Физически и химични основи на процеса на изгаряне на сяра.
Изгарянето на S става с отделяне на голямо количество топлина: 0,5S 2g + O 2g \u003d SO 2g, ΔH \u003d -362,43 kJ
Горенето е комплекс от химични и физични явления. В инсинератора човек трябва да работи със сложни полета от скорости, концентрации и температури, които е трудно да се опишат математически.
Изгарянето на разтопения S зависи от условията на взаимодействие и изгаряне на отделните капчици. Ефективността на горивния процес се определя от времето на пълно изгаряне на всяка частица сяра. Изгарянето на сярата, което се случва само в газовата фаза, се предшества от изпаряването на S, смесването на неговите пари с въздуха и нагряването на сместа до t, което осигурява необходимата скорост на реакцията. Тъй като изпарението от повърхността на капката започва по-интензивно само при определена t, всяка капка течна сяра трябва да се нагрее до тази t. Колкото по-високо е t, толкова повече време отнема загряването на капката. Когато над повърхността на капката се образува горима смес от пари S и въздух с максимална концентрация и t, възниква запалване. Процесът на изгаряне на капка S зависи от условията на горене: t и относителната скорост на газовия поток и физикохимичните свойства на течността S (например наличието на твърди пепелни примеси в S) и се състои от следните етапи: : 1-смесване на капки течност S с въздух; 2-нагряване на тези капки и изпарение; 3-термично разделяне на пари S; 4-образуване на газовата фаза и нейното запалване; 5-изгаряне на газовата фаза.
Тези етапи протичат почти едновременно.
В резултат на нагряване капка течен S започва да се изпарява, изпаренията на S дифундират в зоната на горене, където при високо t те започват активно да реагират с O 2 от въздуха, процесът на дифузионно изгаряне на S протича с образуване на SO 2.
При високо t скоростта на окислителната реакция S е по-голяма от скоростта на физическите процеси, така че общата скорост на процеса на горене се определя от процесите на масов и топлообмен.
Молекулярната дифузия определя спокоен, относително бавен процес на горене, докато турбулентната дифузия го ускорява. Тъй като размерът на капката намалява, времето за изпаряване намалява. Финото пулверизиране на серните частици и равномерното им разпределение във въздушния поток увеличава контактната повърхност, улеснява нагряването и изпарението на частиците. При горенето на всяка отделна капка S в състава на факела трябва да се разграничат 3 периода: аз- инкубация; II- интензивно парене; III- период на прегаряне.
Когато една капка гори, от повърхността й изригват пламъци, наподобяващи слънчеви изригвания. За разлика от конвенционалното дифузионно изгаряне с изхвърляне на пламък от повърхността на горяща капка, то се нарича "експлозивно изгаряне".
Изгарянето на капката S в режим на дифузия се осъществява чрез изпаряване на молекули от повърхността на капката. Скоростта на изпарение зависи от физичните свойства на течността и температурата на околната среда и се определя от характеристиката на скоростта на изпарение. В диференциален режим S свети в периоди I и III. Експлозивно изгаряне на капка се наблюдава само в периода на интензивно горене през период II. Продължителността на периода на интензивно горене е пропорционална на куба на първоначалния диаметър на капката. Това се дължи на факта, че експлозивното горене е следствие от процесите, протичащи в обема на капката. Характеристика на скоростта на горене изч. от f-le: ДА СЕ= /τ sg;
d n е началният диаметър на капката, mm; τ е времето на пълно изгаряне на капката, s.
Характеристиката на скоростта на горене на капка е равна на сумата от характеристиките на дифузия и експлозивно горене: ДА СЕ= K vz + K разл.; kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙p) 2,58); K диф= 1,21∙p +0,23; K T2\u003d K T1 ∙ exp (E a / R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); K T1 - константа на скоростта на горене при t 1 \u003d 1073 K. K T2 - const. скорост на нагряване при t, различна от t 1 . Еа е енергията на активиране (7850 kJ/mol).
ЧЕ. Основните условия за ефективно изгаряне на течния S са: подаването на цялото необходимо количество въздух към устието на факела, фино и равномерно разпръскване на течния S, турбулентност на потока и висока t.
