Каква е полимеризацията на пропилена? Какви са характеристиките на тази химическа реакция? Нека се опитаме да намерим подробни отговори на тези въпроси.
Характеристики на връзките
Реакционните схеми на полимеризация на етилен и пропилен демонстрират типичните химични свойства, които имат всички членове на класа олефини. Този клас получи такова необичайно име от старото име на маслото, използвано в химическото производство. През 18-ти век е получен етиленхлорид, който е маслено течно вещество.
Сред характеристиките на всички представители на класа ненаситени алифатни въглеводороди отбелязваме наличието на една двойна връзка в тях.
Радикалната полимеризация на пропилена се обяснява точно с наличието на двойна връзка в структурата на веществото.
Обща формула
За всички представители на хомоложния ред алкени, общата формула има вида СpН2p. Недостатъчното количество водород в структурата обяснява особеностите на химичните свойства на тези въглеводороди.
Уравнение на реакцията на полимеризация на пропилене пряко потвърждение за възможността за прекъсване на такава връзка при използване на повишена температура и катализатор.
Ненаситеният радикал се нарича алил или пропенил-2. Защо да полимеризираме пропилена? Продуктът от това взаимодействие се използва за синтезиране на синтетичен каучук, който от своя страна е търсен в съвременната химическа индустрия.
Физически свойства
Уравнението за полимеризация на пропилена потвърждава не само химичните, но и физичните свойства на това вещество. Пропиленът е газообразно вещество с ниски точки на кипене и топене. Този представител на класа алкени има лека разтворимост във вода.
Химически свойства
Реакционните уравнения за полимеризация на пропилен и изобутилен показват, че процесите протичат чрез двойна връзка. Алкените действат като мономери и крайните продукти на такова взаимодействие ще бъдат полипропилен и полиизобутилен. Именно връзката въглерод-въглерод ще бъде разрушена по време на такова взаимодействие и в крайна сметка ще се образуват съответните структури.
При двойната връзка се образуват нови прости връзки. Как протича полимеризацията на пропилена? Механизмът на този процес е подобен на процеса, протичащ при всички други представители на този клас ненаситени въглеводороди.
Реакцията на полимеризация на пропилен включва няколко опциитечове. В първия случай процесът се извършва в газова фаза. Според втория вариант реакцията протича в течна фаза.
В допълнение, полимеризацията на пропилена също протича по някои остарели процеси, включващи използването на наситен течен въглеводород като реакционна среда.
Модерна технология
Полимеризацията на пропилен в насипно състояние с помощта на технологията Spheripol е комбинация от суспензионен реактор за производство на хомополимери. Процесът включва използването на газофазен реактор с псевдотечен слой за създаване на блок съполимери. В този случай реакцията на пропиленова полимеризация включва добавяне на допълнителни съвместими катализатори към устройството, както и предварителна полимеризация.
Процесни функции
Технологията включва смесване на компонентите в специално устройство, предназначено за предварителна трансформация. Освен това, тази смес се добавя към реакторите за полимеризация на контура, където влизат както водород, така и отработен пропилен.
Реакторите работят при температури в диапазона от 65 до 80 градуса по Целзий. Налягането в системата не надвишава 40 бара. Реакторите, които са подредени последователно, се използват в инсталации, предназначени за производство на полимерни продукти с голям обем.
Полимерният разтвор се отстранява от втория реактор. Полимеризацията на пропилена включва прехвърляне на разтвора в дегазатор под налягане. Тук се извършва отстраняването на прахообразния хомополимер от течния мономер.
Производство на блок съполимери
Уравнение на пропиленова полимеризация CH2 =CH - CH3 в тази ситуация има стандартен механизъм на потока, има разлики само в условията на процеса. Заедно с пропилен и етен, прахът от дегазатора отива в газофазен реактор, работещ при температура от около 70 градуса по Целзий и налягане не повече от 15 bar.
Блок кополимерите, след като бъдат извадени от реактора, влизат в специална система за отстраняване на полимерния прах от мономера.
Полимеризацията на пропилен и удароустойчиви бутадиени позволява използването на втори газофазен реактор. Това ви позволява да увеличите нивото на пропилен в полимера. Освен това е възможно добавяне на добавки към готовия продукт, използването на гранулиране, което подобрява качеството на получения продукт.
Специфичност на полимеризацията на алкените
Има някои разлики между производството на полиетилен и полипропилен. Уравнението на пропиленова полимеризация показва, че е предвиден различен температурен режим. Освен това съществуват някои различия в последния етап от технологичната верига, както и в областите на използване на крайните продукти.
Пероксидът се използва за смоли, които имат отлични реологични свойства. Те имат повишено ниво на поток на стопилка, подобни физически свойства на тези материали, които имат нисък дебит.
смола,притежаващи отлични реологични свойства, се използват в процеса на леене под налягане, както и в случай на производство на влакна.
За да увеличат прозрачността и здравината на полимерните материали, производителите се опитват да добавят специални кристализиращи добавки към реакционната смес. Част от полипропиленовите прозрачни материали постепенно се заменят с други материали в областта на раздуването и леенето.
Характеристики на полимеризация
Полимеризацията на пропилена в присъствието на активен въглен протича по-бързо. Понастоящем се използва каталитичен комплекс от въглерод с преходен метал, базиран на адсорбционния капацитет на въглерода. Резултатът от полимеризацията е продукт с отлична производителност.
Основните параметри на процеса на полимеризация са скоростта на реакцията, както и молекулното тегло и стереоизомерния състав на полимера. Физическата и химичната природа на катализатора, полимеризационната среда, степента на чистота на компонентите на реакционната система също са важни.
Линеен полимер се получава както в хомогенна, така и в хетерогенна фаза, когато става въпрос за етилен. Причината е липсата на пространствени изомери в това вещество. За да получат изотактичен полипропилен, те се опитват да използват твърди титанови хлориди, както и органоалуминиеви съединения.
При използване на комплекс, адсорбиран върху кристален титанов хлорид (3), е възможно да се получи продукт с желаните характеристики. Регулярността на опорната решетка не е достатъчен фактор запридобиването на висока стереоспецифичност от катализатора. Например, ако се избере титанов йодид (3), се получава по-атактичен полимер.
Разглежданите каталитични компоненти имат луисов характер, следователно са свързани с избора на средата. Най-изгодната среда е използването на инертни въглеводороди. Тъй като титаниевият (5) хлорид е активен адсорбент, обикновено се избират алифатни въглеводороди. Как протича полимеризацията на пропилена? Формулата на продукта е (-CH2-CH2-CH2-)p. Самият алгоритъм на реакцията е подобен на хода на реакцията при други представители на тази хомоложна серия.
Химично взаимодействие
Нека анализираме основните опции за взаимодействие за пропилена. Като се има предвид, че в нейната структура има двойна връзка, основните реакции протичат именно с нейното разрушаване.
Халогенирането протича при нормална температура. На мястото на разкъсването на сложната връзка се получава безпрепятственото добавяне на халогена. В резултат на това взаимодействие се образува дихалогенирано съединение. Най-трудната част е йодирането. Бромирането и хлорирането протичат без допълнителни условия и разходи за енергия. Флуорирането на пропилена е експлозивно.
Реакцията на хидрогениране включва използването на допълнителен ускорител. Платината и никелът действат като катализатор. В резултат на химичното взаимодействие на пропилена с водорода се образува пропан - представител на класа наситени въглеводороди.
Хидратация (добавяне на вода)извършено по правилото на В. В. Марковников. Същността му е да прикрепи водороден атом към двойната връзка на пропилена, която има максималното си количество. В този случай халогенът ще се прикрепи към този C, който има минимален брой водород.
Пропиленът се характеризира с горене в атмосферен кислород. В резултат на това взаимодействие ще бъдат получени два основни продукта: въглероден диоксид, водна пара.
Когато този химикал е изложен на силни окислители, като калиев перманганат, се наблюдава обезцветяването му. Сред продуктите на химическата реакция ще бъде двувалентен алкохол (гликол).
Производство на пропилен
Всички методи могат да бъдат разделени на две основни групи: лабораторни, промишлени. При лабораторни условия пропиленът може да се получи чрез отделяне на халогеноводорода от оригиналния халоалкил чрез излагането им на алкохолен разтвор на натриев хидроксид.
Пропиленът се образува чрез каталитично хидрогениране на пропин. При лабораторни условия това вещество може да се получи чрез дехидратация на пропанол-1. В тази химическа реакция като катализатори се използват фосфорна или сярна киселина, алуминиев оксид.
Как се произвежда пропиленът в големи количества? Поради факта, че този химикал е рядък в природата, са разработени индустриални варианти за неговото производство. Най-често срещаното е изолирането на алкен от петролни продукти.
Например, суровият нефт се напуква в специален кипящ слой. Пропиленът се получава чрез пиролиза на бензиновата фракция. ATпонастоящем алкенът също е изолиран от свързан газ, газообразни продукти от коксуване на въглища.
Има различни опции за пропиленова пиролиза:
- в тръбни пещи;
- в реактор, използващ кварцова охлаждаща течност;
- процес Лавровски;
- автотермална пиролиза по метода на Бартлом.
Сред доказаните индустриални технологии трябва да се отбележи и каталитичното дехидрогениране на наситени въглеводороди.
Заявление
Пропиленът има различни приложения и следователно се произвежда в голям мащаб в индустрията. Този ненаситен въглеводород дължи появата си на работата на Ната. В средата на двадесети век той разработва технология за полимеризация, използвайки каталитичната система на Ziegler.
Ната успя да получи стереоправилен продукт, който той нарече изотактичен, тъй като в структурата метиловите групи са разположени от едната страна на веригата. Благодарение на този тип "опаковане" на полимерни молекули, полученото полимерно вещество има отлични механични характеристики. Полипропиленът се използва за производството на синтетични влакна и е търсен като пластмасова маса.
Приблизително десет процента от петролния пропилен се изразходват за производството на неговия оксид. До средата на миналия век това органично вещество се получава по метода на хлорохидрин. Реакцията протича чрез образуването на междинния продукт пропилен хлорхидрин. Тази технология има някои недостатъци, които са свързани с използването на скъп хлор и гасена вар.
В наше време тази технология е заменена от халконовия процес. Той се основава на химичното взаимодействие на пропен с хидропероксиди. Пропилен оксидът се използва при синтеза на пропилей гликол, който се използва при производството на полиуретанова пяна. Считани за отлични омекотяващи материали, те се използват за направата на опаковки, килими, мебели, топлоизолационни материали, абсорбиращи течности и филтърни материали.
В допълнение, сред основните приложения на пропилена е необходимо да се спомене синтеза на ацетон и изопропилов алкохол. Изопропиловият алкохол, като отличен разтворител, се счита за ценен химически продукт. В началото на ХХ век този органичен продукт е получен по метода на сярната киселина.
Допълнително е разработена технологията за директна хидратация на пропен с въвеждане на киселинни катализатори в реакционната смес. Около половината от целия произведен пропанол се изразходва за синтеза на ацетон. Тази реакция включва елиминиране на водорода, провежда се при 380 градуса по Целзий. Катализаторите в този процес са цинк и мед.
Сред важните приложения на пропилена, хидроформилирането заема специално място. Пропенът се използва за производство на алдехиди. Оксисинтезата се използва у нас от средата на миналия век. В момента тази реакция заема важно място в нефтохимията. Химичното взаимодействие на пропилена със синтез-газ (смес от въглероден оксид и водород) при температура 180 градуса, катализатор от кобалтов оксид и налягане от 250 атмосфери, се наблюдава образуването на два алдехида. Единият има нормална структура, вторият е с извитавъглеродна верига.
Непосредствено след откриването на този технологичен процес именно тази реакция стана обект на изследване за много учени. Те търсеха начини да смекчат условията на нейния поток, опитваха се да намалят процента на разклонения алдехид в получената смес.
За това са изобретени икономични процеси, които включват използването на други катализатори. Беше възможно да се намали температурата, налягането, да се увеличи добива на линеен алдехид.
Естерите на акриловата киселина, които също са свързани с полимеризацията на пропилена, се използват като съполимери. Около 15 процента от нефтохимическия пропен се използва като изходен материал за създаване на акрионитрил. Този органичен компонент е необходим за производството на ценно химическо влакно - нитрон, създаването на пластмаси, производството на каучук.
Заключение
Полипропиленът в момента се счита за най-голямата нефтохимическа индустрия. Търсенето на този висококачествен и евтин полимер нараства, така че постепенно заменя полиетилена. Той е незаменим при създаването на твърди опаковки, плочи, филми, автомобилни части, синтетична хартия, въжета, части за килими, както и за създаването на разнообразно домакинско оборудване. В началото на двадесет и първи век производството на полипропилен се нарежда на второ място в полимерната индустрия. Отчитайки изискванията на различните индустрии, можем да заключим, че тенденцията за мащабно производство на пропилен и етилен ще продължи в близко бъдеще.
