Vinyylikloridi (vinyylikloridi): ominaisuudet, kaava, teollinen tuotanto Venäjällä

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 13:54

Vinyylikloridi on yksi yksinkertaisimmista asetyleenin johdannaisista, joita saadaan lisäämällä kloorivetyä. Pääasiallinen kemiallisten reaktioiden tyyppi, johon tämä aine osallistuu, on polymerointiprosessi. Lopputuotetta - PVC:tä - käytetään laajasti kaikilla ihmisen toiminnan aloilla. Yhdisteen ja sen johdannaisten valmistusprosessiin liittyy haihtuvien aineiden vapautumista, joilla on voimakas myrkyllinen vaikutus ihmiskehoon.

Yleinen kuvaus

Vinyylikloridi (vinyylikloridi) on yksi laajimmin käytetyistä kemiallisista yhdisteistä, koska se on PVC-tuotannon raaka-aine. Liebig sai tämän aineen ensimmäisen kerran vuonna 1830 Saksassa dikloorietaanista ja alkoholipitoisesta kaliumkarbonaatista. 42 vuoden kuluttua toinen saksalainen kemisti Eugen Baumann kiinnitti huomion siihen, että valossa säilytettynä hiutaleet alkavat saostua vinyylikloridista. Tätä tiedemiestä pidetään polyvinyylikloridin löytäjänä.

Aluksi tämä yhdiste ei herättänyt kiinnostusta kemiallisten tuotteiden kauppiaiden ja valmistajien keskuudessa. Sen tuotanto teollisessa mittakaavassaalkoi 30-luvulla. XX vuosisata.

Vinyylikloridin empiirinen kaava on: C₂H_{3Cl. Rakennekaava näkyy alla olevassa kuvassa.}

Normaaleissa olosuhteissa vinyylikloridi on väritön kaasu, mutta koska sen kiehumispiste on -13 °C, sitä käsitellään yleensä nestemäisessä tilassa.

Vinyylikloridin kemialliset ominaisuudet

Tälle aineelle ominaiset pääreaktiot ovat:

• Polymerointi.
• Korvaus hiili-kloorisidoksessa. Tämä prosessi tuottaa alkoholaatteja ja vinyyliestereitä. Klooriatomi korvataan katalyyttien läsnä ollessa: halogenidit, palladium ja muiden metallien suolat. Jos alkoholia käytetään liuottimina, esterit syntetisoidaan.
• Hapetus hapella kaasufaasissa. Tämän reaktion tuotteet ovat formyylikloridi, hiilimonoksidi, kloorivetyhappo ja muurahaishappo. Täydellinen hapettuminen havaitaan kobolttikromiittikatalyytin mukana tai vesiliuoksessa, jossa käytetään kaliumpermanganaattia. Reaktio otsonin kanssa vinyylikloridin nestemäisessä ja kaasumaisessa tilassa johtaa formyylikloridin ja muurahaishapon muodostumiseen. Spontaani palaminen tuottaa hiilimonoksidia, kloorivetyhappoa ja myrkyllistä fosgeenia (pieninä määrinä).
• Lisäysreaktiot. Liuottimena käytettävän trikloorietaanin saamiseksi suoritetaan klooriadditioreaktio: ionimekanismilla (nestefaasissa valon puuttuessa käyttämällä siirtymämetalleihin perustuvaa katalyyttiä) tai radikaalilla.reaktiot (korotetussa lämpötilassa). Hyödyllisiä vinyylikloridituotteita syntetisoidaan myös happokatalyysillä ja hydrauksella.
• Photossosiaatio. Valon vaikutuksesta, jonka aallonpituus on 193 nm, HCl- ja Cl-ryhmät irtoavat vinyylikloridimolekyylistä.
• Pyrolyysi. Vinyylikloridi kestää paremmin lämpöhajoamista kuin muut tämän tyyppiset halogeenialkaanit. Pyrolyysi alkaa 550 °C:ssa. 680 °C:ssa asetyleenin, kloorivetyhapon, kloropreenin ja vinyyliasetyleenin saanto on noin 35 %. Veden läsnä ollessa vinyylikloridi syövyttää rautaa, terästä ja alumiinia vapauttamalla HCl:a.

