Vinylklorid (vinylklorid): egenskaper, formel, industriell produksjon i Russland

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 14:00

Vinylklorid er et av de enkleste derivatene av acetylen som oppnås ved å tilsette hydrogenklorid. Den viktigste typen kjemiske reaksjoner som dette stoffet er involvert i er polymeriseringsprosessen. Sluttproduktet - PVC - er mye brukt i alle sfærer av menneskelig aktivitet. Prosessen med å fremstille forbindelsen og dens derivater er ledsaget av frigjøring av flyktige stoffer, som har en sterk giftig effekt på menneskekroppen.

Generell beskrivelse

Vinylklorid (vinylklorid) er en av de mest brukte kjemiske forbindelsene siden det er råstoffet for PVC-produksjon. Dette stoffet ble først oppnådd av Liebig i 1830 i Tyskland fra dikloretan og alkoholholdig kaliumkarbonat. Etter 42 år trakk en annen tysk kjemiker, Eugen Baumann, oppmerksomhet til det faktum at når de lagres i lyset, begynner det å utfelles flak fra vinylklorid. Denne forskeren regnes som oppdageren av polyvinylklorid.

Til å begynne med vakte ikke denne forbindelsen noen interesse blant kjøpmenn og produsenter av kjemiske produkter. Dens produksjon i industriell skalastartet på 30-tallet. XX århundre.

Den empiriske formelen for vinylklorid er: C₂H_{3Cl. Strukturformelen er vist i figuren nedenfor.}

Under normale forhold er vinylklorid en fargeløs gass, men siden kokepunktet er -13 °C, håndteres den vanligvis i flytende tilstand.

Kjemiske egenskaper til vinylklorid

De viktigste reaksjonene i dette stoffet er:

• Polymerisering.
• Substitusjon på karbon-klorbindingen. Denne prosessen produserer alkoholater og vinylestere. Kloratomet erstattes i nærvær av katalysatorer: halogenider, palladium og s alter av andre metaller. Hvis alkohol brukes som løsemidler, syntetiseres estere.
• Oksidasjon med oksygen i gassfasen. Produktene av denne reaksjonen er formylklorid, karbonmonoksid, s altsyre og maursyre. Fullstendig oksidasjon observeres med deltakelse av en koboltkromittkatalysator eller i en vandig løsning ved bruk av kaliumpermanganat. Reaksjon med ozon i flytende og gassformig tilstand av vinylklorid fører til dannelse av formylklorid og maursyre. Spontan forbrenning produserer karbonmonoksid, s altsyre og giftig fosgen (i små mengder).
• Tilleggsreaksjoner. For å oppnå trikloretan, som brukes som løsningsmiddel, utføres kloraddisjonsreaksjonen: ved ionmekanismen (i væskefasen, i fravær av lys, ved bruk av en katalysator basert på overgangsmetaller) eller ved radikaletreaksjoner (ved forhøyet temperatur). Nyttige vinylkloridprodukter syntetiseres også ved syrekatalyse og hydrogenering.
• Fotodissosiasjon. Under påvirkning av lys med en bølgelengde på 193 nm sp altes HCl- og Cl-gruppene fra vinylkloridmolekylet.
• Pyrolyse. Vinylklorid er mer motstandsdyktig mot termisk nedbrytning enn andre haloalkaner av denne typen. Pyrolyse starter ved 550°C. Ved 680°C er utbyttet av acetylen, s altsyre, kloropren og vinylacetylen ca. 35%. I nærvær av vann vil vinylklorid korrodere jern, stål og aluminium ved å frigjøre HCl.

Polymeriseringsreaksjon

Vinylkloridmonomer kan eksistere i lang tid under normale forhold. Utseendet av radikaler som et resultat av foto- eller termokjemiske reaksjoner fører til aktivering av polymerisasjon.

Denne prosessen foregår i 3 trinn og er vist i figuren nedenfor.

Fysiske egenskaper

De viktigste fysiske egenskapene til forbindelsen under normale forhold er som følger:

• molekylvekt – 62, 499;
• smeltepunkt - 119 K;
• kokepunkt - 259 K;
• varmekapasitet i flytende tilstand – 84 J/(mol∙K);
• damptrykk ved 0 °C - 175 kPa;
• Viskositet ved -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• nedre eksplosivgrense - 8,6 % (etter volum);
• automatisk tenningstemperatur - 745 K.

Stoffet har god løselighet i hydrokarboner,oljer, alkoholer, organiske væsker; praktisk t alt ikke blandbar med vann.

Motta

Det er flere industrielle måter å få vinylklorid på:

• som et resultat av reaksjonen av s altsyre med acetylen;
• fra etylen og klor (direkte klorering av etylen, oppnå etylendiklorid, dets pyrolyse til vinylklorid);
• etylenoksyklorering;
• kombinert metode (direkte klorering, pyrolyse av etylendiklorid, oksyklorering) - en likevektsprosess av etylen og klor uten dannelse eller forbruk av s altsyre.

For øyeblikket er det sistnevnte alternativet det vanligste og mest kostnadseffektive. Mengden vinylklorid oppnådd med denne teknologien er mer enn 95% av verdens totale produksjon. Kjemien til reaksjonene er vist i figuren nedenfor.

Hele volumet av syre, som oppnås under pyrolysen av etylendiklorid, brukes som råstoff i neste produksjonstrinn (oksyklorering). Det resulterende produktet renses ved destillasjon, biprodukter brukes i produksjon av løsemidler eller resirkuleres.

Produksjon i Russland

I Russland utføres produksjonen av vinylklorid fra acetylen ved følgende foretak:

• AK Azot, (Novomoskovsk, Tula-regionen).
• JSC Plastcard (Volgograd).
• JSC Khimprom(Volgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, Irkutsk-regionen).

På grunnlag av etylen utføres syntesen av et stoff i organisasjoner som:

• JSC "Sayanskhimplast" (Sayansk).
• JSC Sibur-Neftekhim (Caprolactam, Dzerzhinsk).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

Syntese fra acetylen regnes som foreldet teknologi. Å bruke etylen som råmateriale har følgende fordeler:

• billigere og rimeligere råvarer;
• høyt utbytte av ferdig produkt;
• lavt strøm- og vannforbruk;
• mulighet for å bygge produksjonslinjer med høy kapasitet.

Denne metoden har blitt brukt av verdens ledende produsenter i over 40 år. De viktigste lovende retningene for utvikling av industriell produksjon av vinylklorid i Russland er introduksjonen av ny kapasitet, overgangen til etanråstoff, spredningen av oksygenassistert oksykloreringsteknologi og utviklingen av relaterte industrier for salg av kaustisk soda, som er dannet som et biprodukt.

Application

Det store flertallet av vinylklorid som produseres brukes til å lage polyvinylklorid (PVC). I følge statistikk er mer enn 50 % av produksjonen av denne polymeren i Asia.

Polyvinylklorid er det mest allsidige materialet av alle polymerer. Den kan brukes til å produsere både stive bygningskonstruksjoner (rør, ytterveggbekledning, profiler) ogelastiske produkter (tråder, kabler, takmaterialer). I motsetning til andre polymere materialer, bryter polyvinylklorid under påvirkning av ultrafiolette stråler, oksidasjon og flytende hydrokarboner ikke bare ned, men tverrbinder også delvis polymerkjeder. Denne egenskapen er assosiert med tilstedeværelsen av kloratomer i strukturen til forbindelsen. Den høye konkurranseevnen til PVC forklares også av den lave prisen.

PVC brukes til å lage følgende produkter (i synkende rekkefølge etter produksjonsvolum):

• rør og deres beslag;
• sidespor;
• vinduer, dører;
• profiler (inkludert gjerder og terrassebord);
• gulvbelegg;
• takmaterialer;
• forbrukerprodukter;
• emballasje;
• kabler og ledninger (kappe, isolasjon);
• medisinsk utstyr;
• belegg, lim.

Annen bruk

En liten andel vinylklorid (ca. 1%) brukes til å produsere kopolymerer, hvorav kombinasjoner med vinylacetat, vinylidenklorid, akrylseriemonomerer og alfa-olefiner er av praktisk betydning. Den første typen kopolymerer er den mest utbredte. Disse materialene har følgende handelsnavn:

• vestolite;
• hostalitt;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron og andre.

De brukes til å lage produkter som:

• linoleum og andre gulvbelegg;
• vindusrammer;
• motstående fliser;
• imitert skinn;
• film;
• lakker;
• nonwovens.

toksisitet

Vinylklorid refererer til svært farlige forbindelser som fører til alvorlig forringelse av menneskekroppen. Stoffet er flyktig og hovedveien for inntak er innånding. Kilden er produksjon av vinylklorid, PVC og produkter fra det.

Vinylklorid forårsaker forstyrrelser i følgende organer og systemer:

• CNS-depresjon (svimmelhet, desorientering, giftig koma);
• skade på bindevev og blodårer;
• forringelse av reproduktiv funksjon;
• kreftfremkallende effekt (angiosarkom i leveren oppdages oftest, svulster og andre lokaliseringer utvikles);
• fordøyelsessystemet – hepatitt, kolecystitt, kolangitt, gastritt, magesår;
• sirkulasjons- og hematopoietisk system - hypertensjon, koronar hjertesykdom, eosinofili, trombocytopeni;
• forstyrrelse av kolesterol og generell metabolisme;
• mutagen effekt, dannelse av kromosomavvik;
• hemming av antimikrobiell beskyttelse, reduserte immunkrefter.

Ved langvarig eksponering (fra seks måneder til 3 år) av giftige doser av dette stoffet, oppstår "vinylkloridsykdom". Utviklingen går gjennom 3 stadier, som er preget av følgende funksjoner:

1. Svakhet, migrene, kvalme, anemi, sårhet i neglefalanger i lemmene, samt ødeleggelse av dissebein. Når den skadelige påvirkningen stopper, er endringene reversible.
2. Betennelse i de perifere nervene, som resulterer i tap av følelse; arytmi, smerter i hjerteområdet, brudd på termoregulering.
3. Svekkelse av hukommelse, hallusinasjoner, ufrivillige øyesvingninger, dobbeltbilde, søvnforstyrrelser, nedsatt ytelse, smerter i magen, kvalme, oppkast, økning i beinpatologier.