Vinil hlorid (vinil hlorid): svojstva, formula, industrijska proizvodnja u Rusiji

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 13:51

Vinil hlorid je jedan od najjednostavnijih derivata acetilena koji se dobija dodavanjem hlorovodonika. Glavna vrsta hemijskih reakcija u kojima je ova supstanca uključena je proces polimerizacije. Konačni proizvod - PVC - ima široku primenu u svim sferama ljudske delatnosti. Proces proizvodnje jedinjenja i njegovih derivata praćen je oslobađanjem isparljivih materija koje imaju jak toksični efekat na ljudski organizam.

Opšti opis

Vinil hlorid (vinil hlorid) je jedan od najčešće korišćenih hemijskih jedinjenja jer je sirovina za proizvodnju PVC-a. Ovu supstancu je prvi put dobio Liebig 1830. godine u Njemačkoj iz dihloretana i alkoholnog kalijevog karbonata. Nakon 42 godine, drugi njemački hemičar, Eugen Baumann, skrenuo je pažnju na činjenicu da kada se čuvaju na svjetlu, pahuljice počinju da se talože iz vinil klorida. Ovaj naučnik se smatra otkrićem polivinil hlorida.

U početku, ovo jedinjenje nije izazvalo nikakvo interesovanje među trgovcima i proizvođačima hemijskih proizvoda. Njegova proizvodnja u industrijskom obimupočela 30-ih godina. XX vijek.

Empirijska formula za vinil hlorid je: C₂H_{3Cl. Strukturna formula je prikazana na slici ispod.}

U normalnim uslovima, vinil hlorid je bezbojni gas, ali pošto je njegova tačka ključanja -13°C, obično se njime rukuje u tečnom stanju.

Hemijska svojstva vinil hlorida

Glavne reakcije svojstvene ovoj supstanci su:

• Polimerizacija.
• Supstitucija na vezi ugljenik-hlor. Ovaj proces proizvodi alkoholate i vinil estere. Atom hlora se zamjenjuje u prisustvu katalizatora: halogenida, paladija i soli drugih metala. Ako se alkohol koristi kao rastvarač, tada se sintetišu estri.
• Oksidacija kiseonikom u gasnoj fazi. Produkti ove reakcije su formil hlorid, ugljen monoksid, hlorovodonična kiselina i mravlja kiselina. Potpuna oksidacija se opaža uz sudjelovanje katalizatora kob alt hromita ili u vodenoj otopini pomoću kalijevog permanganata. Reakcija sa ozonom u tečnom i gasovitom stanju vinil hlorida dovodi do stvaranja formil hlorida i mravlje kiseline. Spontano sagorijevanje proizvodi ugljični monoksid, hlorovodoničnu kiselinu i otrovni fosgen (u malim količinama).
• Reakcije na dodavanje. Da bi se dobio trihloretan, koji se koristi kao rastvarač, vrši se reakcija adicije hlora: ionskim mehanizmom (u tečnoj fazi, u odsustvu svetlosti, korišćenjem katalizatora na bazi prelaznih metala) ili radikalomreakcije (na povišenoj temperaturi). Korisni proizvodi od vinil klorida se također sintetiziraju kiselom katalizom i hidrogenacijom.
• Fotodisocijacija. Pod dejstvom svetlosti talasne dužine od 193 nm, grupe HCl i Cl se odvajaju od molekula vinil hlorida.
• Piroliza. Vinil hlorid je otporniji na termičku razgradnju od ostalih haloalkana ove vrste. Piroliza počinje na 550°C. Na 680°C, prinos acetilena, hlorovodonične kiseline, hloroprena i vinilacetilena je oko 35%. U prisustvu vode, vinil hlorid će korodirati gvožđe, čelik i aluminijum oslobađanjem HCl.

Reakcija polimerizacije

Vinil hlorid monomer može postojati dugo vremena pod normalnim uslovima. Pojava radikala kao rezultat foto- ili termohemijskih reakcija dovodi do aktivacije polimerizacije.

Ovaj proces se odvija u 3 faze i prikazan je na slici ispod.

Fizičke karakteristike

Glavna fizička svojstva jedinjenja u normalnim uslovima su sljedeća:

• molekularna težina – 62, 499;
• tačka - 119 K;
• tačka ključanja - 259 K;
• toplinski kapacitet u tečnom stanju – 84 J/(mol∙K);
• pritisak pare na 0 °C - 175 kPa;
• Viskozitet na -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• donja granica eksplozivnosti - 8,6% (po zapremini);
• temperatura samopaljenja - 745 K.

Tvar ima dobru rastvorljivost u ugljovodonicima,ulja, alkoholi, organske tečnosti; praktično se ne miješa sa vodom.

Primi

Postoji nekoliko industrijskih načina da se dobije vinil hlorid:

• kao rezultat reakcije hlorovodonične kiseline sa acetilenom;
• od etilena i hlora (direktno hlorisanje etilena, dobijanje etilen dihlorida, njegova piroliza u vinil hlorid);
• etilen oksihlorisanje;
• kombinovana metoda (direktno hlorisanje, piroliza etilen dihlorida, oksihloracija) - ravnotežni proces etilena i hlora bez stvaranja ili potrošnje hlorovodonične kiseline.

