S priateľom je dvojité spojenie.


1. Fyzikálne vlastnosti

Etylén je bezfarebný plyn so slabým príjemným zápachom. Je o niečo ľahší ako vzduch. Je mierne rozpustný vo vode, ale rozpustný v alkohole a iných organických rozpúšťadlách.

2. Štruktúra

Molekulový vzorec C 2 H 4. Štruktúrne a elektrónové vzorce:


3. Chemické vlastnosti

Na rozdiel od metánu je etylén chemicky dosť aktívny. Vyznačuje sa adičnými reakciami v mieste dvojitej väzby, polymerizačnými reakciami a oxidačnými reakciami. V tomto prípade sa jedna z dvojitých väzieb preruší a na jej mieste zostane jednoduchá jednoduchá väzba a vďaka uvoľneným valenciám sa pridajú ďalšie atómy alebo atómové skupiny. Pozrime sa na to pomocou príkladov niektorých reakcií. Keď etylén prechádza do brómovej vody (vodný roztok brómu), táto sa zafarbí v dôsledku interakcie etylénu s brómom za vzniku dibrómetánu (etylénbromidu) C2H4Br2:

Ako je zrejmé z diagramu tejto reakcie, nedochádza tu k nahradeniu atómov vodíka atómami halogénu, ako je to v nasýtených uhľovodíkoch, ale k adícii atómov brómu v mieste dvojitej väzby. Etylén tiež ľahko odfarbí do fialova vodný roztok s manganistanom draselným KMnO 4 aj pri bežných teplotách. Samotný etylén sa oxiduje na etylénglykol C 2 H 4 (OH) 2. Tento proces možno znázorniť nasledujúcou rovnicou:

  • 2KMnO 4 -> K 2 MnO 4 + MnO 2 + 2O

Reakcie etylénu s brómom a manganistanom draselným slúžia na otváranie nenasýtených uhľovodíkov. Metán a iné nasýtené uhľovodíky, ako už bolo uvedené, neinteragujú s manganistanom draselným.

Etylén reaguje s vodíkom. Takže keď sa zmes etylénu a vodíka zahrieva v prítomnosti katalyzátora (niklový, platinový alebo paládiový prášok), spoja sa za vzniku etánu:

Reakcie, pri ktorých sa k látke pridáva vodík, sa nazývajú hydrogenačné alebo hydrogenačné reakcie. Hydrogenačné reakcie majú veľký praktický význam. Pomerne často sa používajú v priemysle. Na rozdiel od metánu horí etylén na vzduchu vírivým plameňom, pretože obsahuje viac uhlíka ako metánu. Preto nie všetok uhlík horí naraz a jeho častice sa veľmi zahrievajú a žiaria. Tieto častice uhlíka sa potom spália vo vonkajšej časti plameňa:

  • C2H4 + 302 = 2C02 + 2H20

Etylén, podobne ako metán, tvorí so vzduchom výbušné zmesi.


4. Potvrdenie

Etylén sa v prírode nevyskytuje, s výnimkou drobných nečistôt v zemnom plyne. V laboratórnych podmienkach sa etylén zvyčajne vyrába pôsobením koncentrovanej kyseliny sírovej na etylalkohol pri zahrievaní. Tento proces možno znázorniť nasledujúcou súhrnnou rovnicou:

Počas reakcie sa od molekuly alkoholu odčítajú prvky vody a obe odstránené valencie sa navzájom nasýtia, čím sa vytvorí dvojitá väzba medzi atómami uhlíka. Na priemyselné účely sa etylén získava z veľké množstvá z ropných krakovacích plynov.


5. Aplikácia

IN moderný priemysel etylén sa pomerne široko používa na syntézu etylalkoholu a výrobu dôležitých polymérnych materiálov (polyetylén atď.), ako aj na syntézu iných organických látok. Veľmi zaujímavou vlastnosťou etylénu je urýchlenie dozrievania mnohých zeleninových a záhradných plodov (paradajky, melóny, hrušky, citróny atď.). Pomocou toho je možné plody prepravovať ešte zelené a potom ich priviesť do zrelého stavu už na mieste spotreby vynesením do ovzdušia skladovacie zariadenia malé množstvo etylénu.

Z etylénu sa vyrába vinylchlorid a polyvinylchlorid, butadién a syntetické kaučuky, etylénoxid a polyméry na jeho báze, etylénglykol atď.


Poznámky

Zdroje

  • F. A. Derkach "Chémia" L. 1968
? V ? Fytohormóny
? V ? Uhľovodíky

Obsahuje dvojitú väzbu, a preto patrí medzi nenasýtené alebo nenasýtené uhľovodíky. Hrá extrémne dôležitá úloha v priemysle a je tiež fytohormónom. Etylén je celosvetovo najviac vyrábaná organická zlúčenina; všeobecný svetovej produkcie etylénu v roku 2008 predstavoval 113 miliónov ton a naďalej rastie o 2-3% ročne. Etylén má narkotický účinok. Trieda nebezpečnosti – štvrtá.

Potvrdenie

Etylén sa začal vo veľkej miere používať ako monomér pred druhou svetovou vojnou kvôli potrebe získať vysokokvalitný izolačný materiál, ktorý by mohol nahradiť polyvinylchlorid. Po vyvinutí metódy polymerizácie etylénu pod vysokým tlakom a štúdiu dielektrických vlastností výsledného polyetylénu sa začala jeho výroba, najskôr v Spojenom kráľovstve a neskôr v ďalších krajinách.

Hlavnou priemyselnou metódou výroby etylénu je pyrolýza kvapalných ropných destilátov alebo nižšie nasýtených uhľovodíkov. Reakcia sa uskutočňuje v rúrových peciach pri +800-950 °C a tlaku 0,3 MPa. Keď sa ako surovina použije primárny benzín, výťažok etylénu je približne 30 %. Súčasne s etylénom vzniká aj značné množstvo kvapalných uhľovodíkov vrátane aromatických. Pri pyrolýze plynového oleja je výťažok etylénu približne 15-25%. Najvyšší výťažok etylénu – až 50 % – sa dosahuje pri použití nasýtených uhľovodíkov ako surovín: etánu, propánu a butánu. Ich pyrolýza sa uskutočňuje v prítomnosti vodnej pary.

