Получить ацетилена карбидным способом

Карбидный способ получения ацетилена

Номенклатура

Алкинами, ацетиленовыми углеводородами называют углеводороды, в состав молекул которых входят как минимум два углеродных атома, находящиеся в состоянии sp-гибридизации и соединенные друг с другом тремя связями.

Алкины образуют гомологический ряд с общей формулой С_nН_2n-2.

Первым членом гомологического ряда является ацетилен имеющий молекулярную формулу С₂Н₂ и структурную формулу СНºСН. В силу особенности sp-гибридизации молекула ацетилен имеет линейное строение. Наличие двух π-связей расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях предполагает расположение α-атомов замещающих групп на линии пересечения плоскостей, в которых расположены π-связи. Поэтому связи атомов углерода, затраченные на соединение с другими атомами или группами жестко расположены на линии под углом 180 0 друг к другу. Строение системы тройной связи в молекулах алкинов определят их линейное строение.

Особенность строения молекул алкинов предполагает существование изомерии положения тройной связи. Структурная изомерия, обусловленная строением углеродного скелета, начинается с пятого члена гомологического ряда.

1. Изомерия положения тройной связи. Например:

2. Структурные изомеры. Например:

Первый член гомологического ряда носит тривиальное название «ацетилен».

По рациональной номенклатуре ацетиленовые углеводороды рассматриваются как производные ацетилена, Например:

По номенклатуре ИЮПАК названия алкинов образуются заменой суффикса «ан» на «ин». Главную цепь выбирают таким образом, чтобы в нее попала тройная связь. Нумерацию углеродных атомов начинают с того конца цепи, к которому ближе тройная связь. При наличии в молекуле двойной и тройной связей двойная связь имеет меньший номер. Например:

Тройная связь может быть концевой (терминальной, например, в пропине) или «внутренней», например в 4-метил-2-пентине.

При составлении названий радикал -СºСН называют «этинил».

Способы получения.

2.1 Промышленные способы.

В промышленных условиях получают главным образом ацетилен. Существуют два способа получения ацетилена.

Карбидный способ получения ацетилена

Ацетилен впервые карбидным способом был получен Фридрихом Велером в 1862г. Появление карбидного способа положило начало широкому применению ацетилена, в том числе и в качестве сырья в органическом синтезе. До настоячщего времени карбидный способ является одним из основных промышленных источников ацетилена. Способ включает две реакции:

Источник

Ацетилен, получение, свойства, химические реакции

Преимущества

Упоминание о газовой сварке моментально наводит на мысли об ацетилене. Действительно для этого процесса чаще всего применяют этот газ. Он в сочетании с кислородом обеспечивает самую высокую температуру горения пламени. Но в последние годы из-за развития различных видов сварки использование этого вида соединения металлов несколько снизилось. Более того, в некоторых отраслях произошел полный отказ от применения этих технологий. Но для выполнения определенного вида ремонтных работ она до сих пор остается незаменима.

Применение ацетилена позволяет получить следующие преимущества:

• максимальная температура пламени;
• существует возможность генерации ацетилена непосредственно на рабочем месте или приобретения его в специальных емкостях;
• довольно низкая стоимость, в сравнении с другими горючими газами.

Вместе с тем, у ацетилена есть и определенные недостатки, которые ограничивают его использование. Самый главный — это взрывоопасность. При работе с этим газом необходимо строго соблюдать меры безопасности. В частности, работы должны выполняться в хорошо проветриваемом помещении. При нарушении режимов работы возможно появление некоторых дефектов, например, пережогов.

Технология и режимы сварки

Ацетилено — кислородные смеси применяют для соединения деталей из углеродистых и низколегированных сталей. Например, этот метод широко применяют для создания неразъемных соединений трубопроводов. Например, труб диаметром 159 мм с толщиной стенок не более 8 мм. Но существуют и некоторые ограничения, так соединение таким методом сталей марок 12×2M1, 12×2МФСР недопустимо.

Сварка при помощи ацетилена

Пламя при ацетиленовой сварке

Выбор параметров режима

Для приготовления смеси необходимой для соединения металлов используют формулу 1/1,2. При обработке заготовок из легированных сталей сварщик должен отслеживать состояние пламени. В частности, нельзя допускать переизбытка ацетилена.

Расход смеси с формулой кислород/ацетилен составляет 100-130 дм3/час на 1 мм толщины. Мощность пламени регулируют с помощью горелки, которые подбирают в зависимости от используемого материала, его характеристик, толщины и пр

Для выполнения сварки при помощи ацетилена применяют сварочную проволоку. Ее марка должна соответствовать марке сталей свариваемых деталей. Диаметр проволоки определяют в зависимости от толщины свариваемого металла.

Для удобства технологов и непосредственно сварщиков существует множество таблиц, на основании которых можно довольно легко выбрать сварочный режим. Для этого необходимо знать следующие параметры:

• толщину стенки свариваемых заготовок;
• вид сварки — левый, правый;

На основании этого можно определить диаметр присадочной проволоки и подобрать расход ацетилена. К примеру, толщина составляет 5-6 мм, для выполнения работ будет использован наконечник № 4. То есть на основании табличных данных диаметр проволоки будет составлять для левой сварки 3,5 мм, для правой 3. Расход ацетилена в таком случае будет составлять при левом способе 60 -780 дм3/час, при правом 650-750 дм3/час.

Сварку выполняют небольшими участками по 10-15 мм. Работа производится в следующей последовательности. На первом этапе выполняют оплавление кромок. После этого выполняют наложение корня шва. По окончании формирования корня, можно продолжать сварку далее. Если толщина заготовок составляет 4 мм то сварку допустимо выполнять в один слой. Если толщина превышает указанную, то необходимо наложить второй. Его укладывают только после того, как выполнен корень шва по всей заданной длине.

Для улучшения качества сварки допускается выполнение предварительного нагрева. То есть будущий сварной стык прогревают с помощью горелки. Если принят за основу такой способ, то прогрев надо выполнять после каждой остановки заново.

Выполнение швов газом может выполняться в любом пространственном положении. Например, при выполнении вертикального шва существуют свои особенности. Так, вертикальный шов должен исполняться снизу вверх.

При выполнении сварочных работ перерывы в работе недопустимы, по крайней мере до окончания всей разделки шва. При остановке в работе горелку необходимо отводить медленно, в противном случае, могут возникнуть дефекты шва — раковины и поры. Интересная особенность существует при сварке трубопроводов, в ней не допустим сквозняк и поэтому концы труб необходимо заглушать.

Карбидный способ

Можно из метана получить ацетилен или в качестве исходного вещества взять карбид кальция. Процесс протекает при обычных условиях. При взаимодействии карбида кальция с водой образуется не только ацетилен, но и гидроксид кальция (гашеная известь). Признаками протекания химического процесса будет выделение газа (шипение), а также изменение окраски раствора при добавлении фенолфталеина на малиновый цвет.

При применении в качестве исходного вещества технического карбида, имеющего различные примеси, в процессе взаимодействия наблюдается неприятный запах. Он объясняется присутствием в продуктах реакции таких ядовитых газообразных веществ, как фосфин, сероводород.

Как осуществляется крекинг

Осуществить превращения «метан — ацетилен» можно несколькими способами. В первом случае природный газ пропускают через предварительно раскаленные электроды. При этом температура может доходить до 1600 °С. После нагрева происходит быстрое охлаждение. Второй способ основан на использовании тепла, которое образуется в результате частичного сгорания ацетилена.

Уравнения реакций «метан — ацетилен» записываются следующим образом:

1. В I случае: 2СН₄ = С₂Н₂ + 3Н₂.

1. Во II случае: 6СН₄ + 4О₂ = С₂Н₂ + 8Н₂ + 3СО + СО₂ + 3Н₂О.

Специалисты не рекомендуют использовать для хранения ацетилена баллоны, оснащенные вентилями из бронзы. Ведь в состав этого сплава входит медь. Так как ацетилен химически активен, он может вступить в реакцию с металлом. В результате этого образуются взрывоопасные соли.

Применение ацетилена при сварке

Ацетилен – основной горючий газ, используемый при газовой сварке, а также широко применяется для газовой резки (кислородной резки). Температура ацетилено-кислородного пламени может достигать 3300°C. Благодаря этому ацетилен по сравнению с более доступными горючими газами (пропан-бутаном, природным газом и др.) обеспечивает более высокое качество и производительность сварки.

Получение в промышленности

Как получают ацетилен из метана в промышленных условиях? В настоящее время применяется только один метод – крекинг. В процессе получения ацетилена осуществляется разрыв связей -С-С. Происходит это в присутствии катализаторов и при воздействии достаточно высоких температур. Для получения используется метан – природный газ. Это недорогое и легкодоступное сырье. Именно по этой причине крекинг является наиболее обоснованным методом как в экономическом плане, так и в техническом.

Источник

Ацетилен, получение, свойства, химические реакции

Ацетилен, получение, свойства, химические реакции.

Ацетилен, C₂H₂ – органическое вещество класса алкинов, непредельный углеводород.

Ацетилен, формула, газ, характеристики:

Ацетилен (также – этин) – органическое вещество класса алкинов, непредельный углеводород , состоящий из двух атомов углерода и двух атомов водорода.

Химическая формула ацетилена C₂H₂. Структурная формула ацетилена СH≡CH. Изомеров не имеет.

Строение молекулы ацетилена:

Ацетилен имеет тройную связь между атомами углерода .

Ацетилен – бесцветный газ, без вкуса и запаха. Однако технический ацетилен содержит примеси – фосфористый водород , сероводород и пр., которые придают ему резкий запах.

Легче воздуха . Плотность по сравнению с плотностью воздуха 0,9.

Очень горючий газ . Пожаро- и взрывоопасен.

Ацетилен относится к числу немногих соединений, горение и взрыв которых возможны в отсутствии кислорода или других окислителей.

Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны в очень широком диапазоне концентраций. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом , метаном или пропаном .

Ацетилен требует большой осторожности при обращении. Может взрываться от удара, при нагреве до 500 °C или при сжатии выше 0,2 МПа при комнатной температуре. Струя ацетилена, выпущенная на открытый воздух , может загореться от малейшей искры, в том числе от разряда статического электричества с пальца руки. Для хранения ацетилена используются специальные баллоны , заполненные пористым материалом, пропитанным ацетоном. В них ацетилен хранится в виде раствора с ацетоном.

Малорастворим в воде . Очень хорошо растворяется в ацетоне. Хорошо растворяется в других органических веществах (бензине, бензоле и пр.)

Ацетилен обладает незначительным токсическим действием.

Физические свойства ацетилена:

Наименование параметра:	Значение:
Цвет	без цвета
Запах	без запаха
Вкус	без вкуса
Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.)	газ
Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м 3	1,0896
Плотность (при 0 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м 3	1,173
Температура плавления, °C	-80,8
Температура кипения, °C	-80,55
Тройная точка, °C	335
Температура самовоспламенения, °C	335
Давление самовоспламенения, МПа	0,14-0,16
Критическая температура*, °C	35,94
Критическое давление, МПа	6,26
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных	от 2,1 до 100
Удельная теплота сгорания, МДж/кг	56,9
Температура пламени, °C	3150-3200
Молярная масса, г/моль	26,038

* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.

Химические свойства ацетилена:

Химические свойства ацетилена аналогичны свойствам других представителей ряда алкинов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. 1. галогенирование ацетилена:

СH≡CH + Br₂ → CHBr=CHBr (1,2-дибромэтен);

Реакция протекает стадийно с образованием производных алканов .

В ходе данной реакции ацетилен обесцвечивает бромную воду .

1. 2. гидрогалогенирование ацетилена:

1. 3. гидратация ацетилена (реакция Михаила Григорьевича Кучерова, 1881 г.):

1. 4. тримеризация ацетилена (реакция Николая Дмитриевича Зелинского, 1927 г.):

3СH≡CH → C₆H₆ (бензол) (kat = активированный уголь, t o = 450-500 о С).

Реакция тримеризации ацетилена является частным случаем реакции полимеризации ацетилена и происходит при пропускании ацетилена над активированным углем при температуре 450-500 о С.

1. 5. димеризация ацетилена:

СH≡CH + СH≡CH → CH₂=CH-С≡CH (винилацетилен) (kat = водный раствор CuCl и NH₄Cl).

Реакция димеризации ацетилена является частным случаем реакции полимеризации ацетилена.

1. 6. горение ацетилена:

Ацетилен горит белым ярким пламенем.

1. 7. окисление ацетилена.

Протекание реакции и её продукты определяются средой, в которой она протекает.

1. 8. восстановления ацетилена:

СH≡CH + Н₂ → C₂H₄ ( этилен ) (kat = Ni, Pd или Pt, повышенная t o );

СH≡CH + 2Н₂ → C₂H₆ ( этан ) (kat = Ni, Pd или Pt, повышенная t o ).

Получение ацетилена в промышленности и лаборатории. Химические реакции – уравнения получения ацетилена:

Ацетилен в лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:

1. 1. действия воды на карбид кальция:

1. 2. дегидрирования метана:

1. 3. дегидрирования этилена:

Ацетилен в промышленности получают следующими способами и методами:

1. 4. карбидным методом:

Сначала получают известь из карбоната кальция.

CаСО₃ → CаО + CO₂. (t o = 900-1200 о С).

Затем получают карбид кальция , сплавляя оксид кальция и кокс в электро печах при температуре 2500-3000 °С.

CаО + 3С → CаС₂ + CO. (t o = 2500-3000 о С).

Далее карбид кальция обрабатывают водой по известной реакции.

В итоге получается ацетилен высокой чистоты – 99,9 %.

1. 5. высокотемпературным крекингом метана:

Высокотемпературный крекинг метана осуществляется по известной реакции дегидирования метана в электродуговых печах при температуре 2000-3000 °С и напряжении между электродами 1000 В. Выход ацетилена составляет 50 %.

1. 6. различными способами пиролиза метана:

Разновидностью высокотемпературного крекинга метана являются регенеративный пиролиз (Вульф-процесс), окислительный пиролиз (Заксе-процесс или BASF-процесс), гомогенный пиролиз, пиролиз в среде низкотемпературной плазмы .

Так, в ходе регенеративного пиролиза сначала сжигают метан и разогревают насадку печи до 1350-1400 °С. Затем через разогретую насадку на доли секунды пропускают метан, в результате образуется ацетилен.

В ходе окислительного пиролиза метан смешивают с кислородом и сжигают. Образующееся тепло служит для нагрева остатка метана до 1600 °С, который дегидрирует в ацетилен. Выход ацетилена составляет 30-32 %.

В ходе гомогенного пиролиза метан и кислород сжигают в печи при температуре 2000 °С. Затем предварительно нагретый до 600 °С остаток метана пропускают через печь , в результате образуется ацетилен.

При пиролизе в среде низкотемпературной плазмы метан нагревают струей ионизированного газа ( аргона или водорода ).

Применение и использование ацетилена:

– как сырье в химической промышленности для производства уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей , пластических масс, синтетических каучуков , ароматических углеводородов,

– для газовой сварки и резки металлов,

– для получения технического углерода ,

– как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках , где он получается реакцией карбида кальция и воды.

Взрывоопасность ацетилена и безопасность при обращении с ним:

Ацетилен обладает взрывоопасными свойствами.

Поэтому обращение с ацетиленом требует строгого соблюдения правил техники безопасности.

Ацетилен горит и взрывается даже в отсутствии кислорода и других окислителей.

Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны в очень широком диапазоне концентраций.

Струя ацетилена, выпущенная на открытый воздух, может загореться от малейшей искры, в том числе от разряда статического электричества с пальца руки.

Взрываемость ацетилена зависит от множества факторов: давления, температуры, чистоты ацетилена, содержания в нем влаги, наличия катализаторов и пр. веществ и ряда других причин.

Температура самовоспламенения ацетилена при нормальном – атмосферном давлении колеблется в пределах 500-600 °C. При повышении давления существенно уменьшается температура самовоспламенения ацетилена. Так, при давлении 2 кгс/см 2 (0,2 МПа, 1,935682 атм.) температура самовоспламенения ацетилена равна 630 °C. А при давлении 22 кгс/см 2 (2,2 МПа, 21,292502 атм.) температура самовоспламенения ацетилена равна 350 °С.

Присутствие в ацетилене частиц различных веществ увеличивают поверхность его контакта и тем самым снижает температуру самовоспламенения при атмосферном давлении. Например, активированный уголь снижает температуру самовоспламенения ацетилена до 400 °С, гидрат оксида железа (ржавчина) – до 280-300 °С, железная стружка – до 520 °С, латунная стружка – до 500-520 °С, карбид кальция – до 500 °С, оксид алюминия – до 490 °С, медная стружка – 460 °С, оксид железа – 280 °С, оксид меди – до 250 °С.

Взрывоопасность ацетилена уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами , например азотом, метаном или пропаном.

При определенных условиях ацетилен реагирует с медью , серебром и ртутью образуя взрывоопасные соединения. Поэтому при изготовлении ацетиленового оборудования (например, вентилей баллонов) запрещается применять сплавы , содержащие более 70 % Cu.

Для хранения и перевозки ацетилена используются специальные стальные баллоны белого цвета (с красной надписью «А»), заполненные инертным пористым материалом (например, древесным углём). При этом ацетилен хранится и перевозится в указанных баллонах в виде раствора ацетилена в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.

Источник