Fizičke i hemijske osnove procesa sagorevanja sumpora.
Izgaranje S događa se oslobađanjem velike količine topline: 0,5S 2g + O 2g = SO 2g, ΔH = -362,43 kJ
Sagorevanje je kompleks hemijskih i fizičkih pojava. U spalionici se mora suočiti sa složenim poljima brzina, koncentracija i temperatura koja je teško matematički opisati.
Sagorevanje rastopljenog S zavisi od uslova interakcije i sagorevanja pojedinačnih kapljica. Efikasnost procesa sagorevanja određena je vremenom potpunog sagorevanja svake čestice sumpora. Sagorevanju sumpora, koje se javlja samo u gasnoj fazi, prethodi isparavanje S, mešanje njegovih para sa vazduhom i zagrevanje smeše do t, što obezbeđuje potrebnu brzinu reakcije. Kako isparavanje s površine kapi počinje intenzivnije tek pri određenom t, svaka kap tekućeg sumpora mora se zagrijati do ovog t. Što je veći t, duže je potrebno da se kap zagrije. Kada se iznad površine kapi formira zapaljiva mješavina para S i zraka maksimalne koncentracije i t, dolazi do paljenja. Proces sagorevanja kapi S zavisi od uslova sagorevanja: t i relativne brzine strujanja gasa, i fizičko-hemijskih svojstava tečnosti S (na primer, prisustvo čvrstih nečistoća pepela u S), a sastoji se od sledećih faza : 1-miješanje kapi tečnosti S sa vazduhom; 2-zagrevanje ovih kapi i isparavanje; 3-termičko cijepanje pare S; 4-formiranje gasne faze i njeno paljenje; 5-sagorevanje gasne faze.
Ove faze se javljaju gotovo istovremeno.
Kao rezultat zagrijavanja, kap tekućine S počinje da isparava, pare S difundiraju u zonu sagorijevanja, gdje pri visokim t počinju aktivno reagirati sa O 2 zraka, dolazi do procesa difuznog sagorijevanja S sa formiranje SO 2.
Pri visokim t, brzina oksidacijske reakcije S je veća od brzine fizičkih procesa, pa je ukupna brzina procesa izgaranja određena procesima prijenosa mase i topline.
Molekularna difuzija određuje miran, relativno spor proces sagorevanja, dok ga turbulentna difuzija ubrzava. Kako se veličina kapljice smanjuje, vrijeme isparavanja se smanjuje. Fina atomizacija čestica sumpora i njihova ravnomerna distribucija u struji vazduha povećava kontaktnu površinu, olakšava zagrevanje i isparavanje čestica. Tokom sagorevanja svake pojedinačne kapi S u sastavu baklje, treba razlikovati 3 perioda: I- inkubacija; II- intenzivno pečenje; III- period sagorevanja.
Kada kap izgori, iz njene površine izbija plamen, nalik sunčevim baklji. Za razliku od konvencionalnog difuzijskog sagorijevanja s izbacivanjem plamena s površine goruće kapljice, nazvano je "eksplozivno sagorijevanje".
Izgaranje S kapi u difuzijskom režimu se vrši isparavanjem molekula sa površine kapi. Brzina isparavanja ovisi o fizičkim svojstvima tekućine i t okoline, a određena je karakteristikama brzine isparavanja. U diferencijalnom načinu rada, S svijetli u periodima I i III. Eksplozivno sagorevanje kapi uočava se samo u periodu intenzivnog sagorevanja u periodu II. Trajanje perioda intenzivnog gorenja proporcionalno je kocki početnog prečnika kapljice. To je zbog činjenice da je eksplozivno sagorijevanje posljedica procesa koji se odvijaju u zapremini kapi. Karakteristika brzine gorenja izrač. od f-le: TO= /τ sg;
d n je početni prečnik kapljice, mm; τ je vrijeme potpunog sagorijevanja kapi, s.
Karakteristika brzine gorenja kapi jednaka je zbiru karakteristika difuznog i eksplozivnog sagorevanja: TO= K vz + K diff; kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙p) 2,58); K diff= 1,21∙p +0,23; K T2\u003d K T1 ∙ exp (E a / R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); K T1 - konstanta brzine gorenja pri t 1 \u003d 1073 K. K T2 - konst. brzina grijanja na t različita od t 1 . Ea je energija aktivacije (7850 kJ/mol).
TO. Glavni uslovi za efikasno sagorevanje tečnosti S su: dovod sve potrebne količine vazduha do otvora gorionika, fina i ujednačena atomizacija tečnosti S, turbulencija strujanja i visoka t.
Opća ovisnost intenziteta isparavanja tekućine S od brzine plina i t: K 1= a∙V/(b+V); a, b su konstante zavisne od t. V - brzina gas, m/s. Pri većem t, ovisnost intenziteta isparavanja S o brzini plina je data kao: K 1= K o ∙ V n ;
| t, o C | lgK about | n |
| 4,975 | 0,58 | |
| 5,610 | 0,545 | |
| 6,332 | 0,8 |
Sa povećanjem t od 120 do 180 o C, intenzitet isparavanja S se povećava za 5-10 puta, a t 180 do 440 o C za 300-500 puta.
Brzina isparavanja pri brzini gasa od 0,104 m/s određena je sa: = 8,745 - 2600/T (na 120-140 o C); = 7.346 -2025/T (na 140-200 o C); = 10,415 - 3480 / T (na 200-440 °C).
Za određivanje brzine isparavanja S na bilo kojem t od 140 do 440 ° C i brzine plina u rasponu od 0,026-0,26 m / s, prvo se pronađe za brzinu plina od 0,104 m / s i preračunava na drugu brzinu: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Poređenje vrijednosti brzine isparavanja tekućeg sumpora i brzine sagorijevanja sugerira da intenzitet sagorijevanja ne može premašiti brzinu isparavanja na tački ključanja sumpora. To potvrđuje ispravnost mehanizma sagorijevanja, prema kojem sumpor gori samo u stanju pare. Konstanta brzine oksidacije pare sumpora (reakcija se odvija prema jednačini drugog reda) određena je kinetičkom jednačinom: -dS S /d = K∙S S ∙S O2 ; C S je koncentracija pare S; C O2 - konc-I pare O 2; K je konstanta brzine reakcije. Ukupna koncentracija para S i O 2 op-yut: C S= a(1-x); Sa O2= b - 2ax; a je početna koncentracija pare S; b - početna koncentracija para O 2; h je stepen oksidacije pare S. Tada:
K∙τ= (2,3 /(b – 2a)) ∙ (lg(b – ax/b(1 - x)));
Konstanta brzine reakcije oksidacije S u SO2: lgK\u003d B - A / T;
| o C | 650 - 850 | 850 - 1100 |
| IN | 3,49 | 2,92 |
| A |
Kapi sumpora d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm u eksplozivu, u području od 100-160 µm, vrijeme gorenja kapi se ne povećava.
To. da bi se intenzivirao proces sagorevanja, preporučljivo je raspršiti sumpor u kapljice d = 130-200 µm, što zahteva dodatnu energiju. Prilikom spaljivanja primljen je isti broj S. SO 2 je koncentrisaniji, što je manja zapremina pećnog gasa i veća je njegova t.
1 - CO2; 2 - Sa SO2
Slika prikazuje približni odnos između t i koncentracije SO 2 u plinu iz peći koji nastaje adijabatskim sagorijevanjem sumpora u zraku. U praksi se dobija visoko koncentrirani SO 2, ograničen činjenicom da se pri t > 1300 brzo uništava obloga peći i gasnih kanala. Osim toga, u ovim uvjetima može doći do nuspojava između O 2 i N 2 zraka sa stvaranjem dušikovih oksida, što je nepoželjna nečistoća u SO 2, pa se u sumpornim pećima obično održava t = 1000-1200. A plinovi iz peći sadrže 12-14 vol% SO 2 . Iz jedne zapremine O 2 formira se jedna zapremina SO 2, pa je maksimalni teoretski sadržaj SO 2 u gasu za sagorevanje pri sagorevanju S u vazduhu 21%. Prilikom sagorevanja S u vazduhu, paljenje. O 2 Sadržaj SO 2 u mješavini plina može se povećati ovisno o koncentraciji O 2 . Teoretski sadržaj SO 2 pri sagorevanju S u čistom O 2 može dostići 100%. Mogući sastav plina za pečenje dobivenog sagorijevanjem S na zraku iu različitim smjesama kisika i dušika prikazan je na slici:
Peći za sagorevanje sumpora.
Sagorijevanje S u proizvodnji sumporne kiseline vrši se u pećima u raspršenom ili TV stanju. Za spaljivanje rastopljenog S koristite mlaznicu, ciklon i vibracione peći. Najviše se koriste ciklon i injektor. Ove peći se klasificiraju prema znakovima:- prema vrsti ugrađenih mlaznica (mehaničke, pneumatske, hidraulične) i njihovoj lokaciji u peći (radijalna, tangencijalna); - prisustvom sita unutar komora za sagorevanje; - po izvedbi (horizonti, vertikale); - prema lokaciji ulaznih otvora za dovod zraka; - za uređaje za miješanje strujanja zraka sa S parama; - za opremu za korišćenje toplote sagorevanja S; - po broju kamera.
Rerna sa mlaznicom (pirinac)
1 - čelični cilindar, 2 - obloga. 3 - azbest, 4 - pregrade. 5 - mlaznica za prskanje goriva, 6 mlaznica za prskanje sumpora,
7 - kutija za dovod zraka u peć.
Prilično je jednostavnog dizajna, lako se održava, ima sliku plina, konstantne koncentracije SO 2. Do ozbiljnih nedostataka uključuju: postepeno uništavanje pregrada zbog visokih t; nisko toplotno opterećenje komore za sagorevanje; poteškoće u dobivanju plina visoke koncentracije, tk. koristite veliki višak zraka; zavisnost procenta sagorevanja od kvaliteta prskanja S; značajna potrošnja goriva prilikom pokretanja i zagrijavanja peći; relativno velike dimenzije i težina, a kao rezultat, značajna kapitalna ulaganja, proizvodne površine, operativni troškovi i veliki gubici toplote u okolini.
Savršenije ciklonske peći.
1 - predkomora, 2 - vazdušna kutija, 3, 5 - komore za naknadno sagorevanje, 4. 6 štipaljki, 7, 9 - mlaznice za dovod vazduha, 8, 10 - mlaznice za dovod sumpora.
Dostava: tangencijalni ulaz zraka i S; osigurava ravnomjerno sagorijevanje S u peći zbog bolje turbulencije protoka; mogućnost dobijanja finalnog procesnog gasa do 18% SO 2; visoko toplotno naprezanje prostora peći (4,6 10 6 W / m 3); zapremina aparata je smanjena za faktor 30-40 u odnosu na zapreminu peći sa mlaznicom istog kapaciteta; stalna koncentracija SO 2; jednostavna regulacija procesa sagorevanja S i njegova automatizacija; kratkotrajan i zapaljiv materijal za grijanje i paljenje peći nakon dužeg zaustavljanja; manji sadržaj dušikovih oksida nakon peći. Osnovne sedmice povezan sa visokim t u procesu sagorevanja; moguće pucanje obloge i varova; Nezadovoljavajuće raspršivanje S dovodi do probijanja njegovih para u opremu za t/izmjenu nakon peći, a posljedično i do korozije opreme i nestalnosti t na ulazu u opremu za t/izmjenu.
Rastopljeni S može ući u peć kroz tangencijalne ili aksijalne mlaznice. Sa aksijalnom lokacijom mlaznica, zona izgaranja je bliža periferiji. Na tangenti - bliže centru, zbog čega se smanjuje učinak visokog t na oblogu. (pirinač) Brzina protoka gasa je 100-120m/s - to stvara povoljan uslov za prenos mase i toplote, a brzina sagorevanja povećava S.
Vibrirajuća pećnica (pirinač).
1 – glava peći gorionika; 2 - povratni ventili; 3 - kanal za vibracije.
Tokom vibracionog sagorevanja, svi parametri procesa se periodično menjaju (pritisak u komori, brzina i sastav gasne mešavine, t). Uređaj za vibracije. sagorijevanje S se naziva peć-gorionik. Pre ložišta se mešaju S i vazduh, koji kroz nepovratne ventile (2) teku u glavu peći-gorionika, gde se mešavina sagoreva. Isporuka sirovina se vrši u porcijama (procesi su ciklični). U ovoj verziji peći, toplotna snaga i brzina gorenja se značajno povećavaju, ali prije paljenja smjese potrebno je dobro miješanje atomiziranog S sa zrakom kako bi proces tekao trenutno. U ovom slučaju, proizvodi sagorevanja se dobro mešaju, gasni film SO 2 koji okružuje S čestice je uništen i olakšava pristup novim delovima O 2 u zoni sagorevanja. U takvoj peći nastali SO 2 ne sadrži nesagorele čestice, njegova koncentracija je visoka na vrhu.
Za ciklonsku peć, u odnosu na peć sa mlaznicom, karakteriše 40-65 puta veći termički stres, mogućnost dobijanja koncentrisanijeg gasa i veća proizvodnja pare.
Najvažnija oprema peći za sagorevanje tečnosti S je mlaznica, koja mora da obezbedi tanko i ravnomerno raspršivanje tečnosti S, dobro njeno mešanje sa vazduhom u samoj mlaznici i iza nje, brzo podešavanje protoka tečnosti S dok održavanje potrebnog njegovog omjera sa zrakom, stabilnost određenog oblika, dužina baklje, a također imaju čvrst dizajn, pouzdan i jednostavan za korištenje. Za nesmetan rad mlaznica važno je da S bude dobro očišćen od pepela i bitumena. Mlaznice su mehaničke (popuštaju pod vlastitim pritiskom) i pneumatske (zrak je još uključen u prskanje) djelovanja.
Korištenje topline sagorijevanja sumpora.
Reakcija je vrlo egzotermna, zbog čega se oslobađa velika količina toplote i temperatura gasa na izlazu iz peći je 1100-1300 0 C. Za kontaktnu oksidaciju SO 2, temperatura gasa na ulazu u 1. sloj kat-ra ne bi trebao prelaziti 420 - 450 0 C. Stoga je prije faze oksidacije SO 2 potrebno ohladiti tok plina i iskoristiti višak topline. U sistemima sa sumpornom kiselinom koji rade na sumporu za rekuperaciju topline, najširu se koriste vodocijevni kotlovi za povrat topline s prirodnom cirkulacijom topline. SETA - C (25 - 24); RKS 95 / 4,0 - 440.
Energetsko-tehnološki kotao RKS 95/4.0 - 440 je vodocevni, prirodno cirkulacijski, nepropusni kotao, predviđen za rad pod pritiskom. Kotao se sastoji od isparivača 1. i 2. stepena, daljinskih ekonomajzera 1.2 stepena, daljinskih pregrijača 1.2 stepena, bubnja, peći za sagorevanje sumpora. Peć je predviđena za sagorevanje do 650 tona tečnosti. Sumpor po danu. Peć se sastoji od dva ciklona međusobno povezana pod uglom od 110 0 i prelazne komore.
Unutrašnje tijelo prečnika 2,6 m, slobodno se oslanja na nosače. Spoljno kućište je prečnika 3 m. Prstenasti prostor koji čine unutrašnje i spoljašnje kućište ispunjen je vazduhom, koji zatim kroz mlaznice ulazi u komoru za sagorevanje. Sumpor se u peć dovodi preko 8 sumpornih mlaznica, po 4 na svakom ciklonu. Sagorevanje sumpora se dešava u vrtložnom strujanju gasa i vazduha. Kovitlanje strujanja se postiže tangencijalnim uvođenjem vazduha u ciklon za sagorevanje kroz vazdušne mlaznice, po 3 u svakom ciklonu. Količina vazduha se kontroliše motorizovanim klapnama na svakoj vazdušnoj mlaznici. Prijelazna komora je dizajnirana da usmjerava tok plina iz horizontalnih ciklona u vertikalni plinski kanal isparivača. Unutrašnja površina ložišta je obložena mulit-korundnom opekom marke MKS-72, debljine 250 mm.
1 - cikloni
2 - prelazna komora
3 - uređaji za isparavanje
Sumpor je hemijski element koji se nalazi u šestoj grupi i trećem periodu periodnog sistema. U ovom članku ćemo detaljno pogledati njegovu kemijsku i proizvodnju, upotrebu i tako dalje. Fizička karakteristika uključuje karakteristike kao što su boja, nivo električne provodljivosti, tačka ključanja sumpora, itd. Hemijska opisuje njegovu interakciju sa drugim supstancama.
Sumpor u smislu fizike
Ovo je krhka supstanca. U normalnim uslovima, nalazi se u čvrstom agregacijskom stanju. Sumpor ima limun žutu boju.
I uglavnom, svi njegovi spojevi imaju žute nijanse. Ne rastvara se u vodi. Ima nisku toplotnu i električnu provodljivost. Ove karakteristike ga karakterišu kao tipičan nemetal. Unatoč činjenici da kemijski sastav sumpora uopće nije kompliciran, ova tvar može imati nekoliko varijacija. Sve ovisi o strukturi kristalne rešetke, uz pomoć koje su atomi povezani, ali ne tvore molekule.
Dakle, prva opcija je rombični sumpor. Ona je najstabilnija. Tačka ključanja ove vrste sumpora je četiri stotine četrdeset i pet stepeni Celzijusa. Ali da bi određena supstanca prešla u gasovito agregatno stanje, prvo mora proći kroz tečno stanje. Dakle, topljenje sumpora se dešava na temperaturi od sto trinaest stepeni Celzijusa.
Druga opcija je monoklinski sumpor. To je igličasti kristal tamno žute boje. Otapanje sumpora prvog tipa, a zatim njegovo sporo hlađenje dovodi do stvaranja ove vrste. Ova sorta ima gotovo iste fizičke karakteristike. Na primjer, tačka ključanja sumpora ove vrste je i dalje ista četiri stotine četrdeset pet stepeni. Osim toga, postoji takva raznolikost ove tvari kao što je plastika. Dobija se sipanjem u hladnu vodu zagrijanu skoro do rombičnog ključanja. Tačka ključanja sumpora ove vrste je ista. Ali supstanca ima svojstvo rastezanja poput gume.
Druga komponenta fizičke karakteristike o kojoj bih želeo da govorim je temperatura paljenja sumpora.
Ovaj indikator može varirati ovisno o vrsti materijala i njegovom porijeklu. Na primjer, temperatura paljenja tehničkog sumpora je sto devedeset stepeni. Ovo je prilično niska brojka. U drugim slučajevima, tačka paljenja sumpora može biti dvesta četrdeset osam stepeni, pa čak i dvesta pedeset i šest. Sve zavisi od kog materijala je iskopano, koje gustine ima. Ali možemo zaključiti da je temperatura sagorevanja sumpora prilično niska, u poređenju sa drugim hemijskim elementima, to je zapaljiva tvar. Osim toga, ponekad se sumpor može kombinirati u molekule koje se sastoje od osam, šest, četiri ili dva atoma. Sada, nakon razmatranja sumpora sa stanovišta fizike, pređimo na sljedeći odjeljak.
Hemijska karakterizacija sumpora
Ovaj element ima relativno nisku atomsku masu, jednaka je trideset dva grama po molu. Karakteristika sumpornog elementa uključuje takvu osobinu ove tvari kao što je sposobnost različitih stupnjeva oksidacije. Po tome se razlikuje od, recimo, vodonika ili kiseonika. S obzirom na pitanje koje su hemijske karakteristike sumpornog elementa, nemoguće je ne spomenuti da, zavisno od uslova, ispoljava i redukciona i oksidaciona svojstva. Dakle, u redoslijedu, razmotrite interakciju date tvari s različitim kemijskim spojevima.
Sumpor i jednostavne supstance
Jednostavne supstance su supstance koje sadrže samo jedan hemijski element. Njegovi atomi se mogu kombinovati u molekule, kao, na primer, u slučaju kiseonika, ili se ne mogu kombinovati, kao što je slučaj sa metalima. Dakle, sumpor može reagirati s metalima, drugim nemetalima i halogenima.
Interakcija sa metalima
Za izvođenje ovakvog procesa potrebna je visoka temperatura. U ovim uslovima dolazi do reakcije adicije. Odnosno, atomi metala se kombinuju sa atomima sumpora, formirajući tako složene supstance sulfide. Na primjer, ako zagrijete dva mola kalija miješajući ih s jednim molom sumpora, dobićete jedan mol sulfida ovog metala. Jednačina se može napisati u sljedećem obliku: 2K + S = K 2 S.
Reakcija sa kiseonikom
Ovo je sagorevanje sumpora. Kao rezultat ovog procesa nastaje njegov oksid. Potonji mogu biti dva tipa. Stoga se sagorijevanje sumpora može odvijati u dvije faze. Prvi je kada jedan mol sumpora i jedan mol kiseonika formiraju jedan mol sumpordioksida. Možete napisati jednadžbu za ovu hemijsku reakciju na sljedeći način: S + O 2 = SO 2. Druga faza je dodavanje još jednog atoma kisika dioksidu. Ovo se dešava ako dodate jedan mol kiseonika na dva mola na visokoj temperaturi. Rezultat su dva mola sumpor trioksida. Jednačina za ovu hemijsku interakciju izgleda ovako: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Kao rezultat ove reakcije nastaje sumporna kiselina. Dakle, provođenjem dva opisana procesa moguće je proći nastali trioksid kroz mlaz vodene pare. I dobijamo Jednadžba za takvu reakciju je napisana na sljedeći način: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.
Interakcija sa halogenima
Hemijski kao i drugi nemetali, omogućavaju mu da reaguje sa ovom grupom supstanci. Uključuje spojeve kao što su fluor, brom, hlor, jod. Sumpor reaguje sa bilo kojim od njih, osim sa poslednjim. Kao primjer možemo navesti proces fluoriranja elementa periodnog sistema koji razmatramo. Zagrevanjem pomenutog nemetala sa halogenom mogu se dobiti dve varijante fluorida. Prvi slučaj: ako uzmemo jedan mol sumpora i tri mola fluora, dobićemo jedan mol fluorida čija je formula SF 6. Jednačina izgleda ovako: S + 3F 2 = SF 6. Osim toga, postoji i druga opcija: ako uzmemo jedan mol sumpora i dva mola fluora, dobićemo jedan mol fluorida sa hemijskom formulom SF 4 . Jednačina je zapisana u sljedećem obliku: S + 2F 2 = SF 4 . Kao što vidite, sve ovisi o proporcijama u kojima se komponente miješaju. Na potpuno isti način moguće je provesti proces hloriranja sumpora (mogu nastati i dvije različite tvari) ili bromiranja.
Interakcija sa drugim jednostavnim supstancama
Karakterizacija elementa sumpora se tu ne završava. Supstanca također može ući u kemijsku reakciju s vodonikom, fosforom i ugljikom. Usljed interakcije s vodonikom nastaje sulfidna kiselina. Kao rezultat njegove reakcije s metalima, mogu se dobiti njihovi sulfidi, koji se, pak, također dobivaju direktnom reakcijom sumpora s istim metalom. Dodavanje atoma vodika atomima sumpora događa se samo u uvjetima vrlo visoke temperature. Kada sumpor reaguje sa fosforom, nastaje njegov fosfid. Ima sledeću formulu: P 2 S 3. Da biste dobili jedan mol ove supstance, potrebno je da uzmete dva mola fosfora i tri mola sumpora. Kada sumpor stupi u interakciju s ugljikom, nastaje karbid razmatranog nemetala. Njegova hemijska formula izgleda ovako: CS 2. Da biste dobili jedan mol ove supstance, potrebno je uzeti jedan mol ugljika i dva mola sumpora. Sve gore opisane reakcije adicije odvijaju se samo kada se reaktanti zagriju na visoke temperature. Razmotrili smo interakciju sumpora sa jednostavnim supstancama, a sada prijeđimo na sljedeću tačku.
Sumpor i kompleksna jedinjenja
Jedinjenja su one tvari čije se molekule sastoje od dva (ili više) različitih elemenata. Hemijska svojstva sumpora omogućavaju mu da reaguje sa jedinjenjima kao što su alkalije, kao i koncentrovana sulfatna kiselina. Njegove reakcije sa ovim supstancama su prilično neobične. Prvo, razmotrite šta se dešava kada se dotični nemetal pomeša sa alkalijom. Na primjer, ako uzmete šest molova i dodate im tri mola sumpora, dobićete dva mola kalijum sulfida, jedan mol datog metalnog sulfita i tri mola vode. Ova vrsta reakcije može se izraziti sljedećom jednadžbom: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Po istom principu dolazi do interakcije ako dodate. Zatim razmotrite ponašanje sumpora kada je koncentrirana otopina u to se dodaje sulfatna kiselina. Ako uzmemo jedan mol prve i dva mola druge supstance, dobijamo sledeće proizvode: sumpor trioksid u količini od tri mola, a takođe i vodu - dva mola. Ova hemijska reakcija se može odvijati samo kada se reaktanti zagreju na visoku temperaturu.
Dobivanje razmatranog nemetala
Postoji nekoliko glavnih metoda pomoću kojih se sumpor može ekstrahovati iz različitih supstanci. Prva metoda je da se izoluje od pirita. Hemijska formula potonjeg je FeS 2 . Kada se ova tvar zagrije na visoku temperaturu bez pristupa kisiku, može se dobiti drugi željezni sulfid - FeS - i sumpor. Jednačina reakcije je napisana na sljedeći način: FeS 2 = FeS + S. Druga metoda dobivanja sumpora, koja se često koristi u industriji, je sagorijevanje sumpor-sulfida pod uvjetom male količine kisika. U ovom slučaju možete dobiti smatrani nemetal i vodu. Da biste izvršili reakciju, trebate uzeti komponente u molarnom omjeru dva prema jedan. Kao rezultat, dobijamo finalne proizvode u omjerima dva prema dva. Jednadžba za ovu hemijsku reakciju može se napisati na sljedeći način: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Osim toga, sumpor se može dobiti tokom različitih metalurških procesa, na primjer, u proizvodnji metala kao što je nikl, bakra i drugih.
Industrijska upotreba
Nemetal koji razmatramo svoju je najširu primenu našao u hemijskoj industriji. Kao što je gore spomenuto, ovdje se koristi za dobivanje sulfatne kiseline iz nje. Osim toga, sumpor se koristi kao komponenta za proizvodnju šibica, zbog činjenice da je zapaljiv materijal. Nezamjenjiv je i u proizvodnji eksploziva, baruta, sparkle itd. Osim toga, sumpor se koristi kao jedan od sastojaka u proizvodima za suzbijanje štetočina. U medicini se koristi kao komponenta u proizvodnji lijekova za kožne bolesti. Također, predmetna supstanca se koristi u proizvodnji raznih boja. Osim toga, koristi se u proizvodnji fosfora.
Elektronska struktura sumpora
Kao što znate, svi atomi se sastoje od jezgra, u kojem se nalaze protoni - pozitivno nabijene čestice - i neutroni, odnosno čestice koje imaju nulti naboj. Elektroni kruže oko jezgra sa negativnim nabojem. Da bi atom bio neutralan, mora imati isti broj protona i elektrona u svojoj strukturi. Ako ima više ovih potonjih, to je već negativni ion - anion. Ako je, naprotiv, broj protona veći od broja elektrona, radi se o pozitivnom jonu ili kationu. Anion sumpora može djelovati kao kiselinski ostatak. Dio je molekula tvari kao što su sulfidna kiselina (vodonik sulfid) i metalni sulfidi. Anion nastaje tokom elektrolitičke disocijacije, koja se javlja kada se supstanca rastvori u vodi. U ovom slučaju, molekul se raspada na kation, koji se može predstaviti kao ion metala ili vodika, kao i na kation - ion kiselinskog ostatka ili hidroksilne grupe (OH-).
Pošto je serijski broj sumpora u periodnom sistemu šesnaest, možemo zaključiti da se upravo taj broj protona nalazi u njegovom jezgru. Na osnovu ovoga možemo reći da okolo rotiraju i šesnaest elektrona. Broj neutrona može se pronaći oduzimanjem serijskog broja kemijskog elementa od molarne mase: 32 - 16 \u003d 16. Svaki elektron se ne rotira nasumično, već duž određene orbite. Pošto je sumpor hemijski element koji pripada trećem periodu periodnog sistema, postoje tri putanje oko jezgra. Prvi ima dva elektrona, drugi osam, a treći šest. Elektronska formula atoma sumpora je zapisana na sljedeći način: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Prevalencija u prirodi
U osnovi, razmatrani hemijski element nalazi se u sastavu minerala, koji su sulfidi različitih metala. Prije svega, to je pirit - željezna sol; takođe je olovo, srebro, bakarni sjaj, cink blende, cinobar - živin sulfid. Osim toga, sumpor se također može uključiti u sastav minerala, čiju strukturu predstavljaju tri ili više kemijskih elemenata.
Na primjer, halkopirit, mirabilit, kiserit, gips. Svaki od njih možete detaljnije razmotriti. Pirit je ferum sulfid, ili FeS 2 . Ima svijetlo žutu boju sa zlatnim sjajem. Ovaj mineral se često može naći kao nečistoća u lapis lazuli, koji se naširoko koristi za izradu nakita. To je zbog činjenice da ova dva minerala često imaju zajedničko ležište. Bakarni sjaj - halkocit, ili halkozin - je plavkasto-siva tvar, slična metalu. i srebrni sjaj (argentit) imaju slična svojstva: oba izgledaju kao metali, imaju sivu boju. Cinnabar je smeđe-crveni mineral sa sivim mrljama. Halkopirit, čija je hemijska formula CuFeS 2, je zlatnožut, naziva se i zlatna mešavina. Cinkova mešavina (sfalerit) može imati boju od jantarne do vatreno narandžaste. Mirabilit - Na 2 SO 4 x10H 2 O - prozirni ili bijeli kristali. Naziva se i koristi u medicini. Hemijska formula kizerita je MgSO 4 xH 2 O. Izgleda kao bijeli ili bezbojni prah. Hemijska formula gipsa je CaSO 4 x2H 2 O. Osim toga, ovaj hemijski element je dio ćelija živih organizama i važan je element u tragovima.
Prilikom primanja plina za pečenje spaljivanjem sumpora, nema potrebe za čišćenjem od nečistoća. Pripremna faza će uključivati samo sušenje plina i odlaganje kiseline. Kada se sumpor sagori, dolazi do nepovratne egzotermne reakcije:
S + O 2 = SO 2 (1)
s oslobađanjem vrlo velike količine topline: promjena u H = -362,4 kJ / mol, ili u smislu jedinice mase 362,4 / 32 = 11,325 kJ / t = 11325 kJ / kg S.
Rastopljeni tečni sumpor koji se daje za sagorevanje isparava (vri) na temperaturi od 444,6 *C; toplota isparavanja je 288 kJ/kg. Kao što se može vidjeti iz gornjih podataka, toplina reakcije sagorijevanja sumpora je sasvim dovoljna za isparavanje sirovine, pa dolazi do interakcije sumpora i kisika u plinovitoj fazi (homogena reakcija).
Sagorijevanje sumpora u industriji vrši se na sljedeći način. Sumpor je prethodno otopljen (za to možete koristiti vodenu paru dobivenu korištenjem topline glavne reakcije sagorijevanja sumpora). Budući da je tačka topljenja sumpora relativno niska, lako je odvojiti mehaničke nečistoće koje nisu prešle u tečnu fazu taloženjem i naknadnom filtracijom iz sumpora, te dobiti sirovinu dovoljne čistoće. Za spaljivanje rastopljenog sumpora koriste se dvije vrste peći - mlaznica i ciklon. Potrebno je osigurati raspršivanje tekućeg sumpora u njima radi njegovog brzog isparavanja i osiguravanja pouzdanog kontakta sa zrakom u svim dijelovima aparata.
Iz peći plin za pečenje ulazi u kotao za otpadnu toplinu, a zatim u sljedeće aparate.
Koncentracija sumpor-dioksida u plinu za pečenje ovisi o omjeru sumpora i zraka koji se dovode za izgaranje. Ako se zrak uzima u stehiometrijskoj količini, tj. za svaki mol sumpora 1 mol kisika, tada će s potpunim sagorijevanjem sumpora koncentracija biti jednaka volumnom udjelu kisika u zraku C tako 2. max = 21%. Međutim, obično se uzima previše zraka, inače će temperatura peći biti previsoka.
Sa adijabatskim sagorevanjem sumpora, temperatura pečenja reakcione smeše stehiometrijskog sastava biće ~ 1500*C. U praktičnom smislu, mogućnost povećanja temperature u peći je ograničena činjenicom da se iznad 1300*C brzo uništava obloga peći i gasovoda. Obično se pri sagorevanju sumpora dobija gas za pečenje koji sadrži 13 - 14% SO 2.
2. Kontaktna oksidacija so2 u so3
Kontaktna oksidacija sumpordioksida tipičan je primjer heterogene oksidativne egzotermne katalize.
Ovo je jedna od najviše proučavanih katalitičkih sinteza. U SSSR-u je najtemeljