), Kohlenmonoxid (120 ppm) und Kohlendioxid (17 % Vol.), das Luftüberschussverhältnis (1,8) und NO x überwacht werden. Vorläufiger Schutz der Feinfiltration vor Staubverunreinigung durch Rauchgase und Schutz vor Betriebsbereichsüberschreitung durch den CO-Kanal sind erforderlich. Innerhalb von Sekunden kann es den Betriebsbereich des Sensors überschreiten und 10.000–15.000 ppm erreichen.

Die zunehmende Motorisierung bringt die Notwendigkeit von Umweltschutzmaßnahmen mit sich. Die Luft in Städten ist zunehmend mit gesundheitsschädlichen Stoffen belastet, insbesondere Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Bleiverbindungen, Schwefelverbindungen usw. Dabei handelt es sich zu einem großen Teil um Produkte unvollständiger Verbrennung von Brennstoffen, die in Unternehmen verwendet werden Alltag, aber auch in Automotoren.

Neben giftigen Stoffen beim Betrieb von Autos wirkt sich auch deren Lärm schädlich auf die Bevölkerung aus. In den Städten ist der Lärmpegel in letzter Zeit jährlich um 1 dB gestiegen, daher ist es notwendig, den Anstieg des Gesamtlärmpegels nicht nur zu stoppen, sondern auch zu reduzieren. Ständige Lärmbelastung verursacht Nervenkrankheiten und verringert die Arbeitsfähigkeit von Menschen, insbesondere von Menschen, die geistig aktiv sind. Die Motorisierung bringt Lärm an bisher ruhige, abgelegene Orte. Leider wird der Reduzierung des Lärms von Holzbearbeitungs- und Landmaschinen noch nicht die gebührende Aufmerksamkeit geschenkt. Eine Kettensäge verursacht Lärm in einem großen Teil des Waldes, was zu Veränderungen in den Lebensbedingungen der Tiere und oft zum Aussterben bestimmter Arten führt.

Der häufigste Kritikpunkt ist jedoch die Luftverschmutzung durch Fahrzeugabgase.

Bei starkem Verkehr sammeln sich Abgase nahe der Bodenoberfläche und bei Sonneneinstrahlung, insbesondere in Industriestädten, die in schlecht belüfteten Becken liegen, entsteht der sogenannte Smog. Die Atmosphäre ist so stark verschmutzt, dass der Aufenthalt darin gesundheitsschädlich ist. An einigen stark befahrenen Kreuzungen stationierte Verkehrspolizisten verwenden Sauerstoffmasken, um ihre Gesundheit zu erhalten. Besonders schädlich ist das relativ schwere Kohlenmonoxid in der Nähe der Erdoberfläche, das in die unteren Stockwerke von Gebäuden und Garagen eindringt und schon mehrfach zu Todesfällen geführt hat.

Gesetzliche Vorschriften begrenzen den Schadstoffgehalt in Fahrzeugabgasen und werden immer strenger (Tabelle 1).

Vorschriften bereiten Automobilherstellern große Sorgen; Sie wirken sich indirekt auch auf die Effizienz des Straßentransports aus.

Für eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs kann etwas Luftüberschuss zugelassen werden, um eine gute Bewegung des Kraftstoffs zu gewährleisten. Der erforderliche Luftüberschuss hängt vom Grad der Kraftstoff-Luft-Vermischung ab. Bei Vergasermotoren wird für diesen Vorgang viel Zeit aufgewendet, da der Kraftstoffweg vom Gemischbildner bis zur Zündkerze recht lang ist.

Ein moderner Vergaser ermöglicht die Bildung verschiedener Gemischarten. Für einen Kaltstart des Motors wird das fetteste Gemisch benötigt, da ein erheblicher Teil des Kraftstoffs an den Wänden des Ansaugkrümmers kondensiert und nicht sofort in den Zylinder gelangt. In diesem Fall verdampft nur ein kleiner Teil der leichten Anteile des Kraftstoffs. Wenn der Motor warm läuft, ist außerdem ein fettes Gemisch erforderlich.

Während der Fahrt sollte die Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemisches schlecht sein, was einen guten Wirkungsgrad und einen niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch gewährleistet. Um die maximale Motorleistung zu erreichen, ist ein fettes Gemisch erforderlich, um die gesamte in den Zylinder eintretende Luftmasse voll auszunutzen. Um gute dynamische Eigenschaften des Motors bei schnellem Öffnen der Drosselklappe zu gewährleisten, ist es notwendig, der Ansaugleitung zusätzlich eine bestimmte Kraftstoffmenge zuzuführen, die den an den Wänden der Rohrleitung abgesetzten und kondensierten Kraftstoff als a ausgleicht Ergebnis des Druckanstiegs darin.

Um eine gute Vermischung von Kraftstoff und Luft zu gewährleisten, müssen eine hohe Luftgeschwindigkeit und Rotation erzeugt werden. Wenn der Querschnitt des Vergaserdiffusors konstant ist, ist bei niedrigen Motordrehzahlen für eine gute Gemischbildung die Luftgeschwindigkeit darin niedrig und bei hohen Drehzahlen führt der Widerstand des Diffusors zu einer Verringerung der Luftmasse in den Motor gelangen. Dieser Nachteil kann durch den Einsatz eines Vergasers mit variablem Diffusorquerschnitt oder eine Kraftstoffeinspritzung in das Ansaugrohr behoben werden.

Es gibt verschiedene Arten von Benzineinspritzsystemen in den Ansaugkrümmer. In den am häufigsten verwendeten Systemen wird der Kraftstoff über eine separate Düse für jeden Zylinder zugeführt, was eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs zwischen den Zylindern gewährleistet und eine Sedimentation und Kondensation des Kraftstoffs an den kalten Wänden des Ansaugkrümmers verhindert. Es ist einfacher, die Menge des eingespritzten Kraftstoffs näher an die optimale Menge zu bringen, die der Motor im Moment benötigt. Ein Diffusor ist nicht erforderlich und Energieverluste, die beim Durchströmen der Luft entstehen, entfallen. Ein Beispiel für ein solches Kraftstoffversorgungssystem ist das häufig verwendete Einspritzsystem K-Jetronic von Bosch.

Das Diagramm dieses Systems ist in Abb. dargestellt. 1. Das konische Rohr 1, in dem sich das Ventil 3 schwingend am Hebel 2 bewegt, ist so konstruiert, dass der Hub des Ventils proportional zum Luftmassenstrom ist. Die Fenster 5 für den Kraftstoffdurchgang werden durch die Spule 6 im Reglergehäuse geöffnet, wenn sich der Hebel unter dem Einfluss des einströmenden Luftstroms bewegt. Durch die Form des konischen Rohres werden die notwendigen Veränderungen der Gemischzusammensetzung entsprechend den individuellen Eigenschaften des Motors erreicht. Der Hebel mit dem Ventil wird durch ein Gegengewicht ausgeglichen; Trägheitskräfte bei Fahrzeugvibrationen wirken sich nicht auf das Ventil aus.

Reis. 1. Bosch K-Jetronic Benzineinspritzsystem:
1 - Einlassrohr; 2 - Hebel des Luftplattenventils; 3 - Luftplattenventil; 4 - Drosselklappe; 5 - Fenster; 6 - Dosierspule; 7 - Einstellschraube; 8 - Kraftstoffinjektor; 9 - untere Kammer des Reglers; 10 - Verteilerventil; 11 - Stahlmembran; 12 - Ventilsitz; 13 - Verteilerventilfeder; 14 - Druckminderventil; 15 - Kraftstoffpumpe; 16 - Kraftstofftank; 17 - Kraftstofffilter; 18 - Kraftstoffdruckregler; 19 - zusätzlicher Luftzufuhrregler; 20 - Kraftstoff-Bypassventil; 21 - Kaltstart-Kraftstoffinjektor; 22 - Thermostat-Wassertemperatursensor.

Der in den Motor eintretende Luftstrom wird durch die Drosselklappe 4 gesteuert. Die Dämpfung von Ventilschwingungen und damit des Steuerschiebers, die bei niedrigen Motordrehzahlen durch Luftdruckschwankungen im Ansaugkrümmer entstehen, wird durch Düsen im Kraftstoffsystem erreicht. Zur Regulierung der zugeführten Kraftstoffmenge dient auch die im Ventilhebel befindliche Schraube 7.

Zwischen Fenster 5 und Düse 8 befindet sich ein Verteilerventil 10, das über eine Feder 13 und einen auf einer Membran 11 aufliegenden Sitz 12 einen konstanten Einspritzdruck in der Düsendüse von 0,33 MPa bei einem Druck vor dem Ventil aufrechterhält 0,47 MPa.

Kraftstoff aus dem Tank 16 wird von einer elektrischen Kraftstoffpumpe 15 über einen Druckregler 18 und einen Kraftstofffilter 17 in die untere Kammer 9 des Reglergehäuses gefördert. Der konstante Kraftstoffdruck im Regler wird durch das Druckminderventil 14 aufrechterhalten. Der Membranregler 18 dient dazu, den Kraftstoffdruck aufrechtzuerhalten, wenn der Motor nicht läuft. Dies verhindert die Bildung von Lufteinschlüssen und sorgt für einen guten Start eines heißen Motors. Der Regler verlangsamt außerdem den Anstieg des Kraftstoffdrucks beim Starten des Motors und dämpft dessen Schwankungen in der Rohrleitung.