Polymerointireaktio

Vinyylikloridimonomeeri voi olla olemassa pitkään normaaleissa olosuhteissa. Radikaalien ilmaantuminen valo- tai termokemiallisten reaktioiden seurauksena johtaa polymerisaation aktivoitumiseen.

Tämä prosessi tapahtuu 3 vaiheessa ja näkyy alla olevassa kuvassa.

Fyysiset ominaisuudet

Yhdisteen tärkeimmät fysikaaliset ominaisuudet normaaleissa olosuhteissa ovat seuraavat:

• molekyylipaino – 62 499;
• sulamispiste - 119 K;
• kiehumispiste - 259 K;
• lämpökapasiteetti nestemäisessä tilassa – 84 J/(mol∙K);
• höyrynpaine 0 °C:ssa - 175 kPa;
• Viskositeetti -20 °C:ssa – 0,272 mPa∙s;
• alempi räjähdysraja - 8,6 % (tilavuudesta);
• itsesytytyslämpötila - 745 K.

Aine liukenee hyvin hiilivetyihin,öljyt, alkoholit, orgaaniset nesteet; käytännössä sekoittumaton veteen.

Vastaanota

Vinyylikloridia saa useilla teollisilla tavoilla:

• kloorivetyhapon ja asetyleenin reaktion seurauksena;
• eteenistä ja kloorista (eteenin suora klooraus, eteenidikloridin saaminen, sen pyrolyysi vinyylikloridiksi);
• eteenin oksiklooraus;
• yhdistelmämenetelmä (suora klooraus, etyleenidikloridin pyrolyysi, oksiklooraus) - eteenin ja kloorin tasapainoprosessi ilman suolahapon muodostumista tai kulumista.

Tällä hetkellä jälkimmäinen vaihtoehto on yleisin ja kustannustehokkain. Tällä tekniikalla saadun vinyylikloridin määrä on yli 95 % maailman kokonaistuotannosta. Reaktioiden kemia on esitetty alla olevassa kuvassa.

Koko etyleenidikloridin pyrolyysin aikana saatu happomäärä käytetään raaka-aineena seuraavassa tuotantovaiheessa (oksikloorauksessa). Saatu tuote puhdistetaan tislaamalla, sivutuotteet käytetään liuottimien valmistukseen tai kierrätetään.

Tuotanto Venäjällä

Venäjällä vinyylikloridin tuotanto asetyleenistä tapahtuu seuraavissa yrityksissä:

• AK Azot, (Novomoskovsk, Tulan alue).
• JSC Plastcard (Volgograd).
• JSC Khimprom(Volgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolje-Sibirskoje, Irkutskin alue).

Eteenin pohj alta aineen synteesi suoritetaan organisaatioissa, kuten:

• JSC "Sayanskkhimplast" (Sayansk).
• JSC Sibur-Neftekhim (kaprolaktaami, Dzeržinsk).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

Synteesiä asetyleenistä pidetään vanhentuneena teknologiana. Eteenin käyttämisellä raaka-aineena on seuraavat edut:

• halvemmat ja edullisemmat raaka-aineet;
• valmiin tuotteen korkea saanto;
• pieni tehon ja vedenkulutus;
• mahdollisuutta rakentaa suurikapasiteettisia tuotantolinjoja.

Maailman johtavat valmistajat ovat käyttäneet tätä menetelmää yli 40 vuoden ajan. Tärkeimmät lupaavat suunnat vinyylikloridin teollisen tuotannon kehittämiseen Venäjällä ovat uusien kapasiteettien käyttöönotto, siirtyminen etaaniraaka-aineeseen, happiavusteisen oksikloorausteknologian leviäminen ja siihen liittyvien teollisuudenalojen kehittäminen kaustisen soodan myyntiin. muodostuu sivutuotteena.

Hakemus

Suurin osa tuotetusta vinyylikloridista käytetään polyvinyylikloridin (PVC) valmistukseen. Tilastojen mukaan yli 50 % tämän polymeerin tuotannosta on Aasiassa.

