گاز استیلن چیست ؟ مصارف و کاربرد آن در صنعت
گاز استیلن کوچک ترین هیدروکربن در دسته ی آلکین هاست. این مولکول دارای ۲ اتم کربن و ۲ اتم هیدروژن بوده و به دلیل داشتن پیوند سه گانه بین دو کربنش، به صورت خطی است. گاز استیلن یک هیدروکربن غیر اشباع است. قابلیت ترکیب با اکسیژن و اشتعال در این گاز بسیار بالاست و همچنین در شرایط STP رنگ و بوی خاصی ندارد ولی به دلیل وجود ناخالصی هایی در آن بویی شبیه سیر از آن به مشام می رسد.
این گاز برای اولین بار در سال ۱۸۳۶ کشف و استفاده شد ولی ماهیت و نام آن در سال ۱۸۶۰ توسط یک شیمیدان فرانسوی شناسایی و نام گذاری شد. گاز استیلن در هنگام سوختن شعله ای درخشان از خود تولید می کند. تولید گاز استیلن در صنعت به دلیل استفاده های گوناگون روز به روز افزایش یافته است و به دلیل قابل ذخیره بودن و قابل حمل بودن، خرید و فروش این ماده ی شیمیایی نیز گسترش یافته است. در ادامه برای دانستنی های گاز استیلن در نشریه جهان شیمی فیزیک با ما همراه باشید.
مصارف و کاربرد گاز استیلن چیست ؟
بیشتر استیلن تولیدی برای مصارف شیمیایی استفاده می شود بخش کوچکی حدود ۲۰% از استیلن تولیدی در صنایعی مانند جوشکاری استفاده می شود.
گرمای احتراقی که از سوختن استیلن با اکسیژن حاصل می شود گرمایی بالغ بر ۳۰۰۰ درجه ی سانتیگراد را فراهم می کند که این دما نسبت به سایر گازهای طبیعی بیشتر است. از این خاصیت گاز استیلن در صنایعی مانند جوشکاری و برش کاری می توان بهره برد.
جوشکاری اکسی استیلن
این نوع جوشکاری به عنوان اولین نوع از جوشکاری در صنعت شناخته می شود. داغ ترین شعله در بین سوخت های گازی شکل مربوط به اکسی استیلن است و این شعله سومین شعله ی داغ مورد استفاده در صنعت می باشد. به همین دلیل است که حتی با جایگزینی جوشکاری قوس الکتریکی به جای آن هنوز استفاده اش در جوشکاری فلزات حفظ شده است. میزان گرمای تولید شده ی مشعل در این روش بستگی به میزان فشار گاز ها دارد و باید میزان گاز استیلن و اکسیژن بررسی و به طور مناسبی تنظیم گردد. در جوشکاری به این روش نیاز به کپسول های گاز استیلن و اکسیژن، لوله ی انتقال و مشعل جوشکاری می باشد.
نکته
در هنگام جوشکاری با کپسول گاز استیلن باید فاصله ی کپسول تا محل جوش مناسب باشد به طوری که از امکان پرتاب جرقه روی کپسول ممانعت گردد. زیرا جرقه می تواند باعث انفجار گردد.
در هنگام استفاده از گاز استیلن در جوشکاری چون این گاز دمای احتراق بالایی را ایجاد می کند ممکن است باعث بالا رفتن حرارت محیط و گرم شدن کپسول گردد که در این زمینه نیز باید ایمنی لازم رعایت گردد و در صورت گرم شدن کپسول از ادامه ی فرآیند جوشکاری اجتناب شود.
یکی دیگر از مواردی که باید به آن توجه کرد فشار بسیار بالای گاز درون کپسول هاست که نمی توان از آن به طور مستقیم در جوشکاری استفاده نمود. برای کاهش فشار کپسول ها معمولا باید از دستگاه هایی که کاهش دهنده ی فشار هستند استفاده کرد. این دستگاه ها علاوه بر کاهش فشار، گاز را به صورت یکنواخت به شعله می رسانند و این موجب پایداری دمای شعله و کم شدن خطرات احتمالی خواهد شد. اگر نسبت گاز اکسیژن به استیلن کم ویا زیاد شود بر روی دمای حرارت شعله تاثیر نامطلوب خواهد داشت.
توجه
در فرآیند جوشکاری به این روش از یک مشعل انژکتوری که قابلیت مکیدن گاز استیلن از طریق اکسیژن را داراست استفاده می شود. در این نوع از مشعل فشار گاز اکسیژن قابل تنطیم است.
