Винилхлорид (винилхлорид): свойства, формула, промишлено производство в Русия

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

Винилхлоридът е едно от най-простите производни на ацетилена, получено чрез добавяне на хлороводород. Основният вид химични реакции, в които участва това вещество, е процесът на полимеризация. Крайният продукт - PVC - се използва широко във всички сфери на човешката дейност. Процесът на производство на съединението и неговите производни е придружен от отделяне на летливи вещества, които имат силно токсично въздействие върху човешкото тяло.

Общо описание

Винилхлорид (винилхлорид) е едно от най-широко използваните химически съединения, тъй като е суровината за производството на PVC. Това вещество е получено за първи път от Либих през 1830 г. в Германия от дихлороетан и алкохолен калиев карбонат. След 42 години друг немски химик, Ойген Бауман, обърна внимание на факта, че когато се съхраняват на светлина, люспите започват да се утаяват от винилхлорид. Този учен се смята за откривател на поливинилхлорида.

В началото това съединение не предизвика никакъв интерес сред търговците и производителите на химически продукти. Производството му в индустриален мащабзапочна през 30-те години. XX век.

Емпиричната формула за винилхлорид е: C₂H_{3Cl. Структурната формула е показана на фигурата по-долу.}

При нормални условия винилхлоридът е безцветен газ, но тъй като точката му на кипене е -13°C, обикновено се работи в течно състояние.

Химически свойства на винилхлорид

Основните реакции, присъщи на това вещество са:

• Полимеризация.
• Заместване на връзката въглерод-хлор. Този процес произвежда алкохолати и винилови естери. Хлорният атом се замества в присъствието на катализатори: халогениди, паладий и соли на други метали. Ако алкохолът се използва като разтворител, тогава се синтезират естери.
• Окисление с кислород в газовата фаза. Продуктите на тази реакция са формил хлорид, въглероден оксид, солна киселина и мравчена киселина. Пълно окисление се наблюдава с участието на катализатор от кобалтов хромит или във воден разтвор с калиев перманганат. Реакция с озон в течно и газообразно състояние на винилхлорид води до образуването на формилхлорид и мравчена киселина. Спонтанното изгаряне произвежда въглероден оксид, солна киселина и токсичен фосген (в малки количества).
• Реакции на добавяне. За да се получи трихлороетан, който се използва като разтворител, реакцията на добавяне на хлор се извършва: по йонен механизъм (в течна фаза, при липса на светлина, като се използва катализатор на базата на преходни метали) или чрез радикалреакции (при повишена температура). Полезните винилхлоридни продукти също се синтезират чрез киселинна катализа и хидрогениране.
• Фотодисоциация. Под действието на светлина с дължина на вълната 193 nm, HCl и Cl групите се отделят от молекулата на винилхлорида.
• Пиролиза. Винилхлоридът е по-устойчив на термично разлагане от други халоалкани от този тип. Пиролизата започва при 550°C. При 680°C добивът на ацетилен, солна киселина, хлоропрен и винилацетилен е около 35%. В присъствието на вода, винилхлоридът ще корозира желязото, стоманата и алуминия чрез отделяне на HCl.

Реакция на полимеризация

Мономерът на винилхлорида може да съществува дълго време при нормални условия. Появата на радикали в резултат на фото- или термохимични реакции води до активиране на полимеризацията.

Този процес протича на 3 етапа и е показан на фигурата по-долу.

Физически характеристики

Основните физични свойства на съединението при нормални условия са както следва:

• молекулно тегло – 62, 499;
• точка на топене - 119 K;
• точка на кипене - 259 K;
• топлинен капацитет в течно състояние – 84 J/(mol∙K);
• парно налягане при 0 °C - 175 kPa;
• Вискозитет при -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• долна експлозивна граница - 8,6% (по обем);
• температура на самозапалване - 745 K.

Веществото има добра разтворимост във въглеводороди,масла, алкохоли, органични течности; практически не се смесва с вода.

Получаване

Има няколко индустриални начина за получаване на винилхлорид:

• в резултат на реакцията на солна киселина с ацетилен;
• от етилен и хлор (директно хлориране на етилен, получаване на етилен дихлорид, неговата пиролиза до винилхлорид);
• етилен оксихлориране;
• комбиниран метод (директно хлориране, пиролиза на етилен дихлорид, оксихлориране) - равновесен процес на етилен и хлор без образуване или консумация на солна киселина.

В момента последният вариант е най-често срещаният и рентабилен. Количеството винилхлорид, получено по тази технология, е повече от 95% от общото световно производство. Химията на реакциите е показана на фигурата по-долу.

Целият обем киселина, която се получава при пиролизата на етилен дихлорид, се използва като суровина в следващия етап на производство (оксихлориране). Полученият продукт се пречиства чрез дестилация, страничните продукти се използват в производството на разтворители или се рециклират.

Производство в Русия

В Русия производството на винилхлорид от ацетилен се извършва в следните предприятия:

• АК Азот, (Новомосковск, Тулска област).
• JSC Plastcard (Волгоград).
• JSC Химпром(Волгоград).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, Иркутска област).

На базата на етилен, синтезът на вещество се извършва в организации като:

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

Синтезът от ацетилен се счита за остаряла технология. Използването на етилен като суровина има следните предимства:

• по-евтини и по-достъпни суровини;
• висок добив на краен продукт;
• ниска консумация на енергия и вода;
• възможност за изграждане на производствени линии с голям капацитет.

Този метод се използва от водещите световни производители повече от 40 години. Основните обещаващи направления за развитието на промишленото производство на винилхлорид в Русия са въвеждането на нови мощности, преходът към етанова суровина, разпространението на технологията за оксихлориране с помощта на кислород и развитието на свързани индустрии за продажба на сода каустик, която се образува като страничен продукт.

Заявление

По-голямата част от произведения винилхлорид се използва за производство на поливинилхлорид (PVC). Според статистиката повече от 50% от производството на този полимер е в Азия.

Поливинилхлоридът е най-универсалният материал от всички полимери. Може да се използва за производство както на твърди строителни конструкции (тръби, външни стенни облицовки, профили), така иеластични продукти (жици, кабели, покривни материали). За разлика от други полимерни материали, поливинилхлоридът под въздействието на ултравиолетови лъчи, окисляване и течни въглеводороди не само се разлага, но и частично свързва полимерни вериги. Това свойство е свързано с наличието на хлорни атоми в структурата на съединението. Високата конкурентоспособност на PVC се обяснява и с ниската му цена.

PVC се използва за направата на следните продукти (в низходящ ред на производствения обем):

• тръби и техните фитинги;
• сайдинг;
• прозорци, врати;
• профили (включително огради и настилки);
• подови настилки;
• покривни материали;
• потребителски продукти;
• опаковане;
• кабели и проводници (обвивка, изолация);
• медицински консумативи;
• покрития, лепила.

Други употреби

Малка част от винилхлорида (около 1%) се използва за производство на съполимери, от които комбинациите с винил ацетат, винилиден хлорид, акрилни серии мономери и алфа-олефини са от практическо значение. Първият тип съполимери е най-разпространен. Тези материали имат следните търговски наименования:

• вестолит;
• хосталит;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron и други.

Те се използват за направата на продукти като:

• линолеум и други подови настилки;
• прозоречни рамки;
• облицовъчни плочки;
• изкуствена кожа;
• филм;
• лакове;
• нетъкан текстил.

Токсичност

Винилхлорид се отнася до изключително опасни съединения, които водят до сериозно влошаване на човешкото тяло. Веществото е летливо и основният път на навлизане е вдишване. Източникът е производството на винилхлорид, PVC и продукти от него.

Винилхлорид причинява нарушения в следните органи и системи:

• депресия на ЦНС (замаяност, дезориентация, токсична кома);
• увреждане на съединителната тъкан и кръвоносните съдове;
• влошаване на репродуктивната функция;
• канцерогенен ефект (най-често се открива ангиосарком на черния дроб, развиват се тумори и други локализации);
• храносмилателна система – хепатит, холецистит, холангит, гастрит, пептична язва;
• кръвоносна и хематопоетична система - хипертония, коронарна болест на сърцето, еозинофилия, тромбоцитопения;
• нарушение на холестерола и общия метаболизъм;
• мутагенен ефект, образуване на хромозомни аберации;
• инхибиране на антимикробната защита, намалени имунни сили.

При продължителна експозиция (от шест месеца до 3 години) на токсични дози от това вещество възниква "винилхлоридна болест". Развитието му преминава през 3 етапа, които се характеризират със следните характеристики:

1. Слабост, мигрена, гадене, анемия, болезненост на нокътните фаланги на крайниците, както и тяхното разрушаванекости. Когато вредното влияние спре, промените са обратими.
2. Възпаление на периферните нерви, което води до загуба на чувствителност; аритмия, болка в областта на сърцето, нарушение на терморегулацията.
3. Нарушение на паметта, халюцинации, неволни флуктуации на очите, двойно изображение, нарушение на съня, намалена работоспособност, болка в стомаха, гадене, повръщане, увеличаване на костните патологии.