Der Kaltstart des Motors wird durch mehrere Vorrichtungen erleichtert. Das von einer Bimetallfeder gesteuerte Bypassventil 20 öffnet bei einem Kaltstart die Ablassleitung zum Kraftstofftank, wodurch der Kraftstoffdruck am Ende der Spule verringert wird. Dadurch wird das Gleichgewicht des Hebels gestört und die gleiche Menge an einströmender Luft entspricht einem größeren Volumen an eingespritztem Kraftstoff. Ein weiteres Gerät ist der Zusatzluftzufuhrregler 19, dessen Membran ebenfalls durch eine Bimetallfeder geöffnet wird. Um den erhöhten Reibungswiderstand eines kalten Motors zu überwinden, wird zusätzliche Luft benötigt. Die dritte Vorrichtung ist die Kaltstart-Kraftstoffeinspritzdüse 21, die von einem Thermostat 22 im Wassermantel des Motors gesteuert wird und die Einspritzdüse geöffnet hält, bis das Motorkühlmittel eine eingestellte Temperatur erreicht.

Die elektronische Ausstattung des betrachteten Benzineinspritzsystems ist auf das Minimum beschränkt. Bei stehendem Motor wird die elektrische Kraftstoffpumpe abgeschaltet und es entsteht weniger Luftüberschuss als bei der Direkteinspritzung, allerdings führt die große Kühlfläche der Wände zu großen Wärmeverlusten, was zu einem Abfall führt.

Bildung von Kohlenmonoxid CO und Kohlenwasserstoffen CH x

Bei der Verbrennung eines Gemisches stöchiometrischer Zusammensetzung sollen harmloses Kohlendioxid CO 2 und Wasserdampf entstehen, bei Luftmangel aufgrund der unvollständigen Verbrennung eines Teils des Brennstoffs zusätzlich giftiges Kohlenmonoxid CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe CH x soll gebildet werden.

Diese schädlichen Bestandteile der Abgase können verbrannt und unschädlich gemacht werden. Zu diesem Zweck ist es notwendig, mit einem speziellen Kompressor K (Abb. 2) Frischluft an eine Stelle in der Abgasleitung zuzuführen, an der schädliche Produkte unvollständiger Verbrennung verbrannt werden können. Manchmal geschieht dies, indem Luft direkt auf das heiße Auslassventil geblasen wird.

Ein thermischer Reaktor zur Nachverbrennung von CO und CH x befindet sich in der Regel unmittelbar hinter dem Motor direkt am Abgasaustritt. Abgase M werden dem Zentrum des Reaktors zugeführt und von dessen Peripherie in die Abgasleitung V abgeführt. Die äußere Oberfläche des Reaktors weist eine Wärmeisolierung I auf.

Im heißesten zentralen Teil des Reaktors befindet sich eine durch Abgase beheizte Feuerkammer, in der die Produkte der unvollständigen Verbrennung des Brennstoffs verbrannt werden. Dadurch wird Wärme freigesetzt, die die hohe Temperatur des Reaktors aufrechterhält.

Unverbrannte Bestandteile in den Abgasen können mithilfe eines Katalysators ohne Verbrennung oxidiert werden. Dazu ist es notwendig, den Abgasen Sekundärluft zuzuführen, die für die Oxidation notwendig ist und deren chemische Reaktion vom Katalysator durchgeführt wird. Dabei wird auch Wärme freigesetzt. Der Katalysator besteht normalerweise aus seltenen Edelmetallen und ist daher sehr teuer.

Katalysatoren können in jedem Motortyp eingesetzt werden, haben jedoch eine relativ kurze Lebensdauer. Wenn Blei im Kraftstoff vorhanden ist, vergiftet sich die Oberfläche des Katalysators schnell und er wird unbrauchbar. Die Herstellung von hochoktanigem Benzin ohne bleihaltige Antiklopfmittel ist ein recht komplexer Prozess, der viel Öl verbraucht, was bei Ölmangel wirtschaftlich nicht machbar ist. Es ist klar, dass die Nachverbrennung von Brennstoff in einem thermischen Reaktor zu Energieverlusten führt, obwohl bei der Verbrennung nutzbare Wärme freigesetzt wird. Daher ist es ratsam, den Prozess im Motor so zu gestalten, dass bei der Verbrennung von Kraftstoff darin eine minimale Menge an Schadstoffen entsteht. Gleichzeitig ist zu beachten, dass zur Erfüllung zukünftiger gesetzlicher Anforderungen der Einsatz von Katalysatoren unumgänglich sein wird.

Bildung von Stickoxiden NO x

Bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen bei stöchiometrischer Gemischzusammensetzung gesundheitsschädliche Stickoxide. Die Reduzierung der Emission von Stickstoffverbindungen ist mit gewissen Schwierigkeiten verbunden, da die Bedingungen für deren Reduzierung mit den Bedingungen für die Bildung schädlicher Produkte unvollständiger Verbrennung übereinstimmen und umgekehrt. Gleichzeitig kann die Verbrennungstemperatur gesenkt werden, indem etwas Inertgas oder Wasserdampf in das Gemisch eingebracht wird.

Zu diesem Zweck empfiehlt es sich, gekühlte Abgase in das Ansaugrohr zurückzuführen. Der daraus resultierende Leistungsabfall erfordert ein fetteres Gemisch und eine größere Öffnung der Drosselklappe, was den Gesamtausstoß von schädlichem CO und CH x aus den Abgasen erhöht.

Die Abgasrückführung kann in Kombination mit einer Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses, variabler Ventilsteuerung und Spätzündung den NOx-Ausstoß um bis zu 80 % reduzieren.

Stickoxide werden auch durch katalytische Verfahren aus Abgasen entfernt. Dabei werden die Abgase zunächst durch einen Reduktionskatalysator geleitet, in dem der NO x -Gehalt reduziert wird, und anschließend zusammen mit zusätzlicher Luft durch einen Oxidationskatalysator, wo CO und CH x eliminiert werden. Ein Diagramm eines solchen Zweikomponentensystems ist in Abb. dargestellt. 3.

Zur Reduzierung des Schadstoffgehalts in Abgasen werden sogenannte α-Sonden eingesetzt, die auch in Verbindung mit einem Zweikomponentenkatalysator eingesetzt werden können. Die Besonderheit des Systems mit einer α-Sonde besteht darin, dass dem Katalysator keine zusätzliche Luft zur Oxidation zugeführt wird, sondern die α-Sonde ständig den Sauerstoffgehalt in den Abgasen überwacht und die Kraftstoffzufuhr so ​​steuert, dass die Gemischzusammensetzung immer entspricht die stöchiometrische. In diesem Fall sind CO, CH x und NO x in minimalen Mengen in den Abgasen vorhanden.

Das Funktionsprinzip der α-Sonde besteht darin, dass sich in einem engen Bereich nahe der stöchiometrischen Zusammensetzung der Mischung α = 1 die Spannung zwischen der Innen- und Außenfläche der Sonde stark ändert, was als Steuerimpuls für das Gerät dient regelt die Kraftstoffzufuhr. Das empfindliche Element 1 der Sonde besteht aus Zirkoniumdioxid und seine Oberflächen 2 sind mit einer Platinschicht beschichtet. Die Spannungsverläufe U zwischen der Innen- und Außenfläche des Messelements sind in Abb. dargestellt. 4.

Andere giftige Substanzen

Zur Erhöhung der Oktanzahl des Kraftstoffs werden üblicherweise Antiklopfmittel wie Tetraethylblei eingesetzt. Um zu verhindern, dass sich Bleiverbindungen an den Brennraumwänden und Ventilen ablagern, werden sogenannte Scavenger eingesetzt, insbesondere Dibromethyl.

Diese Verbindungen gelangen mit Abgasen in die Atmosphäre und verschmutzen die Vegetation entlang von Straßen. Wenn Bleiverbindungen mit der Nahrung in den menschlichen Körper gelangen, wirken sie sich schädlich auf die menschliche Gesundheit aus. Auf Bleiablagerungen in Abgaskatalysatoren wurde bereits hingewiesen. Eine wichtige Aufgabe in diesem Zusammenhang ist derzeit die Entfernung von Blei aus Benzin.

In die Brennkammer gelangendes Öl verbrennt nicht vollständig und der Gehalt an CO und CH x in den Abgasen steigt. Um dieses Phänomen zu beseitigen, sind eine hohe Dichtheit der Kolbenringe und die Aufrechterhaltung eines guten technischen Zustands des Motors erforderlich.

Besonders typisch für Zweitaktmotoren ist die Verbrennung großer Mengen Öl, bei denen es dem Kraftstoff beigemischt wird. Die negativen Folgen der Verwendung von Benzin-Öl-Gemischen werden teilweise durch die Dosierung des Öls mit einer speziellen Pumpe entsprechend der Motorlast gemildert. Ähnliche Schwierigkeiten bestehen beim Einsatz des Wankelmotors.

Auch Benzindämpfe wirken sich schädlich auf die menschliche Gesundheit aus. Daher muss die Kurbelgehäuseentlüftung so erfolgen, dass Gase und Dämpfe, die aufgrund schlechter Abdichtung in das Kurbelgehäuse eindringen, nicht in die Atmosphäre gelangen. Das Austreten von Benzindämpfen aus dem Kraftstofftank kann durch Adsorption und Ansaugen der Dämpfe in das Ansaugsystem verhindert werden. Auch das Austreten von Öl aus Motor und Getriebe sowie die dadurch verursachte Verschmutzung des Fahrzeugs durch Öle sind zur Erhaltung einer sauberen Umwelt verboten.

Die Reduzierung des Ölverbrauchs ist aus wirtschaftlicher Sicht ebenso wichtig wie die Kraftstoffeinsparung, da Öle deutlich teurer sind als Kraftstoff. Regelmäßige Inspektion und Wartung reduzieren den Ölverbrauch aufgrund von Motorstörungen. Öllecks im Motor können beispielsweise durch eine mangelhafte Abdichtung der Zylinderkopfhaube beobachtet werden. Durch Öllecks wird der Motor verschmutzt, was zu einem Brand führen kann.

Auch Öllecks sind aufgrund der geringen Dichtheit der Kurbelwellendichtung gefährlich. In diesem Fall erhöht sich der Ölverbrauch merklich und das Auto hinterlässt schmutzige Spuren auf der Straße.

