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

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 13:56

Vinil klorid je jedan od najjednostavnijih derivata acetilena koji se dobiva dodatkom klorovodika. Glavna vrsta kemijskih reakcija u kojima sudjeluje ova tvar je proces polimerizacije. Konačni proizvod - PVC - ima široku primjenu u svim sferama ljudske djelatnosti. Proces proizvodnje spoja i njegovih derivata popraćen je oslobađanjem hlapljivih tvari koje imaju snažan toksični učinak na ljudski organizam.

Opći opis

Vinil klorid (vinil klorid) jedan je od najčešće korištenih kemijskih spojeva jer je sirovina za proizvodnju PVC-a. Ovu je tvar prvi put dobio Liebig 1830. u Njemačkoj iz dikloretana i alkoholnog kalijevog karbonata. Nakon 42 godine, drugi njemački kemičar, Eugen Baumann, skrenuo je pozornost na činjenicu da kada se pohranjuju na svjetlu, pahuljice počinju taložiti iz vinil klorida. Ovaj znanstvenik se smatra otkrićem polivinil klorida.

U početku ovaj spoj nije izazvao zanimanje među trgovcima i proizvođačima kemijskih proizvoda. Njegova proizvodnja u industrijskim razmjerimazapočeo 30-ih godina. XX. stoljeće.

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

U normalnim uvjetima, vinil klorid je bezbojni plin, ali budući da je njegova točka vrelišta -13 °C, obično se rukuje u tekućem stanju.

Kemijska svojstva vinil klorida

Glavne reakcije svojstvene ovoj tvari su:

• Polimerizacija.
• Supstitucija na vezi ugljik-klor. Ovim postupkom nastaju alkoholati i vinil esteri. Atom klora se zamjenjuje u prisutnosti katalizatora: halogenida, paladija i soli drugih metala. Ako se alkohol koristi kao otapala, tada se sintetiziraju esteri.
• Oksidacija kisikom u plinovitoj fazi. Produkti ove reakcije su formil klorid, ugljični monoksid, klorovodična kiselina i mravlja kiselina. Potpuna oksidacija se opaža uz sudjelovanje katalizatora kob alt kromita ili u vodenoj otopini pomoću kalijevog permanganata. Reakcija s ozonom u tekućem i plinovitom stanju vinil klorida dovodi do stvaranja formil klorida i mravlje kiseline. Spontano izgaranje proizvodi ugljični monoksid, klorovodičnu kiselinu i otrovni fosgen (u malim količinama).
• Reakcije na dodavanje. Za dobivanje trikloretana, koji se koristi kao otapalo, provodi se reakcija adicije klora: ionskim mehanizmom (u tekućoj fazi, u nedostatku svjetla, pomoću katalizatora na bazi prijelaznih metala) ili radikalomreakcije (na povišenoj temperaturi). Korisni proizvodi od vinilklorida također se sintetiziraju kiselom katalizom i hidrogenacijom.
• fotodisocijacija. Pod djelovanjem svjetlosti valne duljine od 193 nm, HCl i Cl grupe se odvajaju od molekule vinil klorida.
• Piroliza. Vinil klorid je otporniji na termičku razgradnju od ostalih haloalkana ove vrste. Piroliza počinje na 550°C. Pri 680°C, prinos acetilena, klorovodične kiseline, kloroprena i vinilacetilena je oko 35%. U prisutnosti vode, vinil klorid će korodirati željezo, čelik i aluminij oslobađanjem HCl.

Reakcija polimerizacije

Monomer vinil klorida može postojati dugo vremena u normalnim uvjetima. Pojava radikala kao rezultat foto- ili termokemijskih reakcija dovodi do aktivacije polimerizacije.

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

Fizičke karakteristike

Glavna fizička svojstva spoja u normalnim uvjetima su sljedeća:

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

Tvar ima dobru topljivost u ugljikovodicima,ulja, alkoholi, organske tekućine; praktički se ne miješa s vodom.