Общата зависимост на интензивността на изпаряване на течност S от скоростта на газа и t: К 1= a∙V/(b+V); a, b са константи, зависещи от t. V - скорост газ, m/s. При по-високо t зависимостта на интензитета на изпарение S от скоростта на газа се дава от: К 1= K o ∙ V n ;
| t, o C | lgK около | н |
| 4,975 | 0,58 | |
| 5,610 | 0,545 | |
| 6,332 | 0,8 |
С увеличаване на t от 120 до 180 o C, интензивността на изпарение на S се увеличава 5-10 пъти, а t 180 до 440 o C с 300-500 пъти.
Скоростта на изпарение при скорост на газа 0,104 m/s се определя от: = 8,745 - 2600/T (при 120-140 o C); = 7.346 -2025/T (при 140-200 o C); = 10.415 - 3480 / T (при 200-440 ° C).
За да се определи скоростта на изпарение S при всяко t от 140 до 440 ° C и скорост на газа в диапазона от 0,026-0,26 m / s, първо се намира за скорост на газа от 0,104 m / s и се преизчислява към друга скорост: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Сравнението на стойността на скоростта на изпаряване на течната сяра и скоростта на горене предполага, че интензивността на горене не може да надвишава скоростта на изпарение при точката на кипене на сярата. Това потвърждава правилността на механизма на горене, според който сярата гори само в състояние на пара. Константата на скоростта на окисление на серните пари (реакцията протича по уравнението от втори ред) се определя от кинетичното уравнение: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; C S е концентрацията на пари S; C O2 - конц-I пари O 2; K е константата на скоростта на реакцията. Общата концентрация на пари S и O 2 op-yut: C S= a(1-x); С O2= b - 2ax; a е началната концентрация на пари S; b - начална концентрация на O 2 пари; х е степента на окисление на парите S. Тогава:
K∙τ= (2,3 /(b – 2a)) ∙ (lg(b – ax/b(1 - x)));
Константата на скоростта на реакцията на окисление S до SO 2: lgK\u003d B - A / T;
| относно C | 650 - 850 | 850 - 1100 |
| IN | 3,49 | 2,92 |
| А |
Капки сяра d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm в експлозив, в областта от 100-160 µm, времето за горене на капки не се увеличава.
Че. за интензифициране на процеса на горене е препоръчително да се пръска сяра в капчици d = 130-200 µm, което изисква допълнителна енергия. При изгаряне на същия брой получени S. SO 2 е толкова по-концентриран, колкото по-малък е обемът на пещния газ и толкова по-висока е неговата t.
1 - C O2; 2 - С SO2
Фигурата показва приблизителна връзка между t и концентрацията на SO 2 в пещния газ, получен от адиабатното изгаряне на сяра във въздуха. На практика се получава висококонцентриран SO 2, ограничен от факта, че при t > 1300 облицовката на пещта и газопроводите бързо се разрушава. В допълнение, при тези условия могат да възникнат странични реакции между O 2 и N 2 на въздуха с образуването на азотни оксиди, което е нежелан примес в SO 2, следователно t = 1000-1200 обикновено се поддържа в серни пещи. А пещните газове съдържат 12-14 об.% SO 2 . От един обем O 2 се образува един обем SO 2, следователно максималното теоретично съдържание на SO 2 в горивния газ при изгаряне на S във въздуха е 21%. При изгаряне на S във въздуха, стрелба. O 2 Съдържанието на SO 2 в газовата смес може да се увеличи в зависимост от концентрацията на O 2 . Теоретичното съдържание на SO 2 при изгаряне на S в чист O 2 може да достигне 100%. Възможният състав на газа за печене, получен чрез изгаряне на S във въздух и в различни смеси кислород-азот, е показан на фигурата:
Пещи за изгаряне на сяра.
Изгарянето на S при производството на сярна киселина се извършва в пещи в атомизирано или телевизионно състояние. За изгаряне на разтопения S използвайте дюзови, циклонни и вибрационни пещи. Най-широко използвани са циклон и инжектор. Тези пещи се класифицират според знаците:- според вида на монтираните дюзи (механични, пневматични, хидравлични) и разположението им в пещта (радиални, тангенциални); - чрез наличието на екрани вътре в горивните камери; - по изпълнение (хоризонти, вертикали); - според разположението на входящите отвори за подаване на въздух; - за устройства за смесване на въздушни потоци с S пари; - за съоръжения за използване на топлината на изгаряне S; - по брой камери.
Фурна с дюза (ориз)
1 - стоманен цилиндър, 2 - облицовка. 3 - азбест, 4 - прегради. 5 - дюза за пръскане на гориво, 6 дюзи за пръскане на сяра,
7 - кутия за подаване на въздух към пещта.
Има доста прост дизайн, лесен за поддръжка, има изображение на газ, постоянна концентрация на SO 2. До сериозни недостатъцивключват: постепенно разрушаване на преградите поради високи t; нисък топлинен стрес на горивната камера; трудност при получаване на газ с висока концентрация, т.к. използвайте голям излишък от въздух; зависимост на процента на изгаряне от качеството на пръскане S; значителен разход на гориво по време на стартиране и нагряване на пещта; сравнително големи размери и тегло и в резултат на това значителни капиталови инвестиции, производствени площи, експлоатационни разходи и големи топлинни загуби в околната среда.
По-перфектен циклонни пещи.
1 - предкамера, 2 - въздушна кутия, 3, 5 - камери за доизгаряне, 4. 6 щипкови пръстени, 7, 9 - дюзи за подаване на въздух, 8, 10 - дюзи за подаване на сяра.
Доставка:тангенциален вход на въздух и S; осигурява равномерно изгаряне на S в пещта поради по-добра турбулентност на потока; възможността за получаване на краен технологичен газ до 18% SO 2; високо термично напрежение на пространството на пещта (4,6 10 6 W / m 3); обемът на апарата се намалява 30-40 пъти в сравнение с обема на дюзова пещ със същия капацитет; постоянна концентрация SO 2; просто регулиране на горивния процес S и неговата автоматизация; ниско време и горим материал за нагряване и стартиране на пещта след дълго спиране; по-ниско съдържание на азотни оксиди след пещта. Основни седмицисвързано с високи t в процеса на горене; възможно напукване на облицовката и заварките; Незадоволителното разпръскване на S води до пробив на парите му в т/обменното съоръжение след пещта, а оттам и до корозия на съоръжението и непостоянство на t на входа на т/обменното съоръжение.
Разтопеният S може да влезе в пещта през тангенциални или аксиални дюзи. С аксиалното разположение на дюзите зоната на горене е по-близо до периферията. При допирателна - по-близо до центъра, поради което ефектът от високо t върху облицовката е намален. (ориз) Скоростта на газовия поток е 100-120 m / s - това създава благоприятни условия за пренос на маса и топлина, а скоростта на горене увеличава S.
Вибрираща фурна (ориз).
1 – глава на пещта на горелката; 2 - връщащи клапани; 3 - вибрационен канал.
По време на вибрационно горене всички параметри на процеса периодично се променят (налягане в камерата, скорост и състав на газовата смес, t). Уред за вибрации. изгаряне S се нарича пещ-горелка. Преди пещта S и въздухът се смесват и те преминават през възвратни клапани (2) в главата на пещта-горелка, където сместа се изгаря. Доставката на суровини се извършва на порции (процесите са циклични). В тази версия на пещта топлинната мощност и скоростта на горене се увеличават значително, но преди запалването на сместа е необходимо добро смесване на пулверизирания S с въздух, така че процесът да протече незабавно. В този случай продуктите от горенето се смесват добре, газовият филм SO 2, заобикалящ частиците S, се разрушава и улеснява достъпа на нови порции O 2 в зоната на горене. В такава пещ полученият SO 2 не съдържа неизгорели частици, концентрацията му е висока в горната част.
За циклонна пещ, в сравнение с пещ с дюза, тя се характеризира с 40-65 пъти по-голямо термично напрежение, възможност за получаване на по-концентриран газ и по-голямо производство на пара.
