Полимеризация и растворение ацетилена

Версия для печатиВерсия для печати

Ацетилен полимеризуется при температуре 400-800°C.

Полимеризации ацетилена
соединение нескольких молекул в одну с образованием других более сложных соединений: бензола (CH), стирола (CH), нафталина (CH), толуола (CH) и другие, жидкие смолообразные продукты сложного состава.

Молекулы соединений, образующихся в результате полимеризации, содержат меньше потенциальной энергии, чем молекулы ацетилена, так как их образование происходит с выделением тепла, благодаря чему они более устойчивы.

В присутствии металлов или других катализаторов температура полимеризации ацетилена может снижаться до 250-300°C. Процесс полимеризации сопровождается уменьшением давления и выделением тепла, которое способствует дальнейшему развитию полимеризации.

Например: при полимеризации ацетилена в бензол выделяется 148 ккал/моль тепла.

В результате недостаточном отводе тепла при температурах, превышающих 530°C, процесс полимеризации может вызвать взрывчатое разложение всего оставшегося (не полимеризованного) ацетилена. Если при полимеризации имеет место достаточно интенсивный отвод тепла за счет хорошо развитой поверхности охлаждения или других причин, то взрывчатого распада ацетилена может не наступить, и реакция ограничивается полимеризацией.

Полимеризация обнаруживается по бурым налетам на известковом иле и предупреждается обильным водяным охлаждением пространства, где идет разложение карбида кальция при получении ацетилена.

Границы полимеризации и взрывчатого распада ацетилена приведены на рисунке ниже.

Границы полимеризации и взрывчатого распада ацетилена

Характер протекания процесса полимеризации во многом зависит от состава и строения присутствующих катализаторов. Примеси кремнистого водорода, сероводорода и фосфористого водорода не оказывают заметного влияния на процессы полимеризации и распада ацетилена, однако фосфористый водород является вредной примесью, так как его повышенное содержание может явиться причиной самовоспламенения ацетиленовоздушной смеси.

В условиях работы ацетиленовых генераторов полимеризация может начинаться при 150-180°C. Полимеризация, обнаруживаемая по наличию смолообразных продуктов в трубопроводах и желтоватой окраске ила, удаляемого из генератора, указывает на нарушения в работе генератора и сильный перегрев ацетилена.

Растворение ацетилена

Ацетилен обладает способностью растворяться во многих жидкостях, но лучше всего он растворяется в ацетоне. Значения растворимости ацетилена при атмосферном давлении и температуре 15°C в жидкостях представлены в таблице ниже.

Растворитель

Растворимость ацетилена в 1 л жидкости, л

Вода

1,15

Бензол

4,0

Бензин

5,7

Ацетон

23

C понижением температуры растворимость ацетилена в жидкостях увеличивается, о чем можно судить по данным представленным ниже.

Температура, °C

Количество объемов ацетилена, растворяющегося в одном объеме

ацетона

воды

-20

52

-

-10

42

-

0

33

1,73

+10

26

1,31

+20

20

1,03

+30

16

0,84

+50

-

0,50

+70

-

0,25

+90

-

0.05

Из вышеуказанных данных видно, что растворимость ацетилена в ацетоне и воде с повышением температуры уменьшается. Поэтому для ускорения процесса заправки ацетиленом баллоны искусственно охлаждают. Растворимость ацетилена резко падает при наличии в ацетоне воды, поэтому ацетилен перед поступлением в баллон должен подвергаться осушке. Давление ацетилена в баллоне увеличивается при повышении температуры.

Баллоны для ацетилена заполняются высокопористой капиллярной массой, пропитанной ацетоном, в котором растворяется ацетилен, с целью исключения возможности взрывчатого распада сжатого ацетилена. Молекулы ацетилена в баллоне отделены друг от друга молекулами ацетона и распределены в порах и узких каналах, которые создают сопротивление распространению взрыва и обеспечивают теплоотвод. Высокая капиллярность пористой массы способствует равномерному распределению и удержанию ацетона на ее поверхности, чем обеспечивается большая поверхность контакта между газом и ацетоном в баллоне (см. статью Взрывоопасность, ядовитость и самовоспламенение ацетилена)

Инфузорная земля (кизельгур, диатомит), пемза, асбест, древесный и активированный уголь, силикат кальция, углекислый магний и др. высокопористые вещества применяют в качестве пористых масс. Наибольшее применение имеет активный уголь марки БАУ, который представляет собой обработанный водяным паром при высокой температуре березовый или буковый уголь-сырец.

Пористые массы, применяемые для заполнения ацетиленовых баллонов должны удовлетворять следующим требованиям:

  • надежно сдерживать взрывной распад ацетилена в баллоне при давлении до 3 МПа (30 кгс/см2);
  • не вступать в реакцию с ацетиленом, ацетоном и металлом баллона;
  • обладать достаточной механической прочностью и не разрушаться при ударах и толчках, неизбежных в процессе эксплуатации баллона
  • не оседать и не образовывать пустот в баллоне;
  • легкость и пористость, чтобы не уменьшить полезный объем и не увеличить веса тары баллона;
  • не выгорать и осмоляться при обратном ударе пламени;
  • обеспечивать равномерное распределение растворителя (ацетона) по всему объему баллона
  • предотвращать стекание растворителя (ацетона) на дно баллона;
  • обеспечивать быстрое выделение ацетилена из раствора для возможности отбора газа без сильного охлаждения баллона.

При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа. Растворенный ацетилен предназначен для его хранения и транспортирования. Ввиду крайне высокой взрывчатости в жидком и твердом виде ацетилен в технике не применяется.

Применение растворенного ацетилена имеет ряд преимуществ по сравнению с получением ацетилена непосредственно из передвижных генераторов:

  • высокое давление газа, обеспечивающее устойчивую работу оборудования для газопламенной обработки;
  • высокая чистота газа отбираемого из баллона;
  • компактность установки, а следовательно - повышение оперативности и маневренности поста для газовой сварки;
  • чистота рабочего места;
  • безопасность в работе;
  • снижение расходов на обслуживание передвижных генераторов;
  • повышение коэффициента полезного использования карбида кальция;
  • повышение производительности труда сварщика на 20%;
  • снижение потерь ацетилена на 15-25%;
  • возможность работы при низких температурах воздуха;
  • выполнение особо ответственных сварочных работ из-за минимального количества посторонних примесей.