Die Verunreinigung eines Autos mit Öl ist sehr gefährlich und Ölflecken unter dem Auto sind ein Grund für ein Betriebsverbot.

Aus der Kurbelwellendichtung austretendes Öl kann in die Kupplung gelangen und diese zum Rutschen bringen. Allerdings hat das Eindringen von Öl in den Brennraum noch negativere Folgen. Und obwohl der Ölverbrauch relativ gering ist, erhöht seine unvollständige Verbrennung die Emission schädlicher Bestandteile in den Abgasen. Ölverbrennung äußert sich in einer für das Auto typischen übermäßigen Rauchentwicklung sowie stark verschlissenen Viertaktmotoren.

Bei Viertaktmotoren dringt Öl durch die Kolbenringe in den Brennraum ein, was sich besonders bei starkem Verschleiß an Kolbenringen und Zylindern bemerkbar macht. Der Hauptgrund für das Eindringen von Öl in den Brennraum ist die ungleichmäßige Passung der Kompressionsringe am Zylinderumfang. Das Öl wird von den Zylinderwänden durch die Schlitze des Ölabstreifrings und die Löcher in seiner Nut abgelassen.

Durch den Spalt zwischen der Stange und der Einlassventilführung dringt Öl leicht in den Ansaugkrümmer ein, wo ein Unterdruck herrscht. Dies ist besonders häufig bei der Verwendung von Ölen mit niedriger Viskosität der Fall. Der Ölverbrauch durch dieses Gerät kann durch die Verwendung einer Gummidichtung am Ende der Ventilführung verhindert werden.

Motorkurbelgehäusegase, die viele Schadstoffe enthalten, werden üblicherweise über eine spezielle Rohrleitung in das Ansaugsystem abgeleitet. Von dort gelangen die Kurbelgehäusegase in den Zylinder und verbrennen zusammen mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch.

Niedrigviskose Öle reduzieren Reibungsverluste, verbessern die Motorleistung und senken den Kraftstoffverbrauch. Es wird jedoch nicht empfohlen, Öle mit einer niedrigeren Viskosität als der in der Norm vorgeschriebenen zu verwenden. Dies kann zu einem erhöhten Ölverbrauch und erhöhtem Motorverschleiß führen.

Aufgrund der Notwendigkeit, Öl einzusparen, wird die Sammlung und Verwendung von Altöl immer wichtiger. Durch die Regenerierung von Altölen ist es möglich, eine erhebliche Menge hochwertiger flüssiger Schmierstoffe zu gewinnen und gleichzeitig Umweltverschmutzung zu verhindern, indem die Einleitung von Altölen in Gewässer verhindert wird.

Bestimmung der zulässigen Schadstoffmenge

Schadstoffe aus Abgasen zu entfernen ist eine ziemlich schwierige Aufgabe. In hohen Konzentrationen sind diese Bestandteile sehr gesundheitsschädlich. Natürlich ist es nicht möglich, die aktuelle Situation sofort zu ändern, insbesondere im Hinblick auf die eingesetzte Fahrzeugflotte. Daher werden für neu produzierte Fahrzeuge gesetzliche Anforderungen zur Überwachung des Schadstoffgehalts in Abgasen gestellt. Diese Vorschriften werden unter Berücksichtigung neuer Fortschritte in Wissenschaft und Technologie schrittweise verbessert.

Die Abgasreinigung ist mit einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs um fast 10 %, einer Verringerung der Motorleistung und einem Anstieg der Fahrzeugkosten verbunden. Gleichzeitig steigen auch die Kosten für die Fahrzeugwartung. Katalysatoren sind zudem teuer, weil ihre Bestandteile aus seltenen Metallen bestehen. Die Lebensdauer sollte für 80.000 km Fahrzeuglaufleistung berechnet werden, was jedoch noch nicht erreicht wurde. Derzeit verwendete Katalysatoren halten etwa 40.000 km und verwenden Benzin ohne Bleiverunreinigungen.

Die aktuelle Situation stellt die Wirksamkeit strenger Vorschriften zum Gehalt an schädlichen Verunreinigungen in Frage, da dies zu einer erheblichen Verteuerung des Fahrzeugs und seines Betriebs und letztendlich zu einem erhöhten Ölverbrauch führt.

Die in Zukunft gestellten hohen Anforderungen an die Reinheit von Abgasen können mit dem aktuellen Stand der Otto- und Dieselmotoren noch nicht erfüllt werden. Daher ist es ratsam, auf eine radikale Veränderung des Antriebssystems mechanischer Fahrzeuge zu achten.

EINFÜHRUNG

Notfälle im Zusammenhang mit der Verwendung von verflüssigten Kohlenwasserstoffgasen treten derzeit aufgrund der Zunahme des Diimmer häufiger auf. Die Relevanz der Arbeit liegt darin begründet, dass die Schäden durch Brände und Explosionen in Industrieländern enorm sind und einen stetigen Wachstumstrend aufweisen. Mit zunehmender technischer Ausstattung der Produktion steigt auch die Brand- und Explosionsgefahr. Brände und Explosionen sind ein wesentlicher Bestandteil der meisten Notfallsituationen in Öl- und Gasverarbeitungsunternehmen, weshalb es notwendig und dringend ist, Maßnahmen zu ihrer Prävention zu entwickeln.

Fragen der nachhaltigen Entwicklung – die Platzierung solcher Wirtschaftseinrichtungen in Gebieten in der Nähe von überfüllten Orten führt zur Entstehung einer potenziell gefährlichen Situation.

Umweltaspekt– Die Hauptwirkung von Bränden ist die chemische Verschmutzung durch Verbrennungsprodukte und giftige brennbare Materialien, die sich negativ auf die natürliche Umwelt auswirkt.

1 Problemstatusanalyse

Die Gasindustrie ist einer der Bestandteile des Brennstoff- und Energiekomplexes, zu dem Unternehmen zur Gewinnung und Verarbeitung von Brennstoffen aller Art (Brennstoffindustrie), zur Stromerzeugung und deren Transport gehören.

Der weit verbreitete Einsatz gasförmiger Brennstoffe im Wohnungs- und Kommunalwesen sowie im Dienstleistungssektor ist auf Verbrauchereigenschaften wie hohe Energieeffizienz, Benutzerfreundlichkeit und saubere Verbrennung sowie relativ niedrige Preise zurückzuführen.

In diesem Abschnitt werden Informationen über die Verwendung von verflüssigten Kohlenwasserstoffgasen in der Industrie und die Haupteigenschaften von verflüssigten Gasen erörtert. Auch die Eigenschaften von Gastankstellen und externen Gasleitungen werden berücksichtigt. Es werden Statistiken über Unfälle in Anlagen der Gasindustrie bereitgestellt.

1.1 Industrielle Bedeutung, Verwendung von Propan und anderen Flüssiggasen

Propan- gesättigter Kohlenwasserstoff mit der chemischen Formel: CH3CH2CH3, farbloses brennbares Gas, geruchlos; Schmelztemperatur ( T pl) -187,7 0С, Siedepunkt ( T kip) - 42,1 0С. Die Explosionsgrenze liegt im Gemisch mit Luft bei 2,1–9,5 % (Volumen). Es kommt in Erdöl- und Erdölbegleitgasen, in aus CO und H2 gewonnenen Gasen sowie bei der Erdölraffinierung vor.

Propan hat folgende Eigenschaften:

hoher Heizwert bei der Verbrennung; verbrennt rückstandsfrei und ist bei sachgemäßer Anwendung nahezu unbedenklich; Einfach zu verwenden; Lieferungen sind in Flaschen unterschiedlichen Fassungsvermögens in beliebige Entfernungen möglich.

Diese Eigenschaften machen Propan zu einem vielseitigen Gas; Heute ist es sowohl in der Produktion als auch im Alltag weit verbreitet.

1.1.1 Verwendung von Propan in der Produktion

1) Bei Gasflammenarbeiten in Fabriken und Betrieben:

in der Beschaffungsproduktion; zum Schneiden von Altmetall; zum Schweißen unkritischer Metallkonstruktionen.

Dicke des geschnittenen Stahls mm geschweißter Stahl 2-9 mm

2) Für Dachdeckerarbeiten und zur Beheizung von Industrieräumen im Baugewerbe

3) Zur Beheizung von Industrieräumen (auf Bauernhöfen, Geflügelfarmen, in Gewächshäusern)

4) Für Gasherde, Warmwasserbereiter in der Lebensmittelindustrie

Propan ist ein idealer kommunaler Brennstoff

1.1.2 Verwendung von Propan zu Hause

Bei der Essenszubereitung zu Hause und unterwegs; zum Erhitzen von Wasser; zur saisonalen Beheizung abgelegener Räumlichkeiten – Privathäuser, Hotels, Bauernhöfe; zum Schweißen von Rohren, Gewächshäusern, Garagen mit Gasschweißstationen.

1.1.3 Industrielle Nutzung

Propan ist das Ausgangsprodukt für industrielle Synthesen: die Herstellung von Propanchlorid-Derivaten, Propylen wird durch katalytische Dehydrierung von Propan gewonnen und Nitromethan wird durch Nitrierung (gemischt mit Nitroethan und Nitropropan) gewonnen. Aus Propan und Propylen werden Kohlenwasserstoffe mit verzweigter Kohlenstoffkette (2,3-Dimethylbutan, 2-Methylpentan etc.) gewonnen, die als Zusatz zu Flugkraftstoff dienen. Einige Arten von Raketentreibstoffen enthalten Propan.

In Gas-Benzin- oder Ölraffinerien wird die Propan-Butan-Fraktion durch Verflüssigung von Erdölgasen aus leichteren Bestandteilen getrennt und in Drucktanks zu Gastankstellen transportiert. Während des Transports und der Lagerung befindet sich das Gemisch in einem zweiphasigen Zustand, das heißt in flüssiger Form unter dem Druck seiner Dämpfe. Die flüssige Phase sollte nicht mehr als 85 % des geometrischen Volumens des Zylinders oder Behälters ausfüllen, damit darüber ein Dampfpolster verbleibt.

Propan hat bei Temperaturen von –35 bis +450 °C einen hohen Dampfdruck. Dies ermöglicht bei der Verwendung in Anlagen mit Phasenwahl bei natürlicher Verdunstung die Installation von Flaschen mit Flüssiggas außerhalb des Betriebsgeländes. Der Dampfdruck von Butan ist niedriger, daher wird es in Anlagen mit Dampfphasenextraktion nur bei positiven Temperaturen verwendet, hat aber beim Transport einen Vorteil gegenüber Propan: Je mehr Butan mit Propan im Tank vermischt ist, desto niedriger ist der Dampfdruck und die geringere Gefahr eines Behälterbruchs. Die Dämpfe des Propan-Butan-Gemisches sind farb- und geruchlos. daher werden ihnen Duftstoffe (Ethylmercaptan) zugesetzt.

1.1.4 Verwendung als Kraftstoff im Transportwesen

Die zentralisierten Flüssiggasressourcen übersteigen 6 Millionen Tonnen pro Jahr, von denen nach verschiedenen Schätzungen bis zu 1,3 bis 1,5 Millionen Tonnen im Großhandel ins Ausland verschifft werden, hauptsächlich von kleinen privaten Exportunternehmen. Der russische Kraftstoffmarkt beläuft sich auf 600.000 Tonnen pro Jahr.

Die potenzielle Nachfrage nach Gaskraftstoffen und Gastankstellen ist enorm. Um in den meisten russischen Städten Benzin zu tanken, müssen Sie 1–1,5 Stunden stehen.

Nach vorläufigen Schätzungen beträgt die Mindestkapazität des Absatzmarktes bis zu Jahren:
- Druckgastankstellen mittlerer und geringer Leistung bis 180 Kubikmeter. m/Stunde zu einem Preis von ca. $ - 150-180 Einheiten;
-Flüssiggas-Tankstellen zum Preis von ca. 30.000 $ - 400-450 Einheiten;
-Gasflaschen für komprimiertes Gas zu einem Preis von 150 bis 200 US-Dollar pro Stück – 20-25.000 Einheiten;
-Gas-Automobilausrüstung zum Preis von 150–200 US-Dollar pro Satz – 200.000 Sätze.

Die aufgeführten Gerätetypen werden in Kanada, den USA, Argentinien, Europa (Italien, Deutschland) und Russland hergestellt.

Insgesamt beträgt der geschätzte Markt allein für Ausrüstungslieferungen etwa eine Million Dollar. Die Rentabilität des Gasabfüllgeschäfts in Russland beträgt:
- für Flüssiggastankstellen - 80-100 %;
- für Drucktankstellen - 20-40 %;
- für Drucktankstellen vom Typ Intra-Garage - bis zu 400 %.

Die Analyse zeigt, dass sich die Gewinne in diesem Sektor der russischen Wirtschaft im Jahr 2005 und in den Folgejahren auf 200 bis 350 Millionen US-Dollar belaufen könnten.

Betrachten wir die Vorteile von Gas gegenüber Benzin und Diesel. Die Vorteile gelten sowohl für Methan als auch für Propan-Butan:

1. Verlängerung der Motorüberholungszeit um das 1,5-fache. Die Zylinder-Kolben-Gruppe des Motors hält länger (Gas wäscht kein Öl von den Zylinderwänden und vermischt sich besser mit Luft, was zu einer gleichmäßigeren Verbrennung beiträgt);

2. Erhöhung der Lebensdauer des Motoröls um das 1,5- bis 2-fache. Das Öl kann seltener gewechselt werden, es verliert seine Eigenschaften langsamer;

3. Bei Arbeiten mit Gas kommt es zu keiner Detonation (Oktanzahl über 100);

4. Reduzierung des Geräuschpegels des Motors um 3...8 dB (mindestens 2-mal);

5. Erhöhte Lebensdauer der Zündkerzen um 40 %;

6. Reduzierung der Toxizität von Abgasen: CO - 2...3-fach, CH - 1,3...1,9-fach, es bilden sich viel weniger Kohlenstoffablagerungen, weniger schädliche Abgase;

7. Reduzierung des Abgasrauchs (bei Dieselmotoren) um das 2- bis 4-fache.

Beim Einbau einer Gasflaschenausrüstung (GCA) ändert sich am Design des Autos nahezu nichts. Lediglich ein Magnetventil wird in den Spalt der Kraftstoffleitung eingesetzt, um die Benzinzufuhr zu unterbrechen. Die restlichen Standardkomponenten und -teile unterliegen keinen Änderungen; die Gasausrüstung ist eine Ergänzung, die jederzeit abgeschraubt und in ein anderes Fahrzeug eingebaut werden kann. Nach der Installation des GBA kann das Auto mit zwei Kraftstoffarten fahren – Gas und Benzin.

Der Einsatz von Anlagen zur Herstellung von Flüssiggasen (Propan-Butan-Gemisch für Fahrzeuge) aus Begleitgas bei der Öl- und Gasförderung und Öl- und Gasverarbeitung, hergestellt in den USA, Kanada, Europa und hier, ermöglicht die Gewinnung eigener Gasmengen von bis zu 3 - 4 Millionen Tonnen mit relativ geringen Kapitalinvestitionen pro Jahr.
Daher stellen wir fest, dass auf dem sich entwickelnden russischen Markt alle Voraussetzungen für den Start eines erfolgreichen Gasabfüllgeschäfts vorhanden sind.

1.2 Propanproduktion

Bei der Herstellung von Propan sowie gesättigten Kohlenwasserstoffen werden natürliche Quellen (Gas, Öl usw.) und synthetische Produktionsmethoden genutzt.

Propan ist in der Natur weit verbreitet. Es kommt in Erdgas (bis zu 5 %) vor, gelöst in Öl.

1) Ölrissbildung. Die Hauptprozesse beim Cracken sind die homolytische Spaltung der Kohlenstoffkette mit gleichzeitiger Isomerisierung und Cyclisierung sowie die Hydrierung von Kohlenwasserstoffen unter Bildung ungesättigter Verbindungen. Die Struktur dieser Produkte wird durch die Struktur des anfänglichen gesättigten Kohlenwasserstoffs und das technologische Crackverfahren bestimmt. Das Knacken wurde 1891 erfunden.

C5H12 C3H8 + C2H4;

Pentan-Propan-Ethylen

2) Hydrierung von Kohlen: Mischen und Erhitzen mit schweren Schmierölen und Katalysator (Eisenoxide):

3C + 4H2 C3H8

3) Hydrierung ungesättigter Kohlenwasserstoffe:

Propylen H2 Propan

4) Synthese aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff (Synthesegas). In diesem Fall wird Nickel oder Kobalt als Katalysator verwendet:

nCO + (2n+1)H2 CnH2n+2 + nH2O

1.3 LagerungPropan

Verflüssigte Kohlenwasserstoffgase werden in Stahltanks (Abbildung 1.3) unter Dampfdruck und in unterirdischen Gasspeicheranlagen – Bergwerken und Salzschichten – gelagert.

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Propan kann gepumpt werden. Allerdings sind in diesem Fall die Anforderungen der Sicherheitsvorschriften strikt einzuhalten, bei Verstößen können folgende Gefahren entstehen:

§ Leckage in die Atmosphäre durch die Stopfbuchsdichtungen und deren Entzündung und Explosion;

§ Überhitzung der Pumpen mit möglicher Explosion;

§ Bildung von Gaspfropfen in Pumpen und Rohrleitungen mit möglicher Zerstörung von Rohrleitungen durch Überdruck;

§ Luft tritt in das System ein oder wird vor dem Start nach einer Abschaltung oder Reparatur unvollständig entfernt.

1.4 Flash-Verdampfung von Propan

Propan fällt in die Kategorie der Flüssigkeiten, deren kritische Temperatur über der Umgebungstemperatur liegt. Der Hauptunterschied zwischen Flüssigkeiten dieser Kategorie ist das Phänomen der „Flash-Verdampfung“, das auftritt, wenn der Druck in einem System, das eine Flüssigkeit im Gleichgewicht mit ihren Dämpfen enthält, abnimmt. Nach einiger Zeit stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein und der Siedepunkt der Flüssigkeit wird niedriger. Lassen Sie uns besonders den Fall der Freisetzung von Flüssigkeit aus einem geschlossenen System in die Umwelt hervorheben. Wenn ein Propantank zusammenbricht, können die Anfangs- und Endbedingungen wie folgt aussehen:

	Anfangsbedingungen	Endgültige Bedingungen
Temperatur, 0C
Absoluter Druck, bar

Beim Übergang vom Anfangszustand zum Endzustand kommt es zur teilweisen Verdunstung. Wenn wir davon ausgehen, dass der Prozess adiabatisch abläuft (d. h. das System nimmt keine Wärme auf oder gibt sie nicht ab), bedeutet dies, dass die Enthalpie einer Masseneinheit Flüssigkeit unter Anfangsbedingungen gleich der Summe der Enthalpie von ist der Teil der Flüssigkeit, der verdunstet ist.

Dieser letzte Teil kann aus Tabellen oder Diagrammen der thermodynamischen Eigenschaften des betreffenden Stoffes berechnet werden. In der Praxis werden verschiedene Methoden zur Darstellung der thermodynamischen Eigenschaften eines Stoffes eingesetzt. In der Regel werden Diagramme verwendet, in denen Druck, Temperatur, Enthalpie, Entropie und Dampfgehalt variable Größen sind. Sie unterscheiden sich darin, welche Größen entlang der Achsen aufgetragen werden, beispielsweise „Druck-Enthalpie“ oder „Enthalpie-Entropie“. Diagramme dienen in der Regel dazu, andere Größen als die entlang der Achsen aufgetragenen Parameter zu bestimmen.

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Abbildung 1.4 – Anteil der sofort verdampften Flüssigkeit in der adiabatischen Näherung.

Die Abbildung zeigt die Abhängigkeit des Anteils des sofort verdampften Teils der Flüssigkeit – Propan in adiabatischer Näherung (TAFF) – von der Anfangstemperatur. Die Berechnungen wurden nach folgender Formel durchgeführt:

TAFТ=(НТ-НХ)/LX;

wobei TAFТ der Anteil der sofort verdampften Flüssigkeit in der adiabatischen Näherung bei der Temperatur T ist;

NT – spezifische Flüssigkeitsenthalpie bei Temperaturen

НХ – spezifische Enthalpie einer Flüssigkeit am Siedepunkt bei Atmosphärendruck;

LX ist die spezifische latente Verdampfungswärme am Siedepunkt bei Atmosphärendruck.

Bei der Berechnung des TAFF wird Folgendes angenommen:

1) Beim Verdampfen steht der Dampf im Gleichgewicht mit der flüssigen Phase. In der Realität ist dies jedoch nicht der Fall, da der zunächst freigesetzte Dampf eine höhere Temperatur hat als die verbleibende Flüssigkeit. Bei den Berechnungen wurde davon ausgegangen, dass dieser Effekt sehr unbedeutend war.

2) Adiabatische Prozesse. Der Flash-Verdampfungsprozess läuft sehr schnell ab und daher kann der Wärmegewinn aus der Umgebung höchstwahrscheinlich vernachlässigt werden. Viel bedeutsamer ist hier der Einfluss von Schaum und Spritzern auf die in die Umwelt abgegebene Flüssigkeitsmenge.

1.4.1 Dynamik des Verdampfungsprozesses

Die Gesetze der Thermodynamik ermöglichen es, basierend auf bestimmten Annahmen, den endgültigen Gleichgewichtszustand des Flash-Verdampfungsprozesses vorherzusagen. Diese Gesetze berücksichtigen jedoch nicht die Zeit und erlauben uns daher nicht, die Dynamik des Verhaltens von Flüssigkeit und Gas während dieses Prozesses zu beschreiben.

Die Analyse der Hydrodynamik der Flash-Verdampfung umfasst drei Aspekte von erheblichem Interesse. Diese sind:

1) Sofortige Verdunstung verbunden mit vollständiger Zerstörung des Druckbehälters;

2) Sofortige Verdunstung bei Leckage oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in einem Dampf-Flüssigkeitssystem;

3) Sofortige Verdunstung bei einem Leck unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Dampf-Flüssigkeit-System.

In der Industrie gibt es eine Reihe von Prozessen, bei denen die Entspannungsverdampfung ein fester Bestandteil ist. Analysen und experimentelle Studien dieses Prozesses sind für Prozessberechnungen erforderlich, zu denen auch Berechnungen von Flash-Boilern, Flash-Destillations- und Flash-Verdampfungssystemen gehören.

1.4.2 Sofortige Verdunstung nach vollständiger Zerstörung

Die vollständige Zerstörung eines unter Druck stehenden Gefäßes bedeutet seinen plötzlichen Zerfall in etwa gleiche Teile, was recht selten vorkommt. Dennoch tritt das Phänomen auf und geht mit der Freisetzung brennbarer und giftiger Dämpfe einher.

Lassen Sie uns den Zeitrahmen für solche Ereignisse grob abschätzen.

Die für die Entspannungsverdampfung erforderliche Mindestzeit kann theoretisch ermittelt werden, indem man davon ausgeht, dass sich am Ende des Prozesses eine Dampfwolke ohne Luftmischung bildet. Als Zeit der sofortigen Verdunstung wird die Zeit angesehen, in der der Dampfausstoß, der sich mit Schallgeschwindigkeit von der Oberfläche der sofort verdampfenden Flüssigkeit bewegt, den Rand der gebildeten Wolke erreicht. Auf diese Weise:

Dabei ist Tf die Verdampfungszeit, Rc der Radius der Dampfhülle und Cv die Schallgeschwindigkeit im Dampf.

Der Radius der Halbkugel wird aus dem Ausdruck bestimmt:

Daher: r=(0,48V)1/3=0,78V1/3;

Um den Wolkenradius zu berechnen, müssen Sie zunächst das Volumen der Wolke abschätzen und dabei die Kombination aus dem Volumen der ersten Freisetzung und dem Flüssigkeitsvolumen nach der Blitzverdampfung berücksichtigen. Der Ausbreitungsradius des Dampfbereichs wird durch die Differenz zwischen dem Radius der Halbkugel und dem Radius der Flüssigkeit vor der sofortigen Verdampfung bestimmt. In den meisten Fällen reicht es jedoch aus, den Radius des anfänglichen Flüssigkeitsvolumens vom Radius einer Halbkugel abzuziehen, deren Volumen dem Volumen des verdampften Dampfs entspricht.

Somit,

/Сv;

für 100 m3 Propan bei 10 bar: TAFF=0,38; Ef=257 – Verhältnis der spezifischen Volumina von Dampf und Flüssigkeit für Propan bei atmosphärischem Druck; Cv=300 m/s; Dann:

Tf=0,78*((100*257*0,38)-100)1/3/300=0,055 s.

Vergleichen wir das erhaltene Ergebnis mit dem Zeitpunkt der vollständigen Zerstörung des Druckbehälters. Wenn wir davon ausgehen, dass die Zerstörung durch Risse verursacht wird, die sich in Stahl entlang des Umfangs der Basis der Halbkugel mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten, dann würde dies in 2Pr/Cs-Sekunden geschehen. Für eine Halbkugel mit einem Volumen von 100 m3 ist r = 3,63 m und der Umfang beträgt 22,8 m, Cs = 3200 m/s, T = 0,007 s.

Die oben beschriebene Situation ist nicht realistisch, schon allein deshalb, weil es keine halbkugelförmigen Tanks gibt und das Auftreten eines solchen Risses fast immer zu einer platzenden Freisetzung mit starker Verformung der Luftumgebung in der Nähe des Tanks führt. Die bei der Freisetzung gebildete Wolke vermischt sich mit der Luft. Darüber hinaus beginnt der Dampf seine Bewegung aus dem Ruhezustand, und es ist unwahrscheinlich, dass die Schallgeschwindigkeit bereits im ersten Moment erreicht wird, und nachdem der Druck auf einen bestimmten kritischen Punkt abfällt, ist sie auch theoretisch nicht mehr erreichbar. Daher wird die tatsächliche Abschlusszeit des Flash-Verdampfungsprozesses länger sein als oben berechnet.

In der Praxis verläuft die Entspannungsverdampfung sehr heftig. Sobald die äußere Oberfläche der flüssigen Masse von ihrem Dampf befreit ist und die äußere Schicht zerfällt, wird die untere Schicht freigesetzt. In diesem Fall geht man davon aus, dass sich die Flüssigkeit während der Entspannungsverdampfung in eine Schaummasse verwandelt. Bei heftigem Zerfall ausgestoßene Tröpfchen können über die theoretisch berechnete Dampfhülle hinausgehen. Gleichzeitig führt der bei der Dampfexpansion entstehende Impuls zur Freisetzung des Dampfes in die umgebende Atmosphäre, wo er sich mit Luft vermischt und eine Wolke aus Dampf-Luft-Gemisch bildet. Es wird angenommen, dass bei der sofortigen Verdampfung auch Flüssigkeitströpfchen in die sich bildende Dampfwolke hineingezogen werden und die Masse der flüssigen Phase gleich der Masse der Dampfphase ist. Diese Ansicht wurde vom Ausschuss der Berater für schwerwiegende Gefahren akzeptiert. Es ist möglich, dass die Dampfausdehnung, selbst wenn sie mit Unterschallgeschwindigkeit erfolgt, die Luft vor sich komprimiert und eine Schockwelle erzeugt, die der bei einer chemischen Explosion ähnelt.

Obwohl das obige Modell davon ausging, dass das Reservoir vollständig mit Flüssigkeit gefüllt war, muss in der Praxis eine Dampfphase im Reservoir vorhanden sein, die sich beim Bruch ausdehnt, es sei denn, das Reservoir ist überfüllt oder ist aufgrund von hydraulischem Bruch ausgefallen. Daher hängt die Größe der Dampfwolke, die sich beim vollständigen Platzen eines Propantanks bildet, vom Füllungsgrad des Behälters mit Flüssigkeit zum Zeitpunkt des Platzens ab. In unserem Fall kann die Zerstörung eines vollständig mit Flüssigkeit gefüllten Tanks dazu führen, dass das Volumen des direkt freigesetzten Dampfes 100-mal größer ist als sein ursprüngliches Volumen. Die Zerstörung eines teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Tanks bei einem Dampfdruck von 10 bar führt nur zu einer Verzehnfachung.

1.4.3 Flash-Verdampfung bei Zerfall oberhalb des Flüssigkeitsspiegels

Stellen Sie sich den Fall vor, dass ein Reservoir, das eine schnell verdampfende Flüssigkeit enthält, oberhalb des Flüssigkeitsspiegels durchbrochen wird. Schon ein kleines Leck kann dazu führen, dass bei Tankdruck so lange Dampf austritt, bis die gesamte Flüssigkeit verdampft ist. Obwohl Wärme aus der Umgebung zugeführt wird, wird der Inhalt auf eine Temperatur abgekühlt, die von der Größe der Löcher abhängt. Die Durchflussrate hängt von der Größe der Öffnung und dem Druck im Behälter ab. Der Durchfluss kann kritisch sein. Dieser wird durch den Druckwert und die örtliche Schallgeschwindigkeit bestimmt. Die gleiche Überlegung lässt sich auf Fälle anwenden, in denen ein Rohr bricht, das mit dem Dampfraum in einem Lagertank verbunden ist. Die Strömungsgeschwindigkeit wird mit Standardmethoden berechnet.

