Vinyl clorua (vinyl clorua): đặc tính, công thức, sản xuất công nghiệp ở Nga

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-02 14:05

Vinyl clorua là một trong những dẫn xuất đơn giản nhất của axetilen thu được bằng cách thêm hiđro clorua. Loại phản ứng hóa học chính mà chất này tham gia là quá trình trùng hợp. Sản phẩm cuối cùng - PVC - được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực hoạt động của con người. Quá trình sản xuất hợp chất và các dẫn xuất của nó đi kèm với việc giải phóng các chất dễ bay hơi, có tác dụng độc hại mạnh đối với cơ thể con người.

Mô tả chung

Vinyl clorua (vinyl clorua) là một trong những hợp chất hóa học được sử dụng rộng rãi nhất vì nó là nguyên liệu để sản xuất PVC. Chất này lần đầu tiên được Liebig thu được vào năm 1830 ở Đức từ dichloroethane và cồn kali cacbonat. Sau 42 năm, một nhà hóa học người Đức khác, Eugen Baumann, đã thu hút sự chú ý của thực tế là khi được bảo quản dưới ánh sáng, các mảnh bắt đầu kết tủa từ vinyl clorua. Nhà khoa học này được coi là người phát hiện ra polyvinyl clorua.

Lúc đầu, hợp chất này không khơi dậy bất kỳ mối quan tâm nào giữa các thương gia và nhà sản xuất các sản phẩm hóa chất. Sản xuất ở quy mô công nghiệpbắt đầu vào những năm 30. Thế kỷ XX.

Công thức thực nghiệm của vinyl clorua là: C₂H_{3Cl. Công thức cấu tạo được thể hiện trong hình bên dưới.}

Ở điều kiện bình thường, vinyl clorua là một chất khí không màu, nhưng vì nhiệt độ sôi của nó là -13 ° C nên nó thường được xử lý ở trạng thái lỏng.

Tính chất hóa học của vinyl clorua

Các phản ứng chính vốn có trong chất này là:

• Trùng hợp.
• Sự thay thế trên liên kết cacbon-clo. Quá trình này tạo ra rượu và este vinyl. Nguyên tử clo được thay thế khi có mặt các chất xúc tác: halogenua, paladi và muối của các kim loại khác. Nếu rượu được sử dụng làm dung môi, thì este được tổng hợp.
• Oxi hóa bằng oxi trong pha khí. Các sản phẩm của phản ứng này là formyl clorua, cacbon monoxit, axit clohydric và axit fomic. Quá trình oxy hóa hoàn toàn được quan sát với sự tham gia của chất xúc tác coban cromit hoặc trong dung dịch nước có sử dụng thuốc tím. Phản ứng với ozon ở trạng thái lỏng và khí của vinyl clorua dẫn đến sự tạo thành clorua formyl và axit fomic. Quá trình đốt cháy tự phát tạo ra carbon monoxide, axit clohydric và phosgene độc hại (với một lượng nhỏ).
• Phản ứng cộng. Để thu được tricloetan được dùng làm dung môi, người ta thực hiện phản ứng cộng clo: theo cơ chế ion (trong pha lỏng, trong điều kiện thiếu ánh sáng, dùng chất xúc tác là kim loại chuyển tiếp) hoặc theo cơ chế ion.phản ứng (ở nhiệt độ cao). Các sản phẩm hữu ích vinyl clorua cũng được tổng hợp bằng xúc tác axit và hydro hóa.
• Phân ly quang. Dưới tác dụng của ánh sáng có bước sóng 193 nm, nhóm HCl và Cl bị tách ra khỏi phân tử vinyl clorua.
• Nhiệt phân. Vinyl clorua có khả năng chống phân hủy nhiệt tốt hơn các halogen khác thuộc loại này. Quá trình nhiệt phân bắt đầu ở 550 ° C. Ở 680 ° C, hiệu suất của axetilen, axit clohydric, cloropren và vinylaxetilen là khoảng 35%. Khi có nước, vinyl clorua sẽ ăn mòn sắt, thép và nhôm bằng cách giải phóng HCl.

Phản ứng trùng hợp

Vinyl clorua monome có thể tồn tại rất lâu ở điều kiện thường. Sự xuất hiện của các gốc do phản ứng quang hóa hoặc nhiệt hóa dẫn đến kích hoạt phản ứng trùng hợp.

Quá trình này diễn ra trong 3 giai đoạn và được thể hiện trong hình bên dưới.

Đặc điểm thể chất

Các tính chất vật lý chính của hợp chất ở điều kiện thường như sau:

• trọng lượng phân tử - 62, 499;
• điểm nóng chảy - 119 K;
• điểm sôi - 259 K;
• nhiệt dung ở trạng thái lỏng - 84 J / (mol ∙ K);
• áp suất hơi ở 0 ° C - 175 kPa;
• Độ nhớt ở -20 ° C - 0,272 mPa ∙ s;
• giới hạn nổ thấp hơn - 8,6% (theo khối lượng);
• nhiệt độ tự động đánh lửa - 745 K.

Chất có khả năng hòa tan tốt trong hydrocacbon,dầu, rượu, chất lỏng hữu cơ; thực tế không thể trộn lẫn với nước.

Nhận

Có một số cách công nghiệp để lấy vinyl clorua:

• là kết quả của phản ứng của axit clohydric với axetilen;
• từ etylen và clo (clo hóa trực tiếp etylen, thu được etylen diclorua, nhiệt phân thành vinyl clorua);
• ethylene oxychlorination;
• phương pháp kết hợp (khử trùng bằng clo trực tiếp, nhiệt phân etylen diclorua, oxy hóa clo) - một quá trình cân bằng giữa etylen và clo mà không tạo ra hoặc tiêu thụ axit clohydric.

Hiện tại, tùy chọn thứ hai là phổ biến nhất và tiết kiệm chi phí. Lượng vinyl clorua thu được bằng công nghệ này chiếm hơn 95% tổng sản lượng thế giới. Hóa học của các phản ứng được thể hiện trong hình bên dưới.

Toàn bộ khối lượng axit thu được trong quá trình nhiệt phân etylen diclorua, được sử dụng làm nguyên liệu thô trong giai đoạn sản xuất tiếp theo (oxy hóa clo). Sản phẩm thu được được tinh chế bằng cách chưng cất, các sản phẩm phụ được sử dụng trong sản xuất dung môi hoặc tái chế.

Sản xuất tại Nga

Ở Nga, sản xuất vinyl clorua từ axetylen được thực hiện tại các doanh nghiệp sau:

• AK Azot, (Novomoskovsk, vùng Tula).
• Công ty cổ phần Plastcard (Volgograd).
• Công ty cổ phần Khimprom(Volgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, vùng Irkutsk).

Trên cơ sở etylen, quá trình tổng hợp một chất được thực hiện trong các tổ chức như:

• Công ty cổ phần "Sayanskkhimplast" (Sayansk).
• Công ty cổ phần Sibur-Neftekhim (Caprolactam, Dzerzhinsk).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

Tổng hợp từ axetylen được coi là công nghệ lỗi thời. Sử dụng ethylene làm nguyên liệu thô có những ưu điểm sau:

• nguyên liệu rẻ và hợp túi tiền hơn;
• năng suất thành phẩm cao;
• tiêu thụ điện và nước thấp;
• khả năng xây dựng dây chuyền sản xuất công suất cao.

Phương pháp này đã được các nhà sản xuất hàng đầu thế giới sử dụng trong hơn 40 năm. Các hướng hứa hẹn chính cho sự phát triển công nghiệp sản xuất vinyl clorua ở Nga là giới thiệu các công suất mới, chuyển đổi sang nguyên liệu là etan, phổ biến công nghệ oxy clo hóa hỗ trợ oxy và phát triển các ngành công nghiệp liên quan để bán xút, được hình thành như một sản phẩm phụ.

Đơn

Phần lớn vinyl clorua được sản xuất được sử dụng để sản xuất polyvinyl clorua (PVC). Theo thống kê, hơn 50% sản lượng polyme này là ở Châu Á.

Polyvinyl clorua là vật liệu linh hoạt nhất trong tất cả các loại polyme. Nó có thể được sử dụng để sản xuất cả các cấu trúc xây dựng cứng nhắc (đường ống, tấm ốp tường bên ngoài, hồ sơ) vàsản phẩm đàn hồi (dây, cáp, vật liệu lợp mái). Không giống như các vật liệu polyme khác, polyvinyl clorua dưới tác động của tia cực tím, quá trình oxy hóa và hydrocacbon lỏng không chỉ bị phân hủy, mà còn một phần liên kết chéo với các chuỗi polyme. Tính chất này gắn liền với sự hiện diện của nguyên tử clo trong cấu trúc của hợp chất. Khả năng cạnh tranh cao của PVC cũng được giải thích bởi giá thành rẻ.

PVC được sử dụng để sản xuất các sản phẩm sau (theo thứ tự khối lượng sản xuất giảm dần):

• ống và phụ kiện của chúng;
• bên;
• cửa sổ, cửa ra vào;
• cấu hình (bao gồm hàng rào và sàn);
• trải sàn;
• vật liệu lợp mái;
• sản phẩm tiêu dùng;
• bao bì;
• cáp và dây điện (vỏ bọc, cách điện);
• vật tư y tế;
• lớp phủ, chất kết dính.

Công dụng khác

Một tỷ lệ nhỏ vinyl clorua (khoảng 1%) được sử dụng để sản xuất copolyme, trong đó kết hợp với vinyl axetat, vinylidene clorua, monome dòng acrylic và alpha-olefin có tầm quan trọng thực tế. Loại copolyme đầu tiên là phổ biến nhất. Những vật liệu này có các tên thương mại sau:

• vestolite;
• viêm màng mạch;
• winnol;
• lukovil;
• bần;
• jeon;
• sikron và những người khác.

Chúng được sử dụng để tạo ra các sản phẩm như:

• vải sơn và các vật liệu trải sàn khác;
• khung cửa sổ;
• ốp;
• giả da;
• phim;
• vecni;
• sản phẩm không dệt.

Độc

Vinyl clorua đề cập đến các hợp chất rất nguy hiểm dẫn đến sự suy thoái nghiêm trọng trong cơ thể con người. Chất này dễ bay hơi và con đường xâm nhập chính là đường hô hấp. Nguồn là sản xuất vinyl clorua, PVC và các sản phẩm từ nó.

Vinyl clorua gây rối loạn các cơ quan và hệ thống sau:

• Suy nhược thần kinh trung ương (chóng mặt, mất phương hướng, hôn mê nhiễm độc);
• tổn thương mô liên kết và mạch máu;
• suy giảm chức năng sinh sản;
• tác dụng gây ung thư (u mạch ở gan thường được phát hiện nhất, các khối u và các khu trú khác phát triển);
• hệ tiêu hóa - viêm gan, viêm túi mật, viêm đường mật, viêm dạ dày, loét dạ dày tá tràng;
• hệ thống tuần hoàn và tạo máu - tăng huyết áp, bệnh tim mạch vành, tăng bạch cầu ái toan, giảm tiểu cầu;
• rối loạn cholesterol và sự trao đổi chất nói chung;
• tác động gây đột biến, hình thành sai lệch nhiễm sắc thể;
• ức chế bảo vệ kháng khuẩn, giảm lực lượng miễn dịch.

Với việc tiếp xúc kéo dài (từ sáu tháng đến 3 năm) với liều lượng độc chất này, "bệnh vinyl clorua" sẽ xảy ra. Sự phát triển của nó trải qua 3 giai đoạn, được đặc trưng bởi các tính năng sau:

1. Suy nhược, đau nửa đầu, buồn nôn, thiếu máu, đau nhức các móng tay chân, cũng như sự tàn phá của chúngxương. Khi ảnh hưởng có hại dừng lại, những thay đổi có thể hoàn nguyên.
2. Viêm các dây thần kinh ngoại biên, dẫn đến mất cảm giác; rối loạn nhịp tim, đau ở vùng tim, vi phạm điều chỉnh nhiệt.
3. Suy giảm trí nhớ, ảo giác, dao động mắt không tự chủ, hình ảnh kép, rối loạn giấc ngủ, giảm hiệu suất, đau dạ dày, buồn nôn, nôn, gia tăng các bệnh lý về xương.