Furfurool

Furfurool
Furfurooli skelett
Üldised omadused
Keemiline valem	C5H5O2
Välimus	Värvitu vedelik
Füüsikalised omadused
Molekuli mass	96,03 amü
Sulamistemperatuur	236,15 K (−37 °C)
Keemistemperatuur	435,15 K (162 °C)
Tihedus	1159,4 kg/m³
Kasutatakse SI-süsteemi ühikuid. Kui pole teisiti öeldud, eeldatakse normaaltingimusi.

Furfurool on heterotsükliline furaani rea aldehüüd, mida kasutatakse lahustina lakkides ja värvides ning algainena vaikude tootmisel, mis omavad suurt püsivust (fenoolformaldehüüdvaigud). Samuti on furfurool algaineks mitmete farmakoloogiliste preparaatide valmistamisel, nagu furatsiliin ja furadoniin.

Tooraineks kasutatakse taimseid aineid, mis on rikastatud pentosaaniga: maisitõlvikute südamikud, kliid, päevalille- ja puuvillakestad jne. Pentosaanide hüdrolüüsi teel saadakse pentoosid.

Furfurool on toksiline, lokaalsel kahjustamisel mõjub ärritavalt.

Välimus

Värskelt saadud furfurool kujutab endast värvitut, tugevalt valgustmurdvat ja meeldiva rukkileiva lõhnaga vedelikku. Õhu käes ja eriti valguse ning temperatuuri mõjul muutub furfurool järk-järgult tõrvaseks, omandades alguses õlgkollase, seejärel aga tumepruuni ja peaaegu musta värvitooni. Furfurooli tõrvaseks muutumine aeglustub olulisel määral tema säilitamisel pimedas ning väärisgaaside õhkkonnas, samuti õlikihi all. Furfurooliga puhastamisele saabuvast toorainest tuleb ärastada õhk ehk aine tuleb deaereerida. Destilleerimise pehmema temperatuurirežiimi tagamiseks on furfurooli parem regenereerida rafinaat- ja ekstraktlahustitest vaakumis. Furfurooli värvust võib stabiliseerida, lisades talle antioksüdante, näiteks triamiinidi ja pürogallooli.

Mürgisus

Furfurool kujutab närvisüsteemile mürki, põhjustades krampe ja spasme. Kümneminutise sissehingamise järel kontsentratsiooniga 0,5 mg/l tekib nina limaskestade ärritus, süljeeritus ja kerge iiveldus. Kroonilisel mürgistuse korral (kontsentratsiooniga 0,007–0,053 mg/l, toime kestus kuni kolm kuud) tekib silmade sidekoe ärritus, pisaratevool, limaskestade ärritus ja peavalu. Furfurooli sattumisel inimese kehale tekib nahapinna tugev ärritus.

Mürgistuse sümptomiteks on ebakindel kõnnak ja liigutuste koordinatsioonihäired.

Furfurooli aurude olemasolu õhus võib avastada paberilehe abil, mida on töödeldud võrdsetes kogustes ammoniaagi ja äädikhappe seguga; furfurooli esinemisel õhus muutub paber punaseks. Furfurooli kontsentratsiooni lubatud piirnorm õhus ei tohi ületada 0,01 mg/l.

Füüsikalis-keemilised omadused

Furfurooli ruumiline struktuur

Molekulmass	96,03
Tihedus 20 °С, kg/m3	1159,4
Murdumisnäitaja	1,5261
Temperatuurid, С°
keemistemperatuur	161,7
sulamistemperatuur	38,7
sähvatused (avatud tiiglis)	56,0
venivus 38 °С, mm2/s	0,907
Aurumissoojus 161,7 °С, kJ/kg	456,43
Soojusmahtuvus 20 °С, kJ/(kcal)	1,59

Keemilised omadused

Keemilistelt omadustelt sarnaneb furfurool aromaatsete aldehüüdidega: taastumisel lähevad üle α-furfurüülpiirituseks C₄H₃O-CH₂OH, oksüdeerumisel moodustab pürolimahappe C₄H₃O-COOH.

Normaalsel temperatuuril lahustuvad furfurool ja vesi piiratud määral vastastikku, temperatuuri tõusuga lahustuvus tõuseb. Furfurooli vees lahustamise kriitiline temperatuur on 121 °С, sellele temperatuurile vastav furfurooli kontsentratsioon lahuses moodustab 50,3% (mass). Aseotroopne furfurooli ja veesegu keemistemperatuur on õhurõhul 97,45 °С; furfurooli sisaldus selles segus 35% (mass).

Kasutamine

Furfurooli kasutatakse õlidestillaatide ja väikese ning keskmise tõrvasisaldusega, eelnevalt deasfalteeritud vaakumdestilleerimise naftajääkide puhastamiseks, oluliselt harvem – otseaetava diislikütuse bensiini katalüütilise krakkimise puhastamiseks. Nagu eespool nimetatud, iseloomustab furfurooli suhteliselt madal lahustumisvõime ning selle tõstmiseks tuleb tõsta (lahustuvuse lubatud kriitilise temperatuuri piirides) temperatuuri. Tavaliselt teostatakse furfurooliga puhastamist temperatuuridel vahemikus 60–150 °С. Seejuures ei muutu kiireltkõveneva tooraine puhastamine raskemaks, vaid kontakt ning rafinaat- ja ekstraheerimisfaaside lahutamine paraneb. Veesisaldus furfuroolis alandab tema lahustusvõimet ja selektiivsust, see ilmneb puhastamise tulemustes ehk siis furfurool ei puhasta hästi, seepärast ei tohi vee sisaldus furfuroolis ületada 1%.

Diislikütuse puhastamisel kuiva furfurooli kasutamisega on vaja langetada ekstraheerimistemperatuuri segu madala lahustuvuse kriitilise temperatuuri tõttu. Sel juhul furfurooli veesisaldus ei vähenda puhastamise efektiivsust, vaid tõstab lahustuvuse kriitilist temperatuuri, mis võimaldab puhastada temperatuurivahemikus 30–50 °С. Furfurooli kordsus tooraine suhtes olenevalt toorme venivusest ja selles soovimatute komponentide olemasolust moodustab destillaat õlifraktsioonide jaoks 150–350, jääkfraktsioonide jaoks 250–500% (maht).

Furfurooliga puhastamisel eralduvuse selguse ja rafinaadi väljumise suurendamiseks kasutatakse peale optimaalsete puhastustingimuste ka osa ekstrakti retsirkulatsiooni ekstraheerimistorni alumises sektsioonis; seejuures ekstraktsegust eralduvad väiksema lahustusvõimega ühendid. Nad tõusevad üles koos toorainega, kontakteeruvad uuesti lahustiga, moodustades tornis sisetsirkulatsiooni ning tõstes tooraine eraldumise täpsust rafinaadi ja ekstrakti kohta. Ekstrakti retsirkulatsiooni kasutamine (30–50% tooraine kohta) tõstab rafinaadi väljumist 3–7% võrra (mass) tooraine kohta.

Deasfaltisaadi furfurooliga puhastamise ligikaudsed näitajad (v100 = 20 mm²/s, koksilisus 0,6% massiprotsenti) Sangachali naftast on esitatud järgmiselt:

Puhastustingimused
Furfurooli kordsus tooraine suhtes (mass)	4:1
Temperatuur ekstraheerimistornis, С°
Üleval	130
Keskel	110
All	90
Rafinaadi iseloomustus
Väljumine, % (mass) tooraine kohta	76
Tihedus 20 °С, kg/m3	895,9
Venivus 100 °С, mm2/s	6,7
Koksilisus, % (mass)	0,17
Naftaekstraktide iseloomustus
Väljumine, % (mass) tooraine kohta	24
Tihedus 20 °С, kg/m3	966,1
Venivus 100 °С, mm2/s	35,8
Koksilisus, % (mass)	3

Õlitooraine furfurooliga puhastamine

Õlitooraine puhastamiseks ette nähtud suurendatud, kombineeritud selektiivse seadme tehnoloogiline skeem ja iseloomustus.

Naftafraktsioonide furfurooliga puhastamise seadmed koosnevad järgmistest sektsioonidest:

• tooraine deaeratsioon;
• tooraine ekstraheerimine furfurooliga;
• lahuse regeneratsioon rafinaatlahusest;
• furfurooli regeneratsioon tema segudest veega.

Naftatöötlemistehastes töötavad nii ühevoolised kui ka suurendatud, kombineeritud (kahevoolised) seadmed. Ühevooliste seadmete tooraine töötlemise võimsus on 1000–1500 t/ööpäevas; suurendatud, kombineeritud seadmetes aga kuni 3000 t/ööpäevas.

Ekstraheerimisaparaatidena kasutatakse ekstraheerimistorne ja rootor-ketaskontaktoreid. Erinevalt ühevoolistest on suurendatud, kombineeritud seadmel kaks deaeratsiooni ja ekstraheerimissektsiooni, kaks furfurooli rafinaatlahustitest regenereerimise sektsiooni (mis võimaldab puhastada ühte või samaaegselt kahte liiki toorainet) ja üks lahuse ekstraheerimislahustest regenereerimise sektsioon. Kahevoolised seadmed on võrreldes ühevoolistega säästlikumad toodangu omahinna, töö kõrgendatud tootlikkuse poolest. Suurendatud, kombineeritud seadmete puudusena peab märkima laia fraktsioonilise koostisega ekstrakti saamist destillaattooraine puhastamisel furfurooliga seadme ühes plokis, aga jääktoore saamist teises, mis teeb ekstrakti utiliseerimise keeruliseks.

Furfurooli mõju ümbritsevale

Furfurool satub pinnavette keemiakombinaatide reoveega (ta on orgaanilise sünteesi tooraineks). Furfurool on stabiilne aine. Peale selle, et furfurool võib organismi sattuda sissehingamisel, kujutab suurt ohtu ka furfooli kontakt nahaga, sest tekib nahapinna tugev ärritus. Samuti tungib ta organismi aurudena hingamisteede kaudu. Omab ärritavat toimet limaskestadele. Ägeda mürgistuse korral tekib nina limaskestade, ülemiste hingamisteede ja silmade ärritus, süljeeritus, iiveldus, kipitustunne kurgus. Kroonilise mürgistuse korral esinevad kaebused ülemiste hingamisteede limaskestade ja silmade ärrituse kohta, peavalu, mõnedel juhtudel keele tuimus ja haistmise halevenemine, tekivad ekseemid ja dermatiidid. Pikaajalisel kontaktil furfurooliga võib töötajatel esineda nahal, peamiselt peopesadel ja pöidadel kollakaspruun värvitoon.

Mürgistuste profülaktika: seadmete hermetiseerimine ja furfurooli valamise protsesside mehhaniseerimine, efektiivsete kohalike ventilatsiooni- ja tõmbeseadmete kasutamine, filtreerivate tööstuslike gaasimaskide kasutamine. Perioodilistel profülaktilistel meditsiiniülevaatustel käimine terapeudi, neuropatoloogi, silma- ja nahaarsti juures. Furfurooli lubatud piirkontsentratsioon tööpiirkonna õhus on 10 mg/m³.

Esmaabi mürgistuse korral:

• silma sidekesta ärritus – silmade loputamine 2% soodalahusega,
• ülemiste hingamisteede ärritus – sooda inhalatsioon.

Rasketel juhtudel – hapniku inhalatsioon, lobeelia (1% lahust 1 ml), veenisiseselt glükoos (30–40 ml 40% lahust).

Ajalugu

Esimesena isoleeris furfurooli saksa keemik Johann Wolfgang Döbereiner 1821. aastal metaanhappe sünteesil kõrvalsaadusena. Töö avaldati 1832. aastal.

1840. aastal näitas John Stenhouse, et seda ühendit võib väävelhappe abil sünteesida paljudest taimsetest materjalidest. 1901. aastal tuletas Carl Harries furfurooli struktuurivalemi.

1922. aastal alustas Quaker Oats Company furfurooli masstootmist oakaunadest.

Tänapäeval toodetakse furfurooli endiselt põllumajanduse kõrvalsaadustest (peamiselt suhkrurootolmust ja maisitõlvikute südamikest) ning suurimad tootjad on Hiina ja Lõuna-Aafrika Vabariik.