Pri opustení výroby, počas operácií účtovania komodít, pri kontrole súladu s regulačnou a technickou dokumentáciou sa vzorky etylénu odoberajú podľa postupu opísaného v GOST 24975.0-89 „Etylén a propylén. Metódy odberu vzoriek." Vzorky etylénu sa môžu odoberať v plynnej aj skvapalnenej forme pomocou špeciálnych vzorkovníkov v súlade s GOST 14921.

Etylén vyrábaný priemyselne v Rusku musí spĺňať požiadavky stanovené v GOST 25070-2013 „Etylén. Technické podmienky“.

Výrobná štruktúra

V súčasnosti v štruktúre výroby etylénu 64 % pochádza z veľkých pyrolýznych jednotiek, ~ 17 % z malých plynových pyrolýznych jednotiek, ~ 11 % z pyrolýzy benzínu a 8 % z pyrolýzy etánu.

Aplikácia

Etylén je hlavným produktom základnej organickej syntézy a používa sa na výrobu nasledujúcich zlúčenín (uvedených v abecednom poradí):

  • Dichlóretán / vinylchlorid (3. miesto, 12 % z celkového objemu);
  • Etylénoxid (2. miesto, 14-15% z celkového objemu);
  • Polyetylén (1. miesto, do 60% z celkového objemu);

Etylén zmiešaný s kyslíkom sa používal v medicíne na anestéziu až do polovice 80. rokov 20. storočia v ZSSR a na Blízkom východe. Etylén je fytohormón takmer vo všetkých rastlinách, okrem iného je zodpovedný za opadávanie ihličia ihličnanov.

Elektronická a priestorová štruktúra molekuly

Atómy uhlíka sú v druhom valenčnom stave (hybridizácia sp2). V dôsledku toho sa v rovine pod uhlom 120° vytvoria tri hybridné oblaky, ktoré tvoria tri σ väzby s uhlíkom a dvoma atómami vodíka; P-elektrón, ktorý sa nezúčastnil hybridizácie, tvorí π-väzbu v kolmej rovine s p-elektrónom susedného atómu uhlíka. To vytvára dvojitú väzbu medzi atómami uhlíka. Molekula má rovinnú štruktúru.

Základné chemické vlastnosti

Etylén je chemicky aktívna látka. Keďže medzi atómami uhlíka v molekule je dvojitá väzba, jedna z nich, ktorá je menej pevná, sa ľahko rozbije a v mieste prerušenia väzby dochádza k prichyteniu, oxidácii a polymerizácii molekúl.

  • Halogenácia:
CH2 = CH2 + Br2 → CH2Br - CH2Br + D (\displaystyle (\mathsf (CH_(2)(\text(=))CH_(2)+Br_(2)\šípka vpravo CH_(2)Br(\text(-))CH_(2)Br+D))) Brómová voda sa zafarbí. Ide o kvalitatívnu reakciu na nenasýtené zlúčeniny.
  • Hydrogenácia:
CH2 = CH2 + H2 → N i CH3 - CH3 (\displaystyle (\mathsf (CH_(2)(\text(=))CH_(2)+H_(2)(\xšípka doprava[()] (Ni))CH_(3)(\text(-))CH_(3))))
  • Hydrohalogenácia:
CH 2 = CH 2 + H Br → CH 3 CH 2 B r (\displaystyle (\mathsf (CH_(2)(\text(=))CH_(2)+HBr\rightarrow CH_(3)CH_(2)Br )))
  • Hydratácia:
CH2 = CH2 + H2O → H + CH3CH20H (\displaystyle (\mathsf (CH_(2)(\text(=))CH_(2)+H_(2)O(\xšípka vpravo[( )](H^(+)))CH_(3)CH_(2)OH))) Túto reakciu objavil A.M. Butlerov a používa sa na priemyselnú výrobu etylalkoholu.
  • Oxidácia:
Etylén ľahko oxiduje. Ak etylén prechádza cez roztok manganistanu draselného, ​​zmení sa farba. Táto reakcia sa používa na rozlíšenie medzi nasýtenými a nenasýtenými zlúčeninami. Výsledkom je etylénglykol. Reakčná rovnica: 3 CH 2 = CH 2 + 2 K M n O 4 + 4 H 2 O → CH 2 O H - CH 2 O H + 2 M n O 2 + 2 K O H (\displaystyle (\mathsf (3CH_(2)(\text(=) ))CH_(2)+2KMnO_(4)+4H_(2)O\šípka vpravo CH_(2)OH(\text(-))CH_(2)OH+2MnO_(2)+2KOH)))
  • Spaľovanie:
CH 2 = CH 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)))
  • Polymerizácia (výroba polyetylénu):
n CH2 = CH2 → (- CH2 - CH2 -) n (\displaystyle (\mathsf (nCH_(2)(\text(=))CH_(2)\šípka doprava ((\text(-))CH_ (2)(\text(-))CH_(2)(\text(-)))_(n)))) 2 CH 2 = CH 2 → CH 2 = CH - CH 2 - CH 3 (\displaystyle (\mathsf (2CH_(2)(\text(=))CH_(2)\šípka vpravo CH_(2)(\text(= ))CH(\text(-))CH_(2)(\text(-))CH_(3))))

Biologická úloha

Medzi najznámejšie funkcie etylénu patrí rozvoj takzvanej trojitej odpovede u etiolovaných (pestovaných v tme) semenáčikov pri ošetrení týmto hormónom. Trojitá odpoveď zahŕňa tri reakcie: skrátenie a zhrubnutie hypokotylu, skrátenie koreňa a zosilnenie apikálneho háku (ostré ohnutie hornej časti hypokotylu). Reakcia sadeníc na etylén je mimoriadne dôležitá v prvých fázach ich vývoja, pretože podporuje prenikanie sadeníc smerom k svetlu.

Komerčný zber ovocia a ovocia využíva špeciálne miestnosti alebo komory na dozrievanie ovocia, do atmosféry ktorých sa vstrekuje etylén zo špeciálnych katalytických generátorov, ktoré z tekutého etanolu vyrábajú plynný etylén. Typicky sa na stimuláciu dozrievania ovocia používa koncentrácia etylénového plynu v atmosfére komory 500 až 2000 ppm počas 24 až 48 hodín. S viac vysoká teplota vzduchu a vyššej koncentrácie etylénu vo vzduchu dochádza k rýchlejšiemu dozrievaniu plodov. Dôležité je však zabezpečiť kontrolu obsahu oxidu uhličitého v atmosfére komory, pretože vysokoteplotné zrenie (pri teplotách nad 20 stupňov Celzia) alebo zrenie s vysokou koncentráciou etylénu vo vzduchu komory vedie k prudké zvýšenie uvoľňovania oxidu uhličitého pri rýchlo dozrievajúcich plodoch, niekedy až o 10%, oxid uhličitý vo vzduchu 24 hodín po začiatku dozrievania, čo môže viesť k otrave oxidom uhličitým u pracovníkov zberajúcich už dozreté plody, ako aj plodov sami.

Odvtedy sa na stimuláciu dozrievania ovocia používa etylén Staroveký Egypt. Starí Egypťania zámerne škrabali alebo jemne drvili datle, figy a iné ovocie, aby stimulovali ich dozrievanie (poškodenie tkaniva stimuluje produkciu etylénu rastlinnými tkanivami). Starí Číňania tam pálili drevené vonné tyčinky alebo vonné sviečky v interiéri na stimuláciu dozrievania broskýň (pri horení sviečok alebo dreva sa uvoľňuje nielen oxid uhličitý, ale aj nedostatočne oxidovaný medziprodukty spaľovanie vrátane etylénu). V roku 1864 sa zistilo, že unikajúci zemný plyn z pouličných lámp spôsobil, že okolité rastliny spomalili svoj rast do dĺžky, skrútili ich, abnormálne zhrubli stonky a korene a urýchlili dozrievanie ovocia. V roku 1901 ruský vedec Dmitrij Nelyubov ukázal, že aktívnou zložkou zemného plynu, ktorá spôsobuje tieto zmeny, nie je jeho hlavná zložka, metán, ale v malých množstvách prítomný etylén. Neskôr v roku 1917 Sarah Dubt dokázala, že etylén stimuluje predčasné opadávanie listov. Avšak až v roku 1934 Hein zistil, že samotné rastliny syntetizujú endogénny etylén. . V roku 1935 Crocker navrhol, že etylén je rastlinný hormón zodpovedný za fyziologickú reguláciu dozrievania ovocia, ako aj starnutie rastlinných vegetatívnych tkanív, opadávanie listov a inhibíciu rastu.

Cyklus biosyntézy etylénu začína premenou aminokyseliny metionínu na S-adenosyl-metionín (SAMe) enzýmom metionín adenozyltransferáza. S-adenosyl-metionín sa potom prevedie na kyselinu 1-aminocyklopropán-1-karboxylovú (ACC, ACC) použitím enzýmu 1-aminocyklopropán-1-karboxylátsyntetázy (ACC syntetázy). Aktivita ACC syntetázy limituje rýchlosť celého cyklu, preto je regulácia aktivity tohto enzýmu kľúčová pri regulácii biosyntézy etylénu v rastlinách. Posledný stupeň biosyntézy etylénu vyžaduje prítomnosť kyslíka a nastáva pôsobením enzýmu aminocyklopropánkarboxylátoxidáza (ACC oxidáza), predtým známeho ako enzým tvoriaci etylén. Biosyntéza etylénu v rastlinách je indukovaná exogénnym aj endogénnym etylénom (pozit Spätná väzba). Aktivita ACC syntetázy a tým aj tvorba etylénu sa tiež zvyšuje, keď vysoké úrovne auxíny, najmä kyselina indoloctová a cytokiníny.

Etylénový signál v rastlinách je vnímaný najmenej piatimi rôznymi rodinami transmembránových receptorov, ktoré sú proteínovými dimérmi. Najmä etylénový receptor ETR 1 je známy u Arabidopsis ( Arabidopsis). Gény kódujúce receptory pre etylén boli klonované z Arabidopsis a potom z rajčiaka. Etylénové receptory sú kódované viacerými génmi v genómoch Arabidopsis aj rajčiakov. Mutácie v ktorejkoľvek z génovej rodiny, ktorá pozostáva z piatich typov etylénových receptorov v Arabidopsis a najmenej šiestich typov receptorov v paradajke, môžu viesť k necitlivosti rastlín na etylén a poruchám dozrievania, rastu a vädnutia rastlín. DNA sekvencie charakteristické pre gény etylénového receptora boli tiež nájdené v mnohých iných rastlinných druhoch. Navyše proteín viažuci etylén bol nájdený dokonca aj v cyanobaktériách.

Nepriaznivé vonkajšie faktory, ako je nedostatok kyslíka v atmosfére, povodeň, sucho, mráz, mechanické poškodenie (rana) rastliny, napadnutie patogénnymi mikroorganizmami, hubami alebo hmyzom, môže spôsobiť zvýšenú tvorbu etylénu v rastlinných pletivách. Napríklad pri záplavách korene rastlín trpia prebytkom vody a nedostatkom kyslíka (hypoxia), čo vedie k biosyntéze kyseliny 1-aminocyklopropán-1-karboxylovej v nich. ACC je potom transportovaný po dráhach v stonkách až k listom a v listoch je oxidovaný na etylén. Výsledný etylén podporuje epinastické pohyby, čo vedie k mechanickému striasaniu vody z listov, ako aj k vädnutiu a vypadávaniu listov, okvetných lístkov a plodov, čo umožňuje rastline súčasne sa zbaviť prebytočnej vody v tele a znížiť potrebu kyslík znížením celkovej hmoty tkanív.

Malé množstvá endogénneho etylénu sú tiež produkované v živočíšnych bunkách, vrátane ľudí, počas peroxidácie lipidov. Časť endogénneho etylénu sa potom oxiduje na etylénoxid, ktorý má schopnosť alkylovať DNA a proteíny vrátane hemoglobínu (tvorí špecifický adukt s N-terminálnym valínom hemoglobínu – N-hydroxyetyl-valínom). Endogénny etylénoxid môže tiež alkylovať guanínové bázy DNA, čo vedie k vytvoreniu 7-(2-hydroxyetyl)guanínového aduktu a je jedným z dôvodov prirodzeného rizika endogénnej karcinogenézy vo všetkých živých organizmoch. Endogénny etylénoxid je tiež mutagén. Na druhej strane existuje hypotéza, že ak by sa v tele nevytváralo malé množstvo endogénneho etylénu, a teda etylénoxidu, rýchlosť spontánnych mutácií a teda aj rýchlosť evolúcie by bola oveľa nižšia. .

Poznámky

  1. Devanny Michael T. Etylén(Angličtina) . SRI Consulting (september 2009). Archivované z originálu 21. augusta 2011.
  2. Etylén(Angličtina) . Správa WP. SRI Consulting (január 2010). Archivované z originálu 21. augusta 2011.
  3. Plynovochromatografické meranie hmotnostných koncentrácií uhľovodíkov: metánu, etánu, etylénu, propánu, propylénu, butánu, alfa-butylénu, izopentánu vo vzduchu pracovného priestoru. Metodické pokyny. MUK 4.1.1306-03 (Schválené hlavným štátnym sanitárom Ruskej federácie 30. marca 2003)
  4. "Rast a vývoj rastlín" V. V. Chub (nedefinované) (nedostupný odkaz). Získané 21. januára 2007. Archivované 20. januára 2007.
  5. "Odloženie straty ihličia na vianočný stromček"
  6. Khomchenko G.P. §16.6. Etylén a jeho homológy// Chémia pre tých, ktorí vstupujú na univerzity. - 2. vyd. - M.: Vyššia škola, 1993. - S. 345. - 447 s. - ISBN 5-06-002965-4.
  7. V. Sh. Feldblum. Dimerizácia a disproporcionácia olefínov. M.: Chémia, 1978
  8. Lin, Z.; Zhong, S.; Grierson, D. (2009). "Nedávne pokroky vo výskume etylénu." J. Exp. Bot. 60 (12): 3311-36. DOI:10.1093/jxb/erp204. PMID.
  9. Ethylene and Fruit Ripening / J Plant Growth Regul (2007) 26:143–159 doi:10.1007/s00344-007-9002-y (anglicky)

Medzi pestovateľmi zeleniny, ktorí sa profesionálne venujú pestovaniu a zásobovaniu poľnohospodárskych plodín, je zvykom zbierať plody, ktoré neprešli fázou dozrievania. Tento prístup vám umožňuje uchovávať zeleninu a ovocie dlhšie a bez problémov ich prepravovať na veľké vzdialenosti. Keďže je nepravdepodobné, že by o zelené banány alebo napríklad paradajky u priemerného spotrebiteľa bol vážny dopyt a prirodzené dozrievanie môže trvať dlho, na urýchlenie procesu sa používajú plyny. etylén A acetylén. Na prvý pohľad môže tento prístup spôsobiť zmätok, ale keď sa ponoríme do fyziológie procesu, je jasné, prečo moderní pestovatelia zeleniny aktívne používajú takúto technológiu.

Hormón dozrievania plynu pre zeleninu a ovocie

Vplyv špecifických plynov na rýchlosť dozrievania plodín si prvýkrát všimol ruský botanik Dmitrij Nelyubov, ktorý na začiatku 20. stor. určila určitú závislosť „zrelosti“ citrónov od atmosféry v miestnosti. Ukázalo sa, že v skladoch so starým vykurovacím systémom, ktorý nebol vysoko vzduchotesný a umožňoval únik pary do atmosféry, dozrievali citróny oveľa rýchlejšie. Jednoduchou analýzou sa zistilo, že tento efekt bol dosiahnutý vďaka etylénu a acetylénu, ktoré boli obsiahnuté v pare vychádzajúcej z potrubia.

Takýto objav bol najskôr zbavený náležitej pozornosti podnikateľov, iba vzácni inovátori sa pokúšali nasýtiť svoje skladovacie zariadenia etylénovým plynom, aby zvýšili produktivitu. Až v polovici 20. stor. „Plynový hormón“ pre zeleninu a ovocie prijali pomerne veľké podniky.

Na implementáciu technológie sa zvyčajne používajú fľaše, ktorých ventilový systém umožňuje presne nastaviť výstup plynu a dosiahnuť požadovanú koncentráciu v miestnosti. Je veľmi dôležité, aby sa v tomto prípade zo skladu vytlačil obyčajný vzduch, ktorý obsahuje kyslík, hlavné oxidačné činidlo pre poľnohospodárske produkty. Mimochodom, technológia nahradenia kyslíka inou látkou sa aktívne používa na zvýšenie trvanlivosti nielen ovocia, ale aj iných potravinárskych výrobkov - mäsa, rýb, syrov atď. Na tento účel sa používa dusík a oxid uhličitý, ako je podrobne uvedené.

Prečo sa etylénový plyn nazýva „banánový“ plyn?

Etylénové prostredie vám teda umožňuje urýchliť proces dozrievania zeleniny a ovocia. Ale prečo sa to deje? Faktom je, že počas procesu dozrievania mnohé plodiny uvoľňujú špeciálnu látku, ktorou je etylén, ktorý pri vstupe do životné prostredie, ovplyvňuje nielen samotný zdroj emisií, ale aj jeho susedov.

takto pomáhajú jablká pri dozrievaní

Každý druh ovocia produkuje rôzne množstvá hormón dozrievania. Najväčšie rozdiely v tomto smere sú:

  • jablká;
  • hrušky;
  • marhule;
  • banány.

Tie sa do našej krajiny dostávajú na značnú vzdialenosť, takže sa neprevážajú v zrelej forme. Aby banánové šupky získali svoju prirodzenú žiarivo žltú farbu, mnohí podnikatelia ich umiestňujú do špeciálnej komory, ktorá je naplnená etylénom. Cyklus takejto úpravy je v priemere 24 hodín, po ktorých banány dostávajú akýsi impulz k zrýchlenému dozrievaniu. Je zaujímavé, že bez takéhoto postupu zostane obľúbené ovocie mnohých detí a dospelých veľmi dlho v polozrelom stave. Preto je v tomto prípade „banánový“ plyn jednoducho potrebný.

poslaný na dozrievanie

Spôsoby vytvorenia požadovanej koncentrácie plynu v komore na skladovanie ovocia

Už bolo uvedené vyššie, že na zabezpečenie požadovanej koncentrácie etylénu/acetylénu v skladovacej miestnosti na zeleninu a ovocie sa zvyčajne používajú plynové fľaše. S cieľom ušetriť peniaze sa niektorí pestovatelia zeleniny niekedy uchýlia k inej metóde. V miestnosti s ovocím sa umiestni kúsok karbidu vápnika, na ktorý kvapká voda v intervaloch 2-3 kvapky/hod. Ako výsledok chemická reakcia Uvoľňuje sa acetylén, ktorý postupne napĺňa vnútornú atmosféru.

Táto „staromódna“ metóda, aj keď je atraktívna svojou jednoduchosťou, je typická skôr pre súkromné ​​domácnosti, pretože neumožňuje dosiahnuť presnú koncentráciu plynu v miestnosti. Preto v stredných a veľkých podnikoch, kde je dôležité kalkulovať pre každú plodinu požadované množstvo„plynový hormón“, často sa používajú balónové inštalácie.

Správna formácia plynné prostredie zohráva obrovskú úlohu pri skladovaní a výrobe potravín, čo umožňuje zlepšenie vzhľad produkt, jeho chuťové vlastnosti a zvýšiť trvanlivosť. Prečítajte si viac o spôsoboch balenia a skladovania produktov v sérii článkov o zmesiach potravinárskych plynov a tieto produkty si môžete objednať výberom požadovaného plynu a v prípade potreby aj poradenstvom o jeho správnom použití.

História objavu etylénu

Etylén prvýkrát získal nemecký chemik Johann Becher v roku 1680 pôsobením vitriolového oleja (H 2 SO 4) na vínny (etyl) alkohol (C 2 H 5 OH).

CH3-CH2-OH+H2S04 ->CH2=CH2+H20

Najprv bol identifikovaný ako „horľavý vzduch“, t.j. vodík. Neskôr, v roku 1795, získali etylén podobným spôsobom holandskí chemici Deyman, Potts van Truswyk, Bond a Lauerenburg a popísali ho pod názvom „ropný plyn“, pretože objavili schopnosť etylénu pridávať chlór za vzniku olejovej kvapalina - etylénchlorid („holandskí ropní chemici“) (Prokhorov, 1978).

Štúdium vlastností etylénu, jeho derivátov a homológov sa začalo v polovici 19. storočia. Štart praktické využitie Tieto zlúčeniny boli založené na klasických štúdiách A.M. Butlerova a jeho študentov v oblasti nenasýtených zlúčenín a najmä Butlerovovej tvorby teórie chemickej štruktúry. V roku 1860 pripravil etylén pôsobením medi na metylénjodid, čím stanovil štruktúru etylénu.

V roku 1901 Dmitrij Nikolajevič Nelyubov pestoval hrášok v laboratóriu v Petrohrade, ale semená produkovali skrútené skrátené klíčky, ktorých horná časť bola ohnutá háčikom a neohýbala sa. V skleníku a na čerstvom vzduchu boli sadenice rovnomerné, vysoké a vrchol na svetle rýchlo narovnal háčik. Nelyubov navrhol, že faktor spôsobujúci fyziologický účinok bol vo vzduchu laboratória.

V tom čase boli priestory osvetlené plynom. Rovnaký plyn horel v pouličných lampách a už dávno bolo zaznamenané, že pri havárii plynovodu stromy stojace pri úniku plynu predčasne zožltli a zhodili lístie.

Osvetľovací plyn obsahoval rôzne organickej hmoty. Na odstránenie nečistôt plynu ho Nelyubov prešiel cez vyhrievanú trubicu s oxidom medi. V „prečistenom“ vzduchu sa sadenice hrachu vyvíjali normálne. Aby sa zistilo, ktorá látka spôsobuje reakciu sadeníc, Nelyubov postupne pridal rôzne zložky osvetľovacieho plynu a zistil, že pridanie etylénu spôsobuje:

1) pomalší rast do dĺžky a zahusťovanie sadenice,

2) „neohýbajúca sa“ apikálna slučka,

3) Zmena orientácie sadenice v priestore.

Táto fyziologická reakcia sadeníc sa nazývala trojitá reakcia na etylén. Hrach sa ukázal byť natoľko citlivý na etylén, že sa začal používať v biotestoch na stanovenie nízkych koncentrácií tohto plynu. Čoskoro sa zistilo, že etylén spôsobuje aj iné účinky: opad listov, dozrievanie plodov atď. Ukázalo sa, že samotné rastliny sú schopné syntetizovať etylén, t.j. etylén je fytohormón (Petushkova, 1986).

Fyzikálne vlastnosti etylén

Etylén- organický chemická zlúčenina opísaný vzorcom C2H4. Je to najjednoduchší alkén ( olefín).

Etylén je bezfarebný plyn so slabým sladkým zápachom s hustotou 1,178 kg/m³ (ľahší ako vzduch), jeho vdýchnutie má na človeka narkotický účinok. Etylén sa rozpúšťa v éteri a acetóne, oveľa menej vo vode a alkohole. Po zmiešaní so vzduchom vytvára výbušnú zmes

Vytvrdzuje pri –169,5 °C a topí sa pri rovnakých teplotných podmienkach. Etén vrie pri –103,8 °C. Zapáli sa pri zahriatí na 540 °C. Plyn dobre horí, plameň je svietivý, so slabými sadzami. Zaokrúhlená molárna hmotnosť látky je 28 g/mol. Tretí a štvrtý zástupca homologická séria etén sú tiež plynné látky. Fyzikálne vlastnosti piateho a nasledujúcich alkénov sú rôzne, sú to kvapaliny a pevné látky.

Výroba etylénu

Hlavné spôsoby výroby etylénu:

Dehydrohalogenácia halogénovaných alkánov pod vplyvom alkoholových roztokov alkálií

CH3-CH2-Br + KOH -> CH2 = CH2 + KBr + H20;

Dehalogenácia dihalogénovaných alkánov pod vplyvom aktívnych kovov

Cl-CH2-CH2-Cl + Zn -» ZnCl2 + CH2 = CH2;

Dehydratácia etylénu jeho zahrievaním s kyselinou sírovou (t > 150˚C) alebo prechodom jeho pár cez katalyzátor

CH3-CH2-OH -» CH2 = CH2 + H20;

Dehydrogenácia etánu zahrievaním (500 C) v prítomnosti katalyzátora (Ni, Pt, Pd)

CH3-CH3 -> CH2 = CH2 + H2.

Chemické vlastnosti etylén

Etylén je charakterizovaný reakciami, ktoré prebiehajú mechanizmom elektrofilnej adície, radikálovej substitúcie, oxidácie, redukcie a polymerizácie.

1. Halogenácia(elektrofilná adícia) - interakcia etylénu s halogénmi, napríklad s brómom, pri ktorej sa brómová voda zafarbí:

CH2 = CH2 + Br2 = Br-CH2-CH2Br.

Halogenácia etylénu je možná aj pri zahriatí (300C), v tomto prípade sa dvojitá väzba nepreruší - reakcia prebieha podľa mechanizmu radikálovej substitúcie:

CH2 = CH2 + Cl2 -> CH2 = CH-CI + HCl.

2. Hydrohalogenácia- interakcia etylénu s halogenovodíkmi (HCl, HBr) za vzniku halogénovaných alkánov:

CH2 = CH2 + HCl -> CH3-CH2-CI.

3. Hydratácia- interakcia etylénu s vodou za prítomnosti minerálnych kyselín (sírová, fosforečná) za vzniku nasýteného jednosýtneho alkoholu - etanolu:

CH2 = CH2 + H20 -> CH3-CH2-OH.

Medzi elektrofilnými adičnými reakciami sa rozlišuje adícia kyselina chlórna(1), reakcie hydroxy- A alkoxymerkurácia(2, 3) (výroba organických zlúčenín ortuti) a hydroborácia (4):

CH2 = CH2 + HC10 -> CH2(OH)-CH2-CI (1);

CH2 = CH2+ (CH3COO)2Hg + H20 -> CH2(OH)-CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (2);

CH2 = CH2+ (CH3COO)2Hg + R-OH -» R-CH2(OCH3)-CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (3);

CH2 = CH2 + BH3 -> CH3-CH2-BH2 (4).

Nukleofilné adičné reakcie sú typické pre etylénové deriváty obsahujúce substituenty priťahujúce elektróny. Medzi nukleofilnými adičnými reakciami zaujímajú osobitné miesto adičné reakcie kyseliny kyanovodíkovej, amoniaku a etanolu. Napríklad,

2ON-CH = CH2+ HCN -> 2ON-CH2-CH2-CN.

4. oxidácia. Etylén ľahko oxiduje. Ak etylén prechádza cez roztok manganistanu draselného, ​​zmení sa farba. Táto reakcia sa používa na rozlíšenie medzi nasýtenými a nenasýtenými zlúčeninami. V dôsledku toho sa tvorí etylénglykol

3CH2 = CH2 + 2KMn04 + 4H20 = 3CH2(OH)-CH2(OH) + 2Mn02 + 2KOH.

O silná oxidácia etylénu s vriacim roztokom manganistanu draselného v kyslom prostredí dochádza k úplnému pretrhnutiu väzby (σ-väzba) za vzniku kyseliny mravčej a oxidu uhličitého:

Oxidácia etylén kyslík pri 200C v prítomnosti CuCl2 a PdCl2 vedie k tvorbe acetaldehydu:

CH2 = CH2+1/202 = CH3-CH = O.

5. hydrogenácia. O reštaurovanie Etylén produkuje etán, predstaviteľa triedy alkánov. Redukčná reakcia (hydrogenačná reakcia) etylénu prebieha radikálnym mechanizmom. Podmienkou prebehnutia reakcie je prítomnosť katalyzátorov (Ni, Pd, Pt), ako aj zahrievanie reakčnej zmesi:

CH2 = CH2 + H2 = CH3-CH3.

6. Etylén vstupuje polymerizačná reakcia. Polymerizácia je proces tvorby vysokomolekulárnej zlúčeniny – polyméru – vzájomným spojením s využitím hlavných valencií molekúl pôvodnej nízkomolekulovej látky – monoméru. Polymerizácia etylénu prebieha pôsobením kyselín (katiónový mechanizmus) alebo radikálov (radikálový mechanizmus):

nCH2 = CH2 = -(-CH2-CH2-)n-.

7. Spaľovanie:

C2H4 + 302 -> 2C02 + 2H20

8. Dimerizácia. Dimerizácia- proces vzniku novej látky spojením dvoch štruktúrnych prvkov (molekúl, vrátane bielkovín, alebo častíc) do komplexu (diméru) stabilizovaného slabými a/alebo kovalentnými väzbami.

2CH2=CH2->CH2=CH-CH2-CH3

Aplikácia

Etylén sa používa v dvoch hlavných kategóriách: ako monomér, z ktorého sú postavené veľké uhlíkové reťazce, a ako východiskový materiál pre iné dvojuhlíkové zlúčeniny. Polymerizácie sú opakované kombinácie mnohých malých molekúl etylénu do väčších. Tento proces prebieha pri vysokých tlakoch a teplotách. Oblasti použitia etylénu sú početné. Polyetylén je polymér, ktorý sa obzvlášť masívne používa pri výrobe obalových fólií, povlakov drôtov a plastové fľaše. Ďalšie použitie etylénu ako monoméru sa týka tvorby lineárnych a-olefínov. Etylén je východiskovým materiálom na prípravu mnohých dvojuhlíkových zlúčenín, ako je etanol ( technický lieh), etylénoxid ( nemrznúca zmes, polyesterové vlákna a fólie) acetaldehyd a vinylchlorid. Okrem týchto zlúčenín tvorí etylén a benzén etylbenzén, ktorý sa používa pri výrobe plastov a syntetického kaučuku. Predmetná látka je jedným z najjednoduchších uhľovodíkov. Vlastnosti etylénu ho však robia biologicky a ekonomicky významným.

Vlastnosti etylénu poskytujú dobrý komerčný základ pre veľká kvantita organické materiály (obsahujúce uhlík a vodík). Jednotlivé molekuly etylénu je možné spojiť, aby vytvorili polyetylén (čo znamená veľa molekúl etylénu). Polyetylén sa používa na výrobu plastov. Okrem toho sa dá použiť na výrobu detergenty a syntetické mazivá, ktoré predstavujú chemických látok, ktorý sa používa na zníženie trenia. Použitie etylénu na výrobu styrénu je dôležité v procese výroby gumy a ochranných obalov. Okrem toho sa používa v obuvníckom priemysle, najmä športovej obuvi, ako aj pri výrobe pneumatiky auta. Použitie etylénu je komerčne dôležité a samotný plyn je jedným z celosvetovo najčastejšie vyrábaných uhľovodíkov.

Etylén sa používa pri výrobe skla špeciálny účel pre automobilový priemysel.

Technická aplikácia etylén a rozsah jeho výroby

SAMARA 2013

Skúška z disciplíny

Zoznam použitých zdrojov

1. Daňový kód Ruská federácia(druhá časť) zo dňa 5. augusta 2000 N 117-FZ (v znení z 3. novembra 2010).

2. O schválení jednotných foriem primárnej účtovnej dokumentácie na evidenciu práce a jej úhradu: Uznesenie Štátneho výboru pre štatistiku Ruskej federácie zo dňa 5. januára 2004 N 1.

3. Veshchunova N.L., Fomina L.F. Samoobslužná príručka o účtovníctve a daňovom účtovníctve - Petrohrad: Prospekt, 2010. - 560 s.

4. Radčenko M.G. 1C: Podnik 8.1. Praktický sprievodca developer - Petrohrad: Peter, 2007. - 512 s.

5. 1C: Enterprise 8.1 Konfigurácia a správa. – M.: Firma „1C“, 2008. – 430 s.

"Teória chemických procesov organickej syntézy"

Možnosť č.10

Vykonáva ho študent

3 kurzy, 2 skupiny ………………………….

_______________________

(podpis)

Dozorca

Profesorka Nesterová T.N.

_______________________

(podpis)

Práca chránená

"___"____________2013

Známka_________________

Zadanie testu

"Teoretická analýza procesu výroby etylénu"

1. Preštudujte si literatúru o oblastiach technického využitia etylénu a rozsahu jeho výroby.

2. Preštudujte si literatúru o metódach výroby etylénu, metódach jeho izolácie z kontaktného plynu a perspektívach rozvoja technológie.

3. Vykonajte kompletnú teoretickú analýzu zvoleného procesu výroby etylénu:

§ Stechiometria a materiálové výpočty.

§ Termochemická analýza pre individuálnu transformáciu a pre proces ako celok.

§ Kvalitatívna a kvantitatívna termodynamická analýza pre jednotlivé transformácie a pre proces ako celok.

§ Kvalitatívna a kvantitatívna kinetická analýza pre jednotlivé transformácie a pre proces ako celok.


1. Literárny prehľad………………………………………....3

1.1. Technické využitie etylénu a rozsah jeho výroby.................................................................. ...................... 3

2. Spôsoby výroby etylénu, spôsoby jeho izolácie z reakčných hmôt a perspektívy technologického rozvoja………………………………………………………………5

3. Kompletná teoretická analýza procesu výroby etylénu pyrolýzou propánu………………………………………………………………………......16

3.1. Stechiometria a materiálové výpočty...........................16

3.2. Termochemická analýza pre individuálnu transformáciu a pre proces ako celok………………………………………………………………16



3.3. Kompletný termodynamický rozbor výroby etylénu...23

3.4. Úplná kinetická analýza procesu …………..………32

Referencie……………………………………………………………………………………………… 38


Etylén(podľa IUPAC: etén) je organická chemická zlúčenina opísaná vzorcom C2H4. Je to najjednoduchší alkén ( olefín). Etylén sa v prírode prakticky nevyskytuje.Za normálnych podmienok je to bezfarebný horľavý plyn so slabým zápachom. Jeho bod varu je -103,8˚С a bod tuhnutia -169,5˚С.Na vzduchu horí mierne žiarivým plameňom. Čiastočne rozpustný vo vode (25,6 ml v 100 ml vody pri 0 °C), etanole (359 ml za rovnakých podmienok). Je vysoko rozpustný v dietyléteri a uhľovodíkoch. Obsahuje dvojitú väzbu, a preto patrí medzi nenasýtené alebo nenasýtené uhľovodíky.

Etylén hrá v priemysle mimoriadne dôležitú úlohu a je tiež fytohormónom.

Etylén je veľmi dôležitou surovinou na výrobu množstva syntetických produktov, najmä etylalkoholu, etylénoxidu (etylénoxidu), etylénglykolu (nemrznúca zmes) atď. Čiastočne sa používa pri autogénnom zváraní namiesto acetylénu.

V Taliansku sa v roku 1957 vyrobilo 100 tisíc ton etylénu. Výroba etylénu v Nemecku pred druhou svetovou vojnou bola založená na potravinárskych surovinách a produktoch spracovania uhlia. V Nemecku sa v roku 1943 vyrobilo asi 90 tisíc ton etylénu. V roku 1957 sa v Nemecku vyrobilo 100 tisíc ton etylénu. Zároveň existovala tendencia prejsť na ropné suroviny. Výroba etylénu v Anglicku, ktorá v roku 1957 predstavovala asi 250 tisíc ton, je založená na spracovaní ropných surovín. Vo Francúzsku sa v roku 1957 vyrobilo 32 tisíc ton etylénu; Východiskovým materiálom sú koksárenské plyny a zábehové produkty ťažkého oleja. V Japonsku sa v roku 1957 vyrobilo asi 40 tisíc ton etylénu z ropných surovín.

Celková celosvetová produkcia etylénu v roku 2005 bola 107 miliónov ton a naďalej rastie o 4 – 6 % ročne. Zdrojom priemyselnej výroby etylénu je pyrolýza rôznych uhľovodíkových surovín, napríklad etánu, propánu, butánu obsiahnutých v pridružených plynoch z výroby ropy; z kvapalných uhľovodíkov - nízkooktánové frakcie priamej destilácie ropy. Rovnako ako celková svetová produkcia etylénu v roku 2008 predstavovala 113 miliónov ton a naďalej rastie o 2-3% ročne.

Tabuľka 1. Najväčší Ruské spoločnosti- výrobcovia etylénu a propylénu.

V priemysle ťažkej organickej syntézy sú najrozšírenejšie nasledujúce procesy chemického spracovania etylénu: polymerizácia, oxidácia, oxosyntéza, chlorácia, nitrácia, hydratácia, telomerizácia a alkylácia.

Etylén prvýkrát získal nemecký chemik Johann Becher v roku 1680 pôsobením vitriolu na vínny alkohol. Najprv bol identifikovaný ako „horľavý vzduch“, t.j. s vodíkom. Neskôr, v roku 1795, získali etylén podobným spôsobom holandskí chemici Deyman, Potts van Troostwyk, Bond a Lauerenburg a popísali ho pod názvom „ropný plyn“, pretože objavili schopnosť etylénu pridávať chlór za vzniku olejovej kvapalina – etylénchlorid („holandský olej“). chemici“).

V priemysle sa na výrobu etylénu používajú rôzne procesy: pyrolýza ľahkého a ťažkého parafínu a nafténových uhľovodíkov, hydrogenácia acetylénu, dehydratácia etylalkoholu. Okrem toho sa etylén získava ako vedľajší produkt z tepelné spracovanie tuhé palivo, tepelné a katalytické krakovanie ropy a pod.

2.1 Pyrolýza nasýtených uhľovodíkov

Hlavnou priemyselnou metódou výroby etylénu je vysokoteplotné tepelné štiepenie (pyrolýza) nasýtených uhľovodíkov

Podľa spôsobu dodávky tepla sa rozlišujú tieto procesy: a) pyrolýza v rúrových peciach; b) homogénna pyrolýza; c) autotermálna pyrolýza; d) s tuhou chladiacou kvapalinou.

C2H6↔C2H4+H2 (III.1)

C3H8↔C2H4+CH4 (III.2b)

C4H10↔2C2H4+H2 (III.3b)

C4H10↔C2H4+C2H6 (III,3g)

Schematické diagramy a režimy rôznych pyrolýznych procesov sú uvedené v tabuľke.

2.2 Katalytická hydrogenácia acetylénu na etylén

Bol vyvinutý priemyselný spôsob výroby etylénu hydrogenáciou acetylénu.

C2H2+H2↔C2H4+Qp

Optimálna teplota proces 180-320° v závislosti od aktivity katalyzátora.

Schéma inštalácie je znázornená na obr. 1

Acetylén získaný z karbidu vápnika (čistota 98 ​​– 99 %) sa stlačí v kompresore 1 na 1,5 – 2 atm, ochladí sa v chladničke 2 a vyčistí sa pevným adsorbentom (hliníkovým gélom) v adsorbéri 3 od olejových výparov, pretože ten je jed pre katalyzátor. Vodík získaný z plynovej separačnej jednotky (čistota 96-98%) je stlačený v kompresore 4, ochladený v chladničke 5, vysušený a prečistený od olejových pár v adsorbéri 6. Predohrev vodíka a acetylénu sa uskutočňuje pomocou reakčného tepla buď v reaktora 7 alebo vo vzdialených výmenníkoch tepla. Optimálna teplota v reaktore je udržiavaná automaticky nepretržitým prívodom chladiacej vody do rúrkového výmenníka tepla reaktora.

Proces hydrogenácie sa uskutočňuje so značným prebytkom vodíka. Hydrogenácia acetylénu je takmer úplná. Ako katalyzátor sa používa paládium na silikagéli. Obsah paládia v katalyzátore nepresahuje

0,01 % hmotn. Trvanie nepretržitej prevádzky katalyzátora je približne jeden rok.

2.3 Dehydratácia etylalkoholu

Na získanie relatívne malých množstiev etylénu (do 3000-5000 t/rok) možno použiť metódu dehydratácie etylalkoholu. Touto metódou sa v USA v roku 1955 vyrobilo asi 15 000 ton etylénu.

Dehydratačnú reakciu etanolu možno vyjadriť rovnicou:

Ako katalyzátor sa používa aktivovaný oxid hlinitý a zlúčeniny hliníka a kremíka. Proces sa uskutočňuje pri 300-400 °.

Technologický systém dehydratačné zariadenia sú uvedené skôr.

Etylalkohol sa privádza z nádoby 1 čerpadlom 2 cez výmenník tepla 3 do reaktora 4. Potrebné teplo sa dodáva cez stenu reaktora douteramom alebo spalinami. Reakčné produkty pozostávajúce z etylénu, dietyléteru, etanolu a vody prechádzajú cez výmenník tepla 3 a chladič 5, v ktorom kondenzuje voda, etanol a dietyléter.

V stĺpci 6 sa zmes rozdelí na plynnú a kvapalnú fázu; plynná fáza, pozostávajúca hlavne z etylénu, sa posiela k spotrebiteľovi cez sušiace a čistiace systémy s pevnými sorbentmi. Kvapalina sa privádza do kolóny 7 so spätným chladičom 8, v ktorej sa delí na horný produkt (zmes etanolu a dietyléteru) a spodný produkt (voda). Horný produkt sa privádza do reaktora 4 a spodný produkt sa privádza do absorbéra 6 čerpadlom 9. V tomto prípade sa dosiahne takmer úplná premena etanolu na etylén.

Experimentálne bol študovaný proces výroby etylénu dehydratáciou etanolu pod tlakom. Etanol bol dodávaný do poloprevádzkového zariadenia čerpadlom pri tlaku 33 atm cez reaktor naplnený aktivovaným oxidom hlinitým. Zvýšený tlak je spôsobený potrebou zvýšiť teplotu na 425 °. Výťažok etylénu dosiahol 95 %, pričom čistota výsledného produktu bola 99 %.

2.4 Výroba etylénu z rafinérskych plynov

Plyny z tepelného a katalytického krakovania olejov obsahujú 2–2,5 % etylénu. Množstvo etylénu vyrobeného tepelným krakovaním nepresahuje 0,15 % z celkového množstva. pre spracované suroviny a katalytické krakovanie - 0,45%. Preto zvyčajne zariadenie na separáciu plynov na výrobu etylénu pracuje so surovinami, ktoré sú zmesou krakovacieho plynu a pyrolýznych plynov niektorých zložiek toho istého krakovacieho plynu (etán, propán, propylén a niekedy bután). Schéma výroby etylénu z takýchto plynov je uvedená nižšie v blokovej schéme, b. Plyny z ropných rafinérií prechádzajú systémom čistenia a posielajú sa na kompresiu a predsušenie. Pred stlačením sa do tohto prúdu pridávajú pyrolýzne plyny obsahujúce až 30-35 % objemu. Etylén. Po stlačení, predbežnej separácii ťažkých uhľovodíkov a hlbokom vysušení sa zmes posiela na separáciu plynov. Cieľovým produktom separácie plynov je etylén, niekedy zmesi propylénu a bután-butylénu a nasýtené uhľovodíky – etán a propán – sa vracajú do pyrolýznej jednotky.

Jednou z hlavných surovín na výrobu etylénu je zemné plyny.

Vývojový diagram procesu výroby etylénu zo zemných plynov je znázornený na diagrame A: