اتیلن چیست و چه کاربردهایی دارد؟
اتیلن یا اتن، ساده‌ترین هیدروکربن غیر اشباع بوده و اولین عضو از گروه آلکن‌ها است.
Ethylene ( اتیلن ) ، گازی بدون بو و بی رنگ و یک گاز هیدروکربنی با فرمول شیمیایی C2H4 است. به دلیل وجود این پیوند دوگانه، اتیلن ایزومر صورت‌بندی ندارد، یعنی دو نیمه مولکول نمی‌توانند با چرخش حول پیوند دوگانه، صورت‌بندی خود را تغییر دهند. اتیلن دارای ساختمان مسطح بوده، زاویه بین دو اتصال کربن-هیدروژن، ۱۱۷ درجه است. یعنی مقداری بسته‌تر از زاویه ۱۲۰ درجه که برای هیبریداسیون sp2 مناسب است. اتیلن گازی بیرنگ و آتش‌گیر به‌شمار می‌رود و در ترکیب نفت و گاز طبیعی یافت می‌شود.
تاریخچه ی اتیلن
اتیلن، یکی از مهم‌ترین ترکیبات شیمیایی و غیر اشباع‌ترین هیدروکربن، تاریخچه‌ی جالبی در علم و صنعت دارد. در ادامه تاریخچه‌ی کلیدی توسعه مفهومی و کاربردی این ترکیب شیمیایی مهم را مرور خواهیم کرد:
- کشف اولیه و تشخصی اتیلن: این ماده به عنوان یک گاز به وسیلهٔ دکتر جان دالتون در سال ۱۷۸۵ شناسایی شد. اما شناخت دقیق و تشخصی این ترکیب به دستور آلمانی‌تبار دکتر هنری ویکتور رگنر در سال ۱۸۴۸ دریافت شد.
- تولید صنعتی اتیلن: تولید صنعتی این گاز آغاز به کار در دهه ۱۹۳۰ در ایالات متحده و کانادا کرد، زمانی که فرآیند تکثیر و فرآوری گازهای نفتی توسط شرکت‌هایی چون Standard Oil و Union Carbide ایجاد شد.
- اکتشاف خواص اتیلن در رشد گیاهان: در دهه ۱۹۲۰، شناخت در مورد تأثیر این گاز بر رشد و توسعه گیاهان گسترش یافت. این ترکیب در تسریع فرآیند رسیدن میوه‌ها و تغییر رنگ آنها نقش دارد.
- استفاده در کشاورزی: استفاده از این گازبه منظور تسریع رسیدن محصولات کشاورزی، نخستین بار در دهه ۱۹۴۰ آغاز شد. این استفاده به مرور زمان گسترش یافته و به یکی از روش‌های معمول در کشاورزی برای مدیریت زمان برداشت محصولات تبدیل شده است.
- تأثیرات در صنعت پلاستیک‌سازی: این گاز باعث آغاز یک انقلاب در صنعت پلاستیک‌سازی شد. در دهه ۱۹۵۰، توسعه تکنولوژی‌های پلیمریزاسیون اتیلن منجر به تولید پلی‌اتیلن (PE) شد که یکی از پرکاربردترین پلیمرها در جهان است.
- توسعه در فناوری‌های تولید اتیلن: تحقیقات و توسعه‌های بیشتر در فناوری‌های تولید اتیلن از جمله فرآیندهای کرک نفت و تولید از گازهای شیمیایی، منجر به توسعه و تجاری‌سازی روش‌های بهینه‌تر و اقتصادی‌تر تولید اتیلن شد.
مشخصات گاز اتیلن
- بی رنگ
- آتشزا
- با بویی اندک
- چگالی سبک تر از هوا
روش های تولید اتیلن
اتیلن در صنایع پتروشیمی با روش کراکینگ با بخار آب تولید می‌شود.
در این فرایند هیدروکربن‌های گازی و محلول‌های سبک هیدروکربن حاصل از نفت به مدت بسیار کوتاه در دمای ۹۵۰–۷۵۰ درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شوند. عموماً در این واکنش هیدروکربن‌های بزرگ به هیدروکربن‌های کوچک شکسته شده، هیدروکربن‌های اشباع با ازدست‌دادن هیدروژن به هیدروکربن‌های غیر اشباع تبدیل می‌شوند.
محصول این واکنش مخلوطی از انواع هیدروکربن‌هاست که اتیلن عمده‌ترین آن است. مخلوط را به‌وسیله متراکم‌سازی و تقطیر جز به جز جداسازی می‌کنند. روش‌های دیگر، هیدروژن‌دارکردن استیلن با استفاده از کاتالیزور و آبگیری از اتانول است.
کاربردهای اتیلن در صنعت کشاورزی
مقادیر گاز اتیلن در میوه ها می تواند به سطحی برسد که در آنها تغییرات فیزیولوژیکی رخ دهد. اثرات این گاز و رسیدن میوه نیز ممکن است تحت تأثیر گازهای دیگر مانند دی اکسید کربن و اکسیژن قرار گیرد و از میوه ای به میوه دیگر متفاوت باشد. میوه هایی مانند سیب و گلابی مقدار بیشتری از این گاز را منتشر می کنند که بر رسیده شدن آنها تأثیر می گذارد. سایر میوه‌ها مانند گیلاس یا زغال اخته، مقدار بسیار کمی از این گاز را تولید می‌کنند و بنابراین بر فرآیند رسیدنشان تأثیری نمی‌گذارند.
اثر مهم این گاز بر روی میوه ها، تغییر در بافت (نرم شدن)، رنگ و سایر فرآیندها است. گاز اتیلن که به عنوان یک هورمون پیری برای گیاهان در نظر گرفته می شود، نه تنها بر رسیدن میوه تأثیر می‌گذارد، بلکه ممکن است باعث از بین رفتن گیاهان نیز گردد. این تاثیر معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که گیاه به نحوی آسیب ببیند. از دیگر اثرات گاز اتیلن˛ از بین بردن کلروفیل، شاخ و برگ گیاه و کوتاه و خم شدن ساقه ها (اپیناستی) است. این گاز وقتی برای تسریع زمان رسیدن میوه استفاده می‌شود، می‌تواند عامل خوبی باشد. اما سبزیجات را زرد می‌کند، به جوانه‌ها آسیب می‌زند یا باعث بریدگی در گیاهان زینتی می‌شود.
شیوه استفاده از اتیلن در سردخانه برای میوه
باید در ابتدا بگوییم که استفاده از اتیلن برای هر میوه متفاوت است و باغداران و انبارداران باید به روش درست و دقیق از این ماده استفاده کنند. لذا برای میوه های مختلف لازم است از گاز اتیلن در دمای مشخصی در انبار پخش گردد و حتما دقت کنید اگر بیش از اندازه در فضا منتشر گردد سبب خراب شدن میوه ها می شود.
نکات مهم برای استفاده از گاز اتیلن برای میوه ها در سردخانه
- باید برای نگهداری از میوه، انبار حتما عایق حرارتی داشته باشد تا دما را توسط آن کنترل کند.
- انبار نگهداری میوه باید کاملا بسته و غیر قابل نفوذ باشد.
- انبار باید هم سیستم گرمایی و هم سرمایشی داشته باشد.
- میزان درجه سردخانه بهتراست ثابت باشد زیرا موجب عملکرد بهتر گاز اتیلن می گردد.
موارد مصرف و کاربرد اتیلن در صنایع گوناگون
این ماده در محصولات صنعتی زیادی مورد استفاده قرار میگیرد و تولید و صنعت ایرانی نیز از این کاربردها بی بهره نیست.
با برخی از موارد استفادی اتن را در اینجا آشنا میشویم:
مواد شیمیایی:
این گاز ماده اولیه برای چندین سنتز صنعتی است. به عنوان یک واسطه در صنایع شیمیایی و برای تولید پلاستیک استفاده می شود.
خوراکی و نوشیدنی:
مخلوط اتیلن و نیتروژن موجود در سیلندرها˛ برای کنترل رسیدن میوه ها، به ویژه میوه موز استفاده می شود. همچنین در کشاورزی برای تقویت رشد محصول کاربرد دارد. در این مورد ، گاز اتیلن را مستقیماً به داخل خاک تزریق می کنند.
شیشه:
از این گاز در تولید شیشه های مخصوص صنعت خودروسازی (شیشه خودرو) استفاده می شود.
پزشکی و درمان:
در پزشکی آن را به عنوان بی حس کننده بکار می گیرند.
تولید فلزات:
به عنوان گاز اکسی سوخت در برش فلز، جوشکاری و انتشاردهنده حرارتی با سرعت بالا کاربرد دارد.
پالایش نفت و گاز:
به عنوان عامل مایع کننده˛ به ویژه در کارخانه های مایع سازی گاز LNG استفاده می شود.
لاستیک و پلاستیک:
این گاز در استخراج لاستیک بکار می رود.
مضرات و اثرات مخرب اتیلن
گاز اتیلن به طور گسترده برای تسریع رسیدن محصولات استفاده می‌شود، اما ممکن است تاثیر عکس نیز داشته باشد. به خصوص که اتیلن می‌تواند بر تمام قسمت‌های گیاه شامل برگ‌ها، گل‌ها و میوه‌ها تأثیر بگذارد. برخی از اثرات مخرب اتیلن عبارتند از:
رسیدن سریع میوه‌ها
اگر گاز اتیلن بیش از حد مصرف شود یا در غلظت مناسب استفاده نشود، میوه‌ها خیلی سریع می‌رسند. این موضوع می‌تواند منجر به خراب شدن زود هنگام محصول و غیرقابل فروش شدن آن شود.
زرد شدن سبزیجات
برخی از سبزیجات حساس به اتیلن مانند کلم بروکلی و کلم، در حضور اتیلن زرد می‌شوند. ممکن است قبلاً این تاثیر را در سبزیجات دیده باشید، هنگامی که سر کلم بروکلی یا برگ‌های کلم به رنگ زرد است.
پیری و پژمردگی گل‌ها
گل‌ها در حضور گاز اتیلن واکنش مناسبی از خود نشان نمی‌دهند. یکی از نگرانی‌های اصلی برای پرورش دهندگان گل این است که گل‌ها در حین حمل و نقل با هیچ میوه‌ای تماسی نداشته باشند تا هیچ واکنش نامطلوبی به اتیلن نداشته باشند. به طور کلی، تماس اتیلن با گل‌ها منجر به افتادن برگ از ساقه گل‌ها و حتی پیری و پژمردگی گل‌ها می‌شود.
خطر اشتعال پذیری و شرایط نگهداری
در انبار ها و محیط های سربسته باید به طور مداوم و منظم برای پاکسازی هوا از هرگونه اتیلن˛ از فیلتر های مخصوص استفاده نمود. این فیلترها در کاهش و حفظ سطوح پایین این گاز موثرند. اتیلن در غلظت های بالا قابلیت انفجار دارد. در غلظت های بالاتر از ۲۷۰۰۰ قسمت در میلیون ppm، فقط یک جرقه می تواند آن را مشتعل کرده و باعث انفجار مرگبار شود. با این حال، در صورت استفاده از غلظت استاندارد این گاز و طبق دستورالعمل های تولیدکنندگان، می تواند از انفجار و خطرات جانبی جلوگیری نمود. سطح مورد نیاز برای اشتعال این گاز حدود ۲۰۰ برابر بیشتر از سطح لازم برای شروع کار است.
سعی کنید از ژنراتورهای استاندارد در محل مورد نظر که ۱۶۰۰ فوت مکعب یا بزرگتر (۴۵ متر مکعب) هستند استفاده کنید. هنگام استفاده از ژنراتور و کنسانتره˛ در اتاق هایی که ۱۶۰۰ فوت مکعب (۴۵ متر مکعب) یا بزرگتر هستند، هیچ حطری برای انفجار این گاز وجود ندارد.
اطلاعات ایمنی:
اتیلن تحریک کننده پوست و چشم نیست ولی تماس با اتیلن مایع ممکن است سبب یخ زدگی شدید شود. اتیلن بشدت اشتعال پذیر است.
مجتمع های تولیدکننده در ایران:
پتروشیمی امیرکبیر و پتروشیمی بندرامام، از مجتمع های تولید داخلی این ماده ی شیمیایی میباشند.موفقیت در زندگی وابسته به داشتن اطلاعات ارزشمند از علم روز است.