Vinilhlorīds (vinilhlorīds): īpašības, formula, rūpnieciskā ražošana Krievijā

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Vinilhlorīds ir viens no vienkāršākajiem acetilēna atvasinājumiem, ko iegūst, pievienojot ūdeņraža hlorīdu. Galvenais ķīmisko reakciju veids, kurā šī viela ir iesaistīta, ir polimerizācijas process. Galaprodukts - PVC - tiek plaši izmantots visās cilvēka darbības jomās. Savienojuma un tā atvasinājumu ražošanas procesu pavada gaistošu vielu izdalīšanās, kurām ir spēcīga toksiska ietekme uz cilvēka ķermeni.

Vispārīgs apraksts

Vinilhlorīds (vinilhlorīds) ir viens no visplašāk izmantotajiem ķīmiskajiem savienojumiem, jo tas ir PVC ražošanas izejviela. Pirmo reizi šo vielu Lībigs ieguva 1830. gadā Vācijā no dihloretāna un spirta kālija karbonāta. Pēc 42 gadiem cits vācu ķīmiķis Eižens Baumans vērsa uzmanību uz to, ka, uzglabājot gaismā, no vinilhlorīda sāk izgulsnēties pārslas. Šis zinātnieks tiek uzskatīts par polivinilhlorīda atklājēju.

Sākumā šis savienojums neizraisīja nekādu interesi ķīmisko preču tirgotāju un ražotāju vidū. Tās ražošana rūpnieciskā mērogāsākās 30. gados. XX gadsimts.

Vinilhlorīda empīriskā formula ir: C₂H_{3Cl. Strukturālā formula ir parādīta attēlā zemāk.}

Parastos apstākļos vinilhlorīds ir bezkrāsaina gāze, taču, tā kā tā viršanas temperatūra ir -13 °C, to parasti apstrādā šķidrā stāvoklī.

Vinilhlorīda ķīmiskās īpašības

Galvenās reakcijas, kas raksturīgas šai vielai, ir:

• Polimerizācija.
• Oglekļa-hlora saites aizstāšana. Šajā procesā tiek iegūti alkoholāti un vinilesteri. Hlora atoms tiek aizstāts katalizatoru klātbūtnē: halogenīdi, pallādijs un citu metālu sāļi. Ja kā šķīdinātāju izmanto spirtu, tad tiek sintezēti esteri.
• Oksidēšana ar skābekli gāzes fāzē. Šīs reakcijas produkti ir formilhlorīds, oglekļa monoksīds, sālsskābe un skudrskābe. Pilnīga oksidēšanās tiek novērota, piedaloties kob alta hromīta katalizatoram vai ūdens šķīdumā, izmantojot kālija permanganātu. Reakcija ar ozonu vinilhlorīda šķidrā un gāzveida stāvoklī izraisa formilhlorīda un skudrskābes veidošanos. Spontānas aizdegšanās rezultātā rodas oglekļa monoksīds, sālsskābe un toksisks fosgēns (nelielos daudzumos).
• Papildinājuma reakcijas. Lai iegūtu trihloretānu, ko izmanto kā šķīdinātāju, tiek veikta hlora pievienošanas reakcija: ar jonu mehānismu (šķidrā fāzē, ja nav gaismas, izmantojot katalizatoru uz pārejas metālu bāzes) vai ar radikāļu palīdzību.reakcijas (paaugstinātā temperatūrā). Noderīgus vinilhlorīda produktus sintezē arī ar skābes katalīzi un hidrogenēšanu.
• Fotodisociācija. Gaismas ar viļņa garumu 193 nm iedarbībā HCl un Cl grupas tiek atdalītas no vinilhlorīda molekulas.
• Pirolīze. Vinilhlorīds ir izturīgāks pret termisko sadalīšanos nekā citi šāda veida halogēnalkāni. Pirolīze sākas pie 550°C. 680°C temperatūrā acetilēna, sālsskābes, hloroprēna un vinilacetilēna iznākums ir aptuveni 35%. Ūdens klātbūtnē vinilhlorīds korodēs dzelzi, tēraudu un alumīniju, izdalot HCl.

Polimerizācijas reakcija

Vinilhlorīda monomērs normālos apstākļos var pastāvēt ilgu laiku. Radikāļu parādīšanās foto- vai termoķīmisko reakciju rezultātā izraisa polimerizācijas aktivizēšanos.

Šis process notiek 3 posmos un ir parādīts zemāk esošajā attēlā.

Fiziskās īpašības

Savienojuma galvenās fizikālās īpašības normālos apstākļos ir šādas:

• molekulmasa – 62, 499;
• kušanas temperatūra - 119 K;
• viršanas temperatūra - 259 K;
• siltuma jauda šķidrā stāvoklī – 84 J/(mol∙K);
• tvaika spiediens pie 0 °C - 175 kPa;
• Viskozitāte pie -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• apakšējā sprādzienbīstamības robeža - 8,6% (pēc tilpuma);
• pašaizdegšanās temperatūra - 745 K.

Viela labi šķīst ogļūdeņražos,eļļas, spirti, organiskie šķidrumi; praktiski nesajaucas ar ūdeni.

Saņemt

Ir vairāki rūpnieciski veidi, kā iegūt vinilhlorīdu:

• sālsskābes un acetilēna reakcijas rezultātā;
• no etilēna un hlora (etilēna tieša hlorēšana, etilēna dihlorīda iegūšana, tā pirolīze līdz vinilhlorīdam);
• etilēna oksihlorēšana;
• kombinētā metode (tiešā hlorēšana, etilēna dihlorīda pirolīze, oksihlorēšana) - etilēna un hlora līdzsvara process bez sālsskābes veidošanās vai patēriņa.

Šobrīd pēdējā iespēja ir visizplatītākā un rentablākā. Ar šo tehnoloģiju iegūtais vinilhlorīda daudzums ir vairāk nekā 95% no kopējās pasaules produkcijas. Reakciju ķīmija ir parādīta attēlā zemāk.

Viss skābes daudzums, kas iegūts etilēndihlorīda pirolīzes laikā, tiek izmantots kā izejviela nākamajā ražošanas posmā (oksihlorēšana). Iegūtais produkts tiek attīrīts destilējot, blakusprodukti tiek izmantoti šķīdinātāju ražošanā vai pārstrādāti.

Ražošana Krievijā

Krievijā vinilhlorīda ražošana no acetilēna tiek veikta šādos uzņēmumos:

• AK Azot, (Novomoskovska, Tulas apgabals).
• JSC Plastcard (Volgograda).
• JSC Khimprom(Volgograda).
• Usolekhimprom JSC, (Usoļje-Sibirskoje, Irkutskas apgabals).

Uz etilēna bāzes vielas sintēzi veic tādās organizācijās kā:

• JSC "Sayanskkhimplast" (Sajanska).
• JSC Sibur-Neftekhim (Kaprolaktams, Dzeržinska).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

Sintēze no acetilēna tiek uzskatīta par novecojušu tehnoloģiju. Izmantojot etilēnu kā izejvielu, ir šādas priekšrocības:

• lētākas un pieejamākas izejvielas;
• augsta gatavā produkta raža;
• mazs jaudas un ūdens patēriņš;
• iespēja būvēt augstas jaudas ražošanas līnijas.

Šo metodi pasaules vadošie ražotāji izmanto jau vairāk nekā 40 gadus. Galvenie perspektīvie virzieni vinilhlorīda rūpnieciskās ražošanas attīstībai Krievijā ir jaunu jaudu ieviešana, pāreja uz etāna izejvielu, ar skābekli saistītu oksihlorēšanas tehnoloģiju izplatība un ar to saistīto nozaru attīstība kaustiskās sodas tirdzniecībai. veidojas kā blakusprodukts.

Pieteikums

Lielākā daļa saražotā vinilhlorīda tiek izmantota polivinilhlorīda (PVC) ražošanai. Saskaņā ar statistiku vairāk nekā 50% no šī polimēra ražošanas tiek ražoti Āzijā.

