2.2 Токсичность ацетона

Считается, что ацетон малотоксичен, также считается, что он не вызывает хронических болезней при использовании основных методов предосторожностей при работе с ним. Ацетон обладает возбуждающим и наркотическим действием (что особенно хорошо проявляется при хроническом воздействии на людей, часто работающих с ацетоном как с растворителем), поражает центральную нервную систему, способен накапливаться в организме, в связи с чем токсическое действие зависит не только от его концентрации, но и от времени воздействия на организм. ЛД₅₀ для мышей при вдыхании в течение 4-х часов — 44 г/м³. Для человека ЛД₅₀ оценивается в 1,159 г/кг. Предельно допустимая концентрация ацетона в воздухе рабочей зоны равна 200 мг/м³, предельно допустимая концентрация ацетона максимально – разовая равна 0,35 мг/м³, предельно допустимая концентрация ацетона среднесуточная равна 0,35 мг/м³.

Ацетон при высоких концентрациях (при более чем кратковременном воздействии) раздражает органы дыхания и вызывает жжение в глазах, при более длительном воздействии происходит кратковременный глазной отёк. Вероятно, способен вызывать головокружение, тошноту и дезориентацию при воздействии паров высоких концентраций.

В природные воды ацетон поступает со сточными водами фармацевтических, лесохимических производств, производства лаков и красок, пластмасс, кинопленки, ацетилена, ацетальдегида, уксусной кислоты, оргстекла, фенола, ацетона.

В концентрациях 40-70 мг/дм³ ацетон придает воде запах, 80 мг/дм³ — привкус. В воде ацетон малостабилен — при концентрациях 20 мг/дм³ на 7 сутки исчезает.

Для водных организмов ацетон сравнительно малотоксичен. Токсические концентрации для молодых дафний 8300, для взрослых 12900 мг/дм³; при 9300 мг/дм³ дафнии гибнут через 16 часов.

ПДК_в – 2,2 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности – общесанитарный), ПДК_в – 0,05 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности – токсикологический) [1].

2.3 Пожароопасность ацетона

Одна из основных опасностей при работе с ацетоном — его легковоспламеняемость. Температура 465 °C, температура вспышки − 19 °C. Воздушные смеси, содержащие от 2,5 % до 12,8 % (по объёму) взрывоопасны. С этим необходимо считаться, так как ацетон быстро испаряется, и образующееся облако может распространиться до места воспламенения (нагрев или искра) вдали от места работы с ним [1].

2.4 Методы получения

1. Брожение крахмала. Метод ферментативного брожения является самым старым методом получения ацетона, используемым в промышленных масштабах. В результате жизнедеятельности некоторых видов бактерий крахмал превращается в ацетон и н-бутиловый спирт. В качестве сырья для этого процесса чаще всего применяют кукурузную муку.

2. Производство ацетона из изопропилового спирта.

а) каталитическое дегидрирование изопропилового спирта.

Метод каталитического дегидрирования изопропилового спирта в ацетон осуществляется в промышленности США с 1923 г. и получил широкое распространение в других странах.

Процесс протекает в одну стадию по реакции:

В качестве катализатора используется главным образом окись цинка, осаждённая на пемзе.

Выход ацетона составляет около 90%. На 1т ацетона расходуется 1,1 – 1,2т изопропилового спирта или около 0,9т пропилена.

б) Неполное окисление изопропилового спирта в паровой фазе.

Реакция неполного окисления изопропилового спирта:

Она протекает в присутствии металлических катализаторов – меди, серебра, никеля и т д.

Высокий выход ацетона достигается при использовании серебра, осаждённого на пемзе, или серебряной сетки. Температура реакции может изменяться в широких пределах (450-650 ⁰C ) и выбирается в зависимости от применяемого катализатора, объёмной скорости паров спирта и воздуха и других факторов.

в) Неполное окисление изопропилового спирта в жидкой фазе. Этот метод, применяемый для производства перекиси водорода, осуществляется с 1957 года на заводе фирмы «Shell Chemical Co.» в США.

