Сваривание деталей позволяет создавать прочное, неразъемное соединение. Одной из его разновидностей является ацетиленовая сварка. С помощью этого способа можно соединять практически любые черные и цветные металлы и получать качественный и красивый шов. Несмотря на то что газосварка относится к старейшим методам соединения, она не утратила актуальности и сейчас.
Газосварка труб.
Основным компонентом в данном виде сварки является ацетилен. Его получают искусственным путем в процессе смешивания воды и карбида кальция. В горелке образуется его смесь с кислородом, горение которой позволяет создавать высокую температуру.
Формула ацетилена – C2H2, его особенность заключается в строении молекулы. В ней атомы углерода образуют высокоэнергичную тройную связь, также есть 2 слабые водородные связи.
В результате горения ацетилена в кислородной среде создается высокая температура, что позволяет оплавлять края деталей и прочно соединять их между собой.
Сложность газовой сварки
Основная сложность сварки ацетиленом и кислородом в том, чтобы получить C2H2. Раньше это делали в специальном аппарате, затем газ подавался по шлангам в горелку.
В нее же подводился кислород из баллона, они смешивались, и образовывалось пламя. Карбид кальция и вода заливались в генератор вручную. Этот трудоемкий процесс выполнялся перед каждой сваркой. После выполнения работ воду сливали и повторно использовали оставшийся карбид.
Сейчас проводить ацетиленовую сварку намного проще. Уже не надо вручную смешивать воду с карбидом: есть специальные баллоны и ацетиленом, их надо только подключить к горелке.
Описание технологии
Для проведения сварки сначала на горелке открывают подачу ацетилена. На то, что он выходит, указывает неприятный запах. Затем поджигают газ и медленно начинают подавать кислород из баллона.
Пламя должно приобрести синий цвет. На емкостях с кислородом и ацетиленом имеются редукторы. Для первого газа давление выставляют до 2 атм., а для второго – 2-4 атм. Большие значения усложняют процесс сварки.
Для работы с черными металлами используют пламя нейтрального цвета. Нельзя допускать, чтобы оно было длинным, а его край окрашивался в оранжевый цвет. Если неправильно настроить горелку, то вместо сваривания изделий будет выполнена их резка.
В процессе газовой сварки под действием высокой температуры края соединяемых заготовок переходят в жидкое состояние, а после их застывания получается прочное соединение. Баллоны с кислородом окрашивают в голубой цвет, а с ацетиленом – в белый.
Баллоны с кислородом и ацетиленом.
Преимущества данного метода
При горении такого газа в среде кислорода достигается температура, превышающая градус плавления стали и других металлов. Квалифицированный сварщик с помощью такого оборудования выполняет работы качественно и с высокой эффективностью.
Кроме этого, ацетиленовая сварка имеет такие преимущества, как:
- высокая мобильность (не требуется подключения к электричеству);
- возможность регулировки температуры пламени (это позволяет предотвратить деформацию деталей и стыка, контролировать скорость выполнения работ);
- удобное выполнение поворотного шва, когда расстояние до стены небольшое (в других видах сварки приходится делать операционный стык);
- возможность соединять заготовки из металлов с разной температурой плавления;
- возможность сваривать тонколистовые изделия из конструкционной стали, меди, чугуна, латуни (в таких случаях другие методы сваривания неэффективны);
- применение разных присадочных проволок, помогающее улучшить качество шва.
Рекомендуем к прочтению Особенности углекислотной сварки
Недостатки использования ацетилена
Среди недостатков такого способа сварки надо отметить следующие:
- Взрывоопасность ацетилена высокая, но здесь многое зависит от человека.
- Во время работы нагревается большая площадь соединяемых изделий, что приводит к изменению свойств материала. В машиностроении такой метод не используют.
- Если надо соединить детали толщиной более 5 мм, то лучше использовать электросварку.
- Ацетилен не подходит для работы с высокоуглеродистой сталью.
- Если соединять внахлест, то в изделиях образуются большие напряжения, и они деформируются.
- На материалы и оборудование затраты увеличиваются, в отличие от электродуговой сварки.
- Выполнять работы может только опытный сварщик.
Только опытный специалист может справиться с ацетиленовой сваркой.
Данный вид сварки подходит для большинства черных и цветных металлов. Он практически незаменим при соединении тонкостенных труб и аналогичных деталей, при работе с медью, чугуном, заготовками из конструкционной стали.
Взрывоопасность газа
Ацетилен – взрывоопасный газ. Его самовозгорание происходит при 335°C, а в смеси с кислородом – при 300°C.
Факторы, увеличивающие вероятность взрыва:
- высокое давление и температура (до 200 кПа и до 400°C);
- продолжительный контакт с серебром и медью;
- смешивание с чистым кислородом или воздухом.
Во время взрыва выделяется много тепла (в 2 раза больше по сравнению с аналогичной массой тротила), что приводит к большим разрушениям.
Действия в случае возгорания
Если в результате неправильного использования ацетилена возник пожар, выполняют следующие действия:
- из опасной зоны убирают все емкости с ацетиленом (нагретые баллоны охлаждают водой или специальным веществом, пока они не остынут);
- неискрящимся ключом перекрывают газ, если он загорелся на выходе из баллона, после чего емкость остужают;
- при сильном возгорании тушение огня проводят с безопасного расстояния.
