Ի՞նչ է պրոպիլենի պոլիմերացումը: Որո՞նք են այս քիմիական ռեակցիայի առանձնահատկությունները: Փորձենք գտնել այս հարցերի մանրամասն պատասխանները։
Կապերի բնութագրերը
Էթիլենի և պրոպիլենի պոլիմերացման ռեակցիայի սխեմաները ցույց են տալիս բնորոշ քիմիական հատկությունները, որոնք ունեն օլեֆինների դասի բոլոր անդամները: Այս դասը ստացել է նման անսովոր անվանում քիմիական արտադրության մեջ օգտագործվող նավթի հին անվանումից։ 18-րդ դարում ստացվել է էթիլենի քլորիդ, որը յուղոտ հեղուկ նյութ էր։
Չհագեցած ալիֆատիկ ածխաջրածինների դասի բոլոր ներկայացուցիչների առանձնահատկությունների շարքում մենք նշում ենք դրանցում մեկ կրկնակի կապի առկայությունը։
Պրոպիլենի արմատական պոլիմերացումը բացատրվում է հենց նյութի կառուցվածքում կրկնակի կապի առկայությամբ:
Ընդհանուր բանաձև
Ալկենների հոմոլոգ շարքի բոլոր ներկայացուցիչների համար ընդհանուր բանաձևն ունի СpН2p ձևը: Կառուցվածքում ջրածնի անբավարար քանակությունը բացատրում է այդ ածխաջրածինների քիմիական հատկությունների առանձնահատկությունը։
Պրոպիլենի պոլիմերացման ռեակցիայի հավասարումըբարձր ջերմաստիճան և կատալիզատոր օգտագործելիս նման կապի խզման հնարավորության ուղղակի հաստատումն է։
Չհագեցած ռադիկալը կոչվում է ալիլ կամ պրոպենիլ-2: Ինչու՞ պոլիմերացնել պրոպիլենը: Այս փոխազդեցության արտադրանքն օգտագործվում է սինթետիկ կաուչուկի սինթեզման համար, որն իր հերթին պահանջարկ ունի ժամանակակից քիմիական արդյունաբերության մեջ։
Ֆիզիկական հատկություններ
Պրոպիլենի պոլիմերացման հավասարումը հաստատում է այս նյութի ոչ միայն քիմիական, այլև ֆիզիկական հատկությունները։ Պրոպիլենը գազային նյութ է՝ ցածր եռման և հալման ջերմաստիճանով։ Ալկենների դասի այս ներկայացուցիչն ունի մի փոքր լուծելիություն ջրում։
Քիմիական հատկություններ
Պրոպիլենի և իզոբուտիլենի պոլիմերացման ռեակցիայի հավասարումները ցույց են տալիս, որ գործընթացներն ընթանում են կրկնակի կապի միջոցով: Ալկենները հանդես են գալիս որպես մոնոմերներ, և նման փոխազդեցության վերջնական արտադրանքը կլինի պոլիպրոպիլենը և պոլիիզոբուտիլենը: Հենց ածխածին-ածխածին կապը կկործանվի նման փոխազդեցության ժամանակ, և ի վերջո կձևավորվեն համապատասխան կառուցվածքները։
Կրկնակի կապում ձևավորվում են նոր պարզ կապեր: Ինչպե՞ս է ընթանում պրոպիլենի պոլիմերացումը: Այս գործընթացի մեխանիզմը նման է չհագեցած ածխաջրածինների այս դասի մյուս բոլոր ներկայացուցիչների մոտ տեղի ունեցող գործընթացին:
Պրոպիլենի պոլիմերացման ռեակցիան ներառում է մի քանի տարբերակարտահոսքեր. Առաջին դեպքում գործընթացն իրականացվում է գազային փուլում։ Երկրորդ տարբերակի համաձայն՝ ռեակցիան տեղի է ունենում հեղուկ փուլում։
Բացի այդ, պրոպիլենի պոլիմերացումը նույնպես ընթանում է որոշ հնացած գործընթացների համաձայն, որոնք ներառում են հագեցած հեղուկ ածխաջրածնի օգտագործումը որպես ռեակցիայի միջավայր:
Ժամանակակից տեխնոլոգիա