Die Entscheidung, ob das Mitreißen von Flüssigkeitströpfchen in den Dampfstrom signifikant ist, hängt von der Boil-off-Rate und der Höhe des Dampfraums ab. In der Arbeit wird argumentiert, dass in Kesseln mit schneller Dampfverdünnung, in denen Kondensat aus Hochdruck-Heizschlangen verdampft, die Mitnahme von Flüssigkeitströpfchen durch Niederdruck-Wasserdampf bei Strömungsgeschwindigkeiten über 3 m/s erheblich wird. Die Arbeit zeigt, dass in Destillationskolonnen mit großen Bodenabständen eine Geschwindigkeit von 2 m/s der Schwellenwert für die Mitnahme ist. Bei Strömungsgeschwindigkeiten von weniger als 2–3 m/s führt ein Zusammenbruch des Behälters daher dazu, dass nur Dampf ohne Flüssigkeitströpfchen strömt.

1.4.4 Flash-Verdampfung bei Zerfall unterhalb des Flüssigkeitsspiegels

Wenn ein Tank unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Ausflussloch in einer flachen Wand zusammenbricht, ist höchstwahrscheinlich mit einem einphasigen Flüssigkeitsfluss zu rechnen. In diesem Fall kommt es zu einer sofortigen Verdunstung von außerhalb des Lecks. Wenn das Leck auf einen Rohrbruch zurückzuführen ist, führt die Bildung von Graten im Rohr wahrscheinlich zu einer Zweiphasenströmung. Aufgrund der Entspannungsverdampfung ist die Durchflussrate geringer als bei einem einphasigen Flüssigkeitsstrom bei gleichem Druckabfall. Allerdings hat ein Durchschlag unterhalb des Flüssigkeitsspiegels einen größeren Massendurchsatz als ein ähnlich großer Durchschlag oberhalb des Flüssigkeitsspiegels.

1.5 Physiologische und toxische Wirkungen von Propan

Tierexposition: Das Einatmen einer Mischung aus 90 % Propan und 10 % Sauerstoff führt bei Katzen zu einer Vollnarkose.

Exposition des Menschen: Es wurden Fälle von selbstmörderisch tödlicher Vergiftung durch Propan, das als Haushaltsbrennstoff verwendet werden sollte, gemeldet. Bei einer Propanvergiftung befindet sich nicht nur Propan im Blut, Urin oder der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit, sondern auch Propen. Einige Propanderivate werden im Körper verstoffwechselt. So wurde bei der Inhalation von 2-Nitropropan-1,3 in Konzentrationen von 72,8 bzw. 560 mg/m3 bei Ratten über 48 Stunden mehr als die Hälfte davon über die Lunge in Form von CO2 freigesetzt, ein Teil (13,7 bzw. 21,9 %) als unverändertes Molekül, mit Urin – 8,1 und 10,7 %, mit Kot – 10,7 und 5,3 %; 25,5 und 11,3 % reichern sich in Geweben und Knochen an. Propan ist ein Abfallprodukt, das, wenn auch in geringen Mengen, in der Ausatemluft des Menschen vorkommt.

Bestimmungsmethoden.

Der chromatographischen Bestimmung sollte der Vorzug gegeben werden. Bei Verwendung wirksamer Absorptionsmittel zur Probenahme (Maslovka, Nowicka) ermöglicht die GLC-Methode die Bestimmung von Propan. Methoden zur Bestimmung in Biosubstraten basieren ebenfalls auf Gasabsorption und GLC.

Präventionsmethoden. Persönlicher Schutz.

Beim Einsatz eines Propanbrenners im Innenbereich müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden: Bei Sauerstoffmangel verbrennt Propan unter Bildung von CO und Aldehyden, was zu Vergiftungen führen kann. Die Arbeit sollte mit Zu- und Abluft ausgestattet sein. Bei der Arbeit müssen Sie eine Schutzbrille tragen.

Notfallversorgung .

Im Falle einer Inhalationsvergiftung sollte das Opfer aus der kontaminierten Atmosphäre entfernt, von enger Kleidung befreit und an einen warmen Ort (mit Heizkissen bedeckt) gebracht werden. Bei Atemstörungen wird Sauerstoff verabreicht, bei Atemstillstand wird sofort mit der künstlichen Beatmung der Lunge begonnen. Kaffee, starker Tee, Senfpflaster oder Wärmekissen an den Gliedmaßen. Bei drohender Entwicklung eines Lungenödems frühzeitiger Aderlass, Sauerstofftherapie, Calciumchlorid oder Calciumgluconat, intravenöse 40-prozentige Glukoselösung etc. Zur Vorbeugung einer Lungenentzündung werden Sulfonamide und Antibiotika eingesetzt. Als wirksame Mittel zur unspezifischen entzündungshemmenden und antitoxischen Therapie werden Glukokortikoide (intramuskulär), insbesondere Cortisonacetat (2 ml Suspension), Hydrocortisonacetat (2 ml Suspension) oder Prednisolonhydrochlorid (0,5 oder 1,0 ml) verschrieben. Besonderes Augenmerk sollte auf den Zustand des Herz-Kreislauf-Systems gelegt werden.

Giftige Wirkung eines Gasgemisches

1) Propan-Butan

Die Mischung bewirkt eine Anästhesie. Bei hohen Konzentrationen treten toxische Eigenschaften auf.

Tiere. Meerschweinchen wurden einer inhalativen Exposition gegenüber einer Mischung (Propan und Butan zu gleichen Teilen) in einer Konzentration von 50 % (Volumen) 30 Minuten lang 30 Tage lang, 30 % 1 Stunde lang 60 Tage lang und 5 % 120 Tage lang ausgesetzt. Nur eine 50-prozentige Mischung verursachte eine leichte hypochrome Anämie.

Menschlich. Es wurden Fälle von Vergiftungen bei Arbeitern beschrieben, die Gefäße mit einem Propan-Butan-Gemisch füllten. Vergiftungssymptome: Unruhe, Benommenheit, Verengung der Pupillen, Verlangsamung des Pulses auf 40-50 Schläge pro Minute, Speichelfluss, Erbrechen, dann mehrstündiger Schlaf; am nächsten Tag blieb der Puls langsam, es wurden Hypotonie und ein mäßiger Anstieg der Körpertemperatur festgestellt; Nach schwerer Vergiftung bei längerer Narkose ist Gedächtnisverlust möglich. Lokale Wirkung auf den Menschen – bei Hautkontakt kommt es zu Erfrierungen, die Wirkung ähnelt einer Verbrennung.

2) Propan-Butan-Pentan

Tiere.

In Versuchen an männlichen Ratten, die 105 Tage lang kontinuierlich eine Mischung aus Propan (139 mg/m3), Butan (80 mg/m3) und Pentan (32 mg/m3) inhalierten, wurde nach 90 Tagen eine Verlangsamung der Körpergewichtszunahme festgestellt. eine Abnahme der Menge an Erythrozyten, Hämoglobin, verminderte phagozytische Aktivität von Neutrophilen, Hemmung der konditionierten Reflexaktivität. Bei geschlachteten Tieren wurden dystrophische Veränderungen in der Leber festgestellt. Etwas weniger ausgeprägte, aber in die gleiche Richtung gerichtete Veränderungen wurden bei Tieren festgestellt, wenn sie unter gleichen Bedingungen ein Propangemisch (11 mg/m3) inhalierten.

1.6 Für Flüssiggase typische Notfallsituationen und deren Folgen.

Im Folgenden sind der Fachliteratur zufolge die bekanntesten Unfälle im Zusammenhang mit dem Umgang mit gefährlichen Stoffen in der Anlage aufgeführt.

1984 San Juanico (Mexiko).

Eine Reihe aufeinanderfolgender Explosionen, die in einem C3-C4-Lagerpark für flüssige Kohlenwasserstoffe Feuerbälle erzeugen, weil große Mengen an Kohlenwasserstoffen aus einer Pipeline oder einem Tank austreten. Die Wolke wurde durch die Flamme eines Fackelgeräts entzündet.

Die Explosion der Dampfwolke war auf den Bruch einer Rohrleitung mit flüssigem Propan zurückzuführen. Der Vorfall hätte die größte Dampfwolkenexplosion der Geschichte sein können, ereignete sich jedoch in einem dünn besiedelten Gebiet der Stadt und der Explosion ging eine gewisse Zeitspanne voraus, die die Evakuierung einer Reihe von Bewohnern ermöglichte. Bis auf leichte Verletzungen gab es bei dem Unfall keine Verletzten. Obwohl dieses Ereignis früher als Detonation bezeichnet wurde, wird es heute als Deflagrationstransformation angesehen, die durch eine Explosion im Inneren des Gebäudes verursacht wurde.

Die mechanische Ursache der Explosion war der Bruch einer 8-Zoll (200 mm) langen Rohrleitung, durch die Propan mit einem Druck von 6 MPa transportiert wurde. Nach dem Rohrbruch vergingen 20 Minuten, bis das Feuer ausbrach, was es den Menschen um ihn herum ermöglichte, sich in sicherer Entfernung zu bewegen.

Der Brand entstand durch das Eindringen von Dampf in das aus Betonblöcken gebaute Lagergebäude, das sich in Windrichtung 300 m vom Leck entfernt befand. Das Gebäude enthielt Tiefkühlungsanlagen und ein Thermostatfunke verursachte wahrscheinlich den Brand. Das Gebäude selbst wurde höchstwahrscheinlich durch die erste Explosion zerstört. Im Gegensatz zum Unfall am 28. Juli 1948 in Ludwigshafen (Deutschland) und dem Unfall am 1. Juni 1979 in Flixborough (Großbritannien) wurde keines der an die Unfallstelle angrenzenden Gebäude vollständig zerstört.

Die Betreiber schätzten die Menge der aus der Pipeline ausgelaufenen Flüssigkeit auf etwa 750 Barrel oder 60 Tonnen. Sicherlich war nicht das gesamte ausgelaufene Material an der Explosion beteiligt, ein Teil davon wurde in einer Konzentration unterhalb der unteren Explosionsgrenze in die Luft verteilt. und einige auf eine Konzentration oberhalb der oberen Entflammbarkeitsgrenze. Bei einem ausreichend langen Leckvorgang stellt sich schließlich ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem die Verdünnungsgeschwindigkeit des Stoffes in der Luft auf eine Konzentration, bei der eine Verbrennung unmöglich ist, gleich der Intensität der Leckquelle wird. Der Bericht schätzt den stationären Zustand der Wolke auf eine Länge von 500 m, eine Breite von 16–20 m und eine Höhe von 4–7 m. Eine solche Wolke bedeckt eine Fläche von 6.000 m2.

VPR Allrussische Testarbeit - Chemie 11. Klasse

Erläuterungen zum Beispiel der Allrussischen Testarbeit

Wenn Sie sich mit einer Beispieltestarbeit vertraut machen, sollten Sie bedenken, dass die in der Beispielaufgabe enthaltenen Aufgaben nicht alle Fähigkeiten und Inhaltsfragen widerspiegeln, die im Rahmen der gesamtrussischen Testarbeit getestet werden. Eine vollständige Liste der Inhaltselemente und Fähigkeiten, die in der Arbeit geprüft werden können, finden Sie im Kodifizierer der Inhaltselemente und Anforderungen an den Ausbildungsstand der Absolventen für die Entwicklung eines gesamtrussischen Tests in Chemie. Der Zweck der Mustertestarbeit besteht darin, einen Eindruck vom Aufbau der gesamtrussischen Testarbeit, der Anzahl und Form der Aufgaben sowie deren Komplexitätsgrad zu vermitteln.

Anweisungen zur Durchführung der Arbeiten

Der Test umfasst 15 Aufgaben. Für die Durchführung der Chemiearbeit ist 1 Stunde 30 Minuten (90 Minuten) vorgesehen.
Formulieren Sie Ihre Antworten im Text der Arbeit gemäß den Anweisungen zu den Aufgaben. Wenn Sie eine falsche Antwort aufschreiben, streichen Sie diese durch und schreiben Sie eine neue daneben.
Bei der Durchführung von Arbeiten dürfen Sie folgende zusätzliche Materialien verwenden:
– Periodensystem der chemischen Elemente D.I. Mendelejew;
– Tabelle der Löslichkeit von Salzen, Säuren und Basen in Wasser;
– elektrochemische Spannungsreihe von Metallen;
– nicht programmierbarer Taschenrechner.
Beim Erledigen von Aufgaben können Sie einen Entwurf verwenden. Beiträge im Entwurf werden nicht überprüft oder bewertet.
Wir empfehlen Ihnen, die Aufgaben in der angegebenen Reihenfolge zu erledigen. Um Zeit zu sparen, überspringen Sie eine Aufgabe, die Sie nicht sofort erledigen können, und fahren Sie mit der nächsten fort. Wenn Sie nach Abschluss aller Arbeiten noch Zeit haben, können Sie zu den verpassten Aufgaben zurückkehren.
Die Punkte, die Sie für erledigte Aufgaben erhalten, werden summiert. Versuchen Sie, so viele Aufgaben wie möglich zu erledigen und die meisten Punkte zu erzielen.
Wir wünschen Ihnen viel Erfolg!

1. Aus Ihrem Chemiestudium kennen Sie folgende Methoden zur Stofftrennung: Absetzen, Filtrieren, Destillation (Destillation), magnetische Wirkung, Verdampfung, Kristallisation. Die Abbildungen 1–3 zeigen Beispiele für die Verwendung einiger der aufgeführten Methoden.

Welche der folgenden Methoden zur Stofftrennung können zur Reinigung eingesetzt werden:
1) Mehl aus eingedrungenen Eisenspänen;
2) Wasser aus darin gelösten anorganischen Salzen?
Tragen Sie die Zahlennummer und die Bezeichnung der entsprechenden Trennmethode in die Tabelle ein.

Eisenspäne werden von einem Magneten angezogen

Bei der Destillation verbleiben nach der Kondensation des Wasserdampfes Salzkristalle im Gefäß

2. Die Abbildung zeigt ein Modell der elektronischen Struktur eines Atoms einer ChemikalieElement.

Führen Sie basierend auf der Analyse des vorgeschlagenen Modells die folgenden Aufgaben aus:
1) das chemische Element identifizieren, dessen Atom eine solche elektronische Struktur hat;
2) Geben Sie die Periodennummer und Gruppennummer im Periodensystem der chemischen Elemente D.I. an. Mendeleev, in dem sich dieses Element befindet;
3) Bestimmen Sie, ob die einfache Substanz, die dieses chemische Element bildet, ein Metall oder ein Nichtmetall ist.
Schreiben Sie Ihre Antworten in die Tabelle.
Antwort:

N; 2; 5 (oder V); Nichtmetall

Um ein chemisches Element zu bestimmen, sollten Sie die Gesamtzahl der Elektronen zählen, die wir in Abbildung (7) sehen.

Anhand des Periodensystems können wir das Element leicht bestimmen (die Anzahl der gefundenen Elektronen entspricht der Ordnungszahl des Elements) (N-Stickstoff)

Danach bestimmen wir die Gruppennummer (vertikale Spalte) (5) und die Art dieses Elements (Nichtmetall).

3. Periodensystem der chemischen Elemente D.I. Mendelejew– ein reichhaltiger Informationsspeicher über chemische Elemente, ihre Eigenschaften und die Eigenschaften ihrer Verbindungen, über die Änderungsmuster dieser Eigenschaften, über Methoden zur Gewinnung von Stoffen sowie über ihren Standort in der Natur. Es ist beispielsweise bekannt, dass mit zunehmender Ordnungszahl eines chemischen Elements in Perioden die Radien der Atome abnehmen und in Gruppen zunehmen.
Unter Berücksichtigung dieser Muster ordnen Sie die folgenden Elemente in der Reihenfolge zunehmender Atomradien an: N, C, Al, Si. Notieren Sie die Bezeichnungen der Elemente in der erforderlichen Reihenfolge.

Antwort: ____________________________

N → C → Si → Al

4. Die folgende Tabelle listet die charakteristischen Eigenschaften von Stoffen mit molekularer und ionischer Struktur auf.

Bestimmen Sie anhand dieser Informationen, welche Struktur die Stoffe Stickstoff N2 und Kochsalz NaCl haben. Schreiben Sie Ihre Antwort in das dafür vorgesehene Feld:

1) Stickstoff N2 ________________________________________________________________
2) Speisesalz NaCl ___________________________________________________

Stickstoff N2 – Molekülstruktur;
Speisesalz NaCl – ionische Struktur

5. Komplexe anorganische Stoffe lassen sich bedingt in vier Gruppen einteilen, also einteilen, wie im Diagramm dargestellt. Tragen Sie in diesem Diagramm für jede der vier Gruppen die fehlenden Gruppennamen oder chemischen Formeln der zu dieser Gruppe gehörenden Stoffe (ein Beispiel für Formeln) ein.

Die Namen der Gruppen werden aufgeschrieben: Basen, Salze;
Formeln von Stoffen der entsprechenden Gruppen werden niedergeschrieben

CaO, Basen, HCl, Salze

Lesen Sie den folgenden Text und erledigen Sie die Aufgaben 6–8.

Die Lebensmittelindustrie verwendet den Lebensmittelzusatzstoff E526, bei dem es sich um Calciumhydroxid Ca(OH)2 handelt. Es wird zur Herstellung von Fruchtsäften, Babynahrung, eingelegten Gurken, Speisesalz, Süßwaren und Süßigkeiten verwendet.
Es ist möglich, Calciumhydroxid im industriellen Maßstab herzustellen durch Mischen von Calciumoxid mit Wasser Dieser Vorgang wird als Quenchen bezeichnet.
Calciumhydroxid wird häufig bei der Herstellung von Baustoffen wie Tünche, Putz und Gipsmörtel verwendet. Das liegt an seinem Können interagieren mit Kohlendioxid CO2 in der Luft enthalten. Die gleiche Eigenschaft einer Calciumhydroxidlösung wird zur Messung des quantitativen Kohlendioxidgehalts in der Luft genutzt.
Eine nützliche Eigenschaft von Calciumhydroxid ist seine Fähigkeit, als Flockungsmittel zu wirken, das Abwasser von suspendierten und kolloidalen Partikeln (einschließlich Eisensalzen) reinigt. Es wird auch zur Erhöhung des pH-Wertes von Wasser eingesetzt, da natürliches Wasser Stoffe enthält (z.B. Säuren), was zu Korrosion in Sanitärrohren führt.