Подготовка к выполнению работ
Перед тем как приступить к выполнению работ, надо очистить пост газосварки ото всех посторонних предметов, а также надежно защитить легковоспламеняющиеся поверхности.
Защитные средства
Для защиты от негативного воздействия высокой температуры газосварщик должен обязательно использовать:
- специальные очки;
- рукавицы-краги;
- огнестойкую одежду и обувь.
Защитные средства.
Инструменты и оборудование
Для выполнения работ понадобятся следующие инструменты:
- плоскогубцы;
- рожковые ключи;
- измерительные инструменты;
- щетка по металлу;
- присадочная проволока;
- зажигалка для горелки;
- огнетушитель.
Кроме того, надо подготовить такое оборудование:
- рукав для подачи ацетилена и баллон с этим газом;
- ацетиленовый и кислородный редукторы;
- рукав для подачи кислорода и баллон с ним;
- газовую горелку с мундштуком.
На данном этапе с изделий в местах их соединения удаляют грязь, ржавчину, имеющиеся следы консервации. Для этого используют щетку по металлу.
Зачистка металла перед сваркой.
Важные особенности
Качество и надежность швов, полученных в результате применения кислородно-ацетиленовой сварки, во многом зависят от соблюдения технологии проведения работ.
Существует три основных фактора, влияющих на характеристики соединения:
- мощность пламени;
- диаметр присадочного материала;
- угол сварки.
Главные особенности ацетилено-кислородной сварки:
- мощность пламени выбирают в зависимости от характеристик материала, из которого сделаны свариваемые изделия;
- чем толще свариваемые изделия, тем больше должна быть мощность пламени (с тонкими деталями поступают наоборот), но с увеличением мощности возрастает и расход газа;
- толщина соединяемых изделий влияет на угол наклона горелки (чем они толще, тем больше угол), для большинства деталей он составляет 10-80°;
- для прогрева деталей, независимо от их толщины, горелку направляют под углом 90°;
- диаметр присадочной проволоки зависит от толщины соединяемых элементов (для его расчета толщину детали в миллиметрах делят пополам и прибавляют 1 мм);
- горелку двигают от себя или на себя.
Рекомендуем к прочтению Особенности импульсной сварки
Правильно выбирайте присадочную проволоку для ацетиленовой сварки.
Подготовка материала к сварке
Очищенные от грязи и ржавчины детали надо правильно подготовить к сварке. Это поможет облегчить и ускорить процесс их соединения, а также получить более качественный шов.
Подготовка изделий включает следующие этапы:
- Правку – исправление деформаций, которые могли возникнуть в процессе транспортировки и доставки изделий.
- Разметку. Ее выполняют при помощи ручных измерительных инструментов или с применением разметно-маркировочных машин.
- Гибку, если это необходимо.
- Разделку и очистку кромок. Соединяемые детали должны совпадать по плоскости. Подрезать их можно холодным способом (станками или ручными интервентами), термическим (с помощью горелок).
- Сборку конструкции. Все элементы раскладывают, чтобы они заняли свое пространственное положение и между ними образовался необходимый зазор. Для этого используют стенды, кондукторы, прижимные устройства и т.д.
Описание процесса ацетиленовой сварки
Перед работой надо отрегулировать давление газа. Для этого открывают редукторы на баллонах и выставляют нужные значения (в пределах 2 атм.). При больших показателях регулировать пламя сложнее.
Настройка пламени горелки
Сначала подают ацетилен и поджигают горелку. Плавно открывают кислородный вентиль и регулируют пламя.
В строении факела есть 3 видимые части:
- ядро – находится внутри пламени, имеет зеленовато-голубой цвет;
- рабочая область – имеет светло-голубой цвет (восстановительное пламя нагревает шов и отвечает за его качество);
- самая большая часть пламени (факел) – нагревает металл.
При выполнении регулировки горелку подводят к металлической поверхности и вентилями подачи газов выставляют требуемый режим. Ядро пламени не должно быть большим. Добиваются необходимого цвета восстановительного пламени.
Размер факела выставляют при помощи подачи ацетилена. Делать мощным огонь не стоит: это приводит к увеличению не только скорости сварки, но и вероятности подрезов шва и прожига заготовки. Длинный факел вносит в зону сварки лишний углерод, что снижает качество получаемого шва.
Сварочное пламя.
Введение присадки
В зависимости от ведения горелки присадку подают по-разному. Если ее двигают на себя, то сначала прогревают изделие, чтобы сформировать сварочную ванну, а затем подают проволоку.
Горелку направляют под острым углом к соединяемым деталям. Это более простой способ. На разогретый металл снимают каплю с проволоки и растягивают ее по шву. Чтобы избежать появления прожогов, горелкой делают движения по кругу или в виде полумесяца.
Если работу выполняют от себя, то сначала располагают проволоку, а затем горелку. Этот вариант используют при соединении толстых изделий.
Расплавленный металл соединяемых изделий заполняет сварочную ванну одновременно с присадкой. От сварщика требуется большая квалификация, чтобы равномерно перемешать основной материал и присадку. Если это сделать неправильно, то получится расслабленный шов.
