Как получают этиленгликоль. Химические свойства этиленгликоля. Области применения и ценовая политика продукционного ряда

Самые известные и применяемые в жизни человека и в промышленности вещества, принадлежащие к категории многоатомных спиртов - это этиленгликоль и глицерин. Их исследование и использование началось несколько веков назад, но свойства этих во многом неповторимы и уникальны, что делает их незаменимыми и по сей день. Многоатомные спирты используют во многих химических синтезах, отраслях промышленности и сферах человеческой жизнедеятельности.

Первое «знакомство» с этиленгликолем и глицерином: история получения

В 1859 году, посредством двухстадийного процесса взаимодействия дибромэтана с ацетатом серебра и последующей обработки едким кали полученного в первой реакции этиленгликольдиацетата, Шарль Вюрц впервые синтезировал этиленгликоль. Некоторое время спустя был разработан метод прямого гидролиза дибромэтана, но в промышленных масштабах в начале двадцатого века двухатомный спирт 1,2-диоксиэтан, он же - моноэтиленгликоль, или просто гликоль, в США получали посредством гидролиза этиленхлоргидрина.

На сегодняшний день и в промышленности, и в лаборатории применяют ряд других методов, новых, более экономичных с сырьевой и энергетической точек зрения, и экологичных, так как применение реагентов, содержащих или выделяющих хлор, токсины, канцерогены и другие опасные для окружающей среды и человека вещества, сокращается по мере развития «зелёной» химии.

Аптекарем Карлом Вильгельмом Шееле в 1779 году был открыт глицерин, а особенности состава соединения изучил в 1836 году Теофиль Жуль Пелуз. Двумя десятилетиями позже было установлено и обосновано строение молекулы данного трёхатомного спирта в трудах Пьера Эжена Марселея Вертело и Шарля Вюрца. Наконец, ещё двадцать лет спустя Шарль Фридель провёл полный синтез глицерина. В настоящее время промышленность использует два метода его получения: через хлористый аллил из пропилена, а также через акролеин. Химические свойства этиленгиликоля, как и глицерина, широко используют в различных сферах химического производства.

Строение и структура соединения

В основе молекулы лежит непредельный углеводородный скелет этилена, состоящий из двух атомов карбона, в котором произошёл разрыв двойной связи. На освободившиеся валентные места у атомов углерода присоединились две гидроксильные группы. Формула этилена - С 2 Н 4 , после разрыва кранной связи и присоединения гидроксильных групп (через несколько стадий) она выглядит как С 2 Н 4 (ОН) 2 . Это и есть этиленгликоль.

Молекуле этилена присуща линейная структура, в то время как двухатомный спирт имеет некое подобие транс-конфигурции в размещении гидроксильных групп по отношению к углеродному остову и друг к другу (в полной мере этот термин применим к положению относительно кратной связи). Такая дислокация соответствует самому удаленному расположению водородов из функциональных групп, меньшей энергии, а значит - максимальной устойчивости системы. Попросту говоря, одна ОН-группа «смотрит» вверх, а другая - вниз. В то же время неустойчивыми являются соединения с двумя гидроксилами: при одном атоме карбона, образуясь в реакционной смеси, они тут же дегидратируются, переходя в альдегиды.

Классификационная принадлежность

Химические свойства этиленгликоля определяются его происхождением из группы многоатомных спиртов, а именно подгруппы диолов, то есть соединений с двумя гидроксильными фрагментами у соседних атомов карбона. Веществом, также содержащим несколько ОН-заместителей, является и глицерин. Он имеет три спиртовых функциональных группы и является самым распространённым представителем своего подкласса.

Многие соединения этого класса также получают и используют в химическом производстве для различных синтезов и прочих целей, но применение этиленгликоля имеет более серьёзные масштабы и задействовано практически во всех отраслях промышленности. Этот вопрос будет рассмотрен ниже более подробно.

Физические характеристики

Применение этиленгликоля объясняется наличием ряда свойств, которые присущи многоатомным спиртам. Это отличительные черты, характерные только для данного класса органических соединений.

Самое важно из свойств - это неограниченная способность смешиваться с Н 2 О. Вода + этиленгликоль даёт раствор, обладающий уникальной характеристикой: температура его замерзания, в зависимости от концентрации диола, ниже на 70 градусов, чем у чистого дистиллята. Важно отметить, что зависимость эта нелинейная, и по достижении определённого количественного содержания гликоля начинается обратный эффект - температура замерзания повышается при увеличении процентного содержания растворяемого вещества. Эта особенность нашла применение в области производства различных антифризов, жидкостей «незамерзаек», которые кристаллизуются при крайне низких термических характеристиках окружающей среды.

Кроме как в воде, процесс растворения отлично протекает в спирте и ацетоне, но не наблюдается в парафинах, бензолах, эфирах и тетрахлорметане. В отличие от своего алифатического родоначальника - такого газообразного вещества, как этилен, этиленгликоль - это сиропоподобная,прозрачная, с незначительным желтым оттенком жидкость, сладковатая по вкусу, с нехарактерным запахом, практически нелетучая. Замерзание стопроцентного этиленгликоля происходит при - 12,6 градусах Цельсия, а кипение - при +197,8. В нормальных условиях плотность составляет 1,11 г/см 3 .

Методы получения

Этиленгликоль можно получить несколькими способами, некоторые из них сегодня имеют лишь историческое или препаративное значение, а другие активно используются человеком в промышленных масштабах и не только. Следуя в хронологическом порядке, рассмотрим самые важные.

Выше уже был описан первый метод получения этиленгликоля из дибромэтана. Формула этилена, двойная связь которого разорвана, а свободные валентности заняты галогенами, - главного исходного вещества в данной реакции - помимо углерода и водорода имеет в своём составе два атома брома. Образование промежуточного соединения на первой ступени процесса возможно как раз благодаря их отщеплению, т. е. замещению ацетатными группами, которые при дальнейшем гидролизе превращаются в спиртовые.

В процессе дальнейшего развития науки стало возможным получение этиленгликоля прямым гидролизом любых этанов, замещенных двумя галогенами у соседних атомов карбона, с помощью водных растворов карбонатов металлов из щелочной группы или (менее экологичный реагент) Н 2 О и диоксида свинца. Реакция довольно «трудоёмкая» и протекает лишь при значительно повышенных температурах и давлении, но это не помешало немцам в периоды мировых войн использовать этот метод для производства этиленгликоля в промышленных масштабах.

Свою роль в становлении органической химии сыграл и способ получения этиленгликоля из этиленхлоргидрина путём его гидролиза угольными солями металлов щелочной группы. При повышении температуры реакции до 170 градусов выход целевого продукта достигал 90 %. Но был значительный недостаток - гликоль нужно было как-то извлекать из раствора соли, что непосредственно сопряжено с рядом трудностей. Учёные решили этот вопрос, разработав метод с тем же исходным веществом, но разбив процесс на две стадии.

Гидролиз этиленгликольацетатов, являясь ранее завершающей стадией метода Вюрца, стал отдельным способом, когда сумели получить исходный реагент окислением этилена в уксусной кислоте кислородом, то есть без применения дорогих и совсем неэкологичных соединений галогенов.

Известно также много способов производства этиленгликоля путём окисления этилена гидроперекисями, перекисями, органическими надкислотами в присутствии катализаторов (соединений осмия), и др. Также существуют электрохимические и радиационно-химические методы.

Характеристика общих химических свойств

Химические свойства этиленгликоля определяются его функциональными группами. В реакциях может принимать участие один гидроксильный заместитель или оба, в зависимости от условий процесса. Главное отличие в реакционной способности заключается в том, что за счёт наличия у многоатомного спирта нескольких гидроксилов и их взаимного влияния проявляются более сильные чем у одноатомных "собратьев". Поэтому в реакциях со щелочами продуктами являются соли (для гликоля - гликоляты, для глицерина - глицераты).

В химические свойства этиленгликоля, равно как и глицерина, входят все реакции спиртов из категории одноатомных. Гликоль даёт полные и неполные эфиры в реакциях с одноосновными кислотами, гликоляты, соответственно, образуются с щелочными металлами, а при химическом процессе с сильными кислотами или их солями выделяется альдегид уксусной кислоты - за счёт отщепления от молекулы атома водорода.

Реакции с активными металлами

Взаимодействие этиленгликоля с активными металлами (стоящими после водорода в химическом ряде напряженности) при повышенных температурах даёт этиленгликолят соответствующего металла, плюс выделяется водород.

С 2 Н 4 (ОН) 2 + Х → С 2 Н 4 О 2 Х, где Х - активный двухвалентный металл.

на этиленгликоль

Отличить многоатомный спирт от любой другой жидкости можно с помощью наглядной реакции, характерной только для данного класса соединений. Для этого к бесцветному раствору спирта вливают свежеосажденный (2), имеющий характерный голубой оттенок. При взаимодействии смешанных компонентов наблюдается растворение осадка и окрашивание раствора в насыщенно синий цвет - в результате образования гликолята меди (2).

Полимеризация

Химические свойства этиленгликоля имеют большое значение для производства растворителей. Межмолекулярная дегидратация упомянутого вещества, то есть отщепление воды от каждой из двух молекул гликоля и их последующее объединение (одна гидроксильная группа отщепляется полностью, а от другой отходит только водород), даёт возможность получения уникального органического растворителя - диоксана, который часто используется в органической химии, несмотря на его высокую токсичность.

Обмен гидроксила на галоген

При взаимодействии этиленгликоля с галогеноводородными кислотами наблюдается замена гидроксильных групп соответствующим галогеном. Степень замещения зависит от мольной концентрации галогенводорода в реакционной смеси:

НО-СН 2 -СН 2 -ОН + 2НХ → Х-СН 2 -СН 2 -Х, где Х - хлор или бром.

Получение эфиров

В реакциях этиленгликоля с азотной кислотой (определённой концентрации) и одноосновными органическими кислотами (муравьиной, уксусной, пропионовой, масленой, валерьяновой и т. д.) происходит образование сложных и, соответственно, простых моноэфиров. При других концентрация азотной кислоты - ди- и тринитроэфиров гликоля. В качестве катализатора используется серная кислота заданной концентрации.

Важнейшие производные этиленгликоля

Ценными веществами, которые можно получить из многоатомных спиртов с помощью несложных (описанных выше), являются эфиры этиленгликоля. А именно: монометиловый и моноэтиловый, формулы которых - НО-СН 2 -СН 2 -О-СН 3 и НО-СН 2 -СН 2 -О-С 2 Н 5 соответственно. По химические свойства они во многом похожи на гликоли, но, так же, как и любой другой класс соединений, имеют уникальные реакционные особенности, присущие только им:

• Монометилэтиленгликоль представляет собой жидкость без цвета, но с характерным отвратным запахом, закипающую при 124,6 градусах Цельсия, отлично растворяющуюся в этаноле, других органических растворителях и воде, значительно более летучую, чем гликоль, и с плотностью, меньшей, чем у воды (порядка 0,965 г/см 3).
• Диметилэтиленгликоль - также жидкость, но с менее характерным запахом, плотностью 0,935 г/см 3 , температурой закипания 134 градуса выше ноля и растворимостью, сравнительной с предыдущим гомологом.

Применение целлозольвов - так в общем называют моноэфиры этиленгликоля - довольно распространено. Они используются в качестве реагентов и растворителей в органическом синтезе. Также применяются и их для антикоррозийных и антикристаллизационных добавок в антифризы и моторные масла.

Области применения и ценовая политика продукционного ряда

Стоимость на заводах и предприятиях, занимающихся производством и продажей подобных реактивов, колеблется в среднем около 100 рублей за килограмм такого химического соединения, как этиленгликоль. Цена зависит от чистоты вещества и максимального процентного содержания целевого продукта.

Применение этиленгликоля не ограничивается какой-то одной областью. Так, в качестве сырья его используют в производстве органических растворителей, искусственных смол и волокон, жидкостей, замерзающих при отрицательных температурах. Он задействован во многих промышленных отраслях, таких как автомобильная, авиационная, фармацевтическая, электротехническая, кожевенная, табачная. Неоспоримо весомо его значение для органического синтеза.

Важно помнить, что гликоль - это токсичное соединение, которое может нанести непоправимый вред здоровью человека. Поэтому его хранят в герметичных сосудах из алюминия или стали с обязательным внутренним слоем, защищающим ёмкость от коррозии, только в вертикальных положениях и помещениях, не снабженных отопительными системами, но с хорошей вентиляцией. Срок - не более пяти лет.

(моноэтиленгликоль) представляет собой горючую прозрачную бесцветную жидкость маслянистой консистенции, без запаха, сладковатая на вкус. Хорошо растворяется в воде, спиртах, кетонах, умеренно - в бензоле, толуоле, диэтиловом эфире. В этиленгликоле плохо растворяются раститительные и животные масла и не растворяются минеральные масла, парафины, каучук, ацетил- и этилцеллюлоза, поливинилхлорид. При растворении этиленгликоля в воде выделяется теплота и происходит уменьшение объема.
Он является продуктом гидратации окиси этилена, простейший представитель многоатомных спиртов (полиолов), обладает всеми свойствами гликолей. Токсичен. Корозионно активен, обладает очень высокой гигроскопичностью и сильно поглащает воду из воздуха и других газов.
Плотность: 1,112 г/см³. Температура плавления -12,9° С, температура кипения 197,3° С.

Химическая формула: C 2 H 4 (OH) 2 .

В промышленности этиленгликоль получают гидратацией этиленоксида в присутствии серной или ортофосфорной кислоты. В качестве побочных продуктов образуются ди-, три- и полигликоли.
Выпускают этиленгликоль двух марок: волоконный и антифризный.

Этиленгликоль применяют в химической, текстильной, автомобильной, авиационной, электротехнической промышленностях. Он обладает уникальной возможностью не замерзать при пониженных температурах. Исключительно важным свойством этиленгликоля является его способность понижать температуру замерзания водных растворов. Благодаря этому, вещество нашло широкое применение в производстве низкозамерзающих и охлаждающих жидкостей (автомобильных антифризов, тосолов, тормозных жидкостей).
Кроме того, 41-45% мирового производства этиленгликоля используется для получения синтетических полиэфирных волокон и пленок: целлофана, полиуретанов и ряда других полимеров.
Также моноэтиленгликоль применяют при производстве гидравлических и закалочных жидкостей, алкидных смол, растворителей, конденсаторов, крема для обуви, взрывчатого вещества нитрогликоля и для других целей.

Физико-химические характеристики моноэтиленгликоля ГОСТ 19710-83.:

Наименование показателя	Норма для сорта
	Высший	Первый
Внешний вид	Прозрачная жидкость
Массовая доля этиленгликоля, %, не менее
Массовая доля диэтиленгликоля, %, не более
Цветность в единицах Хасена, не более:в обычном состояниипосле кипячения с соляной кислотой
Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более
Массовая доля железа, %, не более
Массовая доля воды, %, не более
Массовая доля кислот в пересчете на уксусную, %, не более
Показатель преломления при 20°С
Пропускание в ультрафиолетовой области спектра, %, не менее, при длинах волн 220/275/350 нм

Требования безопасности моноэтиленгликоля ГОСТ 19710-83.:

Степень токсичности
Основные свойства и виды опасности
Основные свойства	Прозрачная жидкость. Маслянистая, вязкая, остаток кубовый при охлаждении затвердевает. Без запаха. Растворима в воде. Гигроскопична. Высококипящая. Малолетуча. Загрязняет водоемы.
Взрыво- и пожароопасность	Горюч. Температура вспышки паров 120° С. Температура самовоспламенения 380° С. Воспламеняется при нагревании от открытого пламени. Емкости могут взрываться при нагревании.
Опасность для человека	Обладает наркотическим действием. Опасен при вдыхании (слабость, головная боль, головокружение, одышка, сердцебиение, боли в груди), проглатывании (тошнота, понос, слабость), попадании на кожу (краснота, отек), попадании в глаза (резь, слезотечение). При пожаре возможны ожоги. При контакте с остатком кубовым возможен термический ожог. При попадании внутрь может вызвать хроническое отравление с поражением жизненно важных органов (действует на сосуды, почки, нервную систему). Этиленгликоль может проникать через кожные покровы. Предельно допустимая концентрация (ПДК) этиленгликоля в воздухе рабочей зоны - 5 мг/м³. Этиленгликоль относится к третьему классу опасности (ГОСТ 12.1.005). Из-за низкой упругости паров не представляет опасности острых отравлений при вдыхании.
Средства индивидуальной защиты	Для химразведки и руководителя работ - ПДУ-3 (в течение 20 минут). Для аварийных бригад - изолирующий защитный костюм КИХ-5 в комплекте с изолирующим противогазом ИП-4М или дыхательным аппаратом АСВ-2. При возгорании - огнезащитный костюм в комплекте с самоспасателем СПИ-20. При отсутствии указанных образцов: защитный общевойсковой костюм Л-1 или Л-2 в комплекте с промышленным противогазом РПГ-67 с патроном А. При малых концентрациях в воздухе (при превышении ПДК до 100 раз) - спецодежда, промышленный противогаз малого габарита ПФМ-1 с универсальным защитным патроном ПЗУ, автономный защитный индивидуальный комплект с принудительной подачей в зону дыхания очищенного воздуха. Маслобензостойкие перчатки, перчатки из дисперсии бутилкаучука, специальная обувь. Спецодежда, фартук из пленочной ткани, резиновые перчатки и сапоги, противогаз марки "ФГ-13-А" или марки "БКФ".
Необходимые действия в аварийных ситуациях
Общего характера	Отвести вагон в безопасное место. Изолировать опасную зону в радиусе не менее 200 м. Откорректировать указанное расстояние по результатам химразведки. Удалить посторонних. В опасную зону входить в защитных средствах. Соблюдать меры пожарной безопасности. Не курить. Устранить источники огня и искр. Пострадавшим оказать первую помощь.
При утечке, разливе и россыпи	Сообщить в ЦСЭН. Не прикасаться к пролитому веществу. Устранить течь с соблюдением мер предосторожности. Перекачать содержимое в исправную емкость или в емкость для слива с соблюдением условий смешения жидкостей. Проливы оградить земляным валом, засыпать инертным материалом, собрать в емкости. Не допускать попадания вещества в водоемы, подвалы, канализацию.
При пожаре	Не приближаться к горящим емкостям. Охлаждать емкости водой с максимального расстояния. Тушить тонкораспыленной водой, пенами и порошками с максимального расстояния.
Нейтрализация	Вещество откачать из понижений местности с соблюдением мер пожарной безопасности. Место разлива обваловать и не допускать попадания вещества в поверхностные воды, изолировать песком, воздушно-механической пеной. Срезать поверхностный слой почвы с загрязнениями, собрать и вывезти для утилизации с соблюдением мер безопасности. Места срезов засыпать свежим слоем грунта. Промытые водой поверхности подвижного состава, территории промыть моющими композициями, слабым щелочным раствором (известковым молоком, раствором кальцинированной соды). Поверхность территории (отдельные очаги) выжечь при угрозе попадания вещества в грунтовые воды; почву перепахать.
Меры первой помощи	Вызвать скорую помощь. Свежий воздух, покой, тепло, чистая одежда. При попадании в глаза промыть теплой водой с мылом. При попадании этиленгликоля на кожу снять одежду и обмыть облитые участки кожи теплой водой с мылом. При попадании продукта в организм человека через рот необходимо немедленно промыть желудок обильным количеством воды или ненасыщенным раствором питьевой соды, вызвать рвоту. Крепкий чай. Давать пить 30%-ный этиловый спирт по 30 мл через 3 часа, щелочное питье (2%-ный раствор соды).

Упаковка, транспортировка и хранение.
Этиленгликоль заливают в алюминиевые бочки вместимостью 110 и 275 дм³, бочки из коррозионно-стойкой стали вместимостью 110-250 дм³, в стальные неоцинкованные бочки вместимостью 100, 200 дм³, а также в железнодорожные цистерны с котлами из алюминия или коррозионно-стойкой стали.
Этиленгликоль, упакованный в бочки, транспортируют всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах, а также наливом в железнодорожных цистернах в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта. Этиленгликоль, упакованный в бочки, перевозят железнодорожным транспортом повагонно и мелкими отправками. При транспортировании наливом - в железнодорожных цистернах с котлами из алюминия или коррозионно-стойкой стали, по согласованию с потребителем - в железнодорожных цистернах с верхним сливом и цистернах из углеродистой стали.
Этиленгликоль хранят в герметичных емкостях из алюминия, коррозионно-стойкой стали или алюминированной стали. Этиленгликоль в бочках хранят в крытых неотапливаемых складских помещениях. Не допускается хранение продукта высшего сорта в бочках из углеродистой стали. Бочки с этиленгликолем должны храниться вертикально. Высота штабеля бочек не должна превышать три яруса.
Гарантийный срок хранения: высшего сорта - 1 год со дня изготовления, первого сорта - 3 года со дня изготовления.

Структурная формула

Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: C 2 H 6 O 2

Химический состав Этиленгликоля

Молекулярная масса: 62,068

Этиленглико́ль (гликоль; 1,2-диоксиэтан; этандиол-1,2), HO-CH 2 -CH 2 -OH - двухатомный спирт, простейший представитель полиолов (многоатомных спиртов). В очищенном виде представляет собой прозрачную бесцветную жидкость слегка маслянистой консистенции. Не имеет запаха и обладает сладковатым вкусом. Токсичен. Попадание этиленгликоля или его растворов в организм человека может привести к необратимым изменениям в организме и к летальному исходу.

