o-Xylen

o-Xylen Kemiska egenskaper, användning, produktion

Xylen

Xylen är ett aromatiskt kolväte där de två väteatomerna i bensenringen är utbytta mot två metylgrupper. Den har tre isomerer o-xylen (1,2-dimetylbensen), m-xylen och p-xylen. Industriprodukterna är blandningar av de tre isomererna med 10 % o-10 %, 70 % m- och 20 % p-. I koksindustrin är det en av de råa bensenförädlade produkterna.
Xylen är ett slags färglös brandfarlig vätska; smältpunkten för o-, m- och p-xylen är -25,2 ℃, -47,9 ℃ och 13,3 ℃; kokpunkterna är 144 respektive.4 ℃, 139,1 ℃ och 138,3 ℃ medan den relativa densiteten är 0,8802, 0,8642 respektive 0,8611. Den är inte löslig i vatten men är blandbar med många typer av organiska lösningsmedel. Vid katalytisk oxidation genererar de respektive ftalsyraanhydrid, isoftalsyra och tereftalsyra.
Xylen är ett slags viktiga råvaror för organiska kemikalier, som finns naturligt i stenkolstjära och vissa typer av petroleum. Den kan erhållas genom fraktionering av den lätta oljedelen av stenkolstjära eller katalytisk reformering av lätt bensin. Industrin utvinner huvudsakligen med hjälp av C8-fraktionen i naftareformaten. Den kan alternativt tillverkas genom disproportioneringsreaktion av toluen i närvaro av katalysator och hög temperatur och högt tryck. För närvarande tillämpar industrin huvudsakligen metoden kryogen kristallisering, adsorption och bildning av komplex eller molekylära silar för att separera dem. O-xylen har en relativt hög kokpunkt och kan separeras med hjälp av destillation. p-xylen har också en hög smältpunkt och kan renas genom fraktionerad kristalliseringsrening. Blandad xylen kan utan separering användas direkt som lösningsmedel, men kan kompletteras med bensin för att förbättra de explosionsskyddande egenskaperna. De är komponenter i flygbensin. O-xylen används huvudsakligen för framställning av ftalsyraanhydrid, som är en viktig råvara för tillverkning av olika färgämnen och indikatorer (t.ex. fenolftalein). Dessutom kan o-xylen också användas för framställning av polyesterharts, insektsmedel, mjukgörare och färgämnen. M-xylen kan genom nitrering och reduktion generera 4,6-dimetyl-1,3-fenylendiamin som är en mellanprodukt för syntetiska färgämnen. M-xylen kan också användas som råmaterial för syntetiska doftämnen (t.ex. xylenmosk). P-xylen används främst vid tillverkning av tereftalsyra, som är en viktig råvara för syntetiska polyesterfibrer (polyester).

Figur 1 den kemiska strukturen för de tre isomererna av xylen, ortho-xylen, m-xylen, p-xylen kemisk struktur.

Ovanstående information är redigerad av Chemicalbook.

Precisionsdestillation för separation av O-xylen och p-xylen

Xylen presenteras i koksad råbensen och petroleumkrackad olja. Råbenzen, efter inledande destillation, tvättning med svavelsyra och destillation för separation av bensen och toluen, följt av destillation, kan vi erhålla xylen, även känt som koksat xylen. Kvaliteten på den koksade xylen beror på destillationskolonnens separationskapacitet, temperaturen i toppen av kolonnen och återflödesförhållandet. Kina har klassificerat koksxylenprodukterna i tre nivåer. Koksexylen innehåller i allmänhet 16 % o-xylen, 50 % m-xylen, 21 % p-xylen och 7 % etylbensen. Den xylen som produceras inom petroleumindustrin har en låg halt av m-xylen och en hög halt av etylbensen. Industriell xylen är inte bara lösningsmedel och tillsatsmedel för gummi- och beläggningsindustrin, utan även tillsatsmedel för flyg- och kraftbränsle. O-xylen, m-xylen och p-xylen som separeras från industriellt xylen är råvaror för ftalsyra, isoftalsyra respektive tereftalsyra. Ftalsyra och tereftalsyra används vid tillverkning av mjukgörare, polyesterhartser och polyesterfibrer. M-xylen kan användas ensamt som lösningsmedel och bränsletillsatser. Den o-xylen som ingår i industri-xylen har en skillnad på över 5,2 ℃ jämfört med andra isomerer. Med precisionsdestillation kan vi få o-xylen med en renhet på över 95 %, följt av användning av sulfonering och destillation för rening så att vi kan få ytterligare renare o-xylen.
Xylen tillhör Lewisbasen, som kan bilda ett polärt komplex med HF-BF3 (Lewis-syra). M-xylens alkalinitet är ungefär 100 gånger så stark som för andra C8-aromater. När isomerblandningen av xylen kommer i kontakt med lösningsmedlet HF-BF3 kan m-xylen bilda ett komplex med fluorid och extraheras företrädesvis till fluoridfasen. Den fluoridfas som innehåller m-xylen värms upp vid ett lägre tryck för att sönderdela komplexet och därigenom avskilja m-xylen från blandningen. HF-BF3-lösningsmedlet kan återvinnas genom destillation för återvinning. Om råmaterialet är en blandning av ortho-xylen, m-xylen och p-xylen, kan vi efter att m-xylen extraherats använda precisionsdestillation för att separera o-xylen och p-xylen.