Trenutno je potonja opcija najčešća i najisplativija. Količina vinil klorida dobijenog ovom tehnologijom je više od 95% ukupne svjetske proizvodnje. Hemija reakcija je prikazana na slici ispod.

Cjelokupna zapremina kiseline, koja se dobije pirolizacijom etilen dihlorida, koristi se kao sirovina u narednoj fazi proizvodnje (oksihloracija). Dobijeni proizvod se prečišćava destilacijom, nusproizvodi se koriste u proizvodnji otapala ili recikliraju.

Proizvodnja u Rusiji

U Rusiji se proizvodnja vinil hlorida iz acetilena obavlja u sledećim preduzećima:

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

Na bazi etilena, sinteza supstance se vrši u organizacijama kao što su:

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

Sinteza iz acetilena se smatra zastarjelom tehnologijom. Upotreba etilena kao sirovine ima sljedeće prednosti:

• jeftinije i pristupačnije sirovine;
• visok prinos gotovog proizvoda;
• mala potrošnja energije i vode;
• mogućnost izgradnje proizvodnih linija visokog kapaciteta.

Ovu metodu koriste vodeći svjetski proizvođači više od 40 godina. Glavni obećavajući pravci za razvoj industrijske proizvodnje vinil hlorida u Rusiji su uvođenje novih kapaciteta, prelazak na etansku sirovinu, širenje tehnologije oksihlorisanja uz pomoć kiseonika i razvoj srodnih industrija za prodaju kaustične sode, koja formira se kao nusproizvod.

Prijava

Velika većina proizvedenog vinil hlorida koristi se za proizvodnju polivinil hlorida (PVC). Prema statistikama, više od 50% proizvodnje ovog polimera je u Aziji.

Polivinil hlorid je najsvestraniji materijal od svih polimera. Može se koristiti za proizvodnju krutih građevinskih konstrukcija (cijevi, vanjski zidovi, profili) ielastični proizvodi (žice, kablovi, krovni materijali). Za razliku od drugih polimernih materijala, polivinil klorid pod utjecajem ultraljubičastih zraka, oksidacije i tekućih ugljikovodika ne samo da se razgrađuje, već i djelomično umrežava polimerne lance. Ovo svojstvo je povezano sa prisustvom atoma hlora u strukturi jedinjenja. Visoka konkurentnost PVC-a se takođe objašnjava niskom cijenom.

PVC se koristi za izradu sljedećih proizvoda (u opadajućem redoslijedu obima proizvodnje):

• cijevi i njihovi spojevi;
• siding;
• prozori, vrata;
• profili (uključujući ograde i podove);
• podne obloge;
• krovni materijali;
• potrošački proizvodi;
• pakovanje;
• kablovi i žice (plašt, izolacija);
• medicinski materijal;
• premazi, ljepila.

Druge upotrebe

Mali udio vinil hlorida (oko 1%) se koristi za proizvodnju kopolimera, od kojih su kombinacije sa vinil acetatom, viniliden hloridom, monomerima akrilne serije i alfa-olefinima od praktične važnosti. Prva vrsta kopolimera je najrasprostranjenija. Ovi materijali imaju sljedeće trgovačke nazive:

• vestolit;
• hostalitis;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron i drugi.

Koriste se za izradu proizvoda kao što su:

• linoleum i druge podne obloge;
• prozorski okviri;
• obložene pločice;
• umjetna koža;
• film;
• lakovi;
• netkani materijal.

Toksičnost

Vinil hlorid se odnosi na veoma opasna jedinjenja koja dovode do ozbiljnog propadanja u ljudskom telu. Supstanca je isparljiva i glavni put ulaska je udisanje. Izvor je proizvodnja vinil klorida, PVC-a i proizvoda od njega.

Vinil hlorid izaziva poremećaje u sledećim organima i sistemima:

• CNS depresija (vrtoglavica, dezorijentacija, toksična koma);
• oštećenje vezivnog tkiva i krvnih sudova;
• pogoršanje reproduktivne funkcije;
• kancerogeno dejstvo (najčešće se otkriva angiosarkom jetre, razvijaju se tumori i druge lokalizacije);
• probavni sistem – hepatitis, holecistitis, holangitis, gastritis, peptički ulkus;
• cirkulatorni i hematopoetski sistem - hipertenzija, koronarna bolest srca, eozinofilija, trombocitopenija;
• poremećaj holesterola i opšteg metabolizma;
• mutageni efekat, formiranje hromozomskih aberacija;
• inhibicija antimikrobne zaštite, smanjene imunološke snage.

Uz produženo izlaganje (od šest mjeseci do 3 godine) toksičnim dozama ove supstance, nastaje "bolest vinil hlorida". Njegov razvoj prolazi kroz 3 faze, koje karakteriziraju sljedeće karakteristike:

1. Slabost, migrena, mučnina, anemija, bol u falangi noktiju udova, kao i njihovo uništavanjekosti. Kada štetni uticaj prestane, promene su reverzibilne.
2. Upala perifernih nerava, što rezultira gubitkom osjeta; aritmija, bol u predjelu srca, kršenje termoregulacije.
3. Oštećenje pamćenja, halucinacije, nevoljne fluktuacije oka, dvostruka slika, poremećaj sna, smanjena učinkovitost, bol u stomaku, mučnina, povraćanje, povećanje koštanih patologija.