کاربرد گاز استیلن در پلاستیک را می شناسید ؟
یکی دیگر از کاربرد های این ماده ی شیمیایی استفاده در صنعت تولید پلاستیک با استفاده از ترکیب گاز استیلن با کلر و مواد دیگر است. از این روش برای ساخت پلاستیک های نوع PVC استفاده می شود که در ساخت وسایل صنعتی کاربرد فراوانی دارد. البته به دلیل اثرات مخرب زیست محیطی بیشتر کشورهای دنیا از این روش کمتر استفاده می کنند.
کاربرد گاز استیلن در گذشته
در گذشته های دور از گاز استیلن برای منبع روشنایی قابل حمل استفاده می شد. برای روشنایی در این مشعل ها استیلن را به روش واکنش کاربید کلسیم با آب تولید می کردند. کارگران معادن ذغال سنگ اغلب از این مشعل ها برای روشن کردن داخل معدن استفاده می کردند. امروزه به دلیل پیشرفت علم و تکنولوژی چراغ های LED جایگزین این چراغ ها شده اند و استفاده از مشعل های استیلنی تقریبا منسوخ شده است. جالب است بدانید روشنایی معابر عمومی در سال های ۱۸۰۰ تا ۱۹۰۰ میلادی از این طریق انجام می شد.
یکی از کاربرد های مهم این ماده سنتز برخی ترکیبات شیمیایی دیگر است. یعنی از گاز استیلن در صنعت برای ساخت مواد شیمیایی مورد نیاز استفاده می کنند. سنتز برخی حلال ها، سنتز ویتامین هایی مانند A و E ، صنعت تولید عطر و موارد دیگر با کمک این ماده ی شیمیایی انجام می گیرد.
گاز استیلن به عنوان یک منبع کربن می تواند در تولید نانولوله های کربنی که شاخه ای از فلورن هاست استفاده شود. فلورن ها جایگاه ویژه ای در علم و تکنولوژی دارند.
این گاز همچنین در صنعت کشاورزی استفاده شده و موجب رشد گیاهان می شود.
از مخلوط گاز استیلن با گاز های دیگری در دستگاه جذب اتمی و طیف سنجی با شعله به عنوان سوخت استفاده می شود. دستگاه جذب اتمی در تحقیقات آزمایشگاهی و بیولوژیکی اهمیت فراوان دارد.
در کارهای مربوط به باستان شناسی برای تشخیص نسبت ایزوتوپ کربن ۱۴ به کربن ۱۲ از طیف سنج های جرمی مخصوصی استفاده می شود که گاز استیلن در آنها استفاده می شود.
تولید گار استیلن
از اکسیداسیون محدود گاز متان می توان به این ماده ی با ارزش در صنعت دست یافت. تولید استیلن به این روش می تواند منجر به ایجاد مواد شیمیایی با ارزش دیگری در صنعت بیانجامد مانند هیدروژن.
ترکیب کاربید کلسیم یک جامد سیاه رنگ با H۲O منجر به تولید گاز استیلن می شود. کاربیت کلسیم نیز از واکنش زغال کک با آهک تحت دما های بالا تهیه می شود. واکنش تولید استیلن به این روش در ادامه آورده شده است:
CaO + 3C → C۲Ca + H۲O → H-C≡C-H
شکستن هیدروکربن های دیگر در دستگاه های پیشرفته ی صنعتی هم یکی دیگر از روش های تولید این ماده است. هیدروکربن ها از طریق یک قوس الکتریکی تبدیل می شوند.
واکنش های گاز استیلن را می شناسید ؟
از واکنش های گاز استیلن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- شرکت در واکنش های افزایشی مانند هالوژن دار شدن یا افزایش هیدروژن هالید به آن و تولید آلکیل هالید ها. در این واکنش ها هالید اسفاده شده می تواند کلر یا برم باشد.
- واکنش های کاهشی یا هیدروژن دار شدن در حضور کاتالیزور هایی مانند لیندلار، پلاتین و پالادیوم.
- شرکت در واکنش های آب پوشی توسط استیلن به این صورت است که واکنش در حضور آب، اسید و سولفات جیوه انجام می گیرد و در نهایت پس از نوآرایی به شکل استآلدهید یا اتانال در می آید.
خرید و فروش گاز استیلن چگونه است ؟
این ماده در کپسول های معمولا زرد یا شاه بلوطی رنگ حاوی مواد متخلخل و همچنین استون و از جنس فولاد به فروش می رسد. استیلن در خلوص های متفاوت صنعتی و تحیقاتی با گرید ۲.۵ با خلوص ۹۹.۵ و گرید ۳ با خلوص ۹۹.۹% و گرید ۳ با خلوص ۹۹.۹۵% موجود شده است. کپسول ها معمولا در اندازه های ۶ تا ۱۲ پوندی ارائه می شوند و فشار کپسول های این گاز معمولا تا ۱۵ بار است. کپسول های خالی شده و به اصطلاح استوک این ماده هم مورد خرید و فروش قرار می گیرد.
چرا در کپسول گاز استیلن از استون استفاده می شود ؟
برای جلوگیری از تجزیه و انفجار این گاز باید تمهیداتی صورت بگیرد. برای کاهش این خطرات از مواد متخلخل و استون در کپسول ها استفاده می شود. مواد متخلخل می توانند به صورت یکپارچه با استفاده از چسب و یا به صورت غیر یکپارچه بدون استفاده از چسب مانند فیبر و مواد گرانولی استفاده شوند. استون ماده ای است که گاز استیلن را تا حد زیادی در خود حل می کند و این حل شدن در فشار های بالا بیشتر می شود. برای مثال هر لیتر از استون در دمای ۱۵ درجه ی سانتیگراد و فشار ۱ بار قادر به حل ۲۵ لیتر گاز استیلن در خود است. با توجه به توضیحات بالا می توان با استفاده از استون در فشارهای بیشتر، مقدار بیشتری از این ماده ی شیمیایی را در آن حل نموده و گاز استیلن بیشتری وارد کپسول کرد.
راه دیگری که برای ممانعت از انفجار در کپسول ها انجام می دهند این است که در ابتدا و انتهای سیلندر ها سوپاپ اطمینانی قرار می دهند که با یک فلز با دمای ذوب حدود ۱۰۰ درجه ی سانتیگراد پر شده است. در صورتی که دمای محیطی که کپسول در آن قرار دارد، بالا رود فلز ذوب شده و گاز از سوپاپ اطمینان کپسول خارج می گردد و از انفجار کپسول جلوگیری می شود.
خطرات گاز استیلن را می شناسید ؟
گاز استیلن به دلیل خاصیت انفجاری و اشتعالی که دارد برای استفاده از آن نیاز به رعایت نکات ایمنی فراوان است:
- کپسول گاز استیلن نباید در مجاورت هیچ منبع حرارت مانند نور خورشید قرار بگیرد.
- کپسول ها همواره باید به صورت کاملا عمودی قرار گرفته و توسط زنجیر یا وسایل نگهدارنده ی دیگر محافظت شوند تا از افتادن آن ها جلو گیری شود.
- از قرار دادن کپسول در مکان های مرطوب ممانعت شود و کپسول ها روی سطوح خشک قرار بگیرند.
- کپسول های استیلن که در انبار نگهداری می شوند باید از هم فاصله داشته باشند زیرا در اثر برخورد با هم امکان انفجار در آنها وجود دارد.
- در صورتی که شیر خروجی گاز در کپسول ها دچار یخ زدگی شود از اعمال مستقیم حرارت مانند شعله به آن باید خودداری کرد و از روش های غیر مستقیم مانند کیسه ی شن یا آب داغ استفاده نمود.
- از قرار دادن کپسول به صورت افقی خودداری شود زیرا موجب نشت استون از آن و افزایش خطر انفجار می گردد.
- از قرار دادن کپسول در محیط هایی که در آن موادی مانند کپسول اکسیژن و مواد اکسنده ی دیگر قرار دارند باید اجتناب گردد.
- استعمال دخانیات چه در محل نگهداری و چه در محل استفاده از گاز استیلن ممنوع است.
- در صورت ایجاد احتراق برای خاموش کردن آتش از آب، کف و مواد شیمیایی خشک استفاده شود.
- شیر خروجی کپسول ها همیشه با کف صابون بررسی شود تا اگر احتمال نشتی باشد برطرف گردد.
- محیط نگهداری کپسول ها باید از تهویه ی مناسبی برخوردار باشد.
- شیر خروجی کپسول ها به هیچ وجه نباید روغن کاری شوند زیرا به محض برخورد گاز با روغن انفجار رخ خواهد داد.