История открытий и производства

Этиленгликоль впервые был получен в 1859 году французским химиком Вюрцем из диацетата этиленгликоля омылением гидроксидом калия и в 1860-м гидратацией этиленоксида. Он не находил широкого применения до Первой мировой войны, когда в Германии его стали получать из дихлорэтана для использования в качестве замены глицерина при производстве взрывчатых веществ. В США полупромышленное производство начато в 1917 году через этиленхлоргидрин. Первое крупномасштабное производство начато с возведением завода в 1925 году около Саут Чарлстона (Западная Вирджиния, США) компанией «Carbide and Carbon Chemicals Co.» (англ.). К 1929 году этиленгликоль использовался практически всеми производителями динамита. В 1937 компания Carbide начала первое крупномасштабное производство, основанное на газофазном окислении этилена до этиленоксида. Монополия компании Carbide на данный процесс продолжалась до 1953 года.

Получение

В промышленности этиленгликоль получают путём гидратации оксида этилена при 10 атм и 190-200°С или при 1 атм и 50-100°С в присутствии 0,1-0,5 % серной или ортофосфорной кислоты , достигая 90 % выхода. Побочными продуктами при этом являются диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и незначительное количество высших полимергомологов этиленгликоля.

Применение

Благодаря своей дешевизне этиленгликоль нашёл широкое применение в технике.

• Как компонент автомобильных антифризов и тормозных жидкостей, что составляет 60 % его потребления. Смесь 60 % этиленгликоля и 40 % воды замерзает при −49 °С. Коррозионно активен, поэтому применяется с ингибиторами коррозии;
• Используется как теплоноситель с содержанием не более 50 % в системах отопления (частные дома в основном)
• В качестве теплоносителя в виде раствора в автомобилях, в системах жидкостного охлаждения компьютеров;
• В производстве целлофана, полиуретанов и ряда других полимеров. Это второе основное применение;
• Как растворитель красящих веществ;
• В органическом синтезе:
• в качестве высокотемпературного растворителя.
• для защиты карбонильной группы путём получения 1,3-диоксолана. Обработкой вещества с карбонильной группой в бензоле или толуоле этиленгликолем в присутствии кислого катализатора (толуолсульфоновой кислоты, BF 3 Et 2 O и др.) и азеотропной отгонкой на насадке Дина-Старка образующейся воды. Например, защита карбонильной группы изофорона

1,3-диоксоланы могут быть получены также при реакции этиленгликоля с карбонильными соединениями в присутствии триметилхлорсилана или комплекса диметилсульфат-ДМФА 1,3-диоксалана устойчивы к действию нуклеофилов и оснований. Легко регенерируют исходное карбонильное соединение в присутствии и воды .

• Как компонент жидкости «И», используемой для предотвращения обводнения авиационных топлив.
• В качестве криопротектора
• Для поглощения воды, для предотвращения образования гидрата метана (ингибитор гидратообразования), который забивает трубопроводы при добыче газа в открытом море. На наземных станциях его регенерируют путём осушения и удаления солей.
• Этиленгликоль является исходным сырьём для производства взрывчатого вещества нитрогликоля.

Этиленгликоль также применяется:

• при производстве конденсаторов
• при производстве 1,4-диоксана
• как теплоноситель в системах чиллер-фанкойл
• в качестве компонента крема для обуви (1-2 %)
• в составе для мытья стёкол вместе с изопропиловым спиртом
• при криоконсервировании биологических объектов (в крионике) в качестве криопротектора.

Очистка и осушение

Осушается молекулярным ситом 4А, полуводным сульфатом кальция, сульфатом натрия, Mg+I 2 , фракционной перегонкой под пониженным давлением, азеотропной отгонкой с бензолом . Чистота полученного продукта легко определяется по плотности. Таблица плотности водных растворов этиленгликоля, 20°С

Меры безопасности

Этиленгликоль - горючее вещество. Температура вспышки паров 120 °C. Температура самовоспламенения 380 °C. Температурные пределы воспламенения паров в воздухе, °С: нижний - 112, верхний - 124. Пределы воспламенения паров в воздухе от нижнего до верхнего, 3,8- 6,4 % (по объему). Этиленгликоль токсичен. По степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности. Летальная доза при однократном пероральном употреблении составляет 100-300 мл этиленгликоля (1,5-5мл на 1 кг массы тела). Имеет относительно низкую летучесть при нормальной температуре, пары обладают не столь высокой токсичностью и представляют опасность лишь при хроническом вдыхании. Определённую опасность представляют туманы, однако при их вдыхании об опасности сигнализируют раздражение и кашель. Противоядием при отравлении этиленгликолем являются этанол и 4-метилпиразол. В организме метаболизируется путём окисления до альдегида гликолевой кислоты и далее до гликолевой кислоты, которая затем распадается до муравьиной кислоты и диоксида углерода . Также он частично окисляется до щавелевой кислоты , которая вызывает повреждения почечной ткани. Этиленгликоль и его метаболиты выводятся из организма с мочой.

(моноэтиленгликоль) представляет собой горючую прозрачную бесцветную жидкость маслянистой консистенции, без запаха, сладковатая на вкус. Хорошо растворяется в воде, спиртах, кетонах, умеренно - в бензоле, толуоле, диэтиловом эфире. В этиленгликоле плохо растворяются раститительные и животные масла и не растворяются минеральные масла, парафины, каучук, ацетил- и этилцеллюлоза, поливинилхлорид. При растворении этиленгликоля в воде выделяется теплота и происходит уменьшение объема.
Он является продуктом гидратации окиси этилена, простейший представитель многоатомных спиртов (полиолов), обладает всеми свойствами гликолей. Токсичен. Корозионно активен, обладает очень высокой гигроскопичностью и сильно поглащает воду из воздуха и других газов.
Плотность: 1,112 г/см³. Температура плавления -12,9° С, температура кипения 197,3° С.

Химическая формула: C 2 H 4 (OH) 2 .

В промышленности этиленгликоль получают гидратацией этиленоксида в присутствии серной или ортофосфорной кислоты. В качестве побочных продуктов образуются ди-, три- и полигликоли.
Выпускают этиленгликоль двух марок: волоконный и антифризный.

Этиленгликоль применяют в химической, текстильной, автомобильной, авиационной, электротехнической промышленностях. Он обладает уникальной возможностью не замерзать при пониженных температурах. Исключительно важным свойством этиленгликоля является его способность понижать температуру замерзания водных растворов. Благодаря этому, вещество нашло широкое применение в производстве низкозамерзающих и охлаждающих жидкостей (автомобильных антифризов, тосолов, тормозных жидкостей).
Кроме того, 41-45% мирового производства этиленгликоля используется для получения синтетических полиэфирных волокон и пленок: целлофана, полиуретанов и ряда других полимеров.
Также моноэтиленгликоль применяют при производстве гидравлических и закалочных жидкостей, алкидных смол, растворителей, конденсаторов, крема для обуви, взрывчатого вещества нитрогликоля и для других целей.

Физико-химические характеристики моноэтиленгликоля ГОСТ 19710-83.:

Наименование показателя	Норма для сорта
	Высший	Первый
Внешний вид	Прозрачная жидкость
Массовая доля этиленгликоля, %, не менее	99,8	98,5
Массовая доля диэтиленгликоля, %, не более	0,05	1,0
Цветность в единицах Хасена, не более:в обычном состояниипосле кипячения с соляной кислотой	5 20	20 -
Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более	0,001	0,002
Массовая доля железа, %, не более	0,00001	0,0005
Массовая доля воды, %, не более	0,1	0,5
Массовая доля кислот в пересчете на уксусную, %, не более	0,0006	0,005
Показатель преломления при 20°С	1,431-1,432	1,430-1,432
Пропускание в ультрафиолетовой области спектра, %, не менее, при длинах волн 220/275/350 нм	75/95/100	-

Требования безопасности моноэтиленгликоля ГОСТ 19710-83.:

Степень токсичности	2
Основные свойства и виды опасности
Основные свойства	Прозрачная жидкость. Маслянистая, вязкая, остаток кубовый при охлаждении затвердевает. Без запаха. Растворима в воде. Гигроскопична. Высококипящая. Малолетуча. Загрязняет водоемы.
Взрыво- и пожароопасность	Горюч. Температура вспышки паров 120° С. Температура самовоспламенения 380° С. Воспламеняется при нагревании от открытого пламени. Емкости могут взрываться при нагревании.
Опасность для человека	Обладает наркотическим действием. Опасен при вдыхании (слабость, головная боль, головокружение, одышка, сердцебиение, боли в груди), проглатывании (тошнота, понос, слабость), попадании на кожу (краснота, отек), попадании в глаза (резь, слезотечение). При пожаре возможны ожоги. При контакте с остатком кубовым возможен термический ожог. При попадании внутрь может вызвать хроническое отравление с поражением жизненно важных органов (действует на сосуды, почки, нервную систему). Этиленгликоль может проникать через кожные покровы. Предельно допустимая концентрация (ПДК) этиленгликоля в воздухе рабочей зоны - 5 мг/м³. Этиленгликоль относится к третьему классу опасности (ГОСТ 12.1.005). Из-за низкой упругости паров не представляет опасности острых отравлений при вдыхании.
Средства индивидуальной защиты	Для химразведки и руководителя работ - ПДУ-3 (в течение 20 минут). Для аварийных бригад - изолирующий защитный костюм КИХ-5 в комплекте с изолирующим противогазом ИП-4М или дыхательным аппаратом АСВ-2. При возгорании - огнезащитный костюм в комплекте с самоспасателем СПИ-20. При отсутствии указанных образцов: защитный общевойсковой костюм Л-1 или Л-2 в комплекте с промышленным противогазом РПГ-67 с патроном А. При малых концентрациях в воздухе (при превышении ПДК до 100 раз) - спецодежда, промышленный противогаз малого габарита ПФМ-1 с универсальным защитным патроном ПЗУ, автономный защитный индивидуальный комплект с принудительной подачей в зону дыхания очищенного воздуха. Маслобензостойкие перчатки, перчатки из дисперсии бутилкаучука, специальная обувь. Спецодежда, фартук из пленочной ткани, резиновые перчатки и сапоги, противогаз марки "ФГ-13-А" или марки "БКФ".
Необходимые действия в аварийных ситуациях
Общего характера	Отвести вагон в безопасное место. Изолировать опасную зону в радиусе не менее 200 м. Откорректировать указанное расстояние по результатам химразведки. Удалить посторонних. В опасную зону входить в защитных средствах. Соблюдать меры пожарной безопасности. Не курить. Устранить источники огня и искр. Пострадавшим оказать первую помощь.
При утечке, разливе и россыпи	Сообщить в ЦСЭН. Не прикасаться к пролитому веществу. Устранить течь с соблюдением мер предосторожности. Перекачать содержимое в исправную емкость или в емкость для слива с соблюдением условий смешения жидкостей. Проливы оградить земляным валом, засыпать инертным материалом, собрать в емкости. Не допускать попадания вещества в водоемы, подвалы, канализацию.
При пожаре	Не приближаться к горящим емкостям. Охлаждать емкости водой с максимального расстояния. Тушить тонкораспыленной водой, пенами и порошками с максимального расстояния.
Нейтрализация	Вещество откачать из понижений местности с соблюдением мер пожарной безопасности. Место разлива обваловать и не допускать попадания вещества в поверхностные воды, изолировать песком, воздушно-механической пеной. Срезать поверхностный слой почвы с загрязнениями, собрать и вывезти для утилизации с соблюдением мер безопасности. Места срезов засыпать свежим слоем грунта. Промытые водой поверхности подвижного состава, территории промыть моющими композициями, слабым щелочным раствором (известковым молоком, раствором кальцинированной соды). Поверхность территории (отдельные очаги) выжечь при угрозе попадания вещества в грунтовые воды; почву перепахать.
Меры первой помощи	Вызвать скорую помощь. Свежий воздух, покой, тепло, чистая одежда. При попадании в глаза промыть теплой водой с мылом. При попадании этиленгликоля на кожу снять одежду и обмыть облитые участки кожи теплой водой с мылом. При попадании продукта в организм человека через рот необходимо немедленно промыть желудок обильным количеством воды или ненасыщенным раствором питьевой соды, вызвать рвоту. Крепкий чай. Давать пить 30%-ный этиловый спирт по 30 мл через 3 часа, щелочное питье (2%-ный раствор соды).

Упаковка, транспортировка и хранение.
Этиленгликоль заливают в алюминиевые бочки вместимостью 110 и 275 дм³, бочки из коррозионно-стойкой стали вместимостью 110-250 дм³, в стальные неоцинкованные бочки вместимостью 100, 200 дм³, а также в железнодорожные цистерны с котлами из алюминия или коррозионно-стойкой стали.
Этиленгликоль, упакованный в бочки, транспортируют всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах, а также наливом в железнодорожных цистернах в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта. Этиленгликоль, упакованный в бочки, перевозят железнодорожным транспортом повагонно и мелкими отправками. При транспортировании наливом - в железнодорожных цистернах с котлами из алюминия или коррозионно-стойкой стали, по согласованию с потребителем - в железнодорожных цистернах с верхним сливом и цистернах из углеродистой стали.
Этиленгликоль хранят в герметичных емкостях из алюминия, коррозионно-стойкой стали или алюминированной стали. Этиленгликоль в бочках хранят в крытых неотапливаемых складских помещениях. Не допускается хранение продукта высшего сорта в бочках из углеродистой стали. Бочки с этиленгликолем должны храниться вертикально. Высота штабеля бочек не должна превышать три яруса.
Гарантийный срок хранения: высшего сорта - 1 год со дня изготовления, первого сорта - 3 года со дня изготовления.

Министерство Образования и Науки РФ

Казанский Государственный Технологический Университет

Кафедра ТООНС

Контрольная работа по курсу:

«Основы технологии органического синтеза»

Этиленгликоль

Введение

Физические свойства

Химические свойства

Способы получения этиленгликол

Технологическая схема получения этиленгликоля гидратацией окиси этилена

Технологическая схема совместного получения этиленгликоля и окиси этилена в стационарном слое катализатора

Применение этиленгликоля

Список литературы

Введение

Этиленгликоль - простейший двухатомный спирт ряда гликолей, впервые син­тезированный Вюрцем в 1859 г. В промышленных масштабах эти-ленгликоль начали получать в Германии в период первой мировой войны. В настоящее время этиленгликоль (а также диэтиленгликоль и полиэтиленгликоли) вырабатывают в очень больших коли­чествах и используют в различных отраслях народного хозяйства.

Будучи весьма гигроскопичным, этиленгликоль в то же время хорошо растворяет смолы, красители и некоторые вещества расти­тельного происхождения. Благодаря сочетанию этих свойств этиленгликоль применяется при крашении тканей, в ситцепечатании, для приготовления штемпельных красок и косметических препара­тов, для увлажнения табака и т. д. Этиленгликоль является также важным полупродуктом в производстве синтетических смол, рас­творителей, взрывчатых веществ и пр.

Состав этиленгликоля: С 2 Н 6 О 2 .

Структурная формула:

Н – С – С - Н

Физические свойства

Этиленгликоль СН 2 ОН-СН 2 ОН - вязкая бесцветная жидкость со слабым запахом и сладким вкусом. Температура кипения 197° С. Температуры кипения гликолей значительно выше температуры кипения спиртов, что является следствием усиления ассоциации молекул (образования водородных связей) из-за наличия в гликолях двух гидроксильных групп. Температура плавления -11,5° С. Плотность 1,11г/см 3 ; теплота парообразования 191 ккал/кг. Смешивается во всех отношениях с во­дой, глицерином, одноатомными алифатическими спиртами, ацетоном, ледяной уксусной кислотой, пиридином и фурфуролом; не смешивается с бензолом, кси­лолом, толуолом, хлорбензолом, хлороформом, четыреххлористым углеродом. Этиленгликоль обладает токсическим действием, сходным с действием метило­вого спирта.

Этиленгликоль сравнительно устойчив при высокой темпера­туре - не разлагается при пропускании над пемзой, нагретой до 400°С. Разложение гликоля начинается при 500 - 520°С, а при 550°С происходит уже со значительной скоростью; но даже при этой температуре до 36% этиленгликоля не подвергается разло­жению.

Важным свойством этиленгликоля является его способность сильно понижать температуру замерзания воды. Водный раствор, содержащий 40 объемных % этиленгликоля, замерзает при -25°С, а 60%-ный водный раствор при - 40°С. Поэтому этиленгликоль с успехом применяется для приготовления антифризов.

Химические свойства

Химические свойства этиленгликоля, как и других гликолей аналогичны свойствам одноатомных спиртов. Однако у гликолей могут вступать в реакции как одна, так и обе гидроксильные группы.

1. С щелочными металлами гликоли образуют полный и неполный гликоляты: CH 2 ONa - CH 2 ONa, CH 2 OH - CH 2 ONa.

Гликоляты образуются не только со щелочными металлами, но и с оксидами некоторых других металлов, например с гидроксидом меди. При действии щелочи на сульфат меди (II) образуется голубой осадок гидроксида меди (II). Этот осадок не растворяется в спирте, но очень легко на холоде растворяется в гликоле вследствие образования комплексного гликолята меди:

СН 2 ОН СН 2 - О О – СН 2 2 ׀ + Cu (OH) 2 →‌‌׀Cu׀ + 2 H 2 O СН 2 ОН СН 2 - О О – СН 2

2. С минеральными и органическими кислотами получаются полные и неполные эфиры. Например, в приведенной реакции образуются непол­ный и полный эфиры этиленгликоля и азотной кислоты - нитраты:

СН 2 ОН +НО NO 2 Н 2 О + ׀ _ СН 2 OH

2HONO2 СН 2 ONO 2

СН 2 ОН 2Н 2 О + ׀

Соответственно можно получить полные и неполные простые эфиры, например диэтиловый эфир этилен гликоля C 2 Н 5 ОСН 2 – СН 2 ОС 2 Н 5 и моноэтиловый эфир СН 2 ОН - СН 2 ОС 2 Н 5 . Последний под названием этилцеллозольв применяется как растворитель в производстве нитрола­ков, бездымного пороха (пироксилина), ацетатного шелка и других произ­водных целлюлозы.

С двуосновными кислотами этиленгликоль ступает реакцию поликонденсации, образуя высокомолекулярные полиэфиры

HO – C = OOO

Н 2 С – ОН ׀ ‌׀׀ ׀׀

n ׀ + n R → – OCH 2 – CH 2 – O – C – R – C – + 2n H 2 O

Н 2 С – ОН ׀

HO – C = On

3. Окисление гликолей проходит сложно, ступенчато:

О СН 2 OH – СООН → НООС – С - Н

СН 2 ОН ׀׀ ↓ ׀ → С О О СООН

СН 2 ОН ׀ Н ׀׀ ׀׀ ׀

СН 2 OH С - С СООН

4. Отщепление воды от этиленгликоля может иметь внутримолекулярный и межмолекулярный характер. Направление отщепления воды зависит от условий реакции. Пример внутримолекулярного выделения воды:

СН 2 ОН - СН 2 ОН → [СН 2 = СНОН] → СН 3 – СНО

Межмолекулярное выделение воды приводит к образованию оксиэфиров (спиртоэфиров) или циклических простых эфиров:

СН 2 – СН 2

СН 2 ОН НО – СН 2 СН 2 – О – СН 2 ׀ ׀

׀ + ׀ → ׀ ׀ → О О

СН 2 ОН СН 2 ОН СН 2 ОН СН 2 ОН ׀׀

СН 2 – СН 2

При межмолекулярной дегидратации этиленгликоля могут быть получены зависимости от условий диэтиленгликоль или диоксан:

СН 2 – СН 2

2НОСН 2 – СН 2 ОН → НОСН 2 – СН 2 –О-СН 2 – СН 2 ОН → О О

СН 2 – СН 2

Способы получения этиленгликоля

В промышленном масштабе этиленгликоль получают главным образом гидратацией окиси этилена:

Н 2 С – СН 2 +Н2О СН 2 ОН – СН 2 ОН

При гидратации окиси этилена, кроме этиленгликоля, образу­ются ди-, три-, тетра- и полиэтиленгликоли. Чтобы уменьшить образование полигликолей, гидратацию проводят с большим избытком воды (на 1 моль окиси этилена берут от 10 до 22 моль воды) и добавляют к водному раствору окиси этилена 0,1-0,5% кислоты. В этих условиях получается этиленгликоль, содержащий лишь немного диэтиленгликоля и следы высших полиэтиленгликолей.

Процесс проводят в жидкой фазе в присутствии катализаторов (небольшое количество кислоты - серной, фосфорной или щавеле­вой) при 50-100°С и атмосферном давлении или без катализа­тора - при 10 ат и 190-200° С.

Гидратацию окиси этилена при атмосферном давлении можно проводить, обрабатывая раствором кислоты контактные газы про­цесса прямого окисления этилена. Получаемый разбавленный раствор этиленгликоля нейтрализуют, отгоняют большую часть воды и далее фракционной перегонкой удаляют остатки воды и высшие гликоли.

В отсутствие катализаторов гидратацию окиси этилена проводят обычно под давлением 10 ат. при мольном соотношении окиси этилена и воды примерно 1: 16; продолжительность контакта 30 мин. Раствор гликолей упаривают в многокорпусном выпарном аппарате до содержания воды около 15% и далее подвергают рек­тификации. Соковый пар из последнего аппарата конденсируют и конденсат, содержащий 0,5-1,0% этиленгликоля, возвращают на гидратацию свежей окиси этилена. На 1 т этиленгликоля получается примерно 120 кг диэтиленгликоля и 30 кг триэтилен- гликоля.

Общий выход гликолей (считая на окись этилена) при получе­нии их методом гидратации превышает 90%.