Avec un ami, il y a une double connexion.


1. Propriétés physiques

L'éthylène est un gaz incolore avec une légère odeur agréable. Il est légèrement plus léger que l'air. Il est légèrement soluble dans l'eau, mais soluble dans l'alcool et d'autres solvants organiques.

2. Structure

Formule moléculaire C 2 H 4. Structurel et formule électronique:


3. Propriétés chimiques

Contrairement au méthane, l’éthylène est chimiquement très actif. Elle se caractérise par des réactions d'addition au site de la double liaison, des réactions de polymérisation et des réactions d'oxydation. Dans ce cas, l'une des doubles liaisons est rompue et une simple liaison simple reste à sa place, et en raison des valences libérées, d'autres atomes ou groupes atomiques sont ajoutés. Regardons cela en utilisant des exemples de quelques réactions. Lorsque l'éthylène est passé dans de l'eau bromée (une solution aqueuse de brome), cette dernière se décolore suite à l'interaction de l'éthylène avec le brome pour former du dibromoéthane (bromure d'éthylène) C 2 H 4 Br 2 :

Comme le montre le schéma de cette réaction, ce qui se produit ici n'est pas le remplacement des atomes d'hydrogène par des atomes d'halogène, comme dans les hydrocarbures saturés, mais l'ajout d'atomes de brome au niveau de la double liaison. L'éthylène se décolore également facilement violet solution aqueuse de manganate de potassium KMnO 4 même à température normale. L'éthylène lui-même est oxydé en éthylène glycol C 2 H 4 (OH) 2. Ce processus peut être représenté par l'équation suivante :

  • 2KMnO 4 -> K 2 MnO 4 + MnO 2 + 2O

Les réactions de l'éthylène avec le brome et le manganate de potassium servent à ouvrir des hydrocarbures insaturés. Comme nous l'avons déjà indiqué, le méthane et les autres hydrocarbures saturés n'interagissent pas avec le manganate de potassium.

L'éthylène réagit avec l'hydrogène. Ainsi, lorsqu'un mélange d'éthylène et d'hydrogène est chauffé en présence d'un catalyseur (poudre de nickel, de platine ou de palladium), ils se combinent pour former de l'éthane :

Les réactions dans lesquelles de l'hydrogène est ajouté à une substance sont appelées réactions d'hydrogénation ou d'hydrogénation. Les réactions d'hydrogénation sont d'une grande importance pratique. Ils sont assez souvent utilisés dans l'industrie. Contrairement au méthane, l’éthylène brûle dans l’air avec une flamme tourbillonnante car il contient plus de carbone que le méthane. Par conséquent, tout le carbone ne brûle pas en même temps et ses particules deviennent très chaudes et brillantes. Ces particules de carbone sont ensuite brûlées dans la partie externe de la flamme :

  • C 2 H 4 + 3O 2 = 2CO 2 + 2H 2 O

L'éthylène, comme le méthane, forme des mélanges explosifs avec l'air.


4. Réception

L'éthylène n'est pas présent dans la nature, à l'exception de quelques impuretés mineures présentes dans le gaz naturel. Dans des conditions de laboratoire, l'éthylène est généralement produit par l'action de l'acide sulfurique concentré sur l'alcool éthylique lorsqu'il est chauffé. Ce processus peut être représenté par l’équation récapitulative suivante :

Au cours de la réaction, les éléments eau sont soustraits de la molécule d’alcool et les deux valences supprimées se saturent mutuellement pour former une double liaison entre les atomes de carbone. À des fins industrielles, l'éthylène est obtenu à partir de grandes quantités provenant des gaz de craquage du pétrole.


5. Demande

DANS industrie moderne l'éthylène est assez largement utilisé pour la synthèse de l'alcool éthylique et la production de matériaux polymères importants (polyéthylène, etc.), ainsi que pour la synthèse d'autres substances organiques. Une propriété très intéressante de l’éthylène est d’accélérer la maturation de nombreux légumes et fruits du jardin (tomates, melons, poires, citrons…). Grâce à cela, les fruits peuvent être transportés encore verts, puis amenés à maturité déjà sur le lieu de consommation en les introduisant dans l'air. installations de stockage de petites quantités d'éthylène.

Le chlorure de vinyle et le polychlorure de vinyle, le butadiène et les caoutchoucs synthétiques, l'oxyde d'éthylène et les polymères à base de celui-ci, l'éthylène glycol, etc. sont produits à partir de l'éthylène.


Remarques

Sources

  • F. A. Derkach "Chimie" L. 1968
? V ? Phytohormones
? V ? Hydrocarbures

Contient une double liaison et appartient donc aux hydrocarbures insaturés ou insaturés. Joue extrêmement rôle important dans l'industrie, et est également une phytohormone. L'éthylène est le plus produit composé organique dans le monde; général production mondiale l'éthylène en 2008 s'élevait à 113 millions de tonnes et continue de croître de 2 à 3 % par an. L'éthylène a un effet narcotique. Classe de danger - quatrième.

Reçu

L'éthylène a commencé à être largement utilisé comme monomère avant la Seconde Guerre mondiale en raison de la nécessité d'obtenir un matériau isolant de haute qualité pouvant remplacer le polychlorure de vinyle. Après avoir développé une méthode de polymérisation de l'éthylène sous haute pression et étudié les propriétés diélectriques du polyéthylène obtenu, sa production a commencé, d'abord au Royaume-Uni, puis dans d'autres pays.

La principale méthode industrielle de production d’éthylène est la pyrolyse de distillats liquides de pétrole ou d’hydrocarbures moins saturés. La réaction est réalisée dans des fours tubulaires à +800-950 °C et sous une pression de 0,3 MPa. Lorsque de l'essence de distillation directe est utilisée comme matière première, le rendement en éthylène est d'environ 30 %. Simultanément à l'éthylène, une quantité importante d'hydrocarbures liquides, y compris aromatiques, se forme également. Lors de la pyrolyse du gazole, le rendement en éthylène est d'environ 15 à 25 %. Le rendement en éthylène le plus élevé - jusqu'à 50 % - est obtenu en utilisant des hydrocarbures saturés comme matières premières : éthane, propane et butane. Leur pyrolyse est réalisée en présence de vapeur d'eau.

