Mis on propüleeni polümerisatsioon? Millised on selle keemilise reaktsiooni omadused? Proovime neile küsimustele üksikasjalikud vastused leida.
Ühenduste omadused
Etüleeni ja propüleeni polümerisatsiooni reaktsiooniskeemid näitavad tüüpilisi keemilisi omadusi, mis on kõikidel olefiinide klassi liikmetel. See klass sai sellise ebatavalise nime keemilises tootmises kasutatava õli vanast nimetusest. 18. sajandil saadi etüleenkloriid, mis oli õline vedel aine.
Kõigi küllastumata alifaatsete süsivesinike klassi esindajate hulgas märgime nendes ühe kaksiksideme olemasolu.
Propüleeni radikaalset polümerisatsiooni seletatakse täpselt kaksiksideme olemasoluga aine struktuuris.
Üldvalem
Kõigi alkeenide homoloogse seeria esindajate puhul on üldvalem kujul СpН2p. Ebapiisav vesinike hulk struktuuris seletab nende süsivesinike keemiliste omaduste eripära.
Propüleeni polümerisatsiooni reaktsiooni võrrandon otsene kinnitus sellise ühenduse katkemise võimalusele kõrgendatud temperatuuri ja katalüsaatori kasutamisel.
Küllastumata radikaali nimetatakse allüül- või propenüül-2-ks. Miks polümeriseerida propüleeni? Selle interaktsiooni produkti kasutatakse sünteetilise kautšuki sünteesimiseks, mis omakorda on kaasaegses keemiatööstuses nõutud.
Füüsikalised omadused
Propüleeni polümerisatsiooni võrrand ei kinnita mitte ainult selle aine keemilisi, vaid ka füüsikalisi omadusi. Propüleen on madala keemis- ja sulamistemperatuuriga gaasiline aine. Sellel alkeeniklassi esindajal on vees vähe lahustuvus.
Keemilised omadused
Propüleeni ja isobutüleeni polümerisatsiooni reaktsioonivõrrandid näitavad, et protsessid kulgevad kaksiksideme kaudu. Alkeenid toimivad monomeeridena ja sellise interaktsiooni lõppsaadused on polüpropüleen ja polüisobutüleen. Just süsinik-süsinik side on see, mis sellise interaktsiooni käigus hävib ja lõpuks tekivad vastavad struktuurid.
Kaksiksideme juures tekivad uued lihtsidemed. Kuidas propüleeni polümerisatsioon kulgeb? Selle protsessi mehhanism on sarnane protsessiga, mis toimub kõigis teistes selle küllastumata süsivesinike klassi esindajates.
Propüleeni polümerisatsioonireaktsioon hõlmab mitmeid võimalusilekib. Esimesel juhul viiakse protsess läbi gaasifaasis. Teise variandi kohaselt toimub reaktsioon vedelas faasis.
Lisaks toimub propüleeni polümerisatsioon ka mõne aegunud protsessi järgi, mis hõlmavad küllastunud vedela süsivesiniku kasutamist reaktsioonikeskkonnana.
Moodne tehnoloogia
Propüleeni lahtiselt polümeriseerimine Spheripoli tehnoloogia abil on homopolümeeride tootmiseks mõeldud lobrireaktori kombinatsioon. Protsess hõlmab pseudovedelkihiga gaasifaasilise reaktori kasutamist plokk-kopolümeeride loomiseks. Sel juhul hõlmab propüleeni polümerisatsioonireaktsioon seadmele täiendavate ühilduvate katalüsaatorite lisamist, samuti eelpolümerisatsiooni.
Protsessi funktsioonid
Tehnoloogia hõlmab komponentide segamist spetsiaalses seadmes, mis on ette nähtud esialgseks muundamiseks. Lisaks lisatakse see segu silmuspolümerisatsioonireaktoritesse, kuhu sisenevad nii vesinik kui ka kasutatud propüleen.
Reaktorid töötavad temperatuurivahemikus 65–80 kraadi Celsiuse järgi. Rõhk süsteemis ei ületa 40 baari. Reaktoreid, mis on paigutatud järjestikku, kasutatakse tehastes, mis on ette nähtud polümeertoodete suuremahuliseks tootmiseks.