Պրոպիլենի զանգվածային պոլիմերացումը Spheripol տեխնոլոգիայի կիրառմամբ ցեխոտ ռեակտորի համակցություն է հոմոպոլիմերների արտադրության համար: Գործընթացը ներառում է գազաֆազային ռեակտորի օգտագործումը կեղծ հեղուկ հունով` բլոկային համապոլիմերներ ստեղծելու համար: Այս դեպքում պրոպիլենի պոլիմերացման ռեակցիան ներառում է սարքին հավելյալ համատեղելի կատալիզատորների ավելացում, ինչպես նաև նախնական պոլիմերացում։
Գործընթացի առանձնահատկությունները
Տեխնոլոգիան ներառում է բաղադրիչների խառնուրդը հատուկ սարքում, որը նախատեսված է նախնական վերափոխման համար: Այնուհետև, այս խառնուրդն ավելացվում է օղակաձև պոլիմերացման ռեակտորներին, որտեղ մտնում են և՛ ջրածինը, և՛ օգտագործված պրոպիլենը:
Ռեակտորները գործում են 65-ից 80 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում: Համակարգում ճնշումը չի գերազանցում 40 բարը։ Ռեակտորները, որոնք դասավորված են հերթականությամբ, օգտագործվում են պոլիմերային արտադրանքի մեծածավալ արտադրության համար նախատեսված գործարաններում։
Պոլիմերային լուծույթը հեռացվում է երկրորդ ռեակտորից: Պրոպիլենի պոլիմերացումը ներառում է լուծույթը ճնշված գազազերծողին տեղափոխելը:Այստեղ իրականացվում է փոշի հոմոպոլիմերի հեռացում հեղուկ մոնոմերից։
Բլոկային համապոլիմերների արտադրություն
Պրոպիլենի պոլիմերացման հավասարումը CH2 =CH - CH3-ն այս իրավիճակում ունի ստանդարտ հոսքի մեխանիզմ, տարբերություններ կան միայն գործընթացի պայմաններում: Պրոպիլենի և էթենի հետ միասին գազազերծողից ստացվող փոշին գնում է գազաֆազ ռեակտոր, որն աշխատում է մոտ 70 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում և 15 բարից ոչ ավելի ճնշման պայմաններում։
Բլոկային համապոլիմերները ռեակտորից հանվելուց հետո մտնում են պոլիմերային փոշին մոնոմերից հեռացնելու հատուկ համակարգ։
Պրոպիլենի և հարվածակայուն բութադիենների պոլիմերացումը թույլ է տալիս օգտագործել երկրորդ գազաֆազ ռեակտորը: Այն թույլ է տալիս բարձրացնել պրոպիլենի մակարդակը պոլիմերում։ Բացի այդ, պատրաստի արտադրանքին հնարավոր է ավելացնել հավելումներ, գրանուլյացիայի կիրառում, որը բարձրացնում է ստացված արտադրանքի որակը։
Ալկենների պոլիմերացման առանձնահատկությունը
Պոլիէթիլենի և պոլիպրոպիլենի արտադրության միջև կան որոշ տարբերություններ: Պրոպիլենի պոլիմերացման հավասարումը պարզ է դարձնում, որ նախատեսվում է տարբեր ջերմաստիճանային ռեժիմ: Բացի այդ, որոշ տարբերություններ կան տեխնոլոգիական շղթայի վերջնական փուլում, ինչպես նաև վերջնական արտադրանքի օգտագործման ոլորտներում։
Պերօքսիդը օգտագործվում է ռեոլոգիական հիանալի հատկություններ ունեցող խեժերի համար: Նրանք ունեն հալման հոսքի բարձր մակարդակ, նման ֆիզիկական հատկություններ այն նյութերին, որոնք ունեն ցածր հոսքի արագություն:
խեժ,Ունենալով գերազանց ռեոլոգիական հատկություններ, օգտագործվում են ներարկման ձևավորման գործընթացում, ինչպես նաև մանրաթելերի արտադրության մեջ։
Պոլիմերային նյութերի թափանցիկությունն ու ամրությունը մեծացնելու համար արտադրողները փորձում են հատուկ բյուրեղացնող հավելումներ ավելացնել ռեակցիոն խառնուրդին: Պոլիպրոպիլենային թափանցիկ նյութերի մի մասը աստիճանաբար փոխարինվում է փչող ձևավորման և ձուլման ոլորտում այլ նյութերով։
Պոլիմերացման առանձնահատկությունները
Պրոպիլենի պոլիմերացումը ակտիվացված ածխածնի առկայության դեպքում ավելի արագ է ընթանում: Ներկայումս օգտագործվում է անցումային մետաղի հետ ածխածնի կատալիտիկ համալիր՝ հիմնված ածխածնի կլանման հզորության վրա։ Պոլիմերացման արդյունքը գերազանց կատարողականությամբ արտադրանք է։
Պոլիմերացման գործընթացի հիմնական պարամետրերն են ռեակցիայի արագությունը, ինչպես նաև պոլիմերի մոլեկուլային քաշը և ստերեոիզոմերական բաղադրությունը։ Կարևոր են նաև կատալիզատորի ֆիզիկական և քիմիական բնույթը, պոլիմերացման միջավայրը, ռեակցիայի համակարգի բաղադրիչների մաքրության աստիճանը։
Գծային պոլիմերը ստացվում է ինչպես միատարր, այնպես էլ տարասեռ փուլում, երբ խոսքը վերաբերում է էթիլենին: Պատճառը այս նյութում տարածական իզոմերների բացակայությունն է։ Իզոտակտիկ պոլիպրոպիլեն ստանալու համար փորձում են օգտագործել պինդ տիտանի քլորիդներ, ինչպես նաև ալյումինե օրգանական միացություններ։
Բյուրեղային տիտանի քլորիդի վրա ներծծված կոմպլեքս օգտագործելիս (3), հնարավոր է ստանալ ցանկալի բնութագրերով արտադրանք: Աջակցման վանդակի կանոնավորությունը բավարար գործոն չէկատալիզատորի կողմից բարձր ստերեոսպեցիֆիկության ձեռքբերում: Օրինակ, եթե ընտրվի տիտանի յոդիդը (3), ստացվում է ավելի շատ ատակտիկ պոլիմեր:
Դիտարկված կատալիտիկ բաղադրիչներն ունեն Լյուիսի բնույթ, հետևաբար դրանք կապված են միջավայրի ընտրության հետ: Առավել շահավետ միջավայրը իներտ ածխաջրածինների օգտագործումն է: Քանի որ տիտանի (5) քլորիդը ակտիվ կլանիչ է, սովորաբար ընտրվում են ալիֆատիկ ածխաջրածինները: Ինչպե՞ս է ընթանում պրոպիլենի պոլիմերացումը: Արտադրանքի բանաձևն է (-CH2-CH2-CH2-) p. Ռեակցիայի ալգորիթմն ինքնին նման է այս հոմոլոգ շարքի այլ ներկայացուցիչների ռեակցիայի ընթացքին։
Քիմիական փոխազդեցություն
Եկեք վերլուծենք պրոպիլենի փոխազդեցության հիմնական տարբերակները: Հաշվի առնելով, որ նրա կառուցվածքում կա կրկնակի կապ, հիմնական ռեակցիաներն ընթանում են հենց դրա քայքայմամբ։
Հալոգենացումը ընթանում է նորմալ ջերմաստիճանում: Կոմպլեքս կապի խզման վայրում տեղի է ունենում հալոգենի անկաշկանդ ավելացում։ Այս փոխազդեցության արդյունքում առաջանում է դիհալոգենացված միացություն։ Ամենադժվարը յոդացումն է: Բրոմինացումը և քլորացումը ընթանում են առանց լրացուցիչ պայմանների և էներգիայի ծախսերի: Պրոպիլենային ֆտորացումը պայթուցիկ է։
Հիդրոգենացման ռեակցիան ներառում է լրացուցիչ արագացուցիչի օգտագործում: Պլատինն ու նիկելը գործում են որպես կատալիզատոր։ Ջրածնի հետ պրոպիլենի քիմիական փոխազդեցության արդյունքում առաջանում է պրոպան՝ հագեցած ածխաջրածինների դասի ներկայացուցիչ։
Խոնավեցում (ջրի ավելացում)իրականացվում է Վ. Վ. Մարկովնիկովի կանոնի համաձայն։ Դրա էությունը ջրածնի ատոմ կցելն է պրոպիլենի կրկնակի կապին, որն ունի իր առավելագույն քանակությունը։ Այս դեպքում հալոգենը կկապվի այն C-ին, որն ունի ջրածնի նվազագույն քանակը։
Պրոպիլենը բնութագրվում է մթնոլորտի թթվածնի այրմամբ: Այս փոխազդեցության արդյունքում կստացվի երկու հիմնական արտադրանք՝ ածխաթթու գազ, ջրային գոլորշի։
Երբ այս քիմիական նյութը ենթարկվում է ուժեղ օքսիդացնող նյութերի, ինչպիսին է կալիումի պերմանգանատը, նկատվում է դրա գունաթափում: Քիմիական ռեակցիայի արտադրանքներից կլինի երկհիդրիկ սպիրտ (գլիկոլ):
Պրոպիլենի արտադրություն
Բոլոր մեթոդները կարելի է բաժանել երկու հիմնական խմբի՝ լաբորատոր, արդյունաբերական։ Լաբորատոր պայմաններում պրոպիլենը կարելի է ստանալ՝ ջրածնի հալոգենիդը բաժանելով սկզբնական հալոալկիլից՝ դրանք ենթարկելով նատրիումի հիդրօքսիդի ալկոհոլային լուծույթին:
:
Պրոպիլենը ձևավորվում է պրոպինի կատալիտիկ հիդրոգենացման արդյունքում: Լաբորատոր պայմաններում այս նյութը կարելի է ստանալ պրոպանոլ-1-ի ջրազրկմամբ։ Այս քիմիական ռեակցիայի մեջ որպես կատալիզատորներ օգտագործվում են ֆոսֆորի կամ ծծմբաթթու, ալյումինի օքսիդ:
Ինչպե՞ս է պրոպիլենը արտադրվում մեծ ծավալներով: Շնորհիվ այն բանի, որ այս քիմիական նյութը հազվադեպ է բնության մեջ, մշակվել են դրա արտադրության արդյունաբերական տարբերակներ: Ամենատարածվածը ալկենի մեկուսացումն է նավթամթերքից։
Օրինակ, հում նավթը ճեղքվում է հատուկ հեղուկացված անկողնում: Պրոպիլենը ստացվում է բենզինի ֆրակցիայի պիրոլիզի արդյունքում։ ATՆերկայումս ալկենը մեկուսացված է նաև հարակից գազից, ածխի կոքսման գազային արտադրանքներից։
Պրոպիլենային պիրոլիզի տարբեր տարբերակներ կան.
- խողովակային վառարաններում;
- ռեակտորում, որն օգտագործում է քվարցային հովացուցիչ նյութ;
- Լավրովսկու գործընթաց;
- ավտոջերմային պիրոլիզ ըստ Barthlome մեթոդի։
Ապացուցված արդյունաբերական տեխնոլոգիաների շարքում պետք է նշել նաև հագեցած ածխաջրածինների կատալիտիկ ջրազրկումը։
Դիմում
Պրոպիլենը տարբեր կիրառություններ ունի, ուստի արտադրվում է արդյունաբերության մեջ մեծ մասշտաբով: Այս չհագեցած ածխաջրածինը իր տեսքը պարտական է Նատտայի աշխատանքին։ Քսաներորդ դարի կեսերին նա մշակեց պոլիմերացման տեխնոլոգիա՝ օգտագործելով Ziegler կատալիտիկ համակարգը:
Նատտան կարողացավ ստանալ ստերեօրգանական արտադրանք, որը նա անվանեց իզոտակտիկ, քանի որ կառուցվածքում մեթիլ խմբերը գտնվում էին շղթայի մի կողմում: Պոլիմերային մոլեկուլների այս տեսակի «փաթեթավորման» շնորհիվ ստացված պոլիմերային նյութն ունի գերազանց մեխանիկական բնութագրեր։ Պոլիպրոպիլենն օգտագործվում է սինթետիկ մանրաթելեր պատրաստելու համար և պահանջարկ ունի որպես պլաստիկ զանգված։
Նավթային պրոպիլենի մոտ տասը տոկոսը սպառվում է դրա օքսիդ արտադրելու համար: Մինչեւ անցյալ դարի կեսերը այս օրգանական նյութը ստացվել է քլորոհիդրին մեթոդով։ Արձագանքն ընթացել է միջանկյալ պրոպիլեն քլորոհիդրինի ձևավորման միջոցով: Այս տեխնոլոգիան ունի որոշակի թերություններ, որոնք կապված են թանկարժեք քլորի և խարխլված կրաքարի օգտագործման հետ։
Մեր ժամանակներում այս տեխնոլոգիան փոխարինվել է քալկոն պրոցեսով։ Այն հիմնված է պրոպենի քիմիական փոխազդեցության վրա հիդրոպերօքսիդների հետ։ Պրոպիլեն օքսիդը օգտագործվում է պրոպիլեն գլիկոլի սինթեզում, որն օգտագործվում է պոլիուրեթանային փրփուրների արտադրության մեջ։ Համարվելով գերազանց ամորտիզացնող նյութեր՝ դրանք օգտագործվում են փաթեթավորման, գորգերի, կահույքի, ջերմամեկուսիչ նյութերի, ներծծող հեղուկների և զտիչ նյութերի պատրաստման համար։
Բացի այդ, պրոպիլենի հիմնական կիրառությունների շարքում անհրաժեշտ է նշել ացետոնի և իզոպրոպիլային սպիրտի սինթեզը։ Իզոպրոպիլային ալկոհոլը, լինելով գերազանց լուծիչ, համարվում է արժեքավոր քիմիական արտադրանք։ 20-րդ դարի սկզբին այս օրգանական արտադրանքը ստացվել է ծծմբաթթվի մեթոդով։
Բացի այդ, մշակվել է պրոպենի ուղղակի խոնավացման տեխնոլոգիան՝ ռեակցիոն խառնուրդում թթվային կատալիզատորների ներմուծմամբ: Ամբողջ արտադրված պրոպանոլի մոտ կեսը ծախսվում է ացետոնի սինթեզի վրա։ Այս ռեակցիան ներառում է ջրածնի վերացում, իրականացվում է 380 աստիճան Ցելսիուսի պայմաններում։ Այս գործընթացի կատալիզատորներն են ցինկը և պղինձը:
Պրոպիլենի կարևոր կիրառությունների շարքում առանձնահատուկ տեղ է գրավում հիդրոֆորմիլացումը։ Պրոպենն օգտագործվում է ալդեհիդներ արտադրելու համար։ Օքսիսինթեզը մեր երկրում կիրառվում է անցյալ դարի կեսերից։ Ներկայումս այս ռեակցիան կարեւոր տեղ է զբաղեցնում նավթաքիմիայում։ Պրոպիլենի քիմիական փոխազդեցությունը սինթեզի գազի (ածխածնի օքսիդի և ջրածնի խառնուրդ) 180 աստիճան ջերմաստիճանի, կոբալտի օքսիդի կատալիզատորի և 250 մթնոլորտ ճնշման հետ, դիտվում է երկու ալդեհիդների առաջացում։ Մեկը նորմալ կառուցվածք ունի, երկրորդը՝ կորածխածնային շղթա.
Այս տեխնոլոգիական գործընթացի բացահայտումից անմիջապես հետո հենց այս ռեակցիան դարձավ շատ գիտնականների հետազոտության առարկա։ Նրանք ուղիներ էին փնտրում դրա հոսքի պայմանները մեղմելու համար, փորձում էին նվազեցնել ճյուղավորված ալդեհիդի տոկոսը ստացված խառնուրդում։
Դրա համար ստեղծվել են տնտեսական գործընթացներ, որոնք ներառում են այլ կատալիզատորների օգտագործում: Հնարավոր է եղել նվազեցնել ջերմաստիճանը, ճնշումը, մեծացնել գծային ալդեհիդի ելքը։
Որպես համապոլիմերներ օգտագործվում են
Ակրիլաթթվի եթերները, որոնք նույնպես կապված են պրոպիլենի պոլիմերացման հետ։ Նավթաքիմիական պրոպենի մոտ 15 տոկոսն օգտագործվում է որպես սկզբնական նյութ՝ ակրիոնիտրիլ ստեղծելու համար։ Այս օրգանական բաղադրիչն անհրաժեշտ է արժեքավոր քիմիական մանրաթելի՝ նիտրոնի, պլաստմասսաների ստեղծման, կաուչուկի արտադրության համար։
Եզրակացություն
Պոլիպրոպիլենը ներկայումս համարվում է խոշորագույն նավթաքիմիական արդյունաբերությունը: Այս բարձրորակ և էժան պոլիմերի պահանջարկն աճում է, ուստի այն աստիճանաբար փոխարինում է պոլիէթիլենին։ Այն անփոխարինելի է կոշտ փաթեթավորման, թիթեղների, թաղանթների, ավտոմոբիլային մասերի, սինթետիկ թղթի, պարանների, գորգի մասերի ստեղծման, ինչպես նաև կենցաղային տարբեր սարքավորումների ստեղծման համար: Քսանմեկերորդ դարի սկզբին պոլիպրոպիլենի արտադրությունը երկրորդ տեղն էր զբաղեցնում պոլիմերային արդյունաբերության մեջ: Հաշվի առնելով տարբեր ոլորտների պահանջները՝ կարելի է եզրակացնել, որ պրոպիլենի և էթիլենի լայնածավալ արտադրության միտումը կշարունակվի մոտ ապագայում։