En sortie de production, lors des opérations de comptabilité des matières premières, lors du contrôle de leur conformité à la documentation réglementaire et technique, des échantillons d'éthylène sont prélevés selon la procédure décrite dans GOST 24975.0-89 « Éthylène et propylène ». Méthodes d'échantillonnage. Les échantillons d'éthylène peuvent être prélevés sous forme gazeuse et liquéfiée à l'aide d'échantillonneurs spéciaux conformément à GOST 14921.

L'éthylène produit industriellement en Russie doit répondre aux exigences énoncées dans GOST 25070-2013 « Éthylène. Conditions techniques".

Structure de production

Actuellement, dans la structure de production d'éthylène, 64 % proviennent d'usines de pyrolyse à grande échelle, ~ 17 % de petites usines de pyrolyse de gaz, ~ 11 % de pyrolyse d'essence et 8 % de pyrolyse d'éthane.

Application

L'éthylène est le principal produit de la synthèse organique basique et est utilisé pour produire les composés suivants (classés par ordre alphabétique) :

  • Dichloroéthane/chlorure de vinyle (3ème place, 12% du volume total) ;
  • Oxyde d'éthylène (2ème place, 14-15% du volume total) ;
  • Polyéthylène (1ère place, jusqu'à 60 % du volume total) ;

L'éthylène mélangé à de l'oxygène était utilisé en médecine pour l'anesthésie jusqu'au milieu des années 1980 en URSS et au Moyen-Orient. L'éthylène est une phytohormone présente dans presque toutes les plantes ; elle est entre autres responsable de la chute des aiguilles chez les conifères.

Structure électronique et spatiale de la molécule

Les atomes de carbone sont dans le deuxième état de valence (hybridation sp 2). En conséquence, trois nuages ​​​​hybrides se forment sur un plan faisant un angle de 120°, qui forment trois liaisons σ avec des atomes de carbone et deux atomes d'hydrogène ; L'électron p, qui n'a pas participé à l'hybridation, forme une liaison π dans le plan perpendiculaire avec l'électron p de l'atome de carbone voisin. Cela forme une double liaison entre les atomes de carbone. La molécule a une structure planaire.

Propriétés chimiques de base

L'éthylène est une substance chimiquement active. Puisqu'il existe une double liaison entre les atomes de carbone dans la molécule, l'un d'entre eux, qui est le moins fort, se rompt facilement et, au site de rupture de la liaison, se produisent l'attachement, l'oxydation et la polymérisation des molécules.

  • Halogénation:
C H 2 = C H 2 + B r 2 → C H 2 B r - C H 2 B r + D (\displaystyle (\mathsf (CH_(2)(\text(=))CH_(2)+Br_(2)\rightarrow CH_(2)Br(\text(-))CH_(2)Br+D))) Une décoloration de l'eau bromée se produit. Il s'agit d'une réaction qualitative aux composés insaturés.
  • Hydrogénation :
C H 2 = C H 2 + H 2 → N i C H 3 - C H 3 (\displaystyle (\mathsf (CH_(2)(\text(=))CH_(2)+H_(2)(\xrightarrow[()] (Ni))CH_(3)(\text(-))CH_(3))))
  • Hydrohalogénation :
C H 2 = C H 2 + H B r → C H 3 C H 2 B r (\displaystyle (\mathsf (CH_(2)(\text(=))CH_(2)+HBr\rightarrow CH_(3)CH_(2)Br )))
  • Hydratation :
C H 2 = C H 2 + H 2 O → H + C H 3 C H 2 O H (\displaystyle (\mathsf (CH_(2)(\text(=))CH_(2)+H_(2)O(\xrightarrow[( )](H^(+)))CH_(3)CH_(2)OH))) Cette réaction a été découverte par A.M. Butlerov, et il est utilisé pour la production industrielle d'alcool éthylique.
  • Oxydation:
L'éthylène s'oxyde facilement. Si l’éthylène passe à travers une solution de permanganate de potassium, il se décolorera. Cette réaction est utilisée pour distinguer les composés saturés et insaturés. Le résultat est de l'éthylène glycol. Équation de réaction : 3 C H 2 = C H 2 + 2 K M n O 4 + 4 H 2 O → C H 2 O H - C H 2 O H + 2 M n O 2 + 2 K O H (\displaystyle (\mathsf (3CH_(2)(\text(= ))CH_(2)+2KMnO_(4)+4H_(2)O\rightarrow CH_(2)OH(\text(-))CH_(2)OH+2MnO_(2)+2KOH)))
  • Combustion:
C H 2 = C H 2 + 3 O 2 → 2 C O 2 + 2 H 2 O (\displaystyle (\mathsf (CH_(2)(\text(=))CH_(2)+3O_(2)\rightarrow 2CO_(2 )+2H_(2)O)))
  • Polymérisation (production de polyéthylène) :
n C H 2 = C H 2 → (- C H 2 - C H 2 -) n (\displaystyle (\mathsf (nCH_(2)(\text(=))CH_(2)\rightarrow ((\text(-))CH_ (2)(\text(-))CH_(2)(\text(-)))_(n)))) 2 C H 2 = C H 2 → C H 2 = C H - C H 2 - C H 3 (\displaystyle (\mathsf (2CH_(2)(\text(=))CH_(2)\rightarrow CH_(2)(\text(= ))CH(\text(-))CH_(2)(\text(-))CH_(3))))

Rôle biologique

L'une des fonctions les plus connues de l'éthylène est le développement de ce que l'on appelle la triple réponse chez les semis étiolés (cultivés dans l'obscurité) lorsqu'ils sont traités avec cette hormone. La triple réponse comprend trois réactions : raccourcissement et épaississement de l'hypocotyle, raccourcissement de la racine et renforcement du crochet apical (forte courbure de la partie supérieure de l'hypocotyle). La réponse des plantules à l’éthylène est extrêmement importante dans les premiers stades de leur développement, car elle favorise la pénétration des plantules vers la lumière.

La récolte commerciale des fruits et des fruits utilise des salles ou des chambres spéciales pour la maturation des fruits, dans l'atmosphère desquelles de l'éthylène est injecté à partir de générateurs catalytiques spéciaux qui produisent de l'éthylène gazeux à partir d'éthanol liquide. Généralement, pour stimuler la maturation des fruits, une concentration d'éthylène gazeux dans l'atmosphère de la chambre de 500 à 2 000 ppm est utilisée pendant 24 à 48 heures. Avec plus haute température l'air et une concentration plus élevée d'éthylène dans l'air, la maturation des fruits est plus rapide. Il est cependant important d'assurer le contrôle de la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère de la chambre, car une maturation à haute température (à des températures supérieures à 20 degrés Celsius) ou une maturation avec une forte concentration d'éthylène dans l'air de la chambre conduit à une forte augmentation du dégagement de dioxyde de carbone par les fruits à maturation rapide, parfois jusqu'à 10 % de dioxyde de carbone dans l'air 24 heures après le début de la maturation, ce qui peut entraîner une intoxication au dioxyde de carbone tant chez les ouvriers récoltant les fruits déjà mûrs que chez les fruits. eux-mêmes.

L'éthylène est utilisé pour stimuler la maturation des fruits depuis Egypte ancienne. Les anciens Égyptiens grattaient ou écrasaient délibérément les dattes, les figues et autres fruits pour stimuler leur maturation (les lésions tissulaires stimulent la production d'éthylène par les tissus végétaux). Les anciens Chinois brûlaient des bâtons d'encens en bois ou des bougies parfumées. à l'intérieur afin de stimuler la maturation des pêches (lorsque des bougies ou du bois brûlent, non seulement du dioxyde de carbone est libéré, mais aussi sous-oxydé produits intermédiaires combustion, y compris l'éthylène). En 1864, on a découvert que les fuites de gaz naturel des lampadaires provoquaient un retard de croissance des plantes voisines, des tiges et des racines tordues et anormalement épaissies et une maturation accélérée des fruits. En 1901, le scientifique russe Dmitri Nelyubov montrait que le composant actif du gaz naturel qui provoque ces changements n'est pas son composant principal, le méthane, mais l'éthylène présent en petites quantités. Plus tard en 1917, Sarah Dubt prouva que l'éthylène stimulait la chute prématurée des feuilles. Cependant, ce n’est qu’en 1934 que Hein découvre que les plantes synthétisent elles-mêmes de l’éthylène endogène. . En 1935, Crocker a proposé que l'éthylène soit une hormone végétale responsable de la régulation physiologique de la maturation des fruits, ainsi que de la sénescence des tissus végétatifs des plantes, de la chute des feuilles et de l'inhibition de la croissance.

Le cycle de biosynthèse de l'éthylène commence par la conversion de l'acide aminé méthionine en S-adénosyl-méthionine (SAMe) par l'enzyme méthionine adénosyltransférase. La S-adénosyl-méthionine est ensuite convertie en acide 1-aminocyclopropane-1-carboxylique (ACC, ACC) en utilisant l'enzyme 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthétase (ACC synthétase). L'activité de l'ACC synthétase limite le taux de tout le cycle, c'est pourquoi la régulation de l'activité de cette enzyme est essentielle dans la régulation de la biosynthèse de l'éthylène chez les plantes. La dernière étape de la biosynthèse de l'éthylène nécessite la présence d'oxygène et se produit grâce à l'action de l'enzyme aminocyclopropane carboxylate oxydase (ACC oxydase), anciennement connue sous le nom d'enzyme formant l'éthylène. La biosynthèse de l'éthylène dans les plantes est induite à la fois par l'éthylène exogène et endogène (positif retour). L'activité de l'ACC synthétase et, par conséquent, la formation d'éthylène augmente également lorsque niveaux élevés auxines, en particulier l'acide indoleacétique, et les cytokinines.

Le signal éthylène dans les plantes est perçu par au moins cinq familles différentes de récepteurs transmembranaires, qui sont des dimères protéiques. En particulier, le récepteur de l'éthylène ETR 1 est connu chez Arabidopsis ( Arabidopsis). Des gènes codant pour des récepteurs de l'éthylène ont été clonés à partir d'Arabidopsis puis de tomate. Les récepteurs de l'éthylène sont codés par plusieurs gènes dans les génomes d'Arabidopsis et de tomate. Les mutations dans l'une des familles de gènes, qui comprennent cinq types de récepteurs de l'éthylène chez Arabidopsis et au moins six types de récepteurs chez la tomate, peuvent conduire à une insensibilité des plantes à l'éthylène et à des perturbations de la maturation, de la croissance et du flétrissement des plantes. Des séquences d'ADN caractéristiques des gènes des récepteurs de l'éthylène ont également été trouvées dans de nombreuses autres espèces végétales. De plus, des protéines liant l’éthylène ont même été trouvées dans les cyanobactéries.

Défavorable facteurs externes, tels qu'un manque d'oxygène dans l'atmosphère, une inondation, une sécheresse, un gel, un dommage mécanique (blessure) de la plante, une attaque par des micro-organismes pathogènes, des champignons ou des insectes, peuvent provoquer une formation accrue d'éthylène dans les tissus végétaux. Par exemple, lors d'inondations, les racines des plantes souffrent d'un excès d'eau et d'un manque d'oxygène (hypoxie), ce qui conduit à la biosynthèse de l'acide 1-aminocyclopropane-1-carboxylique. L'ACC est ensuite transporté le long de chemins dans les tiges jusqu'aux feuilles, et dans les feuilles, il est oxydé en éthylène. L'éthylène qui en résulte favorise les mouvements épinastiques, conduisant à une agitation mécanique de l'eau des feuilles, ainsi qu'au flétrissement et à la chute des feuilles, des pétales de fleurs et des fruits, ce qui permet à la plante de se débarrasser simultanément de l'excès d'eau dans le corps et de réduire le besoin de l'oxygène en réduisant la masse totale des tissus.

De petites quantités d'éthylène endogène sont également produites dans les cellules animales, y compris les humains, lors de la peroxydation lipidique. Une partie de l'éthylène endogène est ensuite oxydée en oxyde d'éthylène, qui a la capacité d'alkyler l'ADN et les protéines, y compris l'hémoglobine (formant un adduit spécifique avec la valine N-terminale de l'hémoglobine - N-hydroxyéthyl-valine). L'oxyde d'éthylène endogène peut également alkyler les bases guanines de l'ADN, ce qui conduit à la formation d'un adduit 7-(2-hydroxyéthyl)-guanine, et constitue l'une des raisons du risque inhérent de carcinogenèse endogène chez tous les êtres vivants. L'oxyde d'éthylène endogène est également un mutagène. D'un autre côté, il existe une hypothèse selon laquelle s'il n'y avait pas la formation de petites quantités d'éthylène endogène et, par conséquent, d'oxyde d'éthylène dans le corps, le taux de mutations spontanées et, par conséquent, le taux d'évolution seraient beaucoup plus faibles. .

Remarques

  1. Devanny Michael T. Éthylène(Anglais) . Conseil ISR (septembre 2009). Archivé de l'original le 21 août 2011.
  2. Éthylène(Anglais) . Rapport WP. Conseil ISR (janvier 2010). Archivé de l'original le 21 août 2011.
  3. Mesure chromatographique en phase gazeuse des concentrations massiques d'hydrocarbures : méthane, éthane, éthylène, propane, propylène, butane, alpha-butylène, isopentane dans l'air de la zone de travail. Consignes méthodiques. MUK 4.1.1306-03 (approuvé par le médecin hygiéniste en chef de la Fédération de Russie le 30 mars 2003)
  4. «Croissance et développement des plantes» V. V. Chub (indéfini) (lien indisponible). Récupéré le 21 janvier 2007. Archivé le 20 janvier 2007.
  5. "Retarder la perte des aiguilles des arbres de Noël"
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Parmi les maraîchers engagés professionnellement dans la culture et la fourniture de cultures agricoles, il est d'usage de récolter les fruits qui n'ont pas dépassé le stade de maturation. Cette approche permet de conserver les légumes et les fruits plus longtemps et de les transporter sans problème sur de longues distances. Étant donné qu'il est peu probable que les bananes vertes ou, par exemple, les tomates soient très demandées par le consommateur moyen et que la maturation naturelle peut prendre beaucoup de temps, des gaz sont utilisés pour accélérer le processus. éthylène Et acétylène. À première vue, cette approche peut prêter à confusion, mais en examinant la physiologie du processus, il devient clair pourquoi les maraîchers modernes utilisent activement une telle technologie.

Hormone de maturation gazeuse pour légumes et fruits

L'influence de gaz spécifiques sur le taux de maturation des cultures a été remarquée pour la première fois par le botaniste russe Dmitri Nelyubov, qui, au début du 20e siècle. déterminé une certaine dépendance de la « maturité » des citrons à l'atmosphère de la pièce. Il s'est avéré que dans les entrepôts dotés d'un ancien système de chauffage, peu étanche à l'air et permettant à la vapeur de s'échapper dans l'atmosphère, les citrons mûrissaient beaucoup plus rapidement. Grâce à une simple analyse, il a été constaté que cet effet était obtenu grâce à l'éthylène et à l'acétylène contenus dans la vapeur émanant des canalisations.

Au début, une telle découverte a été privée de l'attention voulue de la part des entrepreneurs ; seuls de rares innovateurs ont tenté de saturer leurs installations de stockage en gaz éthylène pour améliorer la productivité. Seulement au milieu du 20e siècle. L'« hormone gazeuse » pour les légumes et les fruits a été adoptée par des entreprises assez grandes.

Pour mettre en œuvre la technologie, on utilise généralement des bouteilles dont le système de vannes vous permet d'ajuster avec précision le débit de gaz et d'atteindre la concentration requise dans la pièce. Il est très important que dans ce cas, l'air ordinaire, qui contient de l'oxygène, le principal agent oxydant des produits agricoles, soit évacué de l'installation de stockage. À propos, la technologie consistant à remplacer l'oxygène par une autre substance est activement utilisée pour augmenter la durée de conservation non seulement des fruits, mais également d'autres produits alimentaires - viande, poisson, fromages, etc. L'azote et le dioxyde de carbone sont utilisés à cette fin, comme indiqué en détail.

Pourquoi le gaz éthylène est-il appelé gaz « banane » ?

Ainsi, l'environnement éthylène vous permet d'accélérer le processus de maturation des légumes et des fruits. Mais pourquoi cela se produit-il ? Le fait est que pendant le processus de maturation, de nombreuses cultures libèrent une substance spéciale, l'éthylène, qui, lorsqu'elle pénètre dans le environnement, affecte non seulement la source d’émission elle-même, mais aussi ses voisines.

c'est ainsi que les pommes aident à mûrir

Chaque type de fruit produit différentes quantités hormone de maturation. Les plus grandes différences à cet égard sont :

  • pommes;
  • poires;
  • abricots;
  • bananes.

Ces derniers entrent dans notre pays sur une distance considérable et ne sont donc pas transportés sous forme mûre. Pour que les peaux de banane acquièrent leur couleur jaune vif naturelle, de nombreux entrepreneurs les placent dans une chambre spéciale remplie d'éthylène. Le cycle d'un tel traitement dure en moyenne 24 heures, après quoi les bananes reçoivent une sorte d'impulsion pour une maturation accélérée. Il est intéressant de noter que sans une telle procédure, le fruit préféré de nombreux enfants et adultes restera très longtemps à l'état semi-mûr. Par conséquent, le gaz « banane » est tout simplement nécessaire dans ce cas.

envoyé pour mûrissement

Méthodes pour créer la concentration de gaz requise dans la chambre de stockage des fruits

Il a déjà été noté ci-dessus que pour garantir la concentration requise d'éthylène/acétylène dans le local de stockage des légumes et des fruits, des bouteilles de gaz sont généralement utilisées. Afin d’économiser de l’argent, certains maraîchers ont parfois recours à une autre méthode. Dans la pièce où se trouvent les fruits, on place un morceau de carbure de calcium sur lequel de l'eau coule à raison de 2 à 3 gouttes/heure. Par conséquent réaction chimique L'acétylène est libéré, remplissant progressivement l'atmosphère interne.

Cette méthode « à l'ancienne », bien que séduisante par sa simplicité, est plus typique des ménages privés, car elle ne permet pas d'atteindre la concentration exacte de gaz dans la pièce. Ainsi, dans les moyennes et grandes entreprises, où il est important de calculer pour chaque culture quantité requise« hormone gazeuse », des installations à ballons sont souvent utilisées.

Formation correcte environnement gazeux joue un rôle énorme dans le stockage et la production alimentaire, permettant une amélioration apparence produit, son qualités gustatives et augmenter la durée de conservation. Apprenez-en davantage sur les méthodes de conditionnement et de stockage des produits dans une série d'articles sur les mélanges de gaz alimentaires, et vous pourrez commander ces produits en sélectionnant le gaz requis et, si vous le souhaitez, en recevant des conseils sur sa bonne utilisation.

Histoire de la découverte de l'éthylène

L'éthylène a été obtenu pour la première fois par le chimiste allemand Johann Becher en 1680 par l'action de l'huile de vitriol (H 2 SO 4) sur l'alcool (éthylique) du vin (C 2 H 5 OH).

CH 3 -CH 2 -OH+H 2 SO 4 →CH 2 =CH 2 +H 2 O

Au début, il a été identifié avec « l’air inflammable », c’est-à-dire l’hydrogène. Plus tard, en 1795, l'éthylène fut obtenu de manière similaire par les chimistes hollandais Deyman, Potts van Truswyk, Bond et Lauerenburg et le décrivèrent sous le nom de « gaz de pétrole », car ils découvrirent la capacité de l'éthylène à ajouter du chlore pour former un gaz huileux. liquide - chlorure d'éthylène ("chimistes pétroliers néerlandais") (Prokhorov, 1978).

L'étude des propriétés de l'éthylène, de ses dérivés et homologues a débuté au milieu du XIXe siècle. Commencer utilisation pratique Ces composés ont été fondés sur les études classiques d'A.M. Butlerov et ses étudiants dans le domaine des composés insaturés et en particulier la création par Butlerov de la théorie de la structure chimique. En 1860, il prépara l'éthylène par action du cuivre sur l'iodure de méthylène, établissant ainsi la structure de l'éthylène.

En 1901, Dmitry Nikolaevich Nelyubov a cultivé des pois dans un laboratoire de Saint-Pétersbourg, mais les graines ont produit des pousses tordues et raccourcies, dont le sommet était plié avec un crochet et ne se courbait pas. Dans la serre et à l'air frais, les plants étaient uniformes, hauts et le sommet a rapidement redressé le crochet à la lumière. Nelyubov a suggéré que le facteur provoquant l'effet physiologique était l'air du laboratoire.

A cette époque, les locaux étaient éclairés au gaz. Le même gaz brûlait dans les lampadaires, et on a remarqué il y a longtemps qu'en cas d'accident dans le gazoduc debout à proximité En cas de fuite de gaz, les arbres jaunissent prématurément et perdent leurs feuilles.

Le gaz d'éclairage contenait une variété de matière organique. Pour éliminer les impuretés du gaz, Nelyubov l'a fait passer dans un tube chauffé contenant de l'oxyde de cuivre. Dans l'air « purifié », les plants de pois se sont développés normalement. Afin de découvrir quelle substance provoque la réponse des plants, Nelyubov a ajouté tour à tour divers composants du gaz éclairant et a découvert que l'ajout d'éthylène provoque :

1) croissance plus lente en longueur et épaississement de la plantule,

2) anse apicale « non fléchissante »,

3) Changer l'orientation du plant dans l'espace.

Cette réponse physiologique des semis était appelée triple réponse à l’éthylène. Les pois se sont révélés si sensibles à l'éthylène qu'ils ont commencé à être utilisés dans des biotests pour déterminer de faibles concentrations de ce gaz. On a vite découvert que l’éthylène provoque également d’autres effets : chute des feuilles, maturation des fruits, etc. Il s'est avéré que les plantes elles-mêmes sont capables de synthétiser de l'éthylène, c'est-à-dire l'éthylène est une phytohormone (Petushkova, 1986).

Propriétés physiqueséthylène

Éthylène- organique composé chimique, décrit par la formule C 2 H 4. C'est l'alcène le plus simple ( oléfine).

L'éthylène est un gaz incolore à légère odeur sucrée d'une densité de 1,178 kg/m³ (plus léger que l'air), son inhalation a un effet narcotique sur l'homme. L'éthylène se dissout dans l'éther et l'acétone, beaucoup moins dans l'eau et l'alcool. Forme un mélange explosif lorsqu'il est mélangé à l'air

Il durcit à –169,5°C et fond dans les mêmes conditions de température. L'éthylène bout à –103,8°C. S'enflamme lorsqu'il est chauffé à 540°C. Le gaz brûle bien, la flamme est lumineuse, avec de faibles suies. Arrondi masse molaire substances - 28 g/mol. Troisième et quatrième représentants série homologue l'éthylène sont également des substances gazeuses. Les propriétés physiques du cinquième alcène et des suivants sont différentes ; ils sont liquides et solides.

Production d'éthylène

Les principales méthodes de production d'éthylène :

Déshydrohalogénation d'alcanes halogénés sous l'influence de solutions alcooliques d'alcalis

CH 3 -CH 2 -Br + KOH → CH 2 = CH 2 + KBr + H 2 O;

Déshalogénation des alcanes dihalogénés sous l'influence de métaux actifs

Cl-CH 2 -CH 2 -Cl + Zn → ZnCl 2 + CH 2 = CH 2;

Déshydratation de l'éthylène en le chauffant avec de l'acide sulfurique (t > 150 °C) ou en faisant passer sa vapeur sur un catalyseur

CH 3 -CH 2 -OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O;

Déshydrogénation de l'éthane par chauffage (500C) en présence d'un catalyseur (Ni, Pt, Pd)

CH 3 -CH 3 → CH 2 = CH 2 + H 2.

Propriétés chimiqueséthylène

L'éthylène est caractérisé par des réactions qui se déroulent par le mécanisme d'addition électrophile, de substitution radicalaire, d'oxydation, de réduction et de polymérisation.

1. Halogénation(addition électrophile) - l'interaction de l'éthylène avec des halogènes, par exemple avec le brome, dans laquelle l'eau bromée se décolore :

CH 2 = CH 2 + Br 2 = Br-CH 2 -CH 2 Br.

L'halogénation de l'éthylène est également possible lorsqu'il est chauffé (300C), dans ce cas la double liaison ne se rompt pas - la réaction se déroule selon le mécanisme de substitution radicalaire :

CH 2 = CH 2 + Cl 2 → CH 2 = CH-Cl + HCl.

2. Hydrohalogénation- interaction de l'éthylène avec les halogénures d'hydrogène (HCl, HBr) avec formation d'alcanes halogénés :

CH 2 = CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl.

3. Hydratation- interaction de l'éthylène avec l'eau en présence d'acides minéraux (sulfurique, phosphorique) avec formation d'alcool monohydrique saturé - éthanol :

CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH.

Parmi les réactions d'addition électrophiles, on distingue l'addition acide hypochloreux(1), réactions hydroxy- Et alcoxymercuration(2, 3) (production de composés organomercuriels) et hydroboration (4):

CH 2 = CH 2 + HClO → CH 2 (OH)-CH 2 -Cl (1);

CH 2 = CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + H 2 O → CH 2 (OH)-CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (2) ;

CH 2 = CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + R-OH → R-CH 2 (OCH 3)-CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (3);

CH 2 = CH 2 + BH 3 → CH 3 -CH 2 -BH 2 (4).

Les réactions d'addition nucléophile sont typiques pour les dérivés de l'éthylène contenant des substituants attracteurs d'électrons. Parmi les réactions d'addition nucléophiles, une place particulière est occupée par les réactions d'addition d'acide cyanhydrique, d'ammoniac et d'éthanol. Par exemple,

2 SUR-CH = CH 2 + HCN → 2 SUR-CH 2 -CH 2 -CN.

4. oxydation. L'éthylène s'oxyde facilement. Si l’éthylène passe à travers une solution de permanganate de potassium, il se décolorera. Cette réaction est utilisée pour distinguer les composés saturés et insaturés. En conséquence, de l'éthylène glycol est formé

3CH 2 = CH 2 + 2KMnO 4 +4H 2 O = 3CH 2 (OH)-CH 2 (OH) +2MnO 2 + 2KOH.

À oxydation sévère l'éthylène avec une solution bouillante de permanganate de potassium dans un environnement acide, une rupture complète de la liaison (liaison σ) se produit avec formation d'acide formique et de dioxyde de carbone :

Oxydationéthylène oxygèneà 200C en présence de CuCl 2 et PdCl 2 conduit à la formation d'acétaldéhyde :

CH 2 = CH 2 +1/2O 2 = CH 3 -CH = O.

5. hydrogénation. À restauration L'éthylène produit de l'éthane, un représentant de la classe des alcanes. La réaction de réduction (réaction d'hydrogénation) de l'éthylène se déroule par un mécanisme radicalaire. La condition pour que la réaction se produise est la présence de catalyseurs (Ni, Pd, Pt), ainsi que le chauffage du mélange réactionnel :

CH 2 = CH 2 + H 2 = CH 3 -CH 3.

6. L'éthylène entre réaction de polymérisation. La polymérisation est le processus de formation d'un composé de haut poids moléculaire - un polymère - en se combinant les uns avec les autres en utilisant les principales valences des molécules de la substance originale de faible poids moléculaire - le monomère. La polymérisation de l'éthylène se produit sous l'action d'acides (mécanisme cationique) ou de radicaux (mécanisme radicalaire) :

n CH 2 = CH 2 = -(-CH 2 -CH 2 -) n -.

7. Combustion :

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

8. Dimérisation. Dimérisation- le processus de formation d'une nouvelle substance par combinaison de deux éléments structuraux (molécules, dont des protéines, ou particules) en un complexe (dimère) stabilisé par des liaisons faibles et/ou covalentes.

2CH 2 =CH 2 →CH 2 =CH-CH 2 -CH 3

Application

L'éthylène est utilisé dans deux catégories principales : comme monomère à partir duquel de grandes chaînes carbonées sont construites, et comme matière première pour d'autres composés à deux carbones. Les polymérisations sont des combinaisons répétées de nombreuses petites molécules d'éthylène en de plus grosses. Ce processus se produit lorsque hautes pressions et les températures. Les domaines d'application de l'éthylène sont nombreux. Le polyéthylène est un polymère particulièrement utilisé massivement dans la production de films d'emballage, de revêtements de fils et bouteilles en plastique. Une autre utilisation de l'éthylène comme monomère concerne la formation d'α-oléfines linéaires. L'éthylène est la matière première pour la préparation d'un certain nombre de composés à deux carbones tels que l'éthanol ( alcool technique), l'oxyde d'éthylène ( antigel, fibres et films polyester), acétaldéhyde et chlorure de vinyle. En plus de ces composés, l'éthylène et le benzène forment l'éthylbenzène, utilisé dans la production de plastiques et de caoutchouc synthétique. La substance en question est l’un des hydrocarbures les plus simples. Cependant, les propriétés de l’éthylène le rendent biologiquement et économiquement important.

Les propriétés de l'éthylène constituent une bonne base commerciale pour grande quantité matériaux organiques (contenant du carbone et de l’hydrogène). Des molécules d'éthylène simples peuvent être assemblées pour former du polyéthylène (ce qui signifie de nombreuses molécules d'éthylène). Le polyéthylène est utilisé pour fabriquer des plastiques. De plus, il peut être utilisé pour fabriquer détergents et lubrifiants synthétiques, qui représentent produits chimiques, utilisé pour réduire la friction. L'utilisation de l'éthylène pour produire du styrène est importante dans le processus de création de caoutchouc et d'emballages de protection. En outre, il est utilisé dans l'industrie de la chaussure, notamment des chaussures de sport, ainsi que dans la production de pneus de voiture. L’utilisation de l’éthylène est commercialement importante et le gaz lui-même est l’un des hydrocarbures les plus couramment produits dans le monde.

L'éthylène est utilisé dans la production de verre usage spécial pour l'industrie automobile.

Application technique l'éthylène et l'ampleur de sa production

SAMARA 2013

Examen sur la discipline

Liste des sources utilisées

1. Code fiscal Fédération de Russie(deuxième partie) du 5 août 2000 N 117-FZ (tel que modifié le 3 novembre 2010).

2. Sur l'approbation de formes unifiées de documentation comptable primaire pour l'enregistrement du travail et son paiement : Résolution du Comité national des statistiques de la Fédération de Russie du 5 janvier 2004 N 1.

3. Veshchunova N.L., Fomina L.F. Manuel d'auto-apprentissage en comptabilité et comptabilité fiscale - Saint-Pétersbourg : Prospect, 2010. - 560 p.

4. Radchenko M.G. 1C : Entreprise 8.1. Guide pratique développeur - Saint-Pétersbourg : Peter, 2007. - 512 p.

5. 1C : Entreprise 8.1 Configuration et administration. – M. : Entreprise « 1C », 2008. – 430 p.

"Théorie des processus chimiques de synthèse organique"

Option n°10

Complété par l'étudiant

3 cours, 2 groupes …………………………..

_______________________

(signature)

Superviseur

Professeur Nesterova T.N.

_______________________

(signature)

Emploi protégé

"___"___________2013

Grade________________

Mission pour travail d'essai

"Analyse théorique du procédé de production d'éthylène"

1. Examiner la littérature sur les domaines d'application technique de l'éthylène et l'échelle de sa production.

2. Passer en revue la littérature sur les méthodes de production d'éthylène, les méthodes d'isolation des gaz de contact et les perspectives de développement technologique.

3. Exécutez à plein analyse théorique procédé sélectionné pour produire de l'éthylène :

§ Stœchiométrie et calculs de matériaux.

§ Analyse thermochimique pour la transformation individuelle et pour le processus dans son ensemble.

§ Analyse thermodynamique qualitative et quantitative pour les transformations individuelles et pour le processus dans son ensemble.

§ Analyse cinétique qualitative et quantitative pour les transformations individuelles et pour le processus dans son ensemble.


1. Revue de la littérature……………………………………....3

1.1. Application technique de l'éthylène et échelle de sa production..…………................................................. ..... ......................3

2. Méthodes de production d'éthylène, méthodes pour l'isoler des masses réactionnelles et perspectives de développement technologique………………………………………………………5

3. Analyse théorique complète du procédé de production d'éthylène par pyrolyse du propane………………………………………………………………....16

3.1. Stœchiométrie et calculs de matériaux..…………….........16

3.2. Analyse thermochimique pour la transformation individuelle et pour le procédé dans son ensemble………………………………………………………16



3.3. Analyse thermodynamique complète de la production d'éthylène...23

3.4. Analyse cinétique complète du procédé…………..………32

Références………….....………………………………………………………………38


Éthylène(selon l'IUPAC : éthène) est un composé chimique organique décrit par la formule C 2 H 4 . C'est l'alcène le plus simple ( oléfine). L'éthylène n'est pratiquement jamais trouvé dans la nature. conditions normales- un gaz incolore et inflammable avec une légère odeur. Son point d'ébullition est de -103,8˚С et son point de congélation est de -169,5˚С. Dans l'air, il brûle avec une flamme légèrement lumineuse. Partiellement soluble dans l'eau (25,6 ml dans 100 ml d'eau à 0°C), l'éthanol (359 ml dans les mêmes conditions). Il est hautement soluble dans l'éther diéthylique et les hydrocarbures. Contient une double liaison et appartient donc aux hydrocarbures insaturés ou insaturés.

L'éthylène joue un rôle extrêmement important dans l'industrie et est également une phytohormone.

L'éthylène est une matière première très importante pour la fabrication d'un certain nombre de produits synthétiques, notamment l'alcool éthylique, l'oxyde d'éthylène (oxyde d'éthylène), l'éthylène glycol (antigel), etc. Il est partiellement utilisé dans le soudage autogène à la place de l'acétylène.

En Italie, en 1957, 100 000 tonnes d'éthylène ont été produites. La production d’éthylène en Allemagne avant la Seconde Guerre mondiale reposait sur des matières premières alimentaires et des produits issus de la transformation du charbon. En Allemagne, en 1943, environ 90 000 tonnes d'éthylène ont été produites. En 1957, 100 000 tonnes d'éthylène étaient produites en Allemagne. Dans le même temps, il y avait une tendance à se tourner vers les matières premières pétrolières. La production d'éthylène en Angleterre, qui s'élevait à environ 250 000 tonnes en 1957, repose sur le traitement de matières premières pétrolières. En France, en 1957, 32 000 tonnes d'éthylène ont été produites ; Les matières premières sont des gaz de cokerie et des produits de rodage de pétrole lourd. Au Japon, en 1957, environ 40 000 tonnes d'éthylène étaient produites à partir de matières premières pétrolières.

La production mondiale totale d'éthylène en 2005 était de 107 millions de tonnes et continue de croître de 4 à 6 % par an. La source de production industrielle d'éthylène est la pyrolyse de diverses matières premières d'hydrocarbures, par exemple l'éthane, le propane, le butane contenus dans les gaz associés issus de la production pétrolière ; à partir d'hydrocarbures liquides - fractions à faible indice d'octane de distillation directe du pétrole. De plus, la production mondiale totale d'éthylène en 2008 s'élevait à 113 millions de tonnes et continue de croître de 2 à 3 % par an.

Tableau 1. Le plus grand Entreprises russes- producteurs d'éthylène et de propylène.

Dans l'industrie de synthèse organique lourde, les procédés suivants de traitement chimique de l'éthylène sont les plus répandus : polymérisation, oxydation, oxosynthèse, chloration, nitration, hydratation, télomérisation et alkylation.

L'éthylène a été obtenu pour la première fois par le chimiste allemand Johann Becher en 1680 par l'action de l'huile de vitriol sur l'alcool du vin. Au début, il était identifié à « l’air inflammable », c’est-à-dire avec de l'hydrogène. Plus tard, en 1795, l'éthylène fut obtenu de manière similaire par les chimistes hollandais Deyman, Potts van Troostwyk, Bond et Lauerenburg et le décrivèrent sous le nom de « gaz de pétrole », car ils découvrirent la capacité de l'éthylène à ajouter du chlore pour former un gaz huileux. liquide - chlorure d'éthylène ("huile des chimistes néerlandais").

Dans l'industrie, différents procédés sont utilisés pour produire de l'éthylène : pyrolyse des paraffines légères et lourdes et des hydrocarbures naphténiques, hydrogénation de l'acétylène, déshydratation de l'alcool éthylique. De plus, l'éthylène est obtenu comme sous-produit de traitement thermique combustible solide, craquage thermique et catalytique du pétrole, etc.

2.1 Pyrolyse des hydrocarbures saturés

La principale méthode industrielle de production d’éthylène est la division thermique à haute température (pyrolyse) des hydrocarbures saturés.

Selon le mode d'apport de chaleur, on distingue les procédés suivants : a) pyrolyse dans des fours tubulaires ; b) pyrolyse homogène ; c) pyrolyse autothermique ; d) avec un liquide de refroidissement solide.

C 2 H 6 ↔C 2 H 4 +H 2 (III.1)

C 3 H 8 ↔C 2 H 4 +CH 4 (III.2b)

C 4 H 10 ↔2C 2 H 4 +H 2 (III.3b)

C 4 H 10 ↔C 2 H 4 +C 2 H 6 (III.3g)

Des diagrammes schématiques et des modes de divers processus de pyrolyse sont donnés dans le tableau.

2.2 Hydrogénation catalytique de l'acétylène en éthylène

Un procédé industriel de production d'éthylène par hydrogénation de l'acétylène a été développé.

C 2 H 2 +H 2 ↔C 2 H 4 +Qp

Température optimale procédé 180-320° selon l'activité du catalyseur.

Diagramme schématique l'installation est illustrée à la Fig. 1

L'acétylène obtenu à partir de carbure de calcium (pureté 98-99%) est comprimé dans un compresseur 1 à 1,5-2 atm, refroidi dans le réfrigérateur 2 et nettoyé avec un adsorbant solide (gel d'aluminium) dans l'adsorbeur 3 des vapeurs d'huile, car cette dernière est un poison pour catalyseur. L'hydrogène obtenu à partir de l'unité de séparation des gaz (pureté 96-98 %) est comprimé dans le compresseur 4, refroidi dans le réfrigérateur 5, séché et purifié des vapeurs d'huile dans l'adsorbeur 6. Le préchauffage de l'hydrogène et de l'acétylène est effectué en utilisant la chaleur des réactions soit dans réacteur 7 ou dans des échangeurs de chaleur déportés. La température optimale dans le réacteur est maintenue automatiquement par un apport continu d'eau de refroidissement à l'échangeur thermique tubulaire du réacteur.

Le processus d'hydrogénation est réalisé avec des excès importants d'hydrogène. L'hydrogénation de l'acétylène est presque terminée. Le palladium supporté sur du gel de silice est utilisé comme catalyseur. La teneur en palladium du catalyseur ne dépasse pas

0,01% en poids. La durée de fonctionnement continu du catalyseur est d'environ un an.

2.3 Déshydratation de l'alcool éthylique

Pour obtenir des quantités relativement faibles d'éthylène (jusqu'à 3 000-5 000 t/an), la méthode de déshydratation de l'alcool éthylique peut être utilisée. Environ 15 000 tonnes d'éthylène ont été produites aux États-Unis en 1955 grâce à cette méthode.

La réaction de déshydratation de l'éthanol peut être exprimée par l'équation :

L'oxyde d'aluminium activé et les composés aluminium-silicium sont utilisés comme catalyseur. Le processus est effectué à 300-400°.

Schéma technologique les installations de déshydratation sont données plus haut.

Éthanol du réservoir 1 par la pompe 2 à travers l'échangeur de chaleur 3 dans le réacteur 4. La chaleur nécessaire est fournie à travers la paroi du réacteur par le douteram ou les fumées. Les produits de réaction, constitués d'éthylène, d'éther diéthylique, d'éthanol et d'eau, traversent l'échangeur de chaleur 3 et le condenseur 5, dans lesquels l'eau, l'éthanol et l'éther diéthylique sont condensés.

Dans la colonne 6 le mélange est divisé en phases gazeuse et liquide ; la phase gazeuse, constituée principalement d'éthylène, est envoyée au consommateur via des systèmes de séchage et de purification avec des absorbants solides. Le liquide est introduit dans la colonne 7 avec un condenseur à reflux 8, dans lequel il est séparé en produit supérieur (un mélange d'éthanol et d'éther diéthylique) et en produit inférieur (eau). Le produit supérieur est introduit dans le réacteur 4 et le produit inférieur est introduit dans l'absorbeur 6 par la pompe 9. Dans ce cas, pratiquement transformation complète l'éthanol en éthylène.

Le processus de production d'éthylène par déshydratation de l'éthanol sous pression a été étudié expérimentalement. L'éthanol a été fourni à l'usine pilote par une pompe à une pression de 33 atm à travers un réacteur rempli d'oxyde d'aluminium activé. L'augmentation de la pression est due à la nécessité d'augmenter la température à 425°. Le rendement en éthylène atteint 95 % et la pureté du produit obtenu est de 99 %.

2.4 Production d'éthylène à partir de gaz de raffinerie

Les gaz issus du craquage thermique et catalytique des huiles contiennent 2 à 2,5 % d’éthylène. La quantité d'éthylène produite par craquage thermique ne dépasse pas 0,15 % du total. pour les matières premières transformées et le craquage catalytique - 0,45 %. Par conséquent, une usine de séparation de gaz pour la production d'éthylène fonctionne généralement avec des matières premières qui sont un mélange de gaz de craquage et de gaz de pyrolyse de certains composants du même gaz de craquage (éthane, propane, propylène et parfois butane). Le schéma de production d'éthylène à partir de ces gaz est présenté ci-dessous dans le schéma fonctionnel, b. Les gaz des raffineries de pétrole subissent un système de purification et sont envoyés pour compression et pré-séchage. Avant compression, des gaz de pyrolyse contenant jusqu'à 30 à 35 % en volume sont ajoutés à ce flux. Éthylène. Après compression, séparation préalable des hydrocarbures lourds et séchage en profondeur, le mélange est envoyé en séparation gazeuse. Le produit cible de la séparation des gaz est l'éthylène, parfois des mélanges de propylène et de butane-butylène, et des hydrocarbures saturés - éthane et propane - sont renvoyés vers l'unité de pyrolyse.

L'une des principales matières premières pour la production d'éthylène est gaz naturels.

Un organigramme du processus de production d'éthylène à partir de gaz naturel est présenté dans le diagramme A :