Polümeeri lahus eemaldatakse teisest reaktorist. Propüleeni polümerisatsioon hõlmab lahuse ülekandmist survestatud degasaatorisse. Siin viiakse läbi pulbrilise homopolümeeri eemaldamine vedelast monomeerist.
Plokk-kopolümeeride tootmine
Propüleeni polümerisatsiooni võrrand CH2 =CH - CH3 on selles olukorras standardse voolumehhanismiga, erinevused on ainult protsessi tingimustes. Koos propüleeni ja eteeniga läheb degaseerija pulber gaasifaasi reaktorisse, mis töötab temperatuuril umbes 70 kraadi Celsiuse järgi ja rõhul kuni 15 baari.
Plokk-kopolümeerid sisenevad pärast reaktorist eemaldamist spetsiaalsesse süsteemi polümeeripulbri eemaldamiseks monomeerist.
Propüleeni ja löögikindlate butadieenide polümerisatsioon võimaldab kasutada teist gaasifaasi reaktorit. See võimaldab teil suurendada propüleeni taset polümeeris. Lisaks on võimalik lisada valmistootele lisaaineid, kasutada granuleerimist, mis parandab saadud toote kvaliteeti.
Alkeenide polümerisatsiooni spetsiifilisus
Polüetüleeni ja polüpropüleeni valmistamisel on mõningaid erinevusi. Propüleeni polümerisatsiooni võrrand näitab selgelt, et on ette nähtud erinev temperatuurirežiim. Lisaks esineb mõningaid erinevusi tehnoloogilise ahela viimases etapis, aga ka lõpptoodete kasutusvaldkondades.
Peroksiidi kasutatakse vaikude jaoks, millel on suurepärased reoloogilised omadused. Neil on kõrgem sulavoolu tase, sarnased füüsikalised omadused madala voolukiirusega materjalidega.
Vaik,millel on suurepärased reoloogilised omadused, kasutatakse survevaluprotsessis, samuti kiudude valmistamisel.
Polümeersete materjalide läbipaistvuse ja tugevuse suurendamiseks püüavad tootjad lisada reaktsioonisegule spetsiaalseid kristalliseerivaid lisandeid. Osa läbipaistvatest polüpropüleenmaterjalidest asendatakse puhumisvormimise ja valamise valdkonnas järk-järgult muude materjalidega.
Polümerisatsiooni omadused
Propüleeni polümerisatsioon aktiivsöe juuresolekul kulgeb kiiremini. Praegu kasutatakse süsiniku ja siirdemetalli katalüütilist kompleksi, mis põhineb süsiniku adsorptsioonivõimel. Polümerisatsiooni tulemuseks on suurepärase jõudlusega toode.
Polümerisatsiooniprotsessi peamised parameetrid on reaktsioonikiirus, samuti polümeeri molekulmass ja stereoisomeerne koostis. Samuti on oluline katalüsaatori füüsikaline ja keemiline olemus, polümerisatsioonikeskkond ja reaktsioonisüsteemi komponentide puhtusaste.
Etüleeni puhul saadakse lineaarne polümeer nii homogeenses kui ka heterogeenses faasis. Põhjuseks on ruumiliste isomeeride puudumine selles aines. Isotaktilise polüpropüleeni saamiseks püüavad nad kasutada tahkeid titaankloriide, aga ka alumiiniumorgaanilisi ühendeid.
Kristallilisele titaankloriidile (3) adsorbeeritud kompleksi kasutamisel on võimalik saada soovitud omadustega toode. Tugivõre korrapärasus ei ole piisav tegurkõrge stereospetsiifilisuse omandamine katalüsaatori poolt. Näiteks kui valitakse titaanjodiid (3), saadakse ataktilisem polümeer.
Vaatatavatel katalüütilistel komponentidel on Lewise iseloom, seetõttu seostatakse neid söötme valikuga. Kõige soodsam keskkond on inertsete süsivesinike kasutamine. Kuna titaan(5)kloriid on aktiivne adsorbent, valitakse üldiselt alifaatsed süsivesinikud. Kuidas propüleeni polümerisatsioon kulgeb? Toote valem on (-CH2-CH2-CH2-)lk. Reaktsioonialgoritm ise on sarnane reaktsiooni käiguga selle homoloogse seeria teistes esindajates.
Keemiline koostoime
Analüüsime propüleeni peamisi koostoimevõimalusi. Arvestades, et selle struktuuris on kaksikside, kulgevad peamised reaktsioonid täpselt selle hävitamisega.
Halogeenimine toimub normaalsel temperatuuril. Komplekssideme purunemise kohas toimub halogeeni takistamatu lisamine. Selle interaktsiooni tulemusena moodustub dihalogeenitud ühend. Kõige raskem osa on jodeerimine. Broomimine ja kloorimine toimub ilma lisatingimuste ja energiakuludeta. Propüleeni fluorimine on plahvatusohtlik.
Hüdrogeenimisreaktsioon hõlmab täiendava kiirendi kasutamist. Plaatina ja nikkel toimivad katalüsaatorina. Propüleeni keemilise koostoime tulemusena vesinikuga moodustub propaan – küllastunud süsivesinike klassi esindaja.
Niisutus (vee lisamine)viidi läbi V. V. Markovnikovi reegli järgi. Selle olemus on vesinikuaatomi kinnitamine propüleeni kaksiksidemele, millel on maksimaalne kogus. Sel juhul kinnitub halogeen sellele C-le, milles on minimaalne arv vesinikke.
Propüleeni iseloomustab põlemine õhuhapnikus. Selle interaktsiooni tulemusena saadakse kaks peamist toodet: süsinikdioksiid, veeaur.
Kui see kemikaal puutub kokku tugevate oksüdeerivate ainetega, nagu kaaliumpermanganaat, täheldatakse selle värvimuutust. Keemilise reaktsiooni saaduste hulgas on kahehüdroksüülne alkohol (glükool).
Propüleeni tootmine
Kõik meetodid võib jagada kahte põhirühma: laboratoorsed, tööstuslikud. Laboratoorsetes tingimustes võib propüleeni saada vesinikhalogeniidi eraldamisel algsest haloalküülrühmast, viies need kokku naatriumhüdroksiidi alkoholilahusega.
Propüleen moodustub propüüni katalüütilise hüdrogeenimise teel. Laboratoorsetes tingimustes võib seda ainet saada propanool-1 dehüdratsioonil. Selles keemilises reaktsioonis kasutatakse katalüsaatoritena fosfor- või väävelhapet, alumiiniumoksiidi.
Kuidas toodetakse propüleeni suurtes kogustes? Kuna see kemikaal on looduses haruldane, on selle tootmiseks välja töötatud tööstuslikud võimalused. Kõige tavalisem on alkeeni eraldamine naftatoodetest.
Näiteks toornafta krakitakse spetsiaalses keevkihis. Propüleeni saadakse bensiinifraktsiooni pürolüüsi teel. ATpraegu eraldatakse alkeen ka seotud gaasidest, kivisöe koksistamise gaasilistest saadustest.
Propüleeni pürolüüsiks on erinevaid võimalusi:
- toruahjudes;
- kvartsjahutusvedelikku kasutavas reaktoris;
- Lavrovski protsess;
- autotermiline pürolüüs Barthlomi meetodil.
Tõestatud tööstustehnoloogiate hulgas tuleks märkida ka küllastunud süsivesinike katalüütilist dehüdrogeenimist.
Rakendus
Propüleenil on mitmesuguseid rakendusi ja seetõttu toodetakse seda tööstuses suures mahus. See küllastumata süsivesinik võlgneb oma välimuse Natta tööle. Kahekümnenda sajandi keskel töötas ta Ziegleri katalüütilise süsteemi abil välja polümerisatsioonitehnoloogia.
Natta suutis saada stereoregulaarse toote, mida ta nimetas isotaktiliseks, kuna struktuuris paiknesid metüülrühmad ahela ühel küljel. Tänu seda tüüpi polümeerimolekulide "pakendile" on saadud polümeerainel suurepärased mehaanilised omadused. Polüpropüleeni kasutatakse sünteetiliste kiudude valmistamiseks ja see on nõutud plastmassina.
Ligikaudu kümme protsenti naftapropüleenist kulub selle oksiidi tootmiseks. Kuni eelmise sajandi keskpaigani saadi seda orgaanilist ainet klorohüdriini meetodil. Reaktsioon kulges vaheprodukti propüleenklorohüdriini moodustumisega. Sellel tehnoloogial on teatud puudused, mis on seotud kalli kloori ja kustutatud lubja kasutamisega.
Meie ajal on see tehnoloogia asendatud kalkoonprotsessiga. See põhineb propeeni keemilisel koostoimel hüdroperoksiididega. Propüleenoksiidi kasutatakse polüuretaanvahtude valmistamisel kasutatava propüleenglükooli sünteesil. Neid peetakse suurepärasteks pehmendusmaterjalideks ning neid kasutatakse pakendite, vaipade, mööbli, soojusisolatsioonimaterjalide, imavate vedelike ja filtrimaterjalide valmistamiseks.
Lisaks tuleb propüleeni peamiste rakenduste hulgas mainida atsetooni ja isopropüülalkoholi sünteesi. Isopropüülalkoholi, mis on suurepärane lahusti, peetakse väärtuslikuks keemiatooteks. Kahekümnenda sajandi alguses saadi see orgaaniline toode väävelhappemeetodil.
Lisaks on välja töötatud propeeni otsese hüdratatsiooni tehnoloogia koos happeliste katalüsaatorite sisestamisega reaktsioonisegusse. Umbes pool kogu toodetud propanoolist kulutatakse atsetooni sünteesiks. See reaktsioon hõlmab vesiniku eemaldamist, viiakse läbi temperatuuril 380 kraadi Celsiuse järgi. Selle protsessi katalüsaatoriteks on tsink ja vask.
Propüleeni oluliste kasutusalade hulgas on hüdroformüülimisel eriline koht. Propeeni kasutatakse aldehüüdide tootmiseks. Oksüsünteesi on meie riigis kasutatud alates eelmise sajandi keskpaigast. Praegu on sellel reaktsioonil naftakeemias oluline koht. Täheldatakse propüleeni keemilist koostoimet sünteesgaasiga (süsinikmonooksiidi ja vesiniku segu) temperatuuril 180 kraadi, koob altoksiidi katalüsaatori ja rõhul 250 atmosfääri, kahe aldehüüdi moodustumist. Üks on normaalse struktuuriga, teine on kumersüsinikkett.
Kohe pärast selle tehnoloogilise protsessi avastamist sai just see reaktsioon paljude teadlaste uurimisobjektiks. Nad otsisid võimalusi selle voolu tingimuste pehmendamiseks, püüdsid vähendada saadud segus hargnenud aldehüüdi protsenti.
Selleks leiutati säästlikud protsessid, mis hõlmavad teiste katalüsaatorite kasutamist. Oli võimalik alandada temperatuuri, rõhku, suurendada lineaarse aldehüüdi saagist.
Kopolümeeridena kasutatakse akrüülhappe estreid, mida seostatakse ka propüleeni polümerisatsiooniga. Umbes 15 protsenti naftakeemiast saadud propeenist kasutatakse akrionitriili tootmise lähteainena. See orgaaniline komponent on vajalik väärtusliku keemilise kiu – nitroni – tootmiseks, plastide tootmiseks, kummi tootmiseks.
Järeldus
Polüpropüleeni peetakse praegu suurimaks naftakeemiatööstuseks. Nõudlus selle kvaliteetse ja odava polümeeri järele kasvab, mistõttu see järk-järgult asendab polüetüleeni. See on asendamatu jäikade pakendite, plaatide, kilede, autoosade, sünteetilise paberi, trosside, vaibaosade loomisel, aga ka mitmesuguste kodumasinate loomisel. Kahekümne esimese sajandi alguses oli polüpropüleeni tootmine polümeeritööstuses teisel kohal. Võttes arvesse erinevate tööstusharude nõudmisi, võime järeldada, et propüleeni ja etüleeni suuremahulise tootmise suundumus jätkub ka lähiajal.