Най-важното оборудване за пещи за изгаряне на течност S е дюзата, която трябва да осигурява тънко и равномерно пръскане на течност S, добро смесване с въздуха в самата дюза и зад нея, бързо регулиране на скоростта на потока на течност S, докато поддържане на необходимото съотношение с въздуха, стабилността на определена форма, дължината на факлата, а също така имат солидна конструкция, надеждна и лесна за използване. За безпроблемната работа на дюзите е важно S да е добре почистена от пепел и битум. Дюзите са с механично (поддават се под собственото си налягане) и пневматично (въздухът все още участва в пръскането) с действие.
Използване на топлината от изгаряне на сярата.
Реакцията е силно екзотермична, в резултат на което се отделя голямо количество топлина и температурата на газа на изхода на пещите е 1100-1300 0 C. За контактно окисляване на SO 2 температурата на газа на входа на 1-во слой на cat-ra не трябва да надвишава 420 - 450 0 C. Следователно, преди етапа на окисление на SO 2, е необходимо да се охлади газовият поток и да се използва излишната топлина. В системите със сярна киселина, работещи със сяра за възстановяване на топлината, най-широко се използват водотръбни котли за възстановяване на топлина с естествена циркулация на топлина. СЕТА - С (25 - 24); RKS 95 / 4.0 - 440.
Енерготехнологичен котел RKS 95/4.0 - 440 е водотръбен, с естествена циркулация, газоуплътнен котел, предназначен за работа с херметизиране. Котелът се състои от изпарители 1 и 2 степен, дистанционни економайзери степен 1.2, дистанционни прегреватели степен 1.2, барабан, пещи за изгаряне на сяра. Пещта е предназначена за изгаряне на до 650 тона течност. Сяра на ден. Пещта се състои от два циклона, свързани един спрямо друг под ъгъл 110 0 и преходна камера.
Вътрешно тяло с диаметър 2,6 м, лежи свободно върху опори. Външният корпус е с диаметър 3 м. Пръстенообразното пространство, образувано от вътрешния и външния корпус, е изпълнено с въздух, който след това през дюзи навлиза в горивната камера. Сярата се подава към пещта от 8 серни дюзи, по 4 на всеки циклон. Изгарянето на сяра става във въртящ се поток газ-въздух. Завихрянето на потока се постига чрез тангенциално вкарване на въздух в горивния циклон през въздушни дюзи, по 3 във всеки циклон. Количеството въздух се контролира от моторизирани клапи на всяка въздушна дюза. Преходната камера е предназначена да насочва газовия поток от хоризонталните циклони към вертикалния газопровод на изпарителя. Вътрешната повърхност на горивната камера е облицована с мулит-корундова тухла от марката MKS-72 с дебелина 250 mm.
1 - циклони
2 - преходна камера
3 - изпарителни устройства
Сярата е химичен елемент, който е в шеста група и трети период на периодичната таблица. В тази статия ще разгледаме подробно неговия химикал и производство, употреба и т.н. Физическата характеристика включва такива характеристики като цвят, ниво на електропроводимост, точка на кипене на сярата и др. Химическата описва нейното взаимодействие с други вещества.
Сярата от гледна точка на физиката
Това е крехко вещество. При нормални условия той е в твърдо агрегатно състояние. Сярата има лимоненожълт цвят.
И в по-голямата си част всички негови съединения имат жълти оттенъци. Не се разтваря във вода. Има ниска топло- и електропроводимост. Тези характеристики го характеризират като типичен неметал. Въпреки факта, че химичният състав на сярата не е никак сложен, това вещество може да има няколко разновидности. Всичко зависи от структурата на кристалната решетка, с помощта на която атомите са свързани, но не образуват молекули.
И така, първият вариант е ромбична сяра. Тя е най-стабилна. Точката на кипене на този вид сяра е четиристотин четиридесет и пет градуса по Целзий. Но за да премине дадено вещество в газообразно агрегатно състояние, то първо трябва да премине през течно състояние. И така, топенето на сярата става при температура, която е сто и тринадесет градуса по Целзий.