Figur 2 precisionsdestillationsmetoden för separation av o-xylen och p-xylen.

Kemiska egenskaper

Den uppträder som färglös transparent vätska med aromatisk lukt. Den är blandbar med etanol, etyleter, aceton och bensen men olöslig i vatten.

Användningar

(1) Den används främst vid tillverkning av ftalsyraanhydrid

(2) O-xylen är råvara för tillverkning av bakteriedödande fenramin, tetraklorfenylpeptid och herbiciden bensulfuron-methyl. Det används som mellanprodukt för tillverkning av o-metylbensoesyra.
(3) Det används främst som kemiska råvaror och lösningsmedel. Det kan användas för att framställa ftalsyraanhydrid, färgämnen, bekämpningsmedel och läkemedel, t.ex. vitaminer. Den kan också användas som tillsatser till flygbensin.
(4) Används som kromatografiska standarder och lösningsmedel
(5) Som råmaterial för syntes av anhydrid och annan organisk syntes;

Produktionsmetod

Industrin tillämpar superdestillationsmetod för att separera o-xylen från den blandade xylen. O-xylen har en över 5 ℃ skillnad i kokpunkt jämfört med andra komponenter i den blandade xylen. För destillation krävs cirka 150 brickor, ett återflödesförhållande på 5-8 och relativt mycket energi.
O-xylen framställdes ursprungligen huvudsakligen från stenkolstjära. För närvarande sker den största delen av den inhemska och utländska produktionen av o-xylen huvudsakligen genom utvinning från olja katalytisk reformering och termisk krackning av aromatiska kolväten. På grund av att strukturerna för o-xylen, p-xylen och m-xylen i xylen är mycket lika; deras fysiska parametrar är också ganska lika. Vid industriell separation av o-xylen används huvudsakligen superdestillationsmetoden; först separeras o-xylen och etylbensen från den blandade xylen, vilket kräver användning av ett destillationstorn med 100-150 brickor; därefter separeras o-xylen och etylbensen för att erhålla ren o-xylen.

Kategori

Brandfarliga vätskor

Toxicitetsklassning

Förgiftning

Akut toxicitet

Oral-råtta LDL0: 5000 mg/kg; bukinjektion-mus LD50: 1364 mg/kg

EXPLOSIVER och farlig egenskap

explosivt vid blandning med luft

Brännbarhet och farliga egenskaper

brandfarligt vid låga, värme, oxidationsmedel Brandfarligt vid förbränning som släpper ut irriterande rök

Lagrings- och transportegenskaper

lager: ventilerat, låg temperatur och torrt; försiktigt lastning och lossning; förvaras skilt från oxidationsmedel och syror.

Brandsläckningsmedel

dimma vatten, skum, sand, koldioxid, 1211 släckmedel

Arbetsstandard

TLV-TWA 100 PPM (440 mg/m 3); STEL 150; PPM (655 mg/m 3)

Kemiska egenskaper

färglös vätska

Fysikaliska egenskaper

Klar, färglös vätska med en aromatisk lukt. En lukttröskelkoncentration på 380 ppbv rapporterades av Nagata och Takeuchi (1990).

Användningsområden

Framställning av ftalsyra, ftalsyraanhydrid, tereftalsyra, isoftalsyra; lösningsmedel för alkydhartser, lacker, emalj, gummicement; tillverkning av färgämnen, läkemedel och insektsmedel; motorbränslen.

Definition

ChEBI: En xylen som är substituerad med metylgrupper i positionerna 1 och 3.

Syntesreferens(er)

Journal of the American Chemical Society, 97, s. 7262, 1975 DOI: 10.1021/ja00858a011
The Journal of Organic Chemistry, 44, s. 2185, 1979 DOI: 10.1021/jo01327a032

Allmän beskrivning

En färglös vattnig vätska med en söt lukt. Mindre tät än vatten. Olöslig i vatten. Irriterande ånga.

Luft &Vatten Reaktioner

Lättantändligt. Olöslig i vatten.

Reaktivitetsprofil

1,2-dimetylbensen kan reagera med oxiderande material. .

Hälsofara

Ångor orsakar huvudvärk och yrsel. Vätskan irriterar ögon och hud. Om den tas upp i lungorna orsakar den svår hosta, ångest och snabbt utvecklande lungödem. Vid intag orsakar illamående, kräkningar, kramper, huvudvärk och koma. Kan vara dödligt. Njur- och leverskador kan uppstå.

Brandfarlighet

Beteende vid brand: Ångor är tyngre än luft och kan färdas över ett stort avstånd till en antändningskälla och blixtar tillbaka.

Kemisk reaktivitet

Reaktivitet med vatten Ingen reaktion; Reaktivitet med vanliga material: Ingen reaktion; Stabilitet under transport: Stabil; Neutraliserande medel för syror och kaustika: Inte relevant; Polymerisering: Polymerisationshämmare: Inte relevant: Inte relevant: Polymerisationshämmare: Inte relevant.

Säkerhetsprofil

Måttligt toxisk bj7intraperitoneal väg. Mildt giftigt vid förtäring och inandning. En experimentell alteratogen. En vanlig luftförorening. En mycket farlig brandrisk när den utsätts för värme eller flammor. Explosiv i form av ånga när den utsätts för värme eller eld. Vid brandbekämpning, använd skum, CO2, torrkemikalier.Inkompatibel med oxiderande material.Vid upphettning till sönderdelning avger den gräslig rök och irriterande ångor. Utsöndras från moderna byggnadsmaterial (CENEAR69,22,91). Se även andra uppgifter om xylen.

Källa

Upptäckt i destillerade vattenlösliga fraktioner av 87-oktanig bensin (3,83 mg/L), 94-oktanig bensin (11,4 mg/L), Gasohol (8,49 mg/L), No. 2 fuel oil (1,73 mg/L), Jet Fuel A (0,5 mg/L), Jet Fuel A (0,5 mg/L), Jet Fuel A (0,5 mg/L), Jet Fuel A (0,5 mg/L) och Jet Fuel A (0,5 mg/L).87 mg/L), dieselbränsle (1,75 mg/L), militär jetbränsle JP-4 (1,99 mg/L) (Potter, 1996), ny motorolja (16,2-17,5 μg/L) och begagnad motorolja (294-308 μg/L) (Chen et al, 1994). Den genomsnittliga volymprocenten och den uppskattade molfraktionen i American Petroleum Institute PS-6 bensin är 2,088 respektive 0,01959 (Poulsen et al., 1992). Schauer et al. (1999) rapporterade o-xylen i avgaserna från en medelstor lastbil med dieseldrift med en utsläppsnivå på 830 μg/km. Dieselbränsle från en bensinstation i Schlieren, Schweiz, innehöll o-xylen i en koncentration på 223 mg/L (Schluep etal., 2001).

California Phase II reformerad bensin innehöll o-xylen i en koncentration på 19,7 g/kg.
Avgasfasens avgasutsläpp från bensindrivna bilar med och utan katalysator var 5,41 respektive 562 mg/km (Schauer et al., 2001),
Thomas och Delfino (1991) jämnade ut föroreningsfritt grundvatten från Gainesville, FL med enskilda fraktioner av tre enskilda petroleumprodukter vid 24-25 °C i 24 timmar. Den vattenhaltiga fasen analyserades med avseende på organiska föreningar med hjälp av U.S. EPA:s godkända testmetod602. De genomsnittliga m+p-xylenkoncentrationerna i vattenlösliga fraktioner av blyfri bensin, fotogen och dieselolja var 8,611, 0,658 respektive 0,228 mg/L. När författarna analyserade vattenfasen med hjälp av U.S. EPA:s godkända testmetod 610 var de genomsnittliga m+p-xylenkoncentrationerna i vattenlösliga fraktioner av blyfri bensin, fotogen och dieselbränsle lägre, dvs. 6,068, 0,360 respektive 0,222 mg/L. Baserat på laboratorieanalyser av 7 stenkolstjäraprover varierade o-xylenkoncentrationerna från 2 till 2 000 ppm (EPRI, 1990). En stenkolstjära med hög temperatur innehöll o-xylen i en genomsnittlig koncentration på 0,04 viktprocent (McNeil, 1983).
Schauer et al. (2001) mätte utsläppshastigheter av organiska föreningar för flyktiga organiska föreningar, halvflyktiga organiska föreningar i gasfas och organiska föreningar i partikelfas från förbränning av tall, ek och eukalyptus i bostadsområden (eldstad). Utsläppet av o-xylen i gasfas var 18,1 mg/kg för förbränd tall. Utsläpp av o-xylen mättes inte vid förbränning av ek och eukalyptus.
Drinkvattenstandard (slutlig): För alla xylener är både MCLG och MCL 10 mg/L. Dessutom rekommenderas en DWEL på 70 mg/L (U.S. EPA, 2000).

Miljöförlopp

Biologiskt. Rapporterade biologiska nedbrytningsprodukter av den kommersiella produkten som innehåller xylen inkluderar α-hydroxi-p-toluinsyra, p-metylbenzylalkohol, bensylalkohol, 4-metylkatekol, mandp-toluinsyror (Fishbein, 1985). o-Xylen kometaboliserades också vilket resulterade i bildandet av o-toluinsyra (Pitter och Chudoba, 1990). I anoxiskt grundvatten nära Bemidji, MI, biologiskt nedbröts o-xylen anaerobt till intermediären o-toluinsyra (Cozzarelli et al., 1990). I bensinförorenat grundvatten identifierades metylbenzylbärnstenssyra som den första intermediären under den anaeroba nedbrytningen av xylener (Reusser och Field, 2002).
Photolytisk. Cox et al. (1980) rapporterade en hastighetskonstant på 1,33 x 10-11 cm3/molekyl?sek för reaktionen av gasformigt o-xylen med OH-radikaler baserat på ett värde på 8 x 10-12 cm3/molekyl?sek för reaktionen av etylen med OH-radikaler.

Oppvärtesvatten. Avdunstningshalveringstiden för o-xylen i ytvatten (1 m djup) vid 25 °C uppskattas till 5,18 timmar (Mackay och Leinonen, 1975).
Grundvatten. Nielsen et al. (1996) studerade nedbrytningen av o-xylen i en ytlig, glaciofluvial, obegränsad sandig akvifer i Jylland, Danmark. Som en del av in situ-mikrokosmosstudien installerades en cylinder som var öppen i botten och avskärmad i toppen genom ett borrhål ca 5 m under markytan. Fem liter vatten luftades med atmosfärisk luft för att säkerställa att aeroba förhållanden upprätthölls. Grundvattnet analyserades varje vecka under cirka tre månader för att bestämma o-xylenkoncentrationerna med tiden. Den experimentellt fastställda första ordningens nedbrytningshastighetskonstant och motsvarande halveringstid efter en 7-dagars fördröjningsfas var 0,1/d respektive 6,93 d.
Photolytisk. När syntetisk luft som innehåller gasformig salpetersyra och o-xylen exponerades för artificiellt solljus (λ = 300-450 nm) bildades biacetyl, peroxyacetallitrat och metylnitrat som produkter (Cox et al., 1980). En n-hexanlösning som innehöll o-xylen och som spreds som en tunn film (4 mm) på kallt vatten (10 °C) bestrålades av en kvicksilvermedeltryckslampa. På 3 timmar fotooxiderades 13,6 % av o-xylen till o-metylbenzaldehyd, o-benzylalkohol, o-benzoesyra och ometylacetofenon (Moza och Feicht, 1989). Bestrålning av o-xylen vid ≈ 2537 ? vid 35 °C och 6 mmHg isomeriseras till m-xylen (Calvert och Pitts, 1966). Glyoxal, metylglyoxal och biacetyl producerades från fotooxidation av o-xylen med OH-radikaler i luft vid 25 °C (Tuazon et al.,1986a).
Kemisk/fysisk. Under atmosfäriska förhållanden resulterade gasfasreaktionen av o-xylen med OH-radikaler och kväveoxider i bildandet av o-tolualdehyd, o-metylbenzylnitrat, nitro-o-xylener, 2,3- och 3,4-dimetylfenol (Atkinson, 1990). Kanno et al. (1982) studerade den vattenbaserade reaktionen av o-xylen och andra aromatiska kolväten (bensen, toluen, m- och p-xylen samt naftalen) med hypoklorsyra i närvaro av ammoniumjoner. De rapporterade att den aromatiska ringen inte klorerades som förväntat, utan att den klyftades av kloramin och bildade cyanogenklorid. Mängden cyanogenklorid som bildades ökade vid lägre pH (Kanno et al., 1982). I gasfasen reagerade o-xylen med nitratradikaler i renad luft och bildade följande produkter: 5-nitro-2-metyltoluen och 6-nitro-2-metyltoluen, o-metylbenzaldehyd och ett arylnitrat (Chiodini et al., 1993).

Reningsmetoder

o-Xylen (4,4 kg) sulfoneras genom omrörning i 4 timmar med 2,5 liter conc H2SO4 vid 95o. Efter kylning och avskiljning av det osulfonerade materialet späds produkten med 3 liter vatten och neutraliseras med 40 % NaOH. Vid nedkylning separeras natriumoxylensulfonatet och omkristalliseras från halva sin vikt av vatten. Saltet löses upp i minsta möjliga mängd kallt vatten och blandas sedan med samma mängd kallt vatten och samma volym conc H2SO4 och värms upp till 110o. o-Xylen regenereras och ånga destilleras. Destillatet mättas med NaCl, det organiska skiktet separeras, torkas och destilleras på nytt.