Χημική Τεχνολογία. Ενότητα 10: Αντιδράσεις Καύσης. Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Χημική Τεχνολογία Ενότητα 10: Αντιδράσεις Καύσης Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί Ενότητας Σκοπός της ενότητας αυτής είναι οι σπουδαστές να διδαχθούν τον ορισμός της καύσης, τις πλήρεις - ατελείς καύσεις, την αρχή διατήρησης της μάζας, τη συμπλήρωση συντελεστών σε αντίδραση καύσης κα.. 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Ορισμός Καύσης Πλήρεις / Ατελείς Καύσεις Ο Ατμοσφαιρικός Αέρας στην Καύση Αρχή Διατήρησης της Μάζας Συμπλήρωση Συντελεστών σε Αντίδραση Καύσης Καύσιμα Θερμογόνος Δύναμη Καυσίμου Ιδιότητες Καυσίμων Φυσικό Αέριο Το Υγραέριο Το Πετρέλαιο Η Βενζίνη Βασικές Αρχές Λειτουργίας ενός Καταλύτη Αυτοκινήτου Καταλύτης Αυτοκινήτου Βιβλιογραφία 5

6 Ορισμός Καύσης - 1 Παλιότερα ονομάζονταν καύση κάθε αντίδραση με το οξυγόνο (Ο 2 ) που ελευθερώνει θερμότητα και φως. Σήμερα είναι δεκτό ότι και άλλες χημικές ουσίες εκτός του Ο 2 μπορούν να προκαλέσουν διάφορες καύσεις. Τέτοιες χημικές ουσίες είναι το όζον (O 3 ), το φθόριο (F 2 ), το χλώριο (Cl 2 ) κ.ά. Ένα απλό παράδειγμα καύσης χημικού στοιχείου είναι η καύση υδρογόνου και οξυγόνου: 2H 2 + Ο 2 2 H 2 O

7 Ορισμός Καύσης - 2 Με τον όρο καύση χαρακτηρίζεται πλέον οποιαδήποτε εξώθερμη χημική αντίδραση που συνδυάζεται με την εμφάνιση φλόγας και την έκλυση θερμών αέριων προϊόντων και συντελείται με αρκετά μεγάλο βαθμό απόδοσης θερμότητας, έτσι ώστε η εκπεμπόμενη ενέργεια υπό μορφή θερμότητας να είναι τεχνικά εκμεταλλεύσιμη. Έτσι, η οξείδωση του σιδήρου π.χ. στο περιβάλλον, η οποία είναι εξώθερμη χημική αντίδραση του σιδήρου με το οξυγόνο του αέρα, δεν μπορεί να χαρακτηρισθεί ως καύση, επειδή ο ρυθμός έκλυσης θερμότητας κατά τη διάρκειά της είναι πρακτικά μηδενικός.

8 Ορισμός Καύσης - 3 Κατά την καύση, μετατρέπεται η χημική ενέργεια του καυσίμου σε θερμική. Ένα παράδειγμα καύσης οργανικής ένωσης είναι η καύση μεθανίου και οξυγόνου: CH4 + 2Ο2 CO2 + 2H2O

9 Πλήρεις / Ατελείς Καύσεις - 1 Οι καύσεις διακρίνονται σε πλήρεις ή τέλειες και σε ατελείς ανάλογα με την ποσότητα του Ο2 που είναι διαθέσιμη και τις συνθήκες που επικρατούν κατά τη διάρκειά τους. Πλήρης ή τέλεια είναι η καύση που γίνεται με περίσσεια οξυγόνου και δεν περισσεύει άκαυστη χημική ουσία. Η πλήρης καύση είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί και σχεδόν πάντα παραμένει άκαυστη έστω και ελάχιστη ποσότητα χημικής ουσίας.

10 Πλήρεις / Ατελείς Καύσεις - 2 Ατελής καύση πραγματοποιείται συνήθως όταν η διαθέσιμη ποσότητα Ο2 είναι μικρότερη από όση απαιτείται σύμφωνα με τη στοιχειομετρική εξίσωση της χημικής αντίδρασης που περιγράφει την τέλεια καύση. Είναι πιθανό, ωστόσο, ενώ υπάρχει διαθέσιμη αρκετή ποσότητα οξυγόνου, ο τρόπος με τον οποίο πραγματοποιείται η καύση να είναι τέτοιος, ώστε να μη χρησιμοποιείται τελικά ολόκληρη η ποσότητα του οξυγόνου. Τα προϊόντα της ατελούς καύσης δεν είναι γενικά καθορισμένα, αλλά εξαρτώνται από την ουσία που καίγεται, τις επικρατούσες συνθήκες (θερμοκρασία, πίεση, υγρασία, κ.ά.).

11 Προϊόντα Τέλειας Καύσης Σε μια τέλεια καύση το καύσιμο που καίγεται με οξυγόνο παράγει έναν περιορισμένο αριθμό προϊόντων. Όταν καίγεται ένας υδρογονάνθρακας, τα προϊόντα που παράγονται είναι μόνο διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμοί. Όταν καίγονται χημικά στοιχεία, τα προϊόντα τους είναι κυρίως τα πιο συνηθισμένα τους οξείδια. Όταν καίγεται άνθρακας παράγεται μόνο διοξείδιο του άνθρακα. Όταν καίγεται το άζωτο παράγεται διοξείδιο του αζώτου (NO 2 ). Όταν καίγεται θείο παράγεται τριοξείδιο του θείου (SO 3 ).

12 Ο Ατμοσφαιρικός Αέρας στην Καύση Στις περισσότερες βιομηχανικές εφαρμογές φωτιάς, η πηγή του οξειδωτικού μέσου είναι ο ατμοσφαιρικός αέρας. Σύμφωνα με τη μέση σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα, για κάθε γραμμομόριο (mol) οξυγόνου συνυπάρχουν ακριβώς 3,76 γραμμομόρια αζώτου (ή 21% v/v Ο 2 και 78% v/v N 2 ). Το άζωτο δεν παίρνει μέρος στην καύση, αλλά ιδιαίτερα σε υψηλές θερμοκρασίες (πάνω από C), μια ποσότητα αζώτου μετατρέπεται σε NO x (ο τύπος αυτός εκπροσωπεί όλα τα οξείδια του αζώτου). Για τα οξείδια του αζώτου ενοχοποιούνται κυρίως οι Μηχανές Εσωτερικής Καύσης (ΜΕΚ) των αυτοκινήτων όπου οι λόγοι συμπίεσης είναι υψηλοί. Συνήθως το ποσοστό σχηματισμού NO x είναι μεταξύ 2 ppm και 1%.

13 Καύση Μεθανίου σε Ατμοσφαιρικό Αέρα Ένα πιο πλήρες σύνολο στοιχειομετρικών εξισώσεων για την καύση μεθανίου σε ατμοσφαιρικό αέρα είναι το ακόλουθο: CH 4 + 2Ο 2 CO 2 + 2H 2 O CH 4 + 3Ο 2 2CO + 4H 2 O Ν 2 + Ο 2 2ΝO Ν 2 + 2Ο 2 2ΝO 2 Ατελής καύση υπάρχει μόνο όταν δεν υπάρχει αρκετό οξυγόνο για να επιτραπεί στο καύσιμο να αντιδράσει ολοκληρωτικά και να παράξει διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς (όταν καίγεται υδρογονάνθρακας σε αέρα ή οξυγόνο).

14 Ποιότητα Καύσης - 1 Η ποιότητα της καύσης μπορεί να βελτιωθεί με τον αρτιότερο σχεδιασμό των συσκευών καύσης, είτε πρόκειται για καυστήρες είτε για κινητήρες εσωτερικής καύσης. Επιπλέον βελτιώσεις είναι διαθέσιμες με τη χρήση συσκευών καταλυτικών μετατροπέων ή και με την επιστροφή των καυσαερίων στη διεργασία καύσης, ή προθέρμανση του αέρα καύσης με τα καυσαέρια σε εναλλάκτη αερίου-αερίου (οικονομητήρας). Τέτοιες συσκευές είναι νομικώς απαραίτητες σε πολλές χώρες για τα αυτοκίνητα που κυκλοφορούν σ' αυτές.

15 Ποιότητα Καύσης - 2 Επίσης, παρόμοιες μεγάλες συσκευές πρέπει να περιλαμβάνονται σε καυστήρες οικιακής θέρμανσης και βιομηχανικές εγκαταστάσεις, όπως θερμοηλεκτρικές μονάδες, για να επιτύχουν τα νόμιμα επίπεδα εκπομπών ρύπων. Σημειώνεται ότι ο αισθητήρας λ στα καταλυτικά αυτοκίνητα αναφέρεται στην περίσσεια οξυγόνου (αέρα καύσης).

16 Ο Βαθμός Απόδοσης της Καύσης Ο βαθμός απόδοσης της καύσης μπορεί να μετρηθεί και να αναλυθεί με τον κατάλληλο εξοπλισμό ελέγχου. Οι κατασκευαστές, οι πυροσβέστες, διάφοροι μηχανικοί και περιβαλλοντικοί επιστήμονες χρησιμοποιούν αναλυτές καυσαερίων για να ελέγξουν την αποτελεσματικότητα ενός καυστήρα κατά τη διάρκεια μιας καύσης. Επιπλέον και η αποτελεσματικότητα ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης επίσης μπορεί να μετρηθεί με τον ίδιο τρόπο. Σε πολλές χώρες οι αρχές της τοπικής αυτοδιοίκησης ή η τροχαία είναι επιφορτισμένες με το καθήκον ελέγχου των καυσαερίων των οχημάτων που κυκλοφορούν στους δρόμους ευθύνης τους. Επισημαίνεται ότι στους καυστήρες με καλό βαθμό απόδοσης γίνεται ταυτόχρονα τόσο εξοικονόμηση ενέργειας όσο και αριστοποίηση (ελαχιστοποίηση) εκπομπής ρύπων, άρα επιτυγχάνεται προστασία περιβάλλοντος.

17 Αρχή Διατήρησης της Μάζας Η αρχή διατήρησης τής μάζας προτάσσει ότι η συνολική μάζα ενός συστήματος σωμάτων διατηρείται σταθερή ανεξαρτήτως των εσωτερικών αλληλεπιδράσεων. (Antoine Lavoisier, ) Λόγω της αρχής διατήρησης της μάζας πρέπει σε οποιαδήποτε χημική αντίδραση η μάζα των αντιδρώντων να είναι ίση με τη μάζα των προϊόντων. Μάζα Αντιδρώντων = Μάζα Προϊόντων Έτσι, σε κάθε χημική αντίδραση πρέπει ο αριθμός των ατόμων κάθε στοιχείου να είναι ο ίδιος και στα αντιδρώντα και στα προϊόντα.

18 Συμπλήρωση Συντελεστών σε Αντίδραση Καύσης - 1 Στις καύσεις η πορεία που ακολουθείται για τη συμπλήρωση των συντελεστών περιγράφεται στα ακόλουθα βήματα: 1. Αρχικά μετρώνται τα άτομα άνθρακα (C) που έχει η οργανική ένωση και συμπληρώνεται ο ίδιος αριθμός ανθράκων και στο διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). π.χ. για την καύση του οινοπνεύματος (CH 3 CH 2 OH), υπάρχουν 2 άτομα άνθρακα και συμπληρώνεται με 2 στο CO 2. CH 3 CH 2 OH + Ο 2 2 CO 2 + H 2 O 2. Έπειτα μετρώνται τα υδρογόνα (Η) που έχει η οργανική ένωση και συμπληρώνεται ο συντελεστής στο νερό (H 2 O), αφού πρώτα διαιρεθεί με το 2. Για το παράδειγμα: CH 3 CH 2 OH + Ο 2 2 CO H 2 O

19 Συμπλήρωση συντελεστών σε αντίδραση καύσης Τέλος, μετρώνται τα άτομα του οξυγόνου (Ο), αλλά από τα προϊόντα (δεξιό μέλος). Στο παράδειγμα, ο αριθμός των ατόμων του οξυγόνου στα προϊόντα βρίσκεται από το άθροισμα: 2 x x 1 = 7 Από το άθροισμα αφαιρείται ο αριθμός των οξυγόνων που υπάρχουν στην οργανική ένωση που καίγεται και το αποτέλεσμα, αφού πρώτα διαιρεθεί με το 2, είναι ο συντελεστής στο οξυγόνο (Ο 2 ) του πρώτου μέλους της αντίδρασης. Η διαίρεση με το 2 είναι απαραίτητη, διότι το μόριο του οξυγόνου (Ο 2 ) αποτελείται από 2 άτομα οξυγόνου (Ο).

20 Συμπλήρωση Συντελεστών σε Αντίδραση Καύσης - 3 Στο παράδειγμα, τα συνολικά άτομα του οξυγόνου στο δεξιό μέλος είναι 2x2 + 3x1 = 7, από το 7 αφαιρείται 1 άτομο οξυγόνου που βρίσκεται στο οινόπνευμα (7 1 = 6), διαιρείται με το 2 (6 / 2 = 3) και συμπληρώνεται ο συντελεστής του οξυγόνου στο αριστερό μέλος της αντίδρασης. CH 3 CH 2 OH + 3 Ο 2 2 CO H 2 O (Στην περίπτωση που στο Ο 2 προκύπτει κλασματικός συντελεστής, όλοι οι συντελεστές πολλαπλασιάζονται Χ2). 4. Επαληθεύονται τα αποτελέσματα με ισοζύγιο μάζας.

21 Καύσιμα Καύσιμα είναι τα υλικά που όταν καίγονται αποδίδουν σημαντικά και εκμεταλλεύσιμα ποσά θερμότητας. Τα καύσιμα διακρίνονται σε: Φυσικά: βρίσκονται έτοιμα από τη φύση. Τεχνητά: παρασκευάζονται με κατάλληλες διεργασίες από φυσικές πρώτες ύλες. Στερεά: Λιθάνθρακες, λιγνίτης, τύρφη, ξύλα, γεωργικά υπολείμματα (π.χ. άχυρα, απόβλητα εκκοκκιστηρίων βαμβακιού, ελαιοπυρήνες), πολυμερή (π.χ. λάστιχα αυτοκινήτων), κτλ. Υγρά: πετρέλαιο, βενζίνη, κηροζίνη, οινόπνευμα Αέρια: Φυσικό αέριο, υγραέριο (βουτάνιο + προπάνιο), βιοαέριο

22 Θερμογόνος Δύναμη Καυσίμου Η θερμογόνος δύναμη ενός καυσίμου (αερίου, υγρού ή στερεού) είναι η αρνητική πρότυπη ενθαλπία καύσης του καυσίμου εκφρασμένη ανά μονάδα μάζας του καυσίμου, δηλαδή η εκλυόμενη θερμότητα υπό σταθερή πίεση ανά μονάδα μάζας καυσίμου σε πρότυπες συνθήκες. Η θερμογόνος δύναμη εκφράζεται σε μονάδες ενέργειας ανά μονάδα μάζας (kj/kg, kcal/kg, BTU/lb) καυσίμου. Η ανώτερη θερμογόνος δύναμη (HHV Higher Heating Value) είναι η θερμογόνος δύναμη του καυσίμου θεωρώντας το νερό στα καυσαέρια ως υγρό. Η κατώτερη θερμογόνος δύναμη (LHV - Lower Heating Value) του καυσίμου είναι η θερμογόνος δύναμη του καυσίμου θεωρώντας το νερό στα καυσαέρια ως υδρατμό (αέριο). Είναι δηλαδή μικρότερη επειδή καταναλίσκεται ένα μέρος της εκλυόμενης θερμότητας για την εξάτμιση του νερού.

23 Θερμογόνος Δύναμη Καυσίμου Από το νόμο του Hess (το ποσό της θερμότητας που εκλύεται ή απορροφάται σε μια χημική αντίδραση είναι ίδιο, είτε η αντίδραση πραγματοποιείται σε ένα είτε σε περισσότερα στάδια) προκύπτει ότι: HHV = LVH + n ΔH o (H 2 O, 25 o C) Όπου n είναι τα mole του νερού που παράγονται ανά μονάδα μάζας καταναλισκόμενου καυσίμου και ΔH o η ενθαλπία (θερμότητα) εξάτμισης του νερού στους 25 ο C : ΔH o (H 2 O, 25 ο C) = kj/mol

24 Τυπικές Ανώτερες Θερμογόνες Δυνάμεις Καύσιμο kj/kg Btu/lb Υδρογόνο Φυσικό Αέριο Βενζίνη Άνθρακας Ξύλο (ξηρό) Ξύλο (υγρό)

25 Θερμογόνος Δύναμη Καυσίμων Καύσιμο Κατώτερη θερμογόνος δύναμη (kcal/kg) Βαθμός απόδοσης Ωφέλιμο αποτέλεσμα Προπάνιο (21950 kcal/m³) 95% (20853) Βουτάνιο (28260 kcal/m³) 95% (26847) Φυσικό αέριο % Πετρέλαιο θέρμανσης % Μαζούτ % ~6.800 Ξύλα (20% υγρασία) % Πέλλετ % Ο βαθμός απόδοσης αφορά στη χρήση βασικού εξοπλισμού καύσης

26 Ιδιότητες Καυσίμων Σημείο ανάφλεξης είναι η κατώτατη θερμοκρασία στην οποία αν θερμανθεί το καύσιμο αναφλέγεται κάτω από ορισμένες συνθήκες, αν το πλησιάσει μια πηγή θερμότητας, αλλά δεν συνεχίζει να καίεται όταν απομακρυνθεί η πηγή. Σημείο καύσης είναι η κατώτατη θερμοκρασία του καυσίμου, στην οποία αυτό αναφλέγεται και συνεχίζει να καίεται και μετά την απομάκρυνση της πηγής έναυσης. Σημείο αυτανάφλεξης είναι η θερμοκρασία, στην οποία αν θερμανθεί το καύσιμο, αναφλέγεται κάτω από ορισμένες συνθήκες, χωρίς την προσέγγισή του από πηγή θερμότητας.

27 Φυσικό Αέριο Το φυσικό αέριο είναι ένα φυσικό προϊόν που βρίσκεται σε υπόγεια κοιτάσματα της γης και είτε συναντάται μόνο του είτε συνυπάρχει με κοιτάσματα πετρελαίου. Είναι μίγμα υδρογονανθράκων σε αέρια κατάσταση, αποτελούμενο κυρίως από μεθάνιο (σε ποσοστό άνω του 85%), που είναι ο ελαφρύτερος υδρογονάνθρακας, είναι πολύ καθαρό, χωρίς προσμίξεις και θειούχα συστατικά. Είναι μια «φυσική μορφή ενέργειας» που μπορεί να χρησιμοποιηθεί χωρίς ιδιαίτερη επεξεργασία και κάνει τέλεια καύση στις κατάλληλες συσκευές. Το φυσικό αέριο αποτελεί το φιλικότερο συμβατικό καύσιμο στο περιβάλλον και στον άνθρωπο.

28 Το Υγραέριο - 1 Το υγροποιημένο αέριο πετρελαίων, ευρέως γνωστό ως LPG (Liquiefied Petroleum Gas), είναι ένα μείγμα υδρογονανθράκων, με κύρια συστατικά το προπάνιο και το βουτάνιο. Παράγεται κυρίως κατά την εξαγωγή του φυσικού αερίου και του πετρελαίου σε ποσοστό 66%, αλλά και από τη διύλιση του πετρελαίου σε ποσοστό 34%. Το υγραέριο σε ατμοσφαιρικές συνθήκες βρίσκεται σε αέρια μορφή, ενώ μπορεί με ευκολία να υγροποιηθεί σε συνθήκες περιβάλλοντος με μικρή αύξηση της πίεσης του.

29 Το Υγραέριο - 2 Στο υγραέριο, με τη χρήση κατάλληλων ουσιών, προσδίδεται χαρακτηριστική οσμή με σκοπό να γίνεται αντιληπτή η παρουσία του σε περιπτώσεις διαρροής. Το υγραέριο μεταφέρεται υπό πίεση, σε υγρή μορφή, αποθηκεύεται σε φιάλες και σε δεξαμενές διαφόρων μεγεθών και χρησιμοποιείται για οικιακές, εμπορικές και βιομηχανικές χρήσεις.

30 Το Πετρέλαιο - 1 Υγρό ορυκτό μίγμα που περιέχει εκατοντάδες ουσίες, κυρίως υγρούς υδρογονάνθρακες, στους οποίους είναι διαλυμένοι αέριοι και στερεοί υδρογονάνθρακες. Το πετρέλαιο σχηματίστηκε από ζωικούς και φυτικούς μικροοργανισμούς, κυρίως από πλαγκτόν, πριν από πολλά εκατομμύρια χρόνια. Οι μικροοργανισμοί αυτοί καταπλακώθηκαν σε αμμώδεις ή αργιλώδεις εκτάσεις από το νερό των θαλασσών ή των λιμνών. Έτσι με την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών και πιέσεων έγιναν διάφορες χημικές αντιδράσεις (κυρίως απομάκρυνσης οξυγόνου και αφυδάτωσης) που οδήγησαν τελικά στο μίγμα ουσιών που σήμερα ονομάζεται πετρέλαιο.

31 Το Πετρέλαιο - 2 Το μεγαλύτερο μέρος των προϊόντων του αργού πετρελαίου χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας. Η ενέργεια αυτή χρησιμοποιείται για την κίνηση μεταφορικών μέσων, θέρμανση χώρων, παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας κ.α.

32 Η Βενζίνη - 1 Η βενζίνη είναι ένα ελαφρύ υγρό, πτητικό και εύφλεκτο, που προέρχεται κυρίως από την κλασματική απόσταξη του πετρελαίου. Χημικά είναι μίγμα τριών κυρίως κορεσμένων υδρογονανθράκων: εξανίου, επτανίου και οκτανίου.

33 Η Βενζίνη - 2 Όλα τα είδη της βενζίνης δεν έχουν την ίδια σύσταση. Για τη σύγκριση των διάφορων βενζινών χρησιμοποιείται η λεγόμενη κλίμακα οκτανίου από 0 έως 100 και κάθε βενζίνη χαρακτηρίζεται από τον αριθμό οκτανίων. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός οκτανίου της βενζίνης, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοσή της. Μία βενζίνη θεωρείται ότι είναι αριθμού οκτανίου 0 όταν συμπεριφέρεται όπως το κανονικό επτάνιο, που δεν θεωρείται καλό καύσιμο για βενζινοκινητήρες και αριθμού οκτανίου 100 όταν συμπεριφέρεται όπως ένα παράγωγο του κανονικού οκτανίου, το ισοοκτάνιο (2,2,4-τριμεθυλο-πεντάνιο), που θεωρείται άριστο καύσιμο για βενζινοκινητήρες.

34 Κινητήρες Εσωτερικής Καύσης Αυτοκινήτων και Περιβαλλοντική Ρύπανση - 1 Οι κυριότεροι ρύποι από τη λειτουργία των κινητήρων εσωτερικής καύσης των αυτοκινήτων είναι το μονοξείδιο του άνθρακα (CO), άκαυστοι υδρογονάνθρακες (C Χ Η ψ ) και οξείδια του αζώτου (ΝΟ x ). Οι δύο πρώτοι είναι αποτέλεσμα της ατελούς καύσης του καυσίμου, ενώ τα οξείδια του αζώτου οφείλονται στις χημικές αντιδράσεις του αζώτου με το οξυγόνο στις πολύ υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται μέσα στον χώρο καύσης.

35 Κινητήρες Εσωτερικής Καύσης Αυτοκινήτων και Περιβαλλοντική Ρύπανση - 1 Ο βασικός στόχος των μέτρων καταπολέμησης της περιβαλλοντικής ρύπανσης που προέρχεται από τους κινητήρες εσωτερικής καύσης αυτοκινήτων είναι ο περιορισμός των ρύπων: του μονοξειδίου του άνθρακα CO (ιδιαίτερα τοξικό και επιβλαβές), των άκαυστων υδρογονανθράκων (καρκινογενείς) και των οξειδίων του αζώτου ΝΟ x (υπεύθυνα για το φωτοχημικό νέφος). Με τη βοήθεια ενός καταλυτικού μετατροπέα οι ρύποι μπορούν να μετατραπούν σε αβλαβείς εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CΟ 2 ), υδρατμών (Η 2 Ο) και αζώτου (Ν 2 ).

36 Βασικές Αρχές Λειτουργίας ενός Καταλύτη Αυτοκινήτου - 1 Ο καταλύτης, καλυμμένος από ένα μεταλλικό περίβλημα, είναι ουσιαστικά ένα πορώδες μεταλλικό υλικό μέσα από το οποίο περνάνε τα καυσαέρια. Η υψηλή θερμοκρασία των καυσαερίων και η παρουσία των ευγενών μετάλλων που υπάρχουν μέσα στο πλέγμα διευκολύνουν την έναρξη ορισμένων χημικών αντιδράσεων και οι ρύποι μετατρέπονται σε λιγότερο επικίνδυνες ουσίες.

37 Βασικές Αρχές Λειτουργίας ενός Καταλύτη Αυτοκινήτου - 2 Τα ευγενή μέταλλα τα οποία υπάρχουν μέσα στους καταλύτες είναι συνήθως ρόδιο (Rh) και παλλάδιο (Pd) ή πλατίνα (Pt). Το ρόδιο είναι ιδιαίτερα αποδοτικό στη μετατροπή των οξειδίων του αζώτου σε άζωτο, ενώ η πλατίνα συνεισφέρει περισσότερο στη μετατροπή των υδρογονανθράκων. Ο καταλύτης έχει μήκος γύρω mm και η διάμετρός του είναι mm. Η διατομή του είναι συνήθως οβάλ ή κυκλική.

38 Καταλύτης Αυτοκινήτου

39 Βιβλιογραφία B132/471/3118,12535/

40 Τέλος Ενότητας 40