Polivinilhlorīds ir daudzpusīgākais materiāls no visiem polimēriem. No tā var ražot gan stingras būvkonstrukcijas (caurules, ārsienu apšuvumus, profilus), ganelastīgie izstrādājumi (vadi, kabeļi, jumta materiāli). Atšķirībā no citiem polimēru materiāliem, polivinilhlorīds ultravioleto staru, oksidācijas un šķidro ogļūdeņražu ietekmē ne tikai sadalās, bet arī daļēji saista polimēru ķēdes. Šī īpašība ir saistīta ar hlora atomu klātbūtni savienojuma struktūrā. PVC augstā konkurētspēja ir izskaidrojama arī ar tā zemo cenu.

PVC tiek izmantots šādu produktu ražošanai (dilstošā secībā pēc ražošanas apjoma):

• caurules un to veidgabali;
• apšuvums;
• logi, durvis;
• profili (tostarp žogi un ieklāšana);
• grīdas segumi;
• jumta seguma materiāli;
• patēriņa preces;
• iepakojums;
• kabeļi un vadi (apvalks, izolācija);
• medicīnas piederumi;
• pārklājumi, līmvielas.

Citi lietojumi

Neliela daļa vinilhlorīda (apmēram 1%) tiek izmantota kopolimēru ražošanai, no kuriem praktiskas nozīmes ir kombinācijas ar vinilacetātu, vinilidēnhlorīdu, akrila sērijas monomēriem un alfa-olefīniem. Pirmā veida kopolimēri ir visizplatītākie. Šiem materiāliem ir šādi tirdzniecības nosaukumi:

• vestolīts;
• hostalīts;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron un citi.

Tos izmanto tādu produktu ražošanai kā:

• linolejs un citi grīdas segumi;
• logu rāmji;
• apstrādes flīzes;
• mākslīgā āda;
• filma;
• lakas;
• neaustie materiāli.

Toksicitāte

Vinilhlorīds attiecas uz ļoti bīstamiem savienojumiem, kas izraisa nopietnus cilvēka ķermeņa bojājumus. Viela ir gaistoša, un galvenais iekļūšanas ceļš ir ieelpošana. Avots ir vinilhlorīda, PVC un izstrādājumu no tā ražošana.

Vinilhlorīds izraisa traucējumus šādos orgānos un sistēmās:

• CNS nomākums (reibonis, dezorientācija, toksiska koma);
• saistaudu un asinsvadu bojājumi;
• reproduktīvās funkcijas pasliktināšanās;
• kancerogēna iedarbība (visbiežāk tiek konstatēta aknu angiosarkoma, attīstās audzēji un citas lokalizācijas);
• gremošanas sistēma – hepatīts, holecistīts, holangīts, gastrīts, peptiska čūla;
• asinsrites un hematopoētiskā sistēma - hipertensija, koronārā sirds slimība, eozinofīlija, trombocitopēnija;
• holesterīna un vispārējā vielmaiņas traucējumi;
• mutagēna iedarbība, hromosomu aberāciju veidošanās;
• antimikrobiālās aizsardzības inhibīcija, samazināti imūnspēki.

Ilgstoši iedarbojoties (no sešiem mēnešiem līdz 3 gadiem) šīs vielas toksiskās devās, rodas "vinilhlorīda slimība". Tā attīstība notiek 3 posmos, kurus raksturo šādas pazīmes:

1. Vājums, migrēna, slikta dūša, anēmija, ekstremitāšu nagu falangu sāpīgums, kā arī to iznīcināšanakauli. Kad kaitīgā ietekme beidzas, izmaiņas ir atgriezeniskas.
2. Perifēro nervu iekaisums, kā rezultātā tiek zaudēta jutība; aritmija, sāpes sirds rajonā, termoregulācijas pārkāpums.
3. Atmiņas traucējumi, halucinācijas, netīšas acu svārstības, dubultais attēls, miega traucējumi, samazināta veiktspēja, sāpes kuņģī, slikta dūša, vemšana, kaulu patoloģiju palielināšanās.