Процесс протекает по схеме:

Протекает автокаталитически при 90-140 ⁰C под давлением, позволяющим удерживать смесь в жидкой фазе. В качестве окислителя можно применять как воздух, так и кислород.

Выход ацетона составляет 95% от теоретического, выход перекиси водорода около 87%.

3. Производство ацетона из уксусной кислоты. Процесс проводят путём пропускания паров уксусной кислоты над окисью церия при 400-450 ⁰C и атмосферном давлении:

Выход ацетона достигает 95% от теоретического

4. Прямым окислением пропена в жидкой фазе в присутствии PdCl₂ в среде растворов солей Pd, Cu, Fe при температуре 50-120 °C и давлении 50-100 атм:

CH₃CH=CH₂ + PdCl₂ + H₂O → CH₃C(O)CH₃ + Pd + 2HCl

Pd+2HCl + 0.5O₂ → PdCl₂ + H₂O

2.5 Применение ацетона

Ацетон применяется как сырьё для синтеза многих важных химических продуктов, таких как уксусный ангидрид, диацетоновый спирт, окись мезитила,  метилизобутилкетон,  метилметакрилат,  дифенилпропан, изофорон,  и др.; пример:

(CH₃)₂CO + 2 C₆H₅OH → (CH₃)₂ C(C₆H₄OH)₂ + H₂O.

Ацетон также является популярным растворителем, значительно превосходящим в плане безопасности бензин, скипидар и отчасти керосин. В частности как растворитель используется он:

• в производстве лаков

• в производстве взрывчатых веществ

• в производстве лекарственных препаратов

• в составе клея для киноплёнок как растворитель ацетата целлюлозы и целлулоида;

• компонент для очистки поверхностей в различных производственных процессах;

• как очиститель инструмента и поверхностей от монтажной пены — в аэрозольных баллонах.

Без ацетона невозможно хранить в компактном (сжиженном и в баллоне) состоянии ацетилен, который не может храниться под давлением в чистом виде из-за опасности взрыва. Для этого используют ёмкости с пористым материалом, пропитанные ацетоном. 1 литр ацетона растворяет до 250 литров ацетилена [1].

Из рассмотренных методов получения фенола и ацетона можно сделать вывод:

При получении фенола через бензолсульфокислоту необхо­димо расходовать большие количества таких веществ, как сер­ная кислота, едкий натр, сернистый газ; аппаратура подвер­гается интенсивной коррозии, целый ряд процессов оформляется периодически, условия проведения отдельных стадий процесса весьма жестки.

Синтез фенола омылением хлорбензола связан с расходом значительных количеств хлора, щелочи, соляной кислоты. Ис­пользование в процессе сильно агрессивных веществ требует применения дорогих антикоррозионных материалов. Недостат­ком является также работа под высоким избыточным давле­нием (до 300 ат).

Метод Рашига характеризуется использованием в процессе больших количеств хлористого водорода, коррозией, жесткими условиями проведения реакции и низкой конверсией за один проход, что обусловливает высокие энергозатраты.

Методы син­теза ацетона из пропилена через изопропиловый спирт вклю­чают производство изопропилового спирта, при получении кото­рого сернокислотной гидратацией пропилена необходимо применять и подвергать упарке большие количества серной кислоты. Превращение изопропилового спирта в ацетон протекает в же­стких условиях с использованием дорогих катализаторов.

Кумольный метод выгодно отличается от перечислен­ных методов мягкими условиями проведения всех стадий про­цесса, применением значительно меньших количеств серной кислоты и щелочи, отсутствием хлора и соляной кислоты. Корро­зия аппаратуры, возникающая при алкилировании вследствие гидролиза катализатора (хлористого алюминия) и при окисле­нии в результате побочно образующейся муравьиной кислоты, менее интенсивна и предотвращается легче, чем коррозия аппа­ратуры при работе по указанным методам [2].

Метод совместного получения фенола и аце­тона через изопропилбензол является наиболее экономичным из применяемых в настоящее время в промышленности методов синтеза фенола и ацетона.