Вторият вариант е моноклинна сяра. Представлява игловидни кристали с тъмно жълт цвят. Топенето на сярата от първия тип и след това бавното й охлаждане води до образуването на този тип. Този сорт има почти същите физически характеристики. Например, точката на кипене на сярата от този тип е все същата четиристотин четиридесет и пет градуса. В допълнение, има такова разнообразие от това вещество като пластмаса. Получава се като се изсипва в студена вода, загрята почти до кипене ромб. Точката на кипене на сярата от този тип е същата. Но веществото има свойството да се разтяга като гума.
Друг компонент на физическата характеристика, за който бих искал да говоря, е температурата на запалване на сярата.
Този индикатор може да варира в зависимост от вида на материала и неговия произход. Например температурата на запалване на техническата сяра е сто и деветдесет градуса. Това е доста ниска цифра. В други случаи точката на възпламеняване на сярата може да бъде двеста четиридесет и осем градуса и дори двеста петдесет и шест. Всичко зависи от какъв материал е добит, каква плътност има. Но можем да заключим, че температурата на горене на сярата е доста ниска, в сравнение с други химични елементи, тя е запалимо вещество. Освен това понякога сярата може да се комбинира в молекули, състоящи се от осем, шест, четири или два атома. Сега, след като разгледахме сярата от гледна точка на физиката, нека преминем към следващия раздел.
Химическа характеристика на сярата
Този елемент има сравнително ниска атомна маса, равна на тридесет и два грама на мол. Характеристиката на серния елемент включва такава характеристика на това вещество като способността да има различна степен на окисление. По това той се различава от, да речем, водорода или кислорода. Като се има предвид въпросът каква е химическата характеристика на елемента сяра, не може да не се спомене, че в зависимост от условията той проявява както редуциращи, така и окислителни свойства. Така че, за да разгледаме взаимодействието на дадено вещество с различни химични съединения.
Сяра и прости вещества
Простите вещества са вещества, които съдържат само един химичен елемент. Неговите атоми могат да се комбинират в молекули, както например при кислорода, или да не се комбинират, както е при металите. Така че сярата може да реагира с метали, други неметали и халогени.
Взаимодействие с метали
За извършването на този вид процес е необходима висока температура. При тези условия протича присъединителна реакция. Тоест металните атоми се свързват със серните атоми, като по този начин образуват сложни вещества сулфиди. Например, ако загреете два мола калий, като ги смесите с един мол сяра, ще получите един мол сулфид на този метал. Уравнението може да се напише в следната форма: 2K + S = K 2 S.
Реакция с кислород
Това е изгаряне на сяра. В резултат на този процес се образува неговият оксид. Последните могат да бъдат два вида. Следователно изгарянето на сярата може да се извърши на два етапа. Първият е, когато един мол сяра и един мол кислород образуват един мол серен диоксид. Можете да напишете уравнението за тази химична реакция, както следва: S + O 2 \u003d SO 2. Вторият етап е добавянето на още един кислороден атом към диоксида. Това се случва, ако добавите един мол кислород към два мола при висока температура. Резултатът е два мола серен триоксид. Уравнението за това химично взаимодействие изглежда така: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. В резултат на тази реакция се образува сярна киселина. И така, чрез извършване на двата описани процеса е възможно полученият триоксид да премине през струя водна пара. И получаваме Уравнението за такава реакция е написано, както следва: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.
Взаимодействие с халогени
Химикал, подобно на другите неметали, му позволява да реагира с тази група вещества. Той включва съединения като флуор, бром, хлор, йод. Сярата реагира с всеки от тях, с изключение на последния. Като пример можем да цитираме процеса на флуориране на елемента от периодичната таблица, който разглеждаме. Чрез нагряване на споменатия неметал с халоген могат да се получат два варианта на флуорид. Първият случай: ако вземем един мол сяра и три мола флуор, получаваме един мол флуорид, чиято формула е SF 6. Уравнението изглежда така: S + 3F 2 = SF 6. Освен това има втори вариант: ако вземем един мол сяра и два мола флуор, получаваме един мол флуор с химична формула SF 4 . Уравнението е написано в следния вид: S + 2F 2 = SF 4 . Както можете да видите, всичко зависи от пропорциите, в които се смесват компонентите. По абсолютно същия начин е възможно да се извърши процесът на хлориране на сярата (също могат да се образуват две различни вещества) или бромиране.
Взаимодействие с други прости вещества
Характеризирането на елемента сяра не свършва дотук. Веществото може също така да влезе в химична реакция с водород, фосфор и въглерод. Поради взаимодействието с водорода се образува сулфидна киселина. В резултат на реакцията му с металите могат да се получат техни сулфиди, които от своя страна също се получават чрез директно взаимодействие на сярата със същия метал. Добавянето на водородни атоми към серни атоми става само при условия на много висока температура. Когато сярата реагира с фосфора, се образува нейният фосфид. Той има следната формула: P 2 S 3. За да получите един мол от това вещество, трябва да вземете два мола фосфор и три мола сяра. Когато сярата взаимодейства с въглерода, се образува карбидът на разглеждания неметал. Неговата химична формула изглежда така: CS 2. За да получите един мол от това вещество, трябва да вземете един мол въглерод и два мола сяра. Всички реакции на присъединяване, описани по-горе, възникват само когато реагентите се нагреят до високи температури. Разгледахме взаимодействието на сярата с прости вещества, сега нека да преминем към следващата точка.
Сяра и комплексни съединения
Съединенията са тези вещества, чиито молекули се състоят от два (или повече) различни елемента. Химичните свойства на сярата й позволяват да реагира със съединения като основи, както и с концентрирана сулфатна киселина. Неговите реакции с тези вещества са доста странни. Първо, помислете какво се случва, когато въпросният неметал се смеси с алкали. Например, ако вземете шест мола и добавите три мола сяра към тях, ще получите два мола калиев сулфид, един мол от дадения метален сулфит и три мола вода. Този вид реакция може да бъде изразена чрез следното уравнение: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. По същия принцип взаимодействието възниква, ако добавите След това разгледайте поведението на сярата, когато концентриран разтвор сулфатна киселина се добавя към него. Ако вземем един мол от първото и два мола от второто вещество, получаваме следните продукти: серен триоксид в количество от три мола, а също и вода - два мола. Тази химическа реакция може да се осъществи само когато реагентите се нагреят до висока температура.
Получаване на разглеждания неметал
Има няколко основни метода, чрез които сярата може да бъде извлечена от различни вещества. Първият метод е да се изолира от пирит. Химичната формула на последния е FeS 2 . Когато това вещество се нагрее до висока температура без достъп на кислород, може да се получи друг железен сулфид - FeS - и сяра. Уравнението на реакцията е написано, както следва: FeS 2 \u003d FeS + S. Вторият метод за получаване на сяра, който често се използва в промишлеността, е изгарянето на серен сулфид при условие на малко количество кислород. В този случай можете да получите разглеждания неметал и вода. За да проведете реакцията, трябва да вземете компонентите в моларно съотношение две към едно. В резултат на това получаваме крайните продукти в пропорции две към две. Уравнението за тази химична реакция може да бъде написано, както следва: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Освен това сярата може да се получи по време на различни металургични процеси, например при производството на метали като никел, мед и др.
Промишлена употреба
Неметалът, който разглеждаме, е намерил най-широко приложение в химическата промишленост. Както бе споменато по-горе, тук се използва за получаване на сулфатна киселина от него. В допълнение, сярата се използва като компонент за производството на кибрит, поради факта, че е запалим материал. Незаменима е и при производството на експлозиви, барут, бенгалски огън и др. Освен това сярата се използва като една от съставките в продуктите за борба с вредителите. В медицината се използва като компонент при производството на лекарства за кожни заболявания. Също така, въпросното вещество се използва при производството на различни багрила. Освен това се използва в производството на луминофори.
Електронна структура на сярата
Както знаете, всички атоми се състоят от ядро, в което има протони - положително заредени частици - и неутрони, т.е. частици с нулев заряд. Електроните се въртят около ядрото с отрицателен заряд. За да бъде един атом неутрален, той трябва да има еднакъв брой протони и електрони в структурата си. Ако има повече от последните, това вече е отрицателен йон - анион. Ако, напротив, броят на протоните е по-голям от броя на електроните, това е положителен йон или катион. Серният анион може да действа като киселинен остатък. Той е част от молекулите на вещества като сулфидна киселина (сероводород) и метални сулфиди. Анион се образува по време на електролитна дисоциация, която се получава, когато дадено вещество се разтвори във вода. В този случай молекулата се разлага на катион, който може да бъде представен като метален или водороден йон, както и катион - йон на киселинен остатък или хидроксилна група (ОН-).
Тъй като поредният номер на сярата в периодичната таблица е шестнадесет, можем да заключим, че точно този брой протони е в нейното ядро. Въз основа на това можем да кажем, че има и шестнадесет електрона, които се въртят наоколо. Броят на неутроните може да се намери чрез изваждане на поредния номер на химичния елемент от моларната маса: 32 - 16 \u003d 16. Всеки електрон не се върти произволно, а по определена орбита. Тъй като сярата е химичен елемент, който принадлежи към третия период на периодичната таблица, около ядрото има три орбити. Първият има два електрона, вторият има осем, а третият има шест. Електронната формула на серния атом се записва по следния начин: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Разпространение в природата
По принцип разглежданият химичен елемент се намира в състава на минерали, които са сулфиди на различни метали. На първо място, това е пирит - желязна сол; това е също олово, сребро, меден блясък, цинкова бленда, цинобър - живачен сулфид. В допълнение, сярата може да бъде включена и в състава на минерали, чиято структура е представена от три или повече химични елемента.
Например халкопирит, мирабилит, кизерит, гипс. Можете да разгледате всеки от тях по-подробно. Пиритът е железен сулфид или FeS 2 . Има светложълт цвят със златист блясък. Този минерал често може да се намери като примес в лапис лазули, който се използва широко за направата на бижута. Това се дължи на факта, че тези два минерала често имат общо находище. Медният блясък - халкоцит или халкозин - е синкаво-сиво вещество, подобно на метала. и сребърен блясък (аргентит) имат сходни свойства: и двамата изглеждат като метали, имат сив цвят. Цинобърът е кафяво-червен матов минерал със сиви петна. Халкопиритът, чиято химична формула е CuFeS 2, е златистожълт, нарича се още златиста бленда. Цинковата смес (сфалерит) може да има цвят от кехлибарен до огнено оранжев. Мирабилит - Na 2 SO 4 x10H 2 O - прозрачни или бели кристали. Нарича се още използван в медицината. Химическата формула на кизерита е MgSO 4 xH 2 O. Изглежда като бял или безцветен прах. Химическата формула на гипса е CaSO 4 x2H 2 O. В допълнение, този химичен елемент е част от клетките на живите организми и е важен микроелемент.
При получаване на газ за печене чрез изгаряне на сяра не е необходимо да се почиства от примеси. Подготвителният етап ще включва само изсушаване на газа и изхвърляне на киселина. При изгаряне на сярата възниква необратима екзотермична реакция:
С + О 2 = ТАКА 2 (1)
с отделяне на много голямо количество топлина: промяна в H \u003d -362,4 kJ / mol, или по отношение на единица маса 362,4 / 32 \u003d 11,325 kJ / t \u003d 11325 kJ / kg S.
Разтопената течна сяра, подадена за изгаряне, се изпарява (кипи) при температура 444,6 °C; топлината на изпарение е 288 kJ/kg. Както може да се види от горните данни, топлината на реакцията на изгаряне на сярата е напълно достатъчна за изпаряване на суровината, така че взаимодействието на сярата и кислорода се случва в газовата фаза (хомогенна реакция).
Изгарянето на сяра в промишлеността се извършва по следния начин. Сярата е предварително разтопена (за това можете да използвате водна пара, получена чрез използване на топлината от основната реакция на изгаряне на сярата). Тъй като точката на топене на сярата е сравнително ниска, лесно е да се отделят механичните примеси, които не са преминали в течната фаза чрез утаяване и последващо филтриране от сярата, и да се получи суровина с достатъчна чистота. За изгаряне на разтопена сяра се използват два вида пещи - дюза и циклон.Необходимо е да се осигури разпръскване на течна сяра в тях за бързото й изпаряване и осигуряване на надежден контакт с въздуха във всички части на апарата.
От пещта газът за печене навлиза в котела за отпадна топлина и след това в следващите апарати.
Концентрацията на серен диоксид в газа за печене зависи от съотношението на сярата и подавания въздух за горене. Ако се вземе въздух в стехиометрично количество, т.е. за всеки мол сяра 1 мол кислород, тогава при пълно изгаряне на сярата концентрацията ще бъде равна на обемната част на кислорода във въздуха C, така че 2. max \u003d 21%. Обикновено обаче въздухът се взема в излишък, в противен случай температурата на пещта ще бъде твърде висока.
При адиабатно изгаряне на сяра температурата на запалване на реакционната смес със стехиометричен състав ще бъде ~ 1500*C. Практически възможността за повишаване на температурата в пещта е ограничена от факта, че над 1300*C облицовката на пещта и газопроводите бързо се разрушават. Обикновено при изгаряне на сяра се получава газ за печене, съдържащ 13 - 14% SO 2.
2. Контактно окисляване на so2 до so3
Контактното окисление на серен диоксид е типичен пример за хетерогенна окислителна екзотермична катализа.
Това е един от най-изследваните каталитични синтези. В СССР най-задълбочената работа по изследването на окисляването на SO 2 до SO 3 и разработването на катализатори е извършена от G.K. Боресков. Реакция на окисляване на серен диоксид
ТАКА 2 + 0,5 О 2 = ТАКА 3 (2)
се характеризира с много висока стойност на енергията на активиране и затова практическото му прилагане е възможно само при наличие на катализатор.
В промишлеността основният катализатор за окисление на SO 2 е катализатор на базата на ванадиев оксид V 2 O 5 (ванадиева контактна маса). Каталитична активност в тази реакция се проявява и от други съединения, предимно платина. Платиновите катализатори обаче са изключително чувствителни дори към следи от арсен, селен, хлор и други примеси и затова постепенно бяха заменени от ванадиеви катализатори.
Скоростта на реакцията се увеличава с увеличаване на концентрацията на кислород, така че процесът в промишлеността се извършва с излишък от него.
Тъй като реакцията на окисление на SO 2 принадлежи към екзотермичен тип, температурният режим за нейното провеждане трябва да се доближава до линията на оптималните температури. Изборът на температурен режим допълнително се налага от две ограничения, свързани със свойствата на катализатора. Долната температурна граница е температурата на запалване на ванадиевите катализатори, която в зависимост от конкретния тип катализатор и състава на газа е 400 - 440 * C. горната температурна граница е 600 - 650*C и се определя от факта, че над тези температури структурата на катализатора се пренарежда и той губи своята активност.
В диапазона 400 - 600*С процесът се търси да се проведе така, че с увеличаване на степента на преобразуване температурата да се понижава.
Най-често в промишлеността се използват контактни устройства с външен топлообмен. Схемата за топлообмен предполага максимално използване на топлината на реакцията за нагряване на изходния газ и едновременно охлаждане на газа между рафтовете.
Една от най-важните задачи, пред които е изправена промишлеността със сярна киселина, е да се увеличи степента на преобразуване на серния диоксид и да се намалят емисиите му в атмосферата. Този проблем може да бъде решен по няколко начина.
Един от най-рационалните методи за решаване на този проблем, който се използва широко в производството на сярна киселина, е методът на двоен контакт и двойна абсорбция (DKDA). За да се измести равновесието надясно и да се увеличи добивът на процеса, както и да се увеличи скоростта на процеса, процесът се извършва по този метод. Същността му се състои в това, че реакционната смес, в която степента на превръщане на SO 2 е 90 - 95%, се охлажда и се изпраща в междинен абсорбер за отделяне на SO 3 . В останалия реакционен газ съотношението O 2 : SO 2 се увеличава значително, което води до изместване на реакционното равновесие надясно. Новозагретият реакционен газ отново се подава в контактния апарат, където се достига 95% от превръщането на останалия SO 2 върху един или два каталитични слоя.Общото превръщане на SO 2 в този процес е 99,5% - 99,8%.