Clorura de vinil (clorura de vinil): proprietăți, formulă, producție industrială în Rusia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 14:01

Clorura de vinil este unul dintre cei mai simpli derivați ai acetilenei obținute prin adăugarea de acid clorhidric. Principalul tip de reacții chimice în care este implicată această substanță este procesul de polimerizare. Produsul final - PVC - este utilizat pe scară largă în toate sferele activității umane. Procesul de fabricare a compusului și a derivaților acestuia este însoțit de eliberarea de substanțe volatile, care au un efect toxic puternic asupra organismului uman.

Descriere generală

Clorura de vinil (clorura de vinil) este unul dintre cei mai folosiți compuși chimici, deoarece este materia primă pentru producția de PVC. Această substanță a fost obținută pentru prima dată de Liebig în 1830 în Germania din dicloroetan și carbonat de potasiu alcoolic. După 42 de ani, un alt chimist german, Eugen Baumann, a atras atenția că atunci când sunt depozitați la lumină, fulgii încep să precipite din clorura de vinil. Acest om de știință este considerat descoperitorul clorurii de polivinil.

La început, acest compus nu a trezit niciun interes în rândul comercianților și producătorilor de produse chimice. Producția sa la scară industrialăînceput în anii 30. Secolul XX.

Formula empirică pentru clorură de vinil este: C₂H_{3Cl. Formula structurală este prezentată în figura de mai jos.}

În condiții normale, clorura de vinil este un gaz incolor, dar, deoarece punctul său de fierbere este de -13 °C, este de obicei manipulat în stare lichidă.

Proprietăți chimice ale clorurii de vinil

Principalele reacții inerente acestei substanțe sunt:

• polimerizare.
• Înlocuire pe legătura carbon-clor. Acest proces produce alcoolați și esteri vinilici. Atomul de clor este înlocuit în prezența catalizatorilor: halogenuri, paladiu și săruri ale altor metale. Dacă alcoolul este folosit ca solvenți, atunci esterii sunt sintetizați.
• Oxidare cu oxigen în fază gazoasă. Produșii acestei reacții sunt clorura de formil, monoxidul de carbon, acidul clorhidric și acidul formic. Oxidarea completă se observă cu participarea unui catalizator de cromit de cob alt sau într-o soluție apoasă folosind permanganat de potasiu. Reacția cu ozonul în stare lichidă și gazoasă a clorurii de vinil duce la formarea clorurii de formil și a acidului formic. Arderea spontană produce monoxid de carbon, acid clorhidric și fosgen toxic (în cantități mici).
• Reacții suplimentare. Pentru a obține tricloretanul, care este folosit ca solvent, se realizează reacția de adiție a clorului: prin mecanism ionic (în fază lichidă, în absența luminii, folosind un catalizator pe bază de metale tranziționale) sau prin radicalreacții (la temperatură ridicată). Produsele de clorură de vinil utile sunt, de asemenea, sintetizate prin cataliză acidă și hidrogenare.
• Fotodisociere. Sub acțiunea luminii cu o lungime de undă de 193 nm, grupările HCI și Cl sunt separate din molecula de clorură de vinil.
• Piroliză. Clorura de vinil este mai rezistentă la descompunerea termică decât alți haloalcani de acest tip. Piroliza începe la 550°C. La 680°C, randamentul de acetilenă, acid clorhidric, cloropren și vinilacetilenă este de aproximativ 35%. În prezența apei, clorura de vinil va coroda fierul, oțelul și aluminiul prin eliberarea de HCI.

Reacție de polimerizare

Monomerul clorurii de vinil poate exista mult timp în condiții normale. Apariția radicalilor ca urmare a reacțiilor foto- sau termochimice duce la activarea polimerizării.

Acest proces are loc în 3 etape și este prezentat în figura de mai jos.

Caracteristici fizice

Principalele proprietăți fizice ale compusului în condiții normale sunt următoarele:

• greutate moleculară – 62, 499;
• punct de topire - 119 K;
• punct de fierbere - 259 K;
• capacitate de căldură în stare lichidă – 84 J/(mol∙K);
• presiune de vapori la 0 °C - 175 kPa;
• Vâscozitate la -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• limită inferioară de explozie - 8,6% (în volum);
• temperatura de auto-aprindere - 745 K.

Sustanța are o solubilitate bună în hidrocarburi,uleiuri, alcooli, lichide organice; practic nemiscibil cu apa.

Primire

Există mai multe moduri industriale de a obține clorură de vinil:

• ca rezultat al reacției acidului clorhidric cu acetilena;
• din etilenă și clor (clorarea directă a etilenei, obținând diclorură de etilenă, piroliza acesteia la clorură de vinil);
• oxiclorurarea etilenei;
• metoda combinată (clorurare directă, piroliza diclorurii de etilenă, oxiclorurare) - un proces de echilibru al etilenei și clorului fără formarea sau consumul de acid clorhidric.

În prezent, ultima opțiune este cea mai comună și cea mai rentabilă. Cantitatea de clorură de vinil obținută prin această tehnologie reprezintă mai mult de 95% din producția mondială totală. Chimia reacțiilor este prezentată în figura de mai jos.

Întregul volum de acid, care se obține în timpul pirolizei diclorurii de etilenă, este utilizat ca materie primă în următoarea etapă de producție (oxiclorurare). Produsul rezultat este purificat prin distilare, produsele secundare sunt utilizate în producția de solvenți sau reciclate.

Producție în Rusia

În Rusia, producția de clorură de vinil din acetilenă se realizează la următoarele întreprinderi:

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

Pe baza etilenei, sinteza unei substanțe se realizează în organizații precum:

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

Sinteza din acetilenă este considerată tehnologie învechită. Utilizarea etilenei ca materie primă are următoarele avantaje:

• materii prime mai ieftine și mai accesibile;
• randament mare de produs finit;
• consum redus de energie și apă;
• posibilitatea de a construi linii de producție de mare capacitate.

Această metodă a fost folosită de cei mai mari producători din lume de peste 40 de ani. Principalele direcții promițătoare pentru dezvoltarea producției industriale de clorură de vinil în Rusia sunt introducerea de noi capacități, tranziția la materie primă cu etan, răspândirea tehnologiei de oxiclorurare asistată de oxigen și dezvoltarea industriilor conexe pentru vânzarea de sodă caustică, care se formează ca produs secundar.

Aplicație

Marea majoritate a clorurii de vinil produsă este folosită pentru a produce clorură de polivinil (PVC). Conform statisticilor, mai mult de 50% din producția acestui polimer este în Asia.

Clorura de polivinil este cel mai versatil material dintre toți polimerii. Poate fi folosit pentru a produce atât structuri rigide de construcție (țevi, placari exterioare de pereți, profile) cât șiproduse elastice (sârme, cabluri, materiale de acoperiș). Spre deosebire de alte materiale polimerice, clorura de polivinil sub influența razelor ultraviolete, a oxidării și a hidrocarburilor lichide nu numai că se descompune, ci și reticulă parțial lanțurile polimerice. Această proprietate este asociată cu prezența atomilor de clor în structura compusului. Competitivitatea ridicată a PVC-ului se explică și prin prețul scăzut.

PVC este folosit pentru a face următoarele produse (în ordinea descrescătoare a volumului de producție):

• țevi și fitingurile acestora;
• siding;
• ferestre, uși;
• profile (inclusiv garduri și podele);
• acoperiri de podea;
• materiale pentru acoperiș;
• produse de consum;
• ambalaj;
• cabluri și fire (teaca, izolație);
• rechizite medicale;
• acoperiri, adezivi.

Alte utilizări

O proporție mică de clorură de vinil (aproximativ 1%) este utilizată pentru a produce copolimeri, dintre care combinațiile cu acetat de vinil, clorură de viniliden, monomeri din seria acrilică și alfa-olefine sunt de importanță practică. Primul tip de copolimeri este cel mai răspândit. Aceste materiale au următoarele denumiri comerciale:

• vestolite;
• hostalită;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron și altele.

Sunt folosite pentru a face produse precum:

• linoleum și alte pardoseli;
• cadre de fereastră;
• plăci cu fața;
• piele artificială;
• film;
• lacuri;
• nețesute.

Toxicitate

Clorura de vinil se referă la compuși extrem de periculoși care duc la o deteriorare gravă a corpului uman. Substanța este volatilă și principala cale de intrare este inhalarea. Sursa este producția de clorură de vinil, PVC și produse din aceasta.

Clorura de vinil provoacă tulburări în următoarele organe și sisteme:

• Depresia SNC (amețeli, dezorientare, comă toxică);
• deteriorarea țesutului conjunctiv și a vaselor de sânge;
• deteriorarea funcției de reproducere;
• efect carcinogen (angiosarcomul hepatic este cel mai des detectat, se dezvoltă tumori și alte localizări);
• aparatul digestiv – hepatită, colecistită, colangită, gastrită, ulcer peptic;
• sistem circulator și hematopoietic - hipertensiune arterială, boli coronariene, eozinofilie, trombocitopenie;
• tulburări ale colesterolului și metabolismului general;
• efect mutagen, formare de aberații cromozomiale;
• inhibarea protecției antimicrobiene, forțele imune reduse.

La expunerea prelungită (de la șase luni la 3 ani) la doze toxice ale acestei substanțe, apare „boala clorurii de vinil”. Dezvoltarea sa trece prin 3 etape, care se caracterizează prin următoarele caracteristici:

1. Slăbiciune, migrenă, greață, anemie, dureri ale falangelor unghiale ale membrelor, precum și distrugerea acestoraoase. Când influența dăunătoare încetează, modificările sunt reversibile.
2. Inflamația nervilor periferici, având ca rezultat pierderea senzației; aritmie, durere în zona inimii, încălcarea termoreglării.
3. Tulburări de memorie, halucinații, fluctuații involuntare ale ochilor, imagine dublă, tulburări de somn, scăderea performanței, dureri de stomac, greață, vărsături, creșterea patologiilor osoase.