Hoe Benzine Werkt

{h1}

Zonder benzine zou de wereld zoals wij die kennen tot stilstand komen. Alleen al de vs verbruikt ruim honderd miljard gallons benzine per jaar. Leer alles over deze essentiële brandstof.

In de Verenigde Staten en de rest van de geïndustrialiseerde wereld is benzine beslist een vitale vloeistof. Het is net zo belangrijk voor de economie als bloed voor een persoon. Zonder benzine (en diesel) zou de wereld zoals wij die kennen tot stilstand komen. Alleen al de VS consumeren ongeveer 130 miljard gallons (bijna 500 miljard liter) benzine per jaar!

Wat maakt het in benzine zo belangrijk? In dit artikel leert u precies wat benzine is en waar het vandaan komt.

Wat is benzine?

- -Gasoline staat bekend als een alifatische koolwaterstof. Met andere woorden, benzine bestaat uit moleculen die bestaan ​​uit niets anders dan waterstof en koolstof die in ketens zijn gerangschikt. Benzinemoleculen hebben van zeven tot 11 koolstofatomen in elke keten. Hier zijn enkele veel voorkomende configuraties:

H H H H H H H | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-H heptaan | | | | | | | H H H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-C-H Octaan | | | | | | | | H H H H H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-C-C-H Nonaan | | | | | | | | H H H H H H H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-C-C Decane | | | | | | | | | | H H H H H H H H H H

Typische moleculen in benzine

Wanneer je benzine verbrandt onder ideale omstandigheden, met veel zuurstof, krijg je koolstofdioxide (van de koolstofatomen in benzine), water (van de waterstofatomen) en veel warmte. Een gallon benzine bevat ongeveer 132x106 joules van energie, wat overeenkomt met 125.000 BTU of 36.650 wattuur:

  • Als je een 1500-watt ruimteverwarming nam en liet op volle kracht voor een volledige dag 24 uur, dat is ongeveer hoeveel warmte is in een liter gas.
  • Als het voor mensen mogelijk zou zijn om benzine te verteren, zou een gallon ongeveer 31.000 voedselcalorieën bevatten - de energie in een gallon benzine is equivalent aan de energie in ongeveer 110 McDonalds-hamburgers!

Waar komt benzine vandaan?

- -Gasoline is gemaakt van Ruwe olie. De ruwe olie die uit de grond wordt gepompt, wordt een zwarte vloeistof genoemd petroleum. Deze vloeistof bevat koolwaterstoffen en de koolstofatomen in ruwe olie koppelen aan elkaar in ketens van verschillende lengten.

Het blijkt dat koolwaterstofmoleculen van verschillende lengte verschillende eigenschappen en gedragingen hebben. Een ketting met slechts één koolstofatoom daarin (CH4) is bijvoorbeeld de lichtste keten, bekend als methaan. Methaan is een gas dat zo licht is dat het als helium drijft. Naarmate de kettingen langer worden, worden ze zwaarder.

De eerste vier ketens - CH4 (methaan), C2H6 (ethaan), C3H8 (propaan) en C4H10 (butaan) - zijn allemaal gassen en ze koken bij respectievelijk -161, -88, -46 en -1 graden F (-107, -67, -43 en -18 graden C). De ketens tot en met C18H32 of zo zijn alle vloeistoffen bij kamertemperatuur en de ketens boven C19 zijn allemaal vaste stoffen bij kamertemperatuur.

De verschillende ketenlengten hebben steeds hogere kookpunten, zodat ze kunnen worden gescheiden door distillatie. Dit is wat er gebeurt in een olieraffinaderij - ruwe olie wordt verwarmd en de verschillende kettingen worden uitgetrokken door hun verdampingstemperaturen. (Zie Hoe olieraffinage werkt voor meer informatie.)

De ketens in de C5-, C6- en C7-reeks zijn allemaal zeer lichte, gemakkelijk verdampte, heldere vloeistoffen die nafta's worden genoemd. Ze worden gebruikt als oplosmiddelen - er kunnen vloeistoffen voor de droge reiniging van deze vloeistoffen worden gemaakt, evenals verfoplosmiddelen en andere sneldrogende producten.

De ketens van C7H16 tot C11H24 worden samen gemengd en gebruikt voor benzine. Allemaal verdampen ze bij temperaturen onder het kookpunt van water. Dat is de reden waarom, als je benzine op de grond morst, het snel verdampt.

Het volgende is kerosine, in het bereik van C12 tot C15, gevolgd door dieselbrandstof en zwaardere stookoliën (zoals stookolie voor huizen).

Vervolgens komen de smeeroliën. Deze oliën verdampen op geen enkele manier bij normale temperaturen. Motorolie kan bijvoorbeeld de hele dag op 250 graden F (121 graden C) draaien zonder helemaal te verdampen. Oliën gaan van heel licht (zoals 3-in-1 olie) door verschillende diktes van motorolie door zeer dikke tandwieloliën en dan halfvaste vetten. Vasoline valt daar ook in.

Ketens boven het C20-gebied vormen vaste stoffen, te beginnen met paraffine, vervolgens teer en tenslotte asfaltbitumen, dat vroeger asfaltwegen maakte.

Al deze verschillende stoffen komen van ruwe olie. Het enige verschil is de lengte van de koolstofketens!

Wat is octaan?

-Als u hebt gelezen hoe auto-motoren werken, weet u dat bijna alle auto's viertaktbenzinemotoren gebruiken. Een van de slagen is de compressieslag, waarbij de motor een cilinder vol lucht en gas samenperst tot een veel kleiner volume voordat deze met een bougie wordt ontstoken. De hoeveelheid compressie wordt de compressieverhouding van de motor. Een typische motor kan een compressieverhouding van 8-tegen-1 hebben. (Zie Hoe auto-motoren werken voor meer informatie.)

De octaangehalte van benzine vertelt u hoeveel de brandstof kan worden gecomprimeerd voordat deze spontaan ontbrandt. Wanneer gas ontbrandt door compressie in plaats van door de vonk van de bougie, veroorzaakt dit kloppen in de motor. Kloppen kan een motor beschadigen, dus het is niet iets dat u wilt laten gebeuren. Gas met een lager octaangetal (zoals "normale" 87-octaanbenzine) kan de minste hoeveelheid compressie aan voordat het wordt ontstoken.

De compressieverhouding van uw motor bepaalt de octaangetal van het gas dat u in de auto moet gebruiken.Een manier om het vermogen van een motor met een bepaalde verplaatsing te vergroten, is de compressieverhouding te verhogen. Dus een "high-performance engine" heeft een hogere compressieverhouding en vereist brandstof met een hoger octaangehalte. Het voordeel van een hoge compressieverhouding is dat het uw motor een hogere pk geeft voor een bepaald motorgewicht - dat is wat de motor "hoge prestaties" maakt. Het nadeel is dat de benzine voor je motor meer kost.

De naam "octaan" komt van het volgende feit: als je ruwe olie neemt en het in een raffinaderij "kraakt", krijg je uiteindelijk koolwaterstofketens van verschillende lengtes. Deze verschillende ketenlengtes kunnen dan van elkaar worden gescheiden en worden gemengd om verschillende brandstoffen te vormen. Bijvoorbeeld, methaan, propaan en butaan zijn allemaal koolwaterstoffen. Methaan heeft een enkel koolstofatoom. Propaan heeft drie koolstofatomen aan elkaar geketend. Butaan heeft vier koolstofatomen aan elkaar geketend. Pentaan heeft er vijf, hexaan heeft zes, heptaan heeft zeven en octaan heeft acht koolstofatomen aan elkaar geketend.

Het blijkt dat de heptane de compressie zeer slecht afhandelt. Comprimeer het een beetje en het ontbrandt spontaan. Octane verwerkt compressie heel goed - je kunt het veel comprimeren en er gebeurt niets. 87-octaanbenzine is benzine die 87% octaan en 13% heptaan bevat (of een andere combinatie van brandstoffen die dezelfde prestaties levert als de 87/13 combinatie van octaan / heptaan). Het ontbrandt spontaan op een bepaald compressieniveau en kan alleen worden gebruikt in motoren die die compressieverhouding niet overschrijden.

Benzine-additieven

- Tijdens WWI werd ontdekt dat je een chemische stof kunt toevoegen die wordt genoemd tetraethyllood naar benzine en zijn octaangetal aanzienlijk verbeteren. Goedkopere soorten benzine zouden bruikbaar kunnen worden gemaakt door deze chemische stof toe te voegen. Dit leidde tot het wijdverspreide gebruik van "ethyl" - of "gelode" benzine. Helaas zijn de bijwerkingen van het toevoegen van lood aan benzine:

  • Lood verstopt een katalysator en maakt deze binnen enkele minuten onbruikbaar.
  • De aarde raakte bedekt met een dunne laag lood en lood is giftig voor veel levende wezens (inclusief mensen).

-

-Wanneer lood werd verboden, werd benzine duurder omdat raffinaderijen de octaangetallen van goedkopere kwaliteiten niet meer konden verhogen. Vliegtuigen mogen nog steeds gelode benzine gebruiken en octaangetallen van 115 worden vaak gebruikt in super krachtige zuigervliegtuigmotoren (straalmotoren verbranden kerosine trouwens).

Een ander veel voorkomend additief is MTBE. MTBE is het acroniem voor methyl-tertiaire butylether, een vrij eenvoudig molecuul dat is gemaakt van methanol.

MTBE wordt om twee redenen aan benzine toegevoegd:

  1. Het verhoogt octaan-.
  2. Het is een zuurstofhoudende, wat betekent dat het zuurstof toevoegt aan de reactie wanneer het brandt. Idealiter vermindert een oxygenaat de hoeveelheid onverbrande koolwaterstoffen en koolmonoxide in de uitlaat.

MTBE begon op grote schaal aan benzine te worden toegevoegd nadat de Clean Air Act van 1990 van kracht werd. Benzine kan tot 10 procent tot 15 procent MTBE bevatten.

Het grootste probleem met MTBE is dat het wordt gedacht kankerverwekkend en het mengt gemakkelijk met water. Als MTBE-benzine lekt uit een ondergrondse tank bij een benzinestation, kan het in het grondwater terechtkomen en putten verontreinigen. Natuurlijk is MTBE niet het enige dat in het grondwater terechtkomt wanneer een tank lekt - zo ook benzine en een groot aantal andere benzineadditieven.

Volgens deze pagina op de EPA:


Hoewel er geen vastgestelde drinkwaterregulering is, heeft USEPA een drinkwateradvies uitgebracht van 20 tot 40 microgram per liter (μg / L) op basis van smaak- en geurdrempels. Deze adviesconcentratie is bedoeld om een ​​grote veiligheidsmarge te bieden voor niet-kankereffecten en ligt in het bereik van marges dat kenmerkend is voor potentiële carcinogene effecten.

-

- Het meest waarschijnlijke ding om MTBE in benzine te vervangen is ethanol - normale alcohol. Het is iets duurder dan MTBE, maar het is geen kankerbedreiging.

Problemen met benzine

- -Gasoline heeft twee problemen bij verbranding in automotoren. Het eerste probleem heeft te maken met smog en ozon in grote steden. Het tweede probleem heeft te maken met koolstof en broeikasgassen.

Wanneer auto's benzine verbranden, zouden ze het ideaal perfect verbranden en niets anders dan koolstofdioxide en water in hun uitlaat creëren. Helaas is de verbrandingsmotor niet perfect. Tijdens het verbranden van de benzine, produceert het ook:

  • Koolmonoxide, een giftig gas
  • Stikstofoxiden, de belangrijkste bron van stedelijke smog
  • Onverbrande koolwaterstoffen, de belangrijkste bron van stedelijke ozon

Katalytische converters elimineren veel van deze vervuiling, maar ze zijn ook niet perfect. Luchtvervuiling door auto's en elektriciteitscentrales is een groot probleem in grote steden.

Koolstof is ook een probleem. Wanneer het brandt, verandert het in veel koolstofdioxidegas. Benzine is meestal koolstof per gewicht, dus een gallon gas kan 5 tot 6 pond (2,5 kg) koolstof afgeven in de atmosfeer. De VS brengen elke dag ongeveer 2 miljard pond koolstof in de atmosfeer vrij.

Als het vaste koolstof zou zijn, zou het extreem merkbaar zijn - het zou hetzelfde zijn als een zak suiker van 5 pond gooien uit het raam van je auto voor elke liter gas die verbrand wordt. Maar omdat de 5 kilo koolstof eruit komt als een onzichtbaar gas (koolstofdioxide), zijn de meesten van ons daar niet bewust van. De koolstofdioxide die uit de uitlaat van elke auto komt, is een broeikasgas. De uiteindelijke effecten zijn onbekend, maar het is een sterke mogelijkheid dat er uiteindelijk dramatische klimaatveranderingen zullen optreden die iedereen op de planeet treffen (bijvoorbeeld zeespiegels kunnen stijgen, overstromingen zijn of kuststeden vernietigen). Om deze reden zijn er toenemende inspanningen om benzine te vervangen door waterstof.Zie Hoe de waterstofeconomie werkt voor meer informatie.


Video Supplement: Hoe werkt een kettingzaag benzine?.




Onderzoek


Hoe Groot Zou Een 'Alien Megastructure' Moeten Zijn?
Hoe Groot Zou Een 'Alien Megastructure' Moeten Zijn?

Hoe Crop Circles Werken
Hoe Crop Circles Werken

Science Nieuws


Waarom Het Zo Lang Duurde Om Het Wiel Te Vinden
Waarom Het Zo Lang Duurde Om Het Wiel Te Vinden

De Nieuwe Vliegdekschepen Van Us Navy Zullen Massale 'Drijvende Steden' Zijn
De Nieuwe Vliegdekschepen Van Us Navy Zullen Massale 'Drijvende Steden' Zijn

Onverwacht Deep Seismic Activity Found Along California Fault
Onverwacht Deep Seismic Activity Found Along California Fault

Voor Bliksemsnelle Drones, Voeg Een Vogelintuïtie Toe
Voor Bliksemsnelle Drones, Voeg Een Vogelintuïtie Toe

Chimpansees Worden Dronken Op Palmwijn
Chimpansees Worden Dronken Op Palmwijn


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com