Для получения качественного соединения важно, чтобы при стыковке труб или тонкостенных изделий зазор между ними был минимальным. Большие детали сначала прихватывают в нескольких местах, а затем выполняют ацетиленовую сварку.
Схема газовой сварки.
Правильный выбор режима
При сваривании разных металлов используются следующие режимы работы:
- Сталь. Высокоуглеродистую сваривать таким способом не рекомендуется, а для низкоуглеродистой газовая сварка подходит в любых вариантах. Чтобы улучшить качество шва, используют проволоку из малоуглеродистой стали. Мощность горения не должна быть более 120 дм³/ч. Горелку лучше вести от себя.
- Легированная сталь. Она имеет высокую теплопроводность, что усложняет процесс сварки ацетиленом. Высоколегированные стали варить этим способом не стоит. Низколегированные сваривают нормальным пламенем с применением флюсов, хромоникелевые – нормальным пламенем слабой мощности. Для жаропрочных и коррозиестойких в качестве присадки применяют специальные проволоки.
- Чугун. Работу выполняют нормальным или науглероживающим пламенем. Если оно будет окислительным, то соединение получится непрочным.
- Медь. Она отличается высокой текучестью, теплопроводностью и низкой температурой плавления. При соединении таких деталей их кромки сводят без зазора или используют присадку из чистой меди. Флюсы помогают раскислить шов и удалить шлаки.
- Латунь. Сварить ее электродуговой сваркой не получится. Температура пламени должна быть в переделах 900°С. Этого достаточно, чтобы получилось прочное соединение, при этом цинк из сплава полностью не выгорит. Чтобы уменьшить его испарение, в составе смеси процент ацетилена увеличивают до 35%, используют флюс и латунную проволоку.
- Бронза. Работу выполняют восстанавливающим пламенем, т.к. из металла быстро испаряются олово, алюминий, кремний. Используют такие же флюсы, что и для меди, латуни, бронзовую присадку, а для раскисления вводят 0,5% кремния.
Рекомендуем к прочтению Плюсы и минусы сварки лазером
Перед тем как варить, надо прогреть заготовку. Для этого пламя на нее направляют под прямым углом так, чтобы между ядром и заготовкой было расстояние 1-3 мм. При прогреве металл приобретает красный цвет, затем становится светло-желтого цвета и образует сварочную ванну.
Сначала делают несколько колебательных дугообразных движений, затем отводят горелку на 30-40° и подают присадку. Ее либо помещают в жидкую ванну либо каплями направляют в область соединения.
В процессе горелкой продолжают выполнять дугообразные движения и медленно продвигаются вдоль линии шва. Работают так, чтобы ядро пламени не попадало в сварочную ванну.
Прогрев металла перед сваркой.
Порядок закрытия горелки
По окончании работ надо правильно закрыть горелку:
- перекрыть подачу ацетилена;
- продуть систему кислородом и перекрыть вентиль его подачи.
Завершение сварочных работ
На завершающем этапе работ из рукавов выпускают остатки газа. Для этого приоткрывают краны на горелке (вентили на баллонах должны быть закрыты) и, когда стрелка манометра упадет до 0, закрывают.
Сначала качество шва контролируют визуально. Перед осмотром его очищают от шлака, окалины и брызг металла. Шов должен быть плотным, шириной 5-6 мм, высотой 1-2 мм, чешуйки должны быть расположены равномерно.
Чтобы определить качество соединения в глубине шва, используют неразрушающие методы контроля:
- радиационную дефектоскопию;
- капиллярную дефектоскопию;
- ультразвуковую дефектоскопию;
- магнитный контроль.
Для более детального визуального осмотра используют лупу с увеличением в 5-10 раз и дополнительное освещение шва.
Проведение ультразвуковой дефектоскопии.
Кислородно-ацетиленовым резаком можно работать только с углеродистой и нелегированной сталью. Для нержавейки, цветных металлов и их сплавов указанная технология не подходит.
Газовая резка основана на способности стали гореть в струе чистого кислорода, нагревающего ее практически до температуры плавления. В качестве топлива выступает ацетилен, а окислителя – кислород.
Смесь этих газов нужна только на этапе разогрева металла, когда лист проколот и загорелся. Дальнейший процесс происходит без участия ацетилена. Горение поддерживается за счет подачи кислорода, он же выдувает из места проведения работ продукты сгорания.
Возгорание стали происходит в зависимости от ее состояния: например, толстые заготовки надо разогревать до 1200-1300°С, а тонколистовые – до 930°С.
В начале резки металла струей кислорода мундштук резака плавно двигают вперед. Продукты обработки сдувают в заднюю часть рабочей зоны. Если раскаленный поток возвращается назад или замедляется, надо остановиться, прогреть заготовку и продолжить плавное движение резаком.
Если при выполнении сварочных работ важна не скорость, а качество шва, то ацетиленовая сварка является лучшей технологией.
Ацетилен, получение, свойства, химические реакции
- Ацетилен, C2H2 – органическое вещество класса алкинов, непредельный углеводород.
- Ацетилен, формула, газ, характеристики
- Физические свойства ацетилена
- Химические свойства ацетилена
- Получение ацетилена в промышленности и лаборатории
- Химические реакции – уравнения получения ацетилена
- Применение и использование ацетилена
- Взрывоопасность ацетилена и безопасность при обращении с ним
Ацетилен, формула, газ, характеристики:
Ацетилен (также – этин) – органическое вещество класса алкинов, непредельный углеводород, состоящий из двух атомов углерода и двух атомов водорода.
Химическая формула ацетилена C2H2. Структурная формула ацетилена СH≡CH. Изомеров не имеет.
Строение молекулы ацетилена:
Ацетилен имеет тройную связь между атомами углерода.
Ацетилен – бесцветный газ, без вкуса и запаха. Однако технический ацетилен содержит примеси – фосфористый водород, сероводород и пр., которые придают ему резкий запах.
Легче воздуха. Плотность по сравнению с плотностью воздуха 0,9.
Очень горючий газ. Пожаро- и взрывоопасен.
Ацетилен относится к числу немногих соединений, горение и взрыв которых возможны в отсутствии кислорода или других окислителей.
Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны в очень широком диапазоне концентраций. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном.
Ацетилен требует большой осторожности при обращении. Может взрываться от удара, при нагреве до 500 °C или при сжатии выше 0,2 МПа при комнатной температуре.
Струя ацетилена, выпущенная на открытый воздух, может загореться от малейшей искры, в том числе от разряда статического электричества с пальца руки.
Для хранения ацетилена используются специальные баллоны, заполненные пористым материалом, пропитанным ацетоном. В них ацетилен хранится в виде раствора с ацетоном.
Малорастворим в воде. Очень хорошо растворяется в ацетоне. Хорошо растворяется в других органических веществах (бензине, бензоле и пр.)
Ацетилен обладает незначительным токсическим действием.
Физические свойства ацетилена:
| Наименование параметра: | Значение: |
| Цвет | без цвета |
| Запах | без запаха |
| Вкус | без вкуса |
| Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) | газ |
| Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 | 1,0896 |
| Плотность (при 0 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 | 1,173 |
| Температура плавления, °C | -80,8 |
| Температура кипения, °C | -80,55 |
| Тройная точка, °C | 335 |
| Температура самовоспламенения, °C | 335 |
| Давление самовоспламенения, МПа | 0,14-0,16 |
| Критическая температура*, °C | 35,94 |
| Критическое давление, МПа | 6,26 |
| Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных | от 2,1 до 100 |
| Удельная теплота сгорания, МДж/кг | 56,9 |
| Температура пламени, °C | 3150-3200 |
| Молярная масса, г/моль | 26,038 |
* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.
Химические свойства ацетилена:
Химические свойства ацетилена аналогичны свойствам других представителей ряда алкинов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:
- 1. галогенирование ацетилена:
- СH≡CH + Br2 → CHBr=CHBr (1,2-дибромэтен);
- CHBr=CHBr + Br2 → CHBr2-CHBr2 (1,1,2,2-тетрабромэтан).
- Реакция протекает стадийно с образованием производных алканов.
- В ходе данной реакции ацетилен обесцвечивает бромную воду.
- 2. гидрогалогенирование ацетилена:
СH≡CH + HBr → CH2=CHBr (бромэтен).
- 3. гидратация ацетилена (реакция Михаила Григорьевича Кучерова, 1881 г.):
CH≡CH + H2O → [CH2=CH-OH] (енол) → CH3-CH=O (уксусный альдегид ) (kat = HgSO4, Hg(NO3)2).
- 4. тримеризация ацетилена (реакция Николая Дмитриевича Зелинского, 1927 г.):
3СH≡CH → C6H6 (бензол) (kat = активированный уголь, to = 450-500 оС).
Реакция тримеризации ацетилена является частным случаем реакции полимеризации ацетилена и происходит при пропускании ацетилена над активированным углем при температуре 450-500 оС.
- 5. димеризация ацетилена:
- СH≡CH + СH≡CH → CH2=CH-С≡CH (винилацетилен) (kat = водный раствор CuCl и NH4Cl).
- Реакция димеризации ацетилена является частным случаем реакции полимеризации ацетилена.
- 2СH≡CH + 5О2 → 4CО2 + 2H2О.
- Ацетилен горит белым ярким пламенем.
- Протекание реакции и её продукты определяются средой, в которой она протекает.
- 8. восстановления ацетилена:
СH≡CH + Н2 → C2H4 (этилен) (kat = Ni, Pd или Pt, повышенная to);
СH≡CH + 2Н2 → C2H6 (этан) (kat = Ni, Pd или Pt, повышенная to).
Получение ацетилена в промышленности и лаборатории. Химические реакции – уравнения получения ацетилена:
Ацетилен в лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:
- 1. действия воды на карбид кальция:
CаС2 + H2О → Cа(ОH)2 + C2H2.
- 2. дегидрирования метана:
2CH4 → C2H2 + 3H2 (при to > 1500 оС).
- 3. дегидрирования этилена:
- CH2=CH2→ СH≡CH +H2 (kat = Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3, to = 400-600 °C).
- Ацетилен в промышленности получают следующими способами и методами:
- Сначала получают известь из карбоната кальция.
CаСО3 → CаО + CO2. (to = 900-1200 оС).
Затем получают карбид кальция, сплавляя оксид кальция и кокс в электропечах при температуре 2500-3000 °С.
CаО + 3С → CаС2 + CO. (to = 2500-3000 оС).
- Далее карбид кальция обрабатывают водой по известной реакции.
- CаС2 + H2О → Cа(ОH)2 + C2H2.
- В итоге получается ацетилен высокой чистоты – 99,9 %.
- 5. высокотемпературным крекингом метана:
Высокотемпературный крекинг метана осуществляется по известной реакции дегидирования метана в электродуговых печах при температуре 2000-3000 °С и напряжении между электродами 1000 В. Выход ацетилена составляет 50 %.
- 6. различными способами пиролиза метана:
Разновидностью высокотемпературного крекинга метана являются регенеративный пиролиз (Вульф-процесс), окислительный пиролиз (Заксе-процесс или BASF-процесс), гомогенный пиролиз, пиролиз в среде низкотемпературной плазмы.
Так, в ходе регенеративного пиролиза сначала сжигают метан и разогревают насадку печи до 1350-1400 °С. Затем через разогретую насадку на доли секунды пропускают метан, в результате образуется ацетилен.
В ходе окислительного пиролиза метан смешивают с кислородом и сжигают. Образующееся тепло служит для нагрева остатка метана до 1600 °С, который дегидрирует в ацетилен. Выход ацетилена составляет 30-32 %.
В ходе гомогенного пиролиза метан и кислород сжигают в печи при температуре 2000 °С. Затем предварительно нагретый до 600 °С остаток метана пропускают через печь, в результате образуется ацетилен.
При пиролизе в среде низкотемпературной плазмы метан нагревают струей ионизированного газа (аргона или водорода).
Применение и использование ацетилена:
- – как сырье в химической промышленности для производства уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, синтетических каучуков, ароматических углеводородов,
- – для газовой сварки и резки металлов,
- – для получения технического углерода,
- – как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды.
Взрывоопасность ацетилена и безопасность при обращении с ним:
- Ацетилен обладает взрывоопасными свойствами.
- Поэтому обращение с ацетиленом требует строгого соблюдения правил техники безопасности.
- Ацетилен горит и взрывается даже в отсутствии кислорода и других окислителей.
- Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны в очень широком диапазоне концентраций.
- Струя ацетилена, выпущенная на открытый воздух, может загореться от малейшей искры, в том числе от разряда статического электричества с пальца руки.
Взрываемость ацетилена зависит от множества факторов: давления, температуры, чистоты ацетилена, содержания в нем влаги, наличия катализаторов и пр. веществ и ряда других причин.
Температура самовоспламенения ацетилена при нормальном – атмосферном давлении колеблется в пределах 500-600 °C.
При повышении давления существенно уменьшается температура самовоспламенения ацетилена. Так, при давлении 2 кгс/см2 (0,2 МПа, 1,935682 атм.) температура самовоспламенения ацетилена равна 630 °C.
А при давлении 22 кгс/см2 (2,2 МПа, 21,292502 атм.) температура самовоспламенения ацетилена равна 350 °С.
Присутствие в ацетилене частиц различных веществ увеличивают поверхность его контакта и тем самым снижает температуру самовоспламенения при атмосферном давлении.
Например, активированный уголь снижает температуру самовоспламенения ацетилена до 400 °С, гидрат оксида железа (ржавчина) – до 280-300 °С, железная стружка – до 520 °С, латунная стружка – до 500-520 °С, карбид кальция – до 500 °С, оксид алюминия – до 490 °С, медная стружка – 460 °С, оксид железа – 280 °С, оксид меди – до 250 °С.
Взрывоопасность ацетилена уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном.
При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, серебром и ртутью образуя взрывоопасные соединения. Поэтому при изготовлении ацетиленового оборудования (например, вентилей баллонов) запрещается применять сплавы, содержащие более 70 % Cu.
Для хранения и перевозки ацетилена используются специальные стальные баллоны белого цвета (с красной надписью «А»), заполненные инертным пористым материалом (например, древесным углём). При этом ацетилен хранится и перевозится в указанных баллонах в виде раствора ацетилена в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.
Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com
карта сайта
как получить ацетилен реакция ацетилен этен 1 2 вещество кислород водород связь является углекислый газ бромная вода
уравнение реакции масса объем полное сгорание моль молекула смесь превращение горение получение ацетилена
напишите уравнение реакций ацетилен
Ацетилен — газ с самой высокой температурой пламени!
Ацетилен химическое соединение углерода и водорода. Ацетилен легче воздуха, 1 м3 при 20°С и 760 мм рт. ст. имеет массу 1,091 кг/м3. Плотность по отношению к воздуху 0,9. Критическая температура 35,9°С и критическое давление 61,6 кгс/см2.
При сгорании с кислородом он дает пламя с наиболее высокой температурой, которая достигает 3200°С, что объясняется его эндотермичностью (другие углеводороды экзотермичны, т. е. при распаде поглощают тепло). Химическая формула — C2H2, структурная формула Н-С=С-Н.
Содержание
При нормальном давлении и температуре от -82,4°С (190,6 К) до -84,0°С (189 К) переходит в жидкое состояние, а при температуре -85°С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы плотностью 0,76 кг/м3.
Жидкий и твердый ацетилен легко взрывается от трения, механического или гидравлического удара и действия детонатора.
Технический ацетилен при нормальных давлении и температуре представляет собой бесцветный газ с резким специфическим чесночным запахом из-за содержащихся в нем примесей в виде сернистого водорода, аммиака, фосфористого водорода и др.
История получения ацетилена
В 1836 г. в Бристоле на заседании Британской ассоциации Эдмунд Дэви (Edmund Davy), профессор химии Дублинского Королевского общества и двоюродный брат Гемфри Дэви (Humphry Davy), сообщил:
… При попытке получить калий, сильно нагревая смесь прокаленного винного камня с древесным углем в большом железном сосуде, я получил черное вещество, которое легко разлагалось водой и образовывало газ, оказавшийся новым соединением углерода и водорода. Этот газ горит на воздухе ярким пламенем, более густым и светящимся даже сильнее, чем пламя маслородного газа (этилена). Если подача воздуха ограничена, горение сопровождается обильным отложением сажи. В контакте с хлором газ мгновенно взрывается, причем взрыв сопровождается большим красным пламенем и значительными отложениями сажи… Дистиллированная вода поглощает около одного объема нового газа, однако при нагревании раствора газ выделяется, по-видимому, не изменяясь… Для полного сгорания нового газа необходимо 2,5 объема кислорода. При этом образуются два объема углекислого газа и вода, которые являются единственными продуктами горения… Газ содержит столько же углерода, что и маслородный газ, но вдвое меньше водорода… Он удивительно подойдет для целей искусственного освещения, если только его удастся дешево получать.
Дэви получил карбид калия К2С2 и обработал его водой.
В статье о получении карбида кальция мы писали о том, что его «двууглеродистый водород» впервые был назван ацетиленом французским химиком Пьером Эженом Марселеном Бертло (Marcellin Berthelot) в 1860 г. Только через 60 лет после открытия Дэви предсказанное им использование ацетилена для освещения явилось первым толчком для его промышленного получения.
Получение ацетилена
Получение ацетилена производится двумя основными способами:
А вот какой способ сейчас более распространён можно узнать из статьи о получении ацетилена.
Применение ацетилена
Применение ацетилена при газовой сварке обусловлено тем, что у него самая большая температуры горения. Но он также нашел свое применение в химической отрасли для получения пластмасс, синтетического каучука, уксусной кислоты и растворителей. Более подробный ответ по данному вопросу можно найти в статье о применении ацетилена.
Горение ацетилена
Горение ацетилена происходит по реакции: С2Н2 + 2,5O2=2СO2 + Н2O + Q1
Для полного сгорания 1 м3 ацетилена по вышеуказанной реакции теоретически требуется 2,5 м3 кислорода или = 11,905 м3 воздуха. При этом выделяется тепло Q1 ? 312 ккал/моль. Высшая теплотворная способность 1 м3 С2Н2 при 0°C и 760 мм рт. ст., определенная в газовом калориметре, составляет QВ = 14000 ккал/м3 (58660 кДж/м3), что соответствует расчетной:
312?1,1709?1000/26,036 = 14000 ккал/м3
- Низшая теплотворная способность при тех же условиях может быть принята QH = 13500 ккал/м3 (55890 кДж/м3).
- Практически для горения в горелках при восстановительном пламени в горелку подается не 2,5 м3 кислорода на 1 м3 ацетилена, а всего лишь от 1 до 1,2 м3, что примерно соответствует неполному сгоранию по реакции:
- С2H2 + О2 = 2СО + H2 + Q2
где Q2 ? 60 ккал/моль или 2300 ккал/кгС2H2. Остальные 1,5-1,3 м3 кислорода поступают в пламя из окружающего воздуха, в результате чего в наружной оболочке пламени протекает реакция:
- 2СО + H2 + 1,5О2 = 2СO2 + H2O + Q3
- Реакция неполного горения ацетилена протекает на внешней оболочке светящегося внутреннего конуса пламени, причем под влиянием высокой температуры на внутренней поверхности конуса происходит распад С2Н2 на его составляющие по реакции:
- С2H2 = 2С + H2 + Q4
где Q4?54 ккал/моль или 2070 ккал/кг С2H2.
Таким образом, общая полезная теплопроизводительность пламени применительно к сварочным процессам представляет собой сумму тепла, выделяемого при распаде С2Н2, и тепла, выделяемого при неполном сгорании, что составляет Q4 + Q2 = 2070 + 2300 = 4370 ккал/кг или 4370?1,1709 ? 5120 ккал/м3.
При содержании С2Н2 в смеси около 45% (т. е. при отношении кислорода к ацетилену, примерно равном 1,25) достигается максимальная температура горения ацетилена, которая составляет 3200°С.
Следовательно, температура пламени изменяется в зависимости от состава смеси.
При содержании 27% С2Н2 достигается максимальная скорость воспламенения ацетилено-кислородной смеси, которая равна 13,5 м/сек.
Следовательно, в зависимости от состава смеси также изменяется и скорость воспламенения.
Данные зависимостей скорости воспламенения и температуры пламени и от содержания в ней ацетилена представлены ниже в таблице.
| 12 | 15 | 20 | 25 | 27 | 30 | 32 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 |
| — | 2920 | 2940 | 2960 | 2970 | 2990 | 3010 | 3060 | 3140 | 3200 | 3070 | 2840 |
| 8,0 | 10,0 | 11,8 | 13,3 | 13,5 | 13,1 | 12,5 | 11,3 | 9,3 | 7,8 | 6,7 | — |
Необходимо понимать, что полное сгорание ацетилено-воздушной смеси достигается при наличии в ней не более 1?100/(1+11,905)=7,75% ацетилена (так называемая стехиометрическая смесь). При этом продуктами реакции являются только углекислый газ (СО2) и вода (H2О). При содержании ацетилена более 17,37% в виде сажи выделяется свободный углерод.
С увеличение процентного содержание ацетила выделение сажи также возрастает (коптящее пламя), а при 81% С2Н2 — процесс горения прекращается или не возникает.
Хранение и транспортировка ацетилена
Ацетилен выпускают по ГОСТ 5457 растворенным и газообразным. Хранят и транспортируют его в растворенном состоянии в специальных стальных баллонах по ГОСТ 949, заполненных пористой, пропитанной ацетоном массой. Ацетилен, растворенный в ацетоне не склонен к взрывчатому распаду.
Баллоны окрашены в серый цвет и надписью красными буквами «АЦЕТИЛЕН» на верхней цилиндрической части.
Максимальное давление ацетилена при заполнении баллона составляет 2,5 МПа (25 кгс/см2), при отстое и охлаждении баллона до 20°С оно снижается до 1,9 МПа (19 кгс/см2). При этом давлении в 40-литровый баллон вмещается 5-5,8 кг С2Н2 по массе (4,6-5,3 м3 газа при 20°С и 760 мм рт. ст.).
Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры следующим образом:
| -5 | 5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | |
| 1,3 | 1,4 | 14 | 1,7 | 1,8 | 12 | 2,4 | 3,0 |
Другие требования техники безопасности можно узнать из статьи о классе опасности и мерах безопасности при работе с ацетиленом
Физические свойства ацетилена
Физические свойства ацетилена представлены в таблицах ниже.
Коэффициенты перевода объема и массы С2Н2 при Т=15°С и Р=0,1 МПа
| 1,109 | 1 |
| 1 | 0,909 |
Коэффициенты перевода объема и массы С2Н2 при Т=0°С и Р=0,1 МПа
| 1,176 | 1 |
| 1 | 0,850 |
Ацетилен в баллоне
| С2Н2 | 40 | 5 | 4,545 |
Благодаря информации в таблице можно дать ответы на часто задаваемые вопросы:
- Сколько ацетилена в одном баллоне?Ответ: в 40 л баллоне 5 кг или 4,545 м3 ацетилена
- Сколько весит баллон ацетилена?Ответ: 58,5 кг — масса пустого баллона из углеродистой стали согласно ГОСТ 949; 18-20 кг — масса пористого материала, пропитанного ацетоном; 5,0 — кг масса С2Н2 в баллоне;Итого: 58,5 + 20,0 + 5,0= 83,5 кг вес баллона с ацетиленом.
- Сколько м3 ацетилена в баллонеОтвет: 4,545 м3
Ацетилен | это… Что такое Ацетилен?
Ацетиле́н (по ИЮПАК — этин) — ненасыщенный углеводород C2H2. Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов.
Физические свойства
При нормальных условиях — бесцветный газ, малорастворим в воде, легче воздуха. Температура кипения −83,8 °C.
При сжатии разлагается со взрывом, хранят в баллонах, заполненных кизельгуром или активированным углем, пропитанным ацетоном, в котором ацетилен растворяется под давлением в больших количествах.
Взрывоопасный. Нельзя выпускать на открытый воздух. C2H2 обнаружен на Уране и Нептуне.
Химические свойства
Ацетилено-кислородное пламя(температура «ядра» 2621 °C)
Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:
HC≡CH + Cl2 -> СlСН=СНСl
Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м³.
При сгорании в кислороде температура пламени достигает 3150 °C. Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C.
Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди.
- Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.
- Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, сводная таблица 1.):
- Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации, сводная таблица 2.):
История
Открыт в 1836 г. Э. Дэви, синтезирован из угля и водорода (дуговой разряд между двумя угольными электродами в атмосфере водорода) М. Бертло (1862 г.).
Способ производства
В лаборатории ацетилен получают действием воды на карбид кальция см. видео данного процесса (Ф. Вёлер, 1862 г.),
- CaC2+ 2 Н2О = С2Н2↑ + Са(ОН)2
- а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400 °C:
- 2СН4 = С2Н2↑ +3Н2↑
Применение
Ацетиленовая лампа
Ацетилен используют:
- для сварки и резки металлов,
- как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (см. карбидная лампа),
- в производстве взрывчатых веществ (см. ацетилениды),
- для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.
- для получения технического углерода
- в атомно-абсорбционной спектрофотометрии при пламенной атомизации
- в ракетных двигателях(вместе с аммиаком)[2]
Безопасность
Поскольку ацетилен растворим в воде, и его смеси с кислородом могут взрываться в очень широком диапазоне концентраций, его нельзя собирать в газометры.
Ацетилен взрывается при температуре около 500 °C или давлении выше 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самовоспламенения 335 °C. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном.
При длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром образуются ацетилениды меди и серебра, которые взрываются при ударе или повышении температуры.
Поэтому при хранении ацетилена не используются материалы, содержащие медь (например, вентили баллонов).
Ацетилен обладает слабым токсическим действием. Для ацетилена нормирован ПДКм.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м3 согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».
Ацетилен (С²Н²)
Ацетилен является основным горючим газом для газовой сварки и резки металлов, температура его плавления при сгорании в смеси с кислородом достигает 3150°С.
Ацетилен является химическим соединением углерода с водородом. Это бесцветный горючий газ, имеющий резкий характерный запах. Длительное вдыхание ацетилена вызывает головокружение, тошноту, а иногда и сильное общее отравление.
Ацетилен легче воздуха: 1м³ ацетилена при 20°С и атмосферном давлении имеет массу 1,09 кг. Ацетилен является взрывоопасным газом. Температура самовоспламенения ацетилена лежит в пределах 240 — 630°С и зависит от давления и присутствия в ацетилене различных примесей.
При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом взрывается при содержании в ней ацетилена 2,2% и более, а в смеси с кислородом при содержании — 2,8% и более. Взрыв ацетилено-воздушной или ацетилено-кислородной смеси может произойти от искры, пламени или сильного местного нагрева.
Поэтому обращение с карбидом кальция и с ацетиленом требует осторожности и строгого соблюдения правил безопасности труда.
В промышленности ацетилен получают при разложении жидких горючих, таких как нефть, керосин, воздействием электродугового разряда. Применяется также способ производства ацетилена из природного газа (метана). Смесь метана с кислородом сжигают в специальных реакторах при температуре 1300-1500°С. Из полученной смеси с помощью растворителя извлекается концентрированный ацетилен.
Получение ацетилена промышленными способами на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция. Промышленный ацетилен закачивается в баллоны, где находится в порах специальной массы растворенным в ацетоне. В таком виде потребители получают баллонный промышленный ацетилен.
Свойства ацетилена не зависят от способа его получения. Остаточное давление в ацетиленовом баллоне при температуре 20°С должно быть 0,05-0, ШПа (0,5-1,0 кгс/см²). Рабочее давление в наполненном баллоне не должно превышать 1,9 МПа (19 кгс/см²) при 20°С.
Для сохранности наполнительной массы нельзя отбирать ацетилен из баллона со скоростью 1700 дм³/ч.
Способ получения ацетилена в генераторе из карбида кальция.
Карбид кальция получают путем сплавления кокса и негашеной извести в электрических дуговых печах при температуре 1900-2300°С
Расплавленный карбид кальция сливают из печи в формы-изложницы, где он остывает. Далее его дробят и сортируют на куски размером от 2 до 80 мм. Готовый карбид кальция упаковывают в герметически закрываемые барабаны или банки из кровельной жести по 40,100, 130 кг.
В карбиде кальция не должно быть более 3% частиц размером менее 2 мм (пыль). По ГОСТу 1460-81 устанавливаются размеры (грануляция) кусков карбида кальция: 2×8; 8×15; 15×25; 25×80 мм.
При взаимодействии с водой карбид кальция выделяет газообразный ацетилен и образует в остатке гашеную известь, являющуюся отходом.
Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм³ (литра) ацетилена. Практически из-за наличия примесей в карбиде кальция выход ацетилена составляет до 280 дм³ (литров). В среднем для по- лучения 1000 дм³ (литров) ацетилена расходуется 4,3-4,5 кг карбида кальция.
Карбидная пыль при смачивании водой разлагается почти мгновенно. Карбидную пыль нельзя применять в обычных ацетиленовых генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде кальция. Для разложения карбидной пыли применяются генераторы специальной конструкции.
Для охлаждения ацетилена при разложении карбида кальция берут от 5 до 20 дм³ (литров) воды на 1 кг карбида кальция. Применяют также «сухой» способ разложения карбида кальция. На 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2-1 дм³ (литра) воды.
В этом процессе гашения известь получается не в виде жидкого известкового ила, а в виде сухой «пушонки», удаление, транспортировка и утилизация которой значительно упрощается.
Физико-химические свойства
- температура воспламенения в кислороде (Тв) — 240-630°С;
- температура пламени при сгорании в технически чистом кислороде (Тпл) — 3150°С;
- предел воспламенения в смеси: с воздухом — 2,2-80,7 %, с кислородом — 2,3-93,0 %;
- максимальная скорость распространения пламени в смеси с кислородом — 13,5 м/с;
- низшая теплотворная способность — 52800 кДж/м³;
- соотношение с кислородом (Ро) — 1,15
- плотность при температуре 20°С и давлении 0,101 МПа — 1,091 кг/м³.
Загрузка...