1. Schreiben Sie eine Molekülgleichung für die Reaktion zur Herstellung von Calciumhydroxid, die
im Text erwähnt.

2. Erklären Sie, warum dieser Vorgang als Quenchen bezeichnet wird.
Antwort:__________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

1) CaO + H 2 O = Ca(OH) 2
2) Wenn Calciumoxid mit Wasser interagiert, wird eine große Menge freigesetzt
Wärmemenge, sodass das Wasser kocht und zischt, als würde es auf heiße Kohle treffen, wenn das Feuer mit Wasser gelöscht wird (oder „dieser Vorgang wird Löschen genannt, weil dadurch gelöschter Kalk entsteht“)

1. Schreiben Sie eine Molekülgleichung für die Reaktion zwischen Calciumhydroxid und Kohlendioxid
Gas, das im Text erwähnt wurde.
Antwort:__________________________________________________________________________

2. Erklären Sie, welche Merkmale dieser Reaktion es ermöglichen, sie zum Nachweis zu verwenden
Kohlendioxid in der Luft.
Antwort:__________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

1) Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
2) Als Ergebnis dieser Reaktion entsteht eine unlösliche Substanz - Calciumcarbonat. Es wird eine Trübung der ursprünglichen Lösung beobachtet, die es uns ermöglicht, das Vorhandensein von Kohlendioxid in der Luft zu beurteilen (qualitativ).
Reaktion auf CO 2)

1. Schreiben Sie eine abgekürzte Ionengleichung für die im Text zwischen erwähnte Reaktion
Calciumhydroxid und Salzsäure.
Antwort:__________________________________________________________________________

2. Erklären Sie, warum diese Reaktion verwendet wird, um den pH-Wert von Wasser zu erhöhen.
Antwort:__________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

1) OH – + H + = H 2 O (Ca(OH)2+ 2HCl = CaCl2 + 2H2O)
2) Das Vorhandensein von Säure in natürlichem Wasser führt zu niedrigen pH-Werten dieses Wassers. Calciumhydroxid neutralisiert die Säure und der pH-Wert steigt

Die pH-Skala reicht von 0-14. von 0–6 – saure Umgebung, 7 – neutrale Umgebung, 8–14 – alkalische Umgebung

9. Es wird ein Diagramm der Redoxreaktion gegeben.

H 2 S + Fe 2 O 3 → FeS + S + H 2 O

1. Erstellen Sie eine elektronische Waage für diese Reaktion.
Antwort:__________________________________________________________________________

2. Identifizieren Sie das Oxidationsmittel und das Reduktionsmittel.
Antwort:__________________________________________________________________________

3. Ordnen Sie die Koeffizienten in der Reaktionsgleichung an.
Antwort:__________________________________________________________________________

1) Eine elektronische Waage wurde erstellt:

2Fe +3 + 2ē → 2Fe +2	2		1
		2
S -2 – 2ē → S 0	2		1

2) Es wird angegeben, dass Schwefel in der Oxidationsstufe –2 (oder H 2 S) ein Reduktionsmittel und Eisen in der Oxidationsstufe +3 (oder Fe 2 O 3) ein Oxidationsmittel ist;
3) Die Reaktionsgleichung wurde zusammengestellt:
3H 2 S + Fe 2 O 3 = 2FeS + S + 3H 2 O

10. Das Transformationsschema ist gegeben:

Fe → FeCl 2 → Fe(NO 3) 2 → Fe(OH) 2

Schreiben Sie Molekülgleichungen von Reaktionen, die zur Durchführung verwendet werden können
die angegebenen Transformationen.
1) _________________________________________________________________________
2) _________________________________________________________________________
3) _________________________________________________________________________

Die dem Transformationsschema entsprechenden Reaktionsgleichungen lauten:
1) Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
2) FeCl 2 + 2AgNO 3 = Fe(NO 3) 2 + 2AgCl
3) Fe(NO 3) 2 + 2KOH = Fe(OH) 2 + 2KNO 3
(Andere Gleichungen, die den Bedingungen zur Angabe von Gleichungen nicht widersprechen, sind zulässig
Reaktionen.)

11. Stellen Sie eine Entsprechung zwischen der Formel einer organischen Substanz und der Klasse/Gruppe her, zu dem dieser Stoff gehört: Wählen Sie für jede durch einen Buchstaben gekennzeichnete Position die entsprechende durch eine Zahl gekennzeichnete Position aus.

Notieren Sie die ausgewählten Zahlen in der Tabelle unter den entsprechenden Buchstaben.
Antwort:

A	B	IN

1. C3H8 – CnH2n+2 – Alkan
2. C3H6 - CnH2n-Alken
3. C2H6O – CnH2n+2O- Alkohol

12. Fügen Sie in die vorgeschlagenen Schemata chemischer Reaktionen die Formeln der fehlenden Stoffe ein und ordnen Sie die Koeffizienten an.

1) C 2 H 6 + ……………..… → C 2 H 5 Cl + HCl
2) C 3 H 6 + ……………..… → CO 2 + H 2 O

1) C 2 H 6 + Cl 2 → C 2 H 5 Cl + HCl
2) 2C 3 H 6 + 9O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O
(Bruchquoten sind möglich.)

13. Propan verbrennt mit geringen Schadstoffemissionen in die Atmosphäre Daher wird es in vielen Bereichen als Energiequelle eingesetzt, beispielsweise in Gasanzündern und zum Heizen von Landhäusern.
Welche Menge Kohlendioxid (CO) entsteht bei der vollständigen Verbrennung von 4,4 g Propan?
Schreiben Sie eine detaillierte Lösung des Problems auf.
Antwort:__________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

1) Die Gleichung für die Propan-Verbrennungsreaktion wurde zusammengestellt:
C 3 H 8 + 5 O 2 → 3 CO 2 + 4 H 2 O
2) n(C 3 H 8) = 4,4/44 = 0,1 mol
n(CO 2) = 3n(C 3 H 8) = 0,3 mol
3) V(O 2) = 0,3 · 22,4 = 6,72 l

14. Isopropylalkohol wird als universelles Lösungsmittel verwendet: Er ist in Haushaltschemikalien, Parfüms und Kosmetika sowie Scheibenwaschflüssigkeiten für Autos enthalten. Erstellen Sie gemäß dem Diagramm unten Reaktionsgleichungen für die Herstellung dieses Alkohols. Verwenden Sie beim Schreiben von Reaktionsgleichungen die Strukturformeln organischer Substanzen.

1) _______________________________________________________
2) _______________________________________________________
3) _______________________________________________________

Die dem Schema entsprechenden Reaktionsgleichungen lauten:

(Andere Reaktionsgleichungen, die den Bedingungen zur Angabe von Reaktionsgleichungen nicht widersprechen, sind zulässig.)

15. In der Medizin ist Kochsalzlösung eine 0,9 %ige Lösung von Natriumchlorid in Wasser. Berechnen Sie die Masse an Natriumchlorid und die Masse an Wasser, die zur Herstellung von 500 g Kochsalzlösung erforderlich sind. Schreiben Sie eine detaillierte Lösung des Problems auf.
Antwort:__________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

1) m(NaCl) = 4,5 g
2) m(Wasser) = 495,5 g

m(Lösung) = 500g m(Salz) = x

x/500 * 100 %= 0,9 %

m(Salz) = 500* (0,9/100)= 4,5 g

© 2017 Föderaler Dienst für Aufsicht in Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation

Zwischen 1965 und 1980 waren von den weltweit 1307 Todesfällen bei schweren Unfällen mit Bränden, Explosionen oder der Freisetzung giftiger Stoffe, sei es in ortsfesten Anlagen oder beim Transport, 104 Todesfälle (8 %) auf eine Freisetzung giftiger Stoffe zurückzuführen. Die Statistiken zu nicht tödlichen Fällen lauten wie folgt: Die Gesamtzahl der Betroffenen beträgt 4.285 Personen; die Zahl der von toxischen Emissionen betroffenen Personen beträgt 1.343 Personen (32 %). Vor 1984 unterschied sich das Verhältnis von Opfern zu Todesfällen durch giftige Freisetzungen stark vom Verhältnis von Unfällen mit Bränden und Explosionen. Der Unfall, der sich am 3. Dezember 1984 in Bhopal (Indien) ereignete, forderte jedoch etwa 4.000 Todesopfer und führte zu einer deutlichen Korrektur dieses Verhältnisses. Unfälle, bei denen giftige Stoffe freigesetzt werden, bereiten in allen Industrieländern große Besorgnis für die Öffentlichkeit.

Viele in der Industrie weit verbreitete giftige Stoffe, darunter Chlor und Ammoniak, werden in Form von Flüssiggasen unter einem Druck von mindestens 1 MPa gelagert. Bei einem Verlust der Dichtheit der Tanks, in denen ein solcher Stoff gelagert wird, kommt es zur sofortigen Verdunstung eines Teils der Flüssigkeit. Die Menge der verdampften Flüssigkeit hängt von der Art des Stoffes und seiner Temperatur ab. Einige giftige Stoffe, die bei normalen Temperaturen flüssig sind, werden in Tanks (bei atmosphärischem Druck) gelagert, die mit Atemgeräten und geeigneten Vorrichtungen ausgestattet sind, um ein Austreten in die Atmosphäre zu verhindern, beispielsweise einer speziellen Aktivkohlefalle. Einer der möglichen Gründe für den Verlust der Tankdichtheit kann das Auftreten eines Überdrucks eines Inertgases, beispielsweise Stickstoff, im Dampfraum des Tanks sein, der durch den Ausfall des Druckminderventils bei Abwesenheit entsteht eines automatischen Druckkontrollsystems im Tank. Ein weiterer Grund besteht darin, dass der verbleibende Giftstoff mit dem Wasser mitgerissen wird, beispielsweise beim Waschen eines Tanks.

Eine mögliche Ursache für Leckagen an Tanks kann eine übermäßige Wärmezufuhr zum Tank sein, beispielsweise in Form von Sonneneinstrahlung oder die Wärmebelastung eines Brandes im Lagerbereich. Auch das Eindringen von Stoffen in den Tank, die mit dem Inhalt chemisch reagieren, kann zu einer toxischen Freisetzung führen, selbst wenn der Inhalt selbst von geringer Toxizität wäre. Es sind Fälle bekannt, in denen in Betrieben durch unbeabsichtigte Handlungen, beispielsweise beim Mischen von Salzsäure und Bleichmittel (Natriumhypochlorit), entstehendes Chlor austrat. Das Einbringen von Substanzen, die die Polymerisation oder Zersetzung beschleunigen, in den Tank kann eine Wärmemenge freisetzen, die dazu führt, dass ein Teil des Inhalts verdampft und giftige Emissionen entstehen.