Под каким давлением находится ацетилен
Содержание статьи
Ацетилен
| Ацетилен | |
|---|---|
| Систематическое наименование | Этин |
| Традиционные названия | Ацетилен |
| Хим. формула | C2H2 |
| Рац. формула | HCCH |
| Молярная масса | 26,038[1] г/моль |
| Плотность | 1,0896 г/л |
| Энергия ионизации | 11,4 ± 0,1 эВ[2] |
| Температура | |
| • плавления | -80,8 1277 мм Hg °C |
| • сублимации | −119 ± 1 ℉[2] |
| • кипения | −83,6 °C |
| • самовоспламенения | 335 °C |
| Пределы взрываемости | 2,5 ± 0,1 об.%[2] |
| Тройная точка | −80,55 |
| Критическая точка | 35,2°С; 6,4 МПа |
| Мол. теплоёмк. | 44,036 Дж/(моль·К) |
| Энтальпия | |
| • образования | +226,88 кДж/моль |
| • сгорания | -1302 кДж/моль |
| Давление пара | 44,2 ± 0,1 атм[2] |
| Константа диссоциации кислоты | 25 |
| Растворимость | |
| • в воде | 10018 мл/100 мл |
| • в этаноле | 60018 мл/100 мл |
| Гибридизация | sp |
| Рег. номер CAS | 74-86-2 |
| PubChem | 6326 |
| Рег. номер EINECS | 200-816-9 |
| SMILES | C#C |
| InChI | InChI=1S/C2H2/c1-2/h2-2H HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N |
| RTECS | AO9600000 |
| ChEBI | 27518 |
| Номер ООН | 1001 |
| ChemSpider | 6086 |
| Пиктограммы ECB | |
| NFPA 704 | 4 1 3 |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
| Медиафайлы на Викискладе | |
Ацетиле́н (по ИЮПАК — этин) — органическое соединение, непредельный углеводород C2H2. Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов. При нормальных условиях — бесцветный, очень горючий газ.
Получение[править | править код]
В лаборатории[править | править код]
В лаборатории, а также в газосварочном оборудовании, ацетилен получают действием воды на карбид кальция[3] (Ф. Вёлер, 1862 год)[4]:
а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400 °C:
В промышленности[править | править код]
В промышленности ацетилен получают гидролизом карбида кальция и пиролизом углеводородного сырья — метана или пропана с бутаном. В последнем случае ацетилен получают совместно с этиленом и примесями других углеводородов. Карбидный метод позволяет получать очень чистый ацетилен, но требует высокого расхода электроэнергии. Пиролиз существенно менее энергозатратен, т.к. для нагрева реактора используется сгорание того же рабочего газа во внешнем контуре, но в газовом потоке продуктов концентрация самого ацетилена низка. Выделение и концентрирование индивидуального ацетилена в таком случае представляет сложную задачу. Экономические оценки обоих методов многочисленны, но противоречивы[5][:стр. 274].
Получение пиролизом[править | править код]
Электрокрекинг[править | править код]
Метан превращают в ацетилен и водород в электродуговых печах (температура 2000-3000 °С, напряжение между электродами 1000 В). Метан при этом разогревается до 1600 °С. Расход электроэнергии составляет около 13000 кВт•ч на 1 тонну ацетилена, что относительно много (примерно равно затрачиваемой энергии по карбидному методу) и потому является недостатком процесса. Выход ацетилена составляет 50 %.
Регенеративный пиролиз[править | править код]
Иное название — Вульф-процесс. Сначала разогревают насадку печи путём сжигания метана при 1350-1400 °С. Далее через разогретую насадку пропускают метан. Время пребывания метана в зоне реакции очень мало и составляет доли секунды. Процесс реализован в промышленности, но экономически оказался не таким перспективным, как считалось на стадии проектирования.
Окислительный пиролиз[править | править код]
Метан смешивают с кислородом. Часть сырья сжигают, а образующееся тепло расходуют на нагрев остатка сырья до 1600 °С. Выход ацетилена составляет 30-32 %. Метод имеет преимущества — непрерывный характер процесса и низкие энергозатраты. Кроме того, с ацетиленом образуется еще и синтез-газ. Этот процесс (Заксе-процесс или BASF-процесс) получил наиболее широкое внедрение.
Гомогенный пиролиз[править | править код]
Является разновидностью окислительного пиролиза. Часть сырья сжигают с кислородом в топке печи, газ нагревается до 2000 °С. Затем в среднюю часть печи вводят остаток сырья, предварительно нагретый до 600 °С. Образуется ацетилен. Метод характеризуется большей безопасностью и надёжностью работы печи.
Пиролиз в струе низкотемпературной плазмы[править | править код]
Процесс разрабатывается с 1970-х годов, но, несмотря на перспективность, пока не внедрён в промышленности. Сущность процесса состоит в нагреве метана ионизированным газом. Преимущество метода заключается в относительно низких энергозатратах (5000-7000 кВт•ч) и высоких выходах ацетилена (87 % в аргоновой плазме и 73 % в водородной).
Карбидный метод[править | править код]
Этот способ известен с XIX века, но не потерял своего значения до настоящего времени. Сначала получают карбид кальция, сплавляя оксид кальция (негашёную известь) и кокс в электропечах при 2500-3000 °С:
Негашёную известь получают из карбоната кальция:
Далее карбид кальция обрабатывают водой:
Получаемый ацетилен имеет высокую степень чистоты 99,9 %. Основным недостатком процесса является высокий расход электроэнергии: 10000-11000 кВт•ч на 1 тонну ацетилена.
Физические свойства[править | править код]
Рис.1. Пи-связи в молекуле ацетилена
При нормальных условиях — бесцветный газ, легче воздуха. Чистый 100 % ацетилен не обладает запахом. Технический ацетилен хранится в баллонах с пористым наполнителем, пропитанным ацетоном (т.к. чистый ацетилен при сжатии взрывается), и может содержать другие примеси, которые придают ему резкий запах[6]. Малорастворим в воде, хорошо растворяется в ацетоне. Температура кипения −83,6 °C[7]. Тройная точка −80,55 °C при давлении 961,5 мм рт. ст., критическая точка 35,18 °C при давлении 61,1 атм[8].
Ацетилен требует большой осторожности при обращении. Может взрываться от удара, при нагреве до 500 °C или при сжатии выше 0,2 МПа[4] 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[9].
Ацетилен обнаружен на Уране и Нептуне.
Химические свойства[править | править код]
Ацетилено-кислородное пламя (температура «ядра» 2621 °C)
- Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:
Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м³ (50,4 МДж/кг). При сгорании в кислороде температура пламени достигает 3150 °C. Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в ~500 °C. В присутствии катализаторов, например, трикарбонил(трифенилфосфин)никеля, температуру реакции циклизации можно снизить до 60-70 °C.
Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так, ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди.
Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, сводная таблица 1.):
Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации, сводная таблица 2.):
Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.
Реагирует с аммиачными растворами солей Cu(I) и Ag(I) с образованием малорастворимых, взрывчатых ацетиленидов — эта реакция используется для качественного определения ацетилена и его отличия от алкенов (которые тоже обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия).
История[править | править код]
Открыт в 1836 году Э. Дэви, синтезирован из угля и водорода (дуговой разряд между двумя угольными электродами в атмосфере водорода) М. Бертло (1862 год).
Применение[править | править код]
Ацетилен используют:
- для газовой сварки и резки металлов,
- как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (см. карбидная лампа),
- в производстве взрывчатых веществ (см. ацетилениды),
- для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.
- для получения технического углерода
- в атомно-абсорбционной спектрофотометрии при пламенной атомизации
- в ракетных двигателях (вместе с аммиаком)[10],
- в начале XX века широкое распространение имели автомобильные ацетиленовые фары, которые только в 1920-е были вытеснены электрическими.
Безопасность[править | править код]
Поскольку ацетилен нерастворим в воде, и его смеси с кислородом могут взрываться в очень широком диапазоне концентраций, его нельзя собирать в газометры.
Ацетилен взрывается при температуре около 500 °C или давлении выше 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самовоспламенения 335 °C. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном.
При длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром образуются ацетилениды меди и серебра, которые взрываются при ударе или повышении температуры. Поэтому при хранении ацетилена не используются материалы, содержащие медь (например, вентили баллонов).
Ацетилен обладает незначительным токсическим действием. Для ацетилена нормирован ПДКм.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м³ согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест».
ПДКр.з. (рабочей зоны) не установлен (по ГОСТ 5457-75 и ГН 2.2.5.1314-03), так как концентрационные пределы распределения пламени в смеси с воздухом составляет 2,5-100 %.
Хранят и перевозят ацетилен в заполненных инертной пористой массой (например, древесным углём) стальных баллонах белого цвета с красной надписью «АЦЕТИЛЕН» в виде раствора в ацетоне. Баллон ёмкостью 40 л под давлением 15-16 кгс/см2 вмещает около 5000 л ацетилена.
Примечания[править | править код]
- ↑ ГОСТ 5457-75. Ацетилен растворённый и газообразный технический. Технические условия
- ↑ 1 2 3 4 https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0008.html
- ↑ Видео данного процесса
- ↑ 1 2 Хвостов, 1988.
- ↑ Лапидус А. Л., Голубева И. А., Жагфаров Ф. Г. Газохимия. Учебное пособие. — М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008. — 450 с. — ISBN 978-5-902665-31-1.
- ↑ Большая энциклопедия нефти и газа. Неприятный запах — ацетилен. Дата обращения: 10 октября 2013.
- ↑ Корольченко. Пожаровзрывоопасность веществ, 2004, с. 198.
- ↑ Миллер. Ацетилен, его свойства, получение и применение, 1969, с. 72.
- ↑ Ацетилен (недоступная ссылка). Дата обращения: 10 октября 2013. Архивировано 1 октября 2013 года.
- ↑ В России разработали ракетный двигатель на аммиаке — Известия
Литература[править | править код]
- Миллер С. А. Ацетилен, его свойства, получение и применение. — Л.: Химия, 1969. — Т. 1. — 680 с.
- Корольченко А. Я., Корольченко Д. А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х частях. Часть 1. — М.: Ассоциация «Пожнаука», 2004. — 713 с. — ISBN 5-901283-02-3.
- Хвостов И. В. Ацетилен // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А-Дарзана. — С. 226-228. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
Ссылки[править | править код]
- Ацетилен // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890-1907.
Источник
Ацетиленовый баллон. Устройство, заправка, хранение и эксплуатация ацетиленовых баллонов. Вентиль ацетиленового баллона.
Устройство ацетиленовых баллонов.
В ряде случаев нельзя обеспечить подачу ацетилена к постам непосредственно из генераторов, а приходится доставлять его к месту работы в специальных баллонах.
Ацетиленовые баллоны служат для хранения и транспортирования ацетилена под давлением и несколько отличаются по устройству от кислородных.
Так как ацетилен взрывоопасен, его нельзя хранить и перевозить под давлением в полых баллонах, как это делается при перевозке других горючих газов и кислорода.
Заправка баллоном ацетиленом.
При наполнении баллонов ацетиленом используют два важных его свойства:
а) сильное понижение взрывоопасности при размещении его в узких каналах;
б) хорошую растворяемость в некоторых жидкостях, особенно в ацетоне.
Взрыв баллона с ацетиленом.
При давлении свыше 2 кг/см2 газообразный ацетилен в больших объемах становится взрывоопасным. Помещенный же в очень узкие (капиллярные) каналы, он не взрывается даже при давлении 25-27 кг/см2. Поэтому ацетиленовые баллоны заполняют специальной высокопористой массой.
Наличие в баллоне высокопористой массы, состоящей из бесчисленного количества мельчайших пор, позволяет безопасно хранить и перевозить ацетилен под давлением.
Однако даже при наличии пористой массы для обеспечения безопасности нельзя создавать в баллоне давление свыше 25 кг/см2. Но при этих условиях количество ацетилена в баллоне будет явно недостаточным (не более 1 м3). Чтобы в баллон вместилось больше ацетилена, пористую массу пропитывают ацетоном, в котором ацетилен хорошо растворяется. При нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре 1 л ацетона растворяет 23 л ацетилена. Растворимость ацетилена в ацетоне повышается почти прямо пропорционально давлению. Например, при давлении 10 кг/см2 1 л ацетона растворяет 23 X 10 = 230 л ацетилена.
Ацетон представляет собой летучую прозрачную жидкость, пары которой обладают резким запахом. Ацетон в баллоне занимает примерно 35-40% его объема. Таким образом, ацетилен в баллоне, будучи растворен в ацетоне, распределяется в порах массы. Если открыть вентиль баллона, то ацетилен выделяется из ацетона в виде газа, а ацетон остается в баллоне и используется при последующих его наполнениях.
Сколько ацетилена в баллоне 40л?
При емкости 40 л ацетиленовый баллон вмещает примерно около 5000 л растворенного в ацетоне ацетилена.
Количество ацетилена в баллоне может быть подсчитано путем умножения емкости баллона в литрах на давление в атмосферах и на коэффициент 9,2, который учитывает количество ацетона в баллоне и растворимость ацетилена в нем. Так, например, баллон емкостью 40 л при давлении 15 кг/см2 вмещает ацетилена 40 X 15 X 9,2 = 5520 л, т. е. 5,5 м3.
Какое давление в баллоне с ацетиленом?
В баллоны ацетилен накачивается до давления 15-16 кг/см2.
Конструкция и размеры ацетиленовых баллонов такие же, как и кислородных. Для удобства наполнения их ацетоном и пористой массой горловина имеет больший диаметр нарезки. Корпуса ацетиленовых баллонов изготовляют цельнотянутыми или сварными. Они имеют толщину стенок несколько меньшую, чем корпуса кислородных баллонов.
Цвет баллона с ацетиленом.
Ацетиленовые баллоны окрашиваются в белый цвет, и на них красными буквами надписывают «АЦЕТИЛЕН».
Как и на кислородных баллонах, на верхней сферической неокрашенной части ацетиленовых баллонов выбивается ряд данных и клейм.
Испытание и проверка ацетиленовых баллонов.
При периодическом освидетельствовании наполненные пористой массой и ацетоном ацетиленовые баллоны подвергаются испытанию азотом под давлением 30 кг/см2 и осмотру состояния пористой массы через горловину баллона.
От ударов и толчков при эксплуатации ацетиленовых баллонов возможно некоторое измельчение и уплотнение пористой массы. Эго приводит к образованию в верхней части баллона некоторого пространства без пористой массы и занятого ацетиленом под высоким давлением, что является опасным при обратных ударах. Поэтому заводы-наполнители ежегодно проверяют состояние пористой массы. После проверки на сферической части баллона ставят квадратное клеймо с буквами «ПМ» («проверена масса») и рядом выбивают месяц и год проверки.
Вентиль ацетиленового баллона.
Каждый ацетиленовый баллон имеет вентиль, ввертываемый в горловину баллона. Назначение ацетиленовых вентилей — то же, что и кислородных.
В отличие от кислородного, ацетиленовый вентиль изготовляется не из латуни, а из малоуглеродистой стали, так как ацетилен с медью образует взрывоопасное соединение.
Присоединение редуктора к ацетиленовому вентилю осуществляется при помощи специального хомута.
Вентиль открывают и закрывают специальным торцовым ключом.
Типовой вентиль ацетиленового баллона изображен на рис. 1.
Рис.1. Вентиль ацетиленового баллона.
Устройство ацетиленового вентиля.
Он состоит из корпуса 1, имеющего внизу конусообразный хвостовике нарезкой, которым вентиль ввинчивается в горловину баллона.
Вентиль открывают и закрывают, вращая стальной шпиндель 2 торцовым ключом, надеваемым на верхний квадрат шпинделя. В нижний конец шпинделя запрессовывается эбонитовый уплотнитель 3, который перекрывает отверстие для прохода ацетилена в седле корпуса.
При вращении шпинделя против часовой стрелки он вывертывается, и ацетилен выходит через отверстие в седле в штуцер 4, к которому присоединен редуктор или ниппель трубки рампы.
При вращении шпинделя по часовой стрелке он опускается и плотно закрывает седло корпуса уплотнителем.
В хвостовике вентиля в канале для прохода газа помещается фильтр из войлочных прокладок 5 между сетками из проволоки 6. Назначение фильтра — защищать вентиль и редуктор от попадания в них частиц пористой массы. Фильтр к вентилю прижимается снизу кольцом 7.
Чтобы ацетилен не выходил вверх по шпинделю в вентиле имеется сальник из пяти кожаных колец 8 и двух сальниковых стальных колец 9. Сверху сальник затягивается сальниковой гайкой (буксой) 10.
В штуцере корпуса имеется кольцевая выточка, в которую вставляется кожаная прокладка 11 для устранения при работе утечки ацетилена. На противоположной штуцеру грани корпуса сделано коническое углубление для центровки винта хомута.
Хранение баллонов с ацетиленом.
При хранении, транспортировании и обращении с ацетиленовыми баллонами следует придерживаться тех же правил, что и при работе с кислородными баллонами, а также ряда специальных правил.
Во всех случаях ацетиленовые баллоны нужно ограждать от сильного нагревания, которое уменьшает растворимость ацетилена в ацетоне и повышает давление в баллоне. Так, например, в ацетиленовом баллоне при повышении температуры от 20 до 100 °С давление может возрасти более чем в 11 раз, в то время как в кислородном баллоне при этих условиях давление возрастет примерно в 1,3 раза. Таким образом, опасность, возникающая при сильном нагревании ацетиленовых баллонов (например, при пожаре), весьма велика.
Эксплуатация баллонов с ацетиленом.
Ацетиленовые баллоны следует располагать во время работы не ближе чем на 5 м от источников нагрева. Летом они должны быть закрыты от лучей солнца.
Расход ацетилена из одного баллона не должен превышать 1500- 2000 л/час. При большем расходе с ацетиленом будет уноситься много ацетона, что недопустимо. В таких случаях следует пользоваться несколькими баллонами через распределительную рампу.
В процессе работы для уменьшения уноса ацетона рекомендуется держать баллоны в вертикальном положении. Следует также прекращать отбор ацетилена, когда давление в баллоне упадет до 1-2 кг/см2, ибо при чрезмерном опорожнении ацетиленовых баллонов сильно возрастает унос ацетона. Кроме того, остаток газа в ацетиленовом баллоне, так же, как и в кислородном баллоне, необходим для проверки баллонов на заводе-наполнителе.
Статья оказалась полезной?! Поделись с друзьями!!!
Источник