Primi

Postoji nekoliko industrijskih načina da se dobije vinil klorid:

• kao rezultat reakcije klorovodične kiseline s acetilenom;
• iz etilena i klora (izravno kloriranje etilena, dobivanje etilen diklorida, njegova pirolizacija u vinil klorid);
• etilenska oksikloracija;
• kombinirana metoda (izravno kloriranje, piroliza etilen diklorida, oksikloracija) - ravnotežni proces etilena i klora bez stvaranja ili potrošnje klorovodične kiseline.

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

Cjelokupni volumen kiseline, koji se dobije pirolizacijom etilen diklorida, koristi se kao sirovina u sljedećoj fazi proizvodnje (oksikloracija). Dobiveni proizvod se pročišćava destilacijom, nusproizvodi se koriste u proizvodnji otapala ili recikliraju.

Proizvodnja u Rusiji

U Rusiji se proizvodnja vinil klorida iz acetilena obavlja u sljedećim poduzećima:

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

Na bazi etilena, sinteza tvari se provodi u organizacijama kao što su:

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

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

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

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

Prijava

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

Polivinil klorid je najsvestraniji materijal od svih polimera. Može se koristiti za izradu 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 povezano je s prisutnošću atoma klora u strukturi spoja. Visoka konkurentnost PVC-a također se objašnjava niskom cijenom.

PVC se koristi za izradu sljedećih proizvoda (silaznim redoslijedom obima proizvodnje):

• cijevi i njihovi spojevi;
• sporedni sloj;
• prozori, vrata;
• profili (uključujući ograde i podove);
• podne obloge;
• krovni materijali;
• potrošački proizvodi;
• pakiranje;
• kablovi i žice (plašt, izolacija);
• medicinske potrepštine;
• premazi, ljepila.

Druge upotrebe

Mali udio vinil klorida (oko 1%) koristi se za proizvodnju kopolimera, od kojih su kombinacije s vinil acetatom, viniliden kloridom, monomerima akrilne serije i alfa-olefinima od praktične važnosti. Prvi tip kopolimera je najrašireniji. 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.

Otrovnost

Vinil klorid odnosi se na vrlo opasne spojeve koji dovode do ozbiljnog propadanja u ljudskom tijelu. Tvar je hlapljiva i glavni put ulaska je udisanje. Izvor je proizvodnja vinil klorida, PVC-a i proizvoda od njega.

Vinil klorid uzrokuje poremećaje u sljedećim organima i sustavima:

• depresija CNS-a (vrtoglavica, dezorijentacija, toksična koma);
• oštećenje vezivnog tkiva i krvnih žila;
• pogoršanje reproduktivne funkcije;
• kancerogeno djelovanje (najčešće se otkriva angiosarkom jetre, razvijaju se tumori i druge lokalizacije);
• probavni sustav – hepatitis, kolecistitis, kolangitis, gastritis, peptički ulkus;
• cirkulacijski i hematopoetski sustav - hipertenzija, koronarna bolest srca, eozinofilija, trombocitopenija;
• poremećaj kolesterola i općeg metabolizma;
• mutageni učinak, stvaranje kromosomskih aberacija;
• inhibicija antimikrobne zaštite, smanjene imunološke snage.

Uz produljeno izlaganje (od šest mjeseci do 3 godine) toksičnim dozama ove tvari, javlja se "bolest vinil klorida". Njegov razvoj prolazi kroz 3 faze, koje karakteriziraju sljedeće značajke:

1. Slabost, migrena, mučnina, anemija, bolnost falanga noktiju udova, kao i njihovo uništenjekostima. Kada štetni utjecaj prestane, promjene su reverzibilne.
2. Upala perifernih živaca, što rezultira gubitkom osjeta; aritmija, bol u predjelu srca, kršenje termoregulacije.
3. Oštećenje pamćenja, halucinacije, nevoljne fluktuacije oka, dvostruka slika, poremećaj spavanja, smanjena učinkovitost, bol u želucu, mučnina, povraćanje, povećanje koštanih patologija.