Polyvinyylikloridi on monipuolisin materiaali kaikista polymeereistä. Sillä voidaan valmistaa sekä jäykkiä rakennusrakenteita (putket, ulkoseinäverhoukset, profiilit) ettäelastiset tuotteet (langat, kaapelit, kattomateriaalit). Toisin kuin muut polymeeriset materiaalit, polyvinyylikloridi ultraviolettisäteiden, hapettumisen ja nestemäisten hiilivetyjen vaikutuksesta ei vain hajoa, vaan myös osittain ristisilloittaa polymeeriketjuja. Tämä ominaisuus liittyy klooriatomien läsnäoloon yhdisteen rakenteessa. PVC:n korkea kilpailukyky selittyy myös sen alhaisella hinnalla.

PVC:tä käytetään seuraavien tuotteiden valmistukseen (tuotantomäärän mukaan laskevassa järjestyksessä):

• putket ja niiden liittimet;
• sivuraide;
• ikkunat, ovet;
• profiilit (mukaan lukien aidat ja terassit);
• lattianpäällysteet;
• kattomateriaalit;
• kuluttajatuotteet;
• pakkaus;
• kaapelit ja johdot (vaippa, eristys);
• lääketieteelliset tarvikkeet;
• pinnoitteet, liimat.

Muut käyttötarkoitukset

Pieni osa vinyylikloridia (noin 1 %) käytetään kopolymeerien valmistukseen, joista yhdistelmät vinyyliasetaatin, vinylideenikloridin, akryylisarjan monomeerien ja alfa-olefiinien kanssa ovat käytännön tärkeitä. Ensimmäinen kopolymeerityyppi on yleisin. Näillä materiaaleilla on seuraavat kauppanimet:

• vestoliitti;
• hostalitis;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron ja muut.

Niitä käytetään muun muassa seuraavien tuotteiden valmistukseen:

• linoleumi ja muut lattiapäällysteet;
• ikkunakehykset;
• pintalaatat;
• keinonahka;
• elokuva;
• lakat;
• kuitukankaat.

Myrkyllisyys

Vinyylikloridi viittaa erittäin vaarallisiin yhdisteisiin, jotka johtavat ihmiskehon vakavaan heikkenemiseen. Aine on haihtuvaa ja pääasiallinen tunkeutumisreitti on hengitys. Lähde on vinyylikloridin, PVC:n ja niistä valmistettujen tuotteiden tuotanto.

Vinyylikloridi aiheuttaa häiriöitä seuraavissa elimissä ja järjestelmissä:

• CNS-depressio (huimaus, häiriö, toksinen kooma);
• sidekudoksen ja verisuonten vauriot;
• lisääntymistoiminnan heikkeneminen;
• karsinogeeninen vaikutus (useimmiten havaitaan maksan angiosarkooma, kehittyy kasvaimia ja muita lokalisaatioita);
• ruoansulatusjärjestelmä – hepatiitti, kolekystiitti, kolangiitti, gastriitti, mahahaava;
• verenkierto- ja hematopoieettinen järjestelmä - verenpainetauti, sepelv altimotauti, eosinofilia, trombosytopenia;
• kolesterolin ja yleisen aineenvaihdunnan häiriö;
• mutageeninen vaikutus, kromosomipoikkeavuuksien muodostuminen;
• antimikrobisen suojan estäminen, heikentyneet immuunivoimat.

Pitkäaikaisessa altistumisessa (kuudesta kuukaudesta 3 vuoteen) tämän aineen myrkyllisille annoksille ilmenee "vinyylikloridisairaus". Sen kehitys kulkee 3 vaiheen läpi, joille on tunnusomaista seuraavat ominaisuudet:

1. Heikkous, migreeni, pahoinvointi, anemia, raajojen kynsifalangien arkuus sekä niiden tuhoutuminenluut. Kun haitallinen vaikutus lakkaa, muutokset ovat palautuvia.
2. Ääreishermojen tulehdus, joka johtaa tuntokyvyn menettämiseen; rytmihäiriö, kipu sydämen alueella, lämmönsäätelyn rikkominen.
3. Muistin heikkeneminen, hallusinaatiot, tahattomat silmän heilahtelut, kaksoiskuva, unihäiriöt, suorituskyvyn heikkeneminen, vatsakipu, pahoinvointi, oksentelu, luusairauksien lisääntyminen.