Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сфера и область применения ацетилена. Где применяется ацетилен

В нормальных условиях ацетилен представляет собой газ без запаха и цвета. При наличии примесей его запах становится неприятным и резким. Это вещество может находиться в твердом и жидком состоянии (если понизить температуру до — 85 градусов Цельсия, ацетилен становиться твердым). Сферы и области применения ацетилена настолько обширны благодаря его уникальным и ценным свойствам. К таким свойствам можно отнести то, что он способен взрываться. При попадании ацетилена на воздух и при наличии искры это происходит мгновенно. Именно поэтому ацетилен хранят в специальных баллонах.

Сегодня чаще всего ацетилен используется при газовой и автогенной сварке. Сварку совершают с помощью горячего пламени, образованного при работе ацетилено-кислородной горелки. Температура такого пламени может достигать 3000 градусов Цельсия и плавить даже листы стали. Такую сварку применяют и для пластмасс, в том числе и при ремонте автомобильных пластмассовых бамперов.

Огневая чистка ацетиленом позволяет получить металлическую поверхность без грязи и коррозии. Такой способ отлично очищает металл перед последующей обработкой. Пайка твердым припоем, при которой также используется данное соединение, позволяет соединять между собой материалы различной структуры.

Основные проблемы при использовании переувлажнённого ацетилена

Кроме коррозии, подобными дефектами могут быть:

  • Короткое замыкание;
  • Постоянно возрастающая утечка;
  • Загрязнение шлангов;
  • Снижение температуры кислородно-ацетиленового пламени.

Снижение влажности ацетилена достигается применением двухэтапного процесса, который доступен на любых заправочных станциях. Это дегазация и обезвоживание.

После дегазации происходит удаление остатков неконденсирующихся примесей, которые всегда содержатся в газовом баллоне. Они становятся причиной повышенного давления газа на выходе из баллона и – соответственно — увеличенных эксплуатационных расходов. Там, где часто бывают высокие температуры, неконденсирующиеся вещества в сочетании с влагой могут привести к выходу из строя газового редуктора и распределительного клапана.

Влага снижает скорость выхода ацетилена из баллона, вызывая преждевременный выход из строя защитных прокладок. Поскольку одновременно может происходить реакция разложения ацетилена, то в результате могут засоряться дозаторы и стабильность расхода газа падает, вплоть, до замены всего комплекта оборудования. В избыточно влажном ацетилене могут образовываться неорганические кислоты – чаще всего серная кислота – вызывающие дополнительный износ стальных деталей.

Преимущества

Популярность ацетилен заслужил благодаря ряду следующих преимуществ:

  • Применение газа, в сравнение с другими разновидностями, является выгодным с экономической точки зрения;
  • Есть возможность получать сырье не только закупая его в баллонах и заправляя их, но и добывать при помощи соответствующих генераторов, путем добавления воды на карбид кальция;
  • Горение ацетилена имеет самую большую температуру среди защитных газов.

При этом имеется ряд недостатков затрудняющих его использования во многих случаях:

  • Во время работы с этим газом получается высокая загазованность помещения, так что нужно сильное проветривание;
  • Много условий обеспечения безопасности для нормального хранения;
  • Высокий уровень взрывоопасности;
  • Из-за высокой температуры могут возникать такие виды дефектов как перегрев или пережог, особенно, при работе с тонкими металлами.
Читайте так же:
Доклад о профессии токарь

Формула ацетилена

Газ является непредельным углеводородом, который обладает тройной связью атомов углерода. Формула ацетилена – С2Н2. При этом структурная формула ацетилена выглядит следующим образом Н-С=С-Н, так как связь идет между атомами углерода.

Химические и физические свойства

В нормальных условиях газ является бесцветным. Он легче воздуха. В техническом ацетилене имеются добавки, которые придают ему резкий запах, но в чистом виде он ни чем не пахнет. Лучше всего газ растворяется в ацетоне, но в воде он мало растворим. Температура кипения достигает -83,6 градусов Цельсия.

Газ требует очень аккуратного обращения. Баллон может взорваться от обыкновенного удара при падении или при нагреве около 500 градусов Цельсия. Воспламениться струя может даже от статического электричества от пальца человеческой руки. Молярная масса ацетилена составляет 26 г/моль. Температура горения ацетилена в ядре пламени может составлять более 2600 градусов Цельсия.

Химические свойства ацетилена показывают, в какие реакции может вступать субстанция с другими веществами. В присутствии катализаторов, в частности солей ртути, газ образует уксусный альдегид. Благодаря наличию тройной связи, молекулы вещества имеют большой запас энергии. Это обеспечивает ей высокую теплоту сгорания, которая составляет 14 000 ккал/м 3 . Если при сгорании добавить струю кислорода, то температура пламени достигнет более 3100 градусов Цельсия. Газ может полимеризироваться в такое вещество как бензол и прочие органические соединения, к примеру, винилацетилен или полиацетилен. Полимеризация в бензол происходит при температуре в 500 градусов Цельсия и при наличии графита. Если в качестве катализатора использоваться трикарбонил никеля, то данная реакция может пройти при температуре в 65 градусов Целься. Ацетилен обладает очень сильными кислотными свойствами. Атомы водорода могут легко отщепиться в качестве протонов. В эфирном растворе металмагнийбромида данный газ вытесняет метан. В сочетании с солями одновалентной меди и серебра ацетилен образует взрывчатый нерастворимый осадок.

Состав

Горение ацетилена и прочие его практические свойства во многом зависят от состава. Даже небольшие отклонения от нормы могут привести к тому, что газ поменяет свои характеристики. Поэтому, выделяют несколько основных сортов, отличающихся друг от друга по своему составу.

Состав ацетилена газообразного технического:

  • Основной газ – 98,5%;
  • Воздух – 1,4%;
  • Фосфорный водород – 0,08%;
  • Сероводород – 0,05%.

Растворенное вещество первого сорта марки Б должно обладать следующим составом:

  • Основной газ – 99,1%;
  • Воздух – 0,8%;
  • Фосфорный водород – 0,02%;
  • Сероводород – 0,005%.

Растворенное вещество второго сорта марки Б должно обладать следующим составом:

  • Основной газ – 98,8%;
  • Воздух – 1%;
  • Фосфорный водород – 0,05%;
  • Сероводород – 0,05%.

Растворенное вещество марки А должно обладать следующим составом:

  • Основной газ – 99,5%;
  • Воздух – 0,5%;
  • Фосфорный водород – 0,005%;
  • Сероводород – 0,002%.

Технология и режимы сварки

Перед началом сварки нужно подобрать баллон с ацетиленом и понять саму его конструкцию.

Конструкция баллона с ацетиленом

Конструкция баллона с ацетиленом

Потом подбирается горелка требуемого размера от 0 до 5. Толщина этого инструмента определяет расход газа, а также ширину образуемого шва. Чтобы проверить готовность изделия к работе, ее нужно продуть ацетиленом до тех пор, чтобы почувствовать его запах.

Читайте так же:
Как сделать циклонный пылесос

Поджог газа осуществляется еще до добавления кислорода. После загорания можно добавить понемногу струю кислорода, пока не образуется устойчивое пламя. Выходное давление основного газа должно быть до 4 атмосфер, а дополнительного – до 2 атмосфер. Затем подбирается мощность пламени согласно толщине свариваемого металла.

Заранее очищенные заготовки предварительно прогреваются пламенем горелки до нужной температуры. После этого добавляется сварочная проволока, которая вместе с основным металлом образует сварочную ванну. Процесс сварки может проводиться как правым, так и левым способом. После окончания процедуры горение ацетилена поможет постепенному охлаждению шва с подогревом.

Заключение

Разбираясь, для чего нужен ацетилен в сварочной области, в первую очередь нужно думать о безопасности. Отличные практические качества и низкая стоимость газа не позволяют отказаться от него полностью из-за взрывоопасности. Любой специалист может оценить все преимущества работы с ним, но сложности хранения затрудняют его применение в домашних условиях.

Итоги

Наиболее опасные вещи, сильный взрыв, и пожар, может произойти из-за того, что жидкий кислород проконтактировал с маслами. Во время их взаимодействия появляются перекисные взрывоопасные соединения, которые и могут взорваться при нагревании баллона, или вследствие удара и сотрясения.

Очень опасно соединение масла с кислородом при наличии сильного давления, или если кислород находится в жидком виде. Взрывоопасной ситуации возгорания могут произойти при заправке баллоном, или если в него случайно попало масло. Взрывоопасная ситуация может возникнуть при открытии вентиля кислородных баллонов в рукавицах, которые были испачканы маслом. Поэтому в тех местах, где хранится баллон с кислородом, обязательно должно быть предупреждение о том, что это маслоопасно.

Химические свойства алкинов

Химические свойства ацетилен углеводородов обусловленные наличием в структуре их субстанции тройной связи. Ацетиленовая (алкинная) группа -С≡С-Н или -С≡С-R имеет линейное строение, атомы углерода sp-гибридизованные. Они связаны одной σ- и двумя π-связями, при этом максимальные их плотности расположены в двух взаимоперпендикулярных участках, образуя цилиндрическое облако π-электронной плотности. Расстояние -С≡С- равно 1,1205 нм, энергия тройной связи — 836 кДж / моль. Вследствие особенностей строения тройной связи для алкинов характерны реакции окисления, присоединения, полимеризации, изомеризации и замещения. Ацетилен углеводороды присоединяют по связи -С≡С- непосредственно галогены, галогеноводороды – при наличии катализаторов (например, HgCl2, CuCl), образуя дигалогениды и тетрагалогениды.

Указанные реакции используют в производстве трихлорэтилена, тетрахлорэтилена, винилхлорида и других хлоропроизводных соединений. Гидрогенизация алкинов натрием в жидком NH3 приводит к транс-алкенов, водородом над Pd / C — до цис-алкенов. Вода присоединяется в присутствии солей Hg2 + с образованием ацетальдегида для ацетилена и кетонов для всех остальных алкинов (Реакция Кучерова). Прямая гидратация ацетилена возможна при пропускании его в смеси с парами воды при T=300-400° С над фосфатами тяжелых металлов. Реакцию гидратации ацетилена используют в промышленности для получения ацетальдегида и продуктов дальнейших его преобразований — ацетона, уксусной кислоты, спирта и т.д. Спирты взаимодействуют с ацетилен углеводородами в присутствии ROH, BF3 или HgO, алкоксиды щелочных металлов, солей меди при температуре 150-200° С.

Читайте так же:
Лучшие бюджетные сварочные инверторы

Продукты реакции — виниловые эфиры, которые используются в производстве полимеров, эмульгаторов, смазочных материалов и т.д. Аналогично ацетилен углеводородам присоединяются также карбоновые кислоты (при этом в качестве катализатора применяют HgSO4, ацетаты Cd или Zn на активированном угле), амиды кислот, амины, тиолы и другие с образованием виниловых соединений, например:

карбоновые кислоты взаимодействуют с ацетилен углеводородами

Винилацетат широко применяют для получения полимера поливинилацетата (ПВА). Путем присоединения к ацетилену цианидной кислоты или при взаимодействии с СО и спиртами, NH3, а также аминами в присутствии в качестве катализатора Ni (CO) 4 под давлением получают нитрил, амиды или эфиры акриловой кислоты, которые используются в синтезе полимеров:

получения полимера поливинилацетата

Ацетилен углеводороды в присутствии щелочных катализаторов присоединяют кетоны и альдегиды (реакция Фаворского):

алкины присоединяют кетоны и альдегиды

Большую практическую роль играет реакция взаимодействия в присутствии ацетиленидов Cu ацетилена с формальдегидом (реакция Реппе):

ацетилен с формальдегидом

Пропаргиловий спирт (I) — выходное соединение при производстве 1,4-бутиленгликоля. Алкины вступают в реакции циклоприсоединения и Дильса — Альдера. Термическая или каталитическая полимеризация приводит к образованию олигомеров и полимеров. Например, под воздействием солей Cu (I) в водном растворе HCl ацетилен димеризуется в винилацетилен, из которого впоследствии получают хлоропрен. Над активным углем ацетилен тримеризуется в бензол в присутствии в качестве катализатора N и (CN)2; в тетрагидрофуране — в циклооктатетраен (реакция Реппе), в присутствии водорода над Ni — в изобутилен. Из метилацетилена можно получить мезитилен и др. В присутствии окислителя и солей меди (I) ацетилен полимеризуется с образованием полиацетилена — карбина, который считается наряду с алмазом и графитом третьей аллотропная видоизменением углерода с кумулированным строением макромолекул:

ацетилен полимеризуется с образованием полиацетилена - карбина

При действии щелочных металлов тройная связь у алкинов перемещается через стадию образования промежуточных но не на конец молекулы. А в присутствии спиртовых растворов щелочи, наоборот, тройная связь перемещается к середине молекулы:

При действии щелочных металлов тройная связь у алкинов перемещается

Алкины с конечными тройными связями (R-C≡CH) обладают высокой для углеводородов кислотностью (для ацетилена рКа≈25) и образуют при действии щелочных, щелочно-земельных металлов, амидов металлов, металлических производных, так называемые ацетилениды МС≡СR, энергично реагирующие с водой, регенерирующим ацетилен углеводороды.

Из магнийорганических соединений легко образуются магнийгалогенопроизводные ацетилен углеводородов (Реактивы Иоцича). Ацетилениды Na, Mg, Li применяют в органическом синтезе для введения в молекулу ацетиленовой группы, например:

магнийгалогенопроизводные ацетилен углеводородов

Дизамещенные ацетилениды Cu2C2 и Ag2C2 синтезируются при воздействии на ацетилен аммиачных растворов солей Cu (I) и Ag, соответственно. Образование Cu2C2 красно-бурого цвета применяют для идентификации ацетилена и его гомологов с конечной тройной связью. Ацетилениды тяжелых металлов в сухом виде – это неустойчивые соединения, которые взрываются от сотрясения. В процессе сгорании ацетилена при доступе чистого кислорода выделяется значительное количество тепла (при этом температура пламени достигает 3000 градусов С), что дает возможность применять ацетилен с целью автогенной резки и сварки металлов. Окислители KMnO4 (в нейтральном или щелочной среде), K2Cr2O7, RuO4, SeO2, CrO3 в кислой среде, озон приводят к расщеплению тройной связи с синтезом карбоновых кислот. В некоторых случаях возможно окисление до α-дикетонов. С конечным тройной связью алкины в указанных условиях образуют карбоновую кислоту и СО2.

Читайте так же:
Количество пропана в баллоне 50 л

Методы извлечения ацетилена в промышленности:

  • разложение карбида кальция в воде: разложение карбида кальция в воде
  • электрокрекинг метана (природного газа с примесями) в электродуговых печах: электрокрекинг метана
    Температура 1600 ° С, нормальное давление, смесь газов при этом резко охлаждают водой;
  • частичное окисление (термоокислительный крекинг) природного газа благодаря теплу, которое выделяется при частичном сгорании метана: термоокислительный крекинг
  • процесс пиролиза природного газа.

Получают ацетиленовые углеводороды в лабораторных условиях в результате действия спиртового раствора щелочи (КОН — спиртовой раствор) на 1,1- или 1,2-дигалогенопроизводные углеводородов:

  • алкилированием ацетиленидов натрия, электролизом двухосновных ненасыщенных кислот.

Алкины, в частности полиацетилен, обнаруженные в природе во многих растениях, грибах (Basidiomycetes) например из подсолнечника выделено желтый пентаинен СН3- (С≡С) 5-СН = СН2.

Алкины (ацетиленовые углеводороды) наркотического действия, усиливается с увеличением молекулярной массы субстанции.

Длительная работа специалистов с ацетиленом в промышленных условиях могут привести к функциональным нарушениям нервной системы. Высокие концентрации ацетилена при незначительном содержании кислорода приводят к отеку легких и потере сознания.

Свойства алкинов

Физические свойства

По физическим свойствам алкины мало отличаются от алкенов и алканов. Так, простейший алкин ацетилен — газ без вкуса и запаха, плохо растворимый в воде. Среди гомологов ацетилена есть и жидкие, и твёрдые вещества: чем больше молекулярная масса, тем выше температуры кипения и плавления алкинов.

Химические свойства

Для алкинов, как и для алкенов, характерны реакции присоединения. Они идут в две стадии:

Вопрос. Возможна ли для полученного соединения реакция присоединения?

Поскольку полученный этилен содержит двойную связь, возможна вторая стадия этого процесса:

Вопрос. Возможна ли реакция присоединения для полученного вещества? Почему?

Таким образом, в результате реакции гидрирования из ацетилена можно получить и этилен, и этан. Всё зависит от условия процесса и от соотношения исходных веществ. Например, реакцию присоединения хлороводорода к ацетилену часто прерывают на первой стадии:

Дело в том, что хлорвинил применяется для получения полимера полихлорвинила.

Задание 20.3. Составьте уравнения реакции полимеризации хлорвинила.

Изделия из полихлорвинила (–СНСl–СН2–)n имеют разнообразное применение.

Так, полихлорвинил (ПХВ, или ПВХ) является основой для получения искусственной кожи, различной посуды одноразового пользования, полимерной тары, клеёнок, отделочных материалов и т. д. Многие пластмассовые изделия, которые мы используем каждый день, обивка салонов автомобилей, вагонов, самолётов, — сделаны из ПВХ. Он также используется для электроизоляции проводов.

Аналогично идут и другие реакции присоединения. Например, ацетилен, как и этилен, обесцвечивает бромную воду. Кроме того, он обесцвечивает и раствор перманганата калия, т. е. вступает в реакции окисления.

Задание 20.4. Составьте уравнения реакции ацетилена с бромом.

Читайте так же:
Как выбрать реноватор видео

Таким образом, ацетилен тоже даёт качественные реакции на π-связь. Поэтому правильнее говорить, что реакции обесцвечивания бромной воды и перманганата калия — это качественные реакции на кратную связь. Другими словами, при помощи этих реакций можно обнаружить непредельные соединения, содержащие кратную связь, которая содержит π-связь.

Большое практическое значение имеет реакция присоединения воды к ацетилену — гидратация ацетилена. Поскольку эту реакцию открыл и изучил российский ученый М. Г. Кучеров*, она носит название «реакция Кучерова»:

* Кучеров Михаил Григорьевич (3.06.1850–26.06.1911) — русский химик-органик. Открыл (1881) реакцию каталитической гидратации ацетиленовых углеводородов с образованием карбонилсодержащих соединений.

Уксусный альдегид нужен для получения уксусной кислоты. Ацетилен горит.

Задание 20.5. Составьте уравнение реакции горения ацетилена.

Газообразные углеводороды можно различить по характеру пламени. Так, метан горит бесцветным пламенем, этилен — светящимся, а ацетилен — коптящим, т. е. углерод окисляется не полностью и частично выделяется в виде простого вещества (сажи). В токе кислорода ацетилен горит ослепительно-голубым пламенем с выделением большого количества теплоты (температура пламени превышает 3000 °C!). Поэтому эта реакция используется для газовой сварки и резки металлов.

При неполном окислении ацетилена (раствором перманганата калия) образуется смесь кислот.

Для ацетилена возможна реакция полимеризации, причём в эту реакцию может вступать небольшое число молекул. Так, при тримеризации ацетилена (соединяются три молекулы) образуется циклическое соединение — бензол:

Для алкинов характерна подвижность атомов водорода у тройной связи. За счёт этих атомов происходят реакции замещения таких атомов водорода:

Аналогичная реакция замещения происходит и с оксидом меди (I), и со щелочными металлами. В результате обеих реакций выделяется осадок, поэтому их считают качественными реакциями на алкины, в молекулах которых имеется атом водорода у тройной связи. Такая же реакция замещения происходит и со щелочными металлами.

Работа с чугуном, медью и латунью

Перед сваркой чугуна необходимо разогреть место стыка и только затем проводить работу. В противном случае, в структуре основного металла образовывается белый чугун, и стык становится хрупким. Работа производится нормальным пламенем.

Сварку деталей из меди ведут без разрывов и предварительных прихваток. Между деталями зазор не выставляется. Медь очень текучий материал при нагреве и очень теплопроводный материал. Поэтому необходимо выставлять более мощное пламя горелки. Лучше вести ацетиленовую сварку под слоем флюса, для предотвращения окисления стыка.

Сварка латуни с помощью ацетилена и кислорода – это самый оптимальный вариант для данного материала. Температура расплава не должна превышать 9000, при этом не полностью испаряется цинк. Благодаря ацетиленовой сварке формируется надежный шов, удаляя из сварочной ванны 25% этого металла.

Необходимо поддерживать низкое содержание горючего газа в смеси, это позволит испарять цинк в необходимом объеме. Для лучшего результата необходимо использовать флюсы и качественную присадку. С помощью газосварки можно также варить бронзовые детали и другие металлы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector