Акрилонитрил - один из важнейших продуктов нефтехимии, находящий широкое применение в самых разных отраслях промышленности. В этой статье мы подробно рассмотрим свойства этого уникального вещества, способы его производства и области использования. Узнаете, какие опасности таит в себе этот продукт и как с ними бороться.
Свойства нитрила акриловой кислоты
Нитрил акриловой кислоты (или акрилонитрил) - это органическое соединение с химической формулой CH2=CH-CN. По своему строению он представляет собой ненасыщенный нитрил, в молекуле которого атом водорода акриловой кислоты замещен на цианогруппу (-CN).
В обычных условиях акрилонитрил находится в жидком агрегатном состоянии. Это бесцветная или слегка желтоватая подвижная жидкость с характерным резким запахом горького миндаля.
Основные физические свойства акрилонитрила:
- Плотность при 20°С - 0,800-0,806 г/см3
- Температура плавления - -84°С
- Температура кипения - 77°С
- Растворимость в воде при 20°С - 7,3% по массе
- Хорошо растворяется в органических растворителях
Акрилонитрил обладает высокой реакционной способностью. Он легко вступает в реакции присоединения, полимеризации, сополимеризации. Наиболее характерны для него реакции по двойной связи C=C с образованием полимеров.
К сожалению, это вещество также отличается высокой токсичностью. Пары акрилонитрила обладают сильным раздражающим действием на слизистые оболочки и кожу. При попадании внутрь организма это соединение вызывает тяжелое отравление, вплоть до летального исхода. Акрилонитрил отнесен ко 2-му классу опасности (высокоопасные вещества).
Получение нитрила акриловой кислоты
В 1893 году немецкий химик Вильгельм Любавин впервые получил акрилонитрил путем дегидратации оксида этилена синильной кислотой:
CH2=CH2 + HCN → CH2=CH-CN + H2O
Однако промышленное производство этого вещества началось только в 1930-х годах, после того как был синтезирован нитрильный каучук. В то время акрилонитрил получали взаимодействием окиси этилена с синильной кислотой:
CH2=CH2 + 2HCN → CH2=CH-CN + NH3
C 1940-х годов вместо дорогой окиси этилена стали использовать более дешевый ацетилен:
HC≡CH + HCN → CH2=CH-CN
Но наибольшее распространение в промышленности получил метод окислительного аммонолиза пропилена, разработанный фирмой «Сохио» в 1960-х годах:
CH2=CH-CH3 + NH3 + 1/2O2 → CH2=CH-CN + 3H2O
В этом процессе используются катализаторы на основе фосфомолибдата висмута при температуре 400-485°C. Помимо основного продукта образуется ряд побочных соединений, таких как HCN, CH3CN, CO, CO2.
Полученная смесь подвергается ректификации с выделением чистого акрилонитрила. Общий выход целевого продукта составляет 75-80% от исходного пропилена.
В настоящее время ведутся работы по совершенствованию технологии производства акрилонитрила, повышению ее эффективности и безопасности. Одно из перспективных направлений - использование специальных ингибиторных присадок, подавляющих побочные реакции.
Применение нитрила акриловой кислоты
Благодаря своим уникальным свойствам, акрилонитрил нашел широчайшее применение в различных отраслях промышленности.
Одно из основных направлений использования этого вещества - производство синтетических волокон. Полимеризуя акрилонитрил, получают полиакрилонитрил (нитрон) - материал для изготовления искусственной шерсти и текстильных изделий.
Крупнотоннажными продуктами на основе акрилонитрила являются различные пластмассы и пластики:
- АБС-пластики (сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола)
- САН (сополимер стирола и акрилонитрила)
- ПММА (полиметилметакрилат)
Эти материалы применяются в производстве бытовой техники, автомобилей, строительных конструкций и других изделий.
На основе акрилонитрила также синтезируют разнообразные синтетические каучуки, важнейшими из которых являются:
- Нитрильный каучук
- Бутадиен-нитрильный каучук
Эти соединения широко используются для производства резиновых изделий и шин.
Кроме того, акрилонитрил применяют для получения цианэтилцеллюлозы, акриламида, адиподинитрила и многих других ценных продуктов органического синтеза.
Таким образом, нитрил акриловой кислоты является уникальным многоцелевым сырьем для химической промышленности, а спрос на него будет только расти в будущем.
Хранение и транспортировка нитрила акриловой кислоты
Из-за высокой токсичности и легковоспламеняемости акрилонитрил требует особых условий хранения и транспортировки.
Для хранения используют стальные герметичные резервуары, цистерны или бочки. Хранить акрилонитрил нужно вдали от источников тепла и электрооборудования во избежание взрывов.
Оптимальная температура хранения от -10 до +30°C. Срок годности в закрытой таре составляет 6 месяцев. Необходим строгий контроль за герметичностью тары.
Для транспортировки применяют:
- Железнодорожные цистерны
- Автоцистерны
- Морские танкеры
- Авиатранспорт
Обязательным требованием является наличие инертного газа (азота) над поверхностью жидкости. Транспортировку осуществляют при температуре не выше +30°C.
Производство нитрила акриловой кислоты в мире
Крупнейшими мировыми производителями акрилонитрила являются:
- Китай - около 4 млн тонн в год
- США - 1,5 млн тонн в год
- Япония - 1 млн тонн в год
- Россия - 650 тыс. тонн в год
В 2020 году общий объем производства акрилонитрила в мире составил 6,2 млн тонн. Ожидается, что к 2025 году этот показатель вырастет до 7,5 млн тонн в год.
Основными факторами роста производства являются:
- Развитие автомобильной промышленности
- Увеличение спроса на пластмассы и синтетические волокна
- Внедрение новых эффективных технологий производства
Безопасное обращение с акрилонитрилом
При работе с акрилонитрилом необходимо соблюдать ряд мер предосторожности:
- Использовать средства защиты органов дыхания и кожи
- Проводить работы в вытяжном шкафу
- Исключить контакт с открытым пламенем и искрами
- При разливе засыпать опилками и нейтрализовать растворами щелочей
В случае отравления необходимо вывести пострадавшего на свежий воздух, промыть желудок водой и дать принять адсорбенты.
Таким образом, при соблюдении всех правил работы с этим опасным веществом можно максимально снизить риски для здоровья персонала и окружающей среды.
