استخدامات مركب الأسيتيلين
الأسيتيلين هو غاز وقود (C2H2) يتكون من الكربون والهيدروجين. يتم إنتاجه عندما يتلامس كربيد الكالسيوم مع الماء. كربيد الكالسيوم مركب من معدن الكالسيوم والكربون. تمّ العثور على ذرة واحدة من الكربون وذرة واحدة من معدن الكالسيوم في جزيء واحد من كربيد الكالسيوم. حيث إن الصيغة الكيميائية لكربيد الكالسيوم هي CaC2.
عندما يتلامس كربيد الكالسيوم مع الماء، يختلط الكربون من الكربيد مع ذرة واحدة من الهيدروجين من الماء وينتج غاز الأسيتيلين: CaC2 + H2O = CaO + C2H2. الشوائب الرئيسية في كربيد الكالسيوم التجاري هو CaO الذي يتفاعل مع الماء وفقًا للتفاعل: CaO + H2O = Ca (OH) 2 +15.1 kcal / g-mole.
يكون غاز الأسيتيلين غير مستقر عند ضغطه على ضغوط عالية، وهو موجود في الأسطوانة الذائبة في مادة كيميائية تسمى الأسيتون. حيث يوجد الأسيتون في كتلة مسامية من الفحم أو الأسبستوس أو أي مادة أخرى.
الخواص الكيميائية للأسيتيلين
هناك العديد من الغازات القابلة للاحتراق المستخدمة في اللحام بالغاز. من بين تلك الغازات؛ الأسيتيلين هو غاز وقود مناسب للحام والقطع. ينتج غاز الأسيتيلين عن طريق التأثير الكيميائي للماء على كربيد الكالسيوم، كما يتم تعبئة الكربيد في براميل محكمة الإغلاق لتجنب التدهور بفعل الرطوبة الجوية.
الأسيتيلين أخف من الهواء، ولحسن الحظ، فإنّه يستخدم للكشف عن التسرب؛ نظراً لأن له رائحة مميزة. يشكل غاز الأسيتيلين خليطًا متفجرًا عند ملامسته للهواء. على عكس الأكسجين، لا يمكن ضغط الأسيتيلين بحرية بأمان إلى ضغط أكبر من 30-40 رطلاً. لكل بوصة مربعة. لا ينبغي ضغط هذا الغاز بحرية لأكثر من 20-22 رطلاً، لكل بوصة مربعة. في هذا الضغط، لا يمكن توفير كمية تجارية من الغاز بحجم مناسب للأسطوانة. حيث يتم الحصول على غاز الأسيتيلين بشكل أساسي من كربيد الكالسيوم (CaC2)، وهو مركب كيميائي من الكالسيوم والكربون.
يتم إنتاج كربيد الكالسيوم عن طريق دمج فحم الكوك والجير معًا. إنّها مادة صلبة وبلورية ذات لون رمادي غامق. يحتوي كربيد الكالسيوم التجاري على 65-80٪ CaC2 10-25٪ CaO وما يصل إلى 6٪ شوائب أخرى مثل الكربون وحمض السيليك. يتفاعل كربيد الكالسيوم مع الماء، مكونًا الأسيتيلين والجير المطفأ.
الاستخدامات التجارية للأسيتيلين
تنتج مصانع إنتاج الأسيتيلين هذا المكون لمختلف الأغراض الصناعية والتجارية، حيث يتميز غاز الأسيتيلين بخصائص تجعله غازًا مفيدًا للغاية في مختلف التطبيقات والصناعات. كما يتم تصنيع الأسيتيلين بشكل أساسي للتخليق الكيميائي. كما أن ثاني أكثر استخدامات الأسيتيلين شيوعًا هو اللحام والقطع.
يشكل الأسيتيلين جزءًا مهمًا من العديد من العمليات الحاسمة في الصناعات، وعلى الرغم من أنّ الاستخدامات الحالية للأسيتيلين قليلة، فإنّ النطاق غير محدود. يتم إجراء بحث متعمق في هذا الصدد لضمان استخدام هذا المورد بأكثر الطرق فائدة ممكنة. الأسيتيلين هو غاز طبيعي مهم يتم استخدامه في استخدامات مختلفة بما في ذلك:
- إضاءة محمولة: في أواخر القرن التاسع عشر، تمّ استخدام الأسيتيلين لأول مرة لإضاءة مصباح محمول يعرف باسم كربيد أو مصباح غاز الأسيتيلين. تمّ تثبيت هذه المصابيح على السيارات والمنازل والدراجات وما إلى ذلك. كما تمّ استخدامها على نطاق واسع من قبل عمال المناجم. في بعض الحالات، تمّ استخدام الأسيتيلين لإضاءة بعض المدن والبلدات. في المصابيح، يتم استخدام كربيد الكالسيوم والماء لإنتاج الأسيتيلين، كما يتم مراقبة تدفق الأسيتيلين بعناية للتحكم في كمية الأسيتيلين المستخدمة. كمية الأسيتيلين المستخدمة لها تأثير مباشر على شدة الضوء. لا يزال العديد من الصيادين أو الكهوف يستخدمون هذه المصابيح لأنشطة التضاريس.
- اللحام والقطع والمعالجة الحرارية: يستخدم الأسيتيلين في اللحام والقطع. تُعرف عملية اللحام التي تستخدم الأسيتيلين بقطع الوقود بالأكسجين أو القطع بالغاز. تُستخدم هذه الطريقة لقطع أو لحام المواد التي تتطلب درجات حرارة تصل إلى 3500 درجة مئوية (6330 درجة فهرنهايت). ومن بين جميع الغازات الأخرى، الأسيتيلين قادر على إنتاج أشد اللهب سخونة. لهذا السبب، يعمل الأسيتيلين كوسيط مهم للمعالجة الحرارية للمعادن والمواد الأخرى. يستخدم الأسيتيلين في تصنيع أجزاء السيارات، وكذلك تصنيع الأجزاء المعدنية الأخرى، حيث تكون الدقة أمرًا بالغ الأهمية.
- إنتاج الكيماويات: التخليق الكيميائي هو أحد التطبيقات الرئيسية للأسيتيلين. يستخدم الأسيتيلين لإنتاج العديد من المركبات غير العضوية. يتم استخدامه في تصنيع بعض الفيتامينات مثل فيتامين أ و هـ. ويمكن استخدامه أيضًا لإنتاج مكونات معينة من العطور والمذيبات وما إلى ذلك، يتم استخدامه لإنتاج حمض الأسيتيك، 1.4-بيوتانيديول (BDO)، والعديد من الأسيتيلين. وفي إنتاج هذه المواد الكيميائية والفيتامينات، يجب الحفاظ بدقة على مستويات نقاء الأسيتيلين.
- يستخدم في إنتاج بلاستيك البولي إيثيلين: يتم إنتاج بلاستيك البولي إيثيلين والـ (PVC وPVDF) من الإيثيلين أو الميثان، والتي يتم اشتقاقها بدورها من الأسيتيلين. تشتمل عملية الإنتاج الأخرى على خلط الأسيتيلين مع مواد كيميائية أو عناصر أخرى مثل الكلور وحمض الهيدروكلوريك، وما إلى ذلك لإنتاج أنواع مختلفة من البلاستيك مثل (PVC PVD). تستخدم هذه المواد البلاستيكية بشكل شائع لتصنيع العديد من المنتجات المنزلية والتجارية.
أهمية نقاء الأسيتيلين
يمكن أن يتفاعل الأسيتيلين مع الأكسجين أو الشوائب مسببة انفجارات هائلة. وبالتالي، يجب أن تكون عملية الإنتاج خالية من العيوب. أثناء عملية الإنتاج، إذا لم يكن الأسيتيلين نقيًا تمامًا، فقد يتغير المنتج الناتج بشكل كبير. الحفاظ على نقاء الأسيتيلين المنتج أمر حيوي. اعتمادًا على العملية، يمكن إجراء بعض البدلات فيما يتعلق بجودة الأسيتيلين المنتج. على سبيل المثال: يجب ألا يحتوي الأسيتيلين المستخدم في التخليق الكيميائي على أكثر من 0.5٪ من الشوائب. يُعرف هذا الأسيتيلين بالأسيتيلين من الدرجة الأولى.
بالنسبة لعمليات القطع بالأكسجين أو المعالجة الحرارية، يكون الأسيتيلين المستخدم من درجة أقل. يمكن أن يحتوي الأسيتيلين من الدرجة B على ما يصل إلى 2٪ من الشوائب. يمكن معالجة هذه الغازات وتنقيتها بشكل أكبر لإنتاج غاز نقي للغاية. الأسيتيلين بأي شكل من الأشكال، سواء كان صلبًا أو سائلًا، شديد الانفجار. ومن ثمّ، يجب توخي الحذر الشديد عند تصنيع الأسيتيلين أو استخدامه لإنتاج مواد كيميائية أو منتجات أخرى.
لنفس السبب، يوصى بالتعامل الحذر مع أسطوانات الأسيتيلين. يجب أيضًا التعامل مع معدات التحكم المستخدمة أثناء إنتاج الأسيتيلين أو معالجته بعناية. يشكل الأسيتيلين جزءًا مهمًا من حياتنا اليومية. يتم إنتاج العديد من المنتجات الرئيسية باستخدام هذا الغاز. كما أنّه يساعد في إنتاج بعض المواد الكيميائية الحيوية التي تستخدم كمواد خام لمنتجات مهمة. وبالتالي، يشكل الأسيتيلين جزءًا لا يتجزأ من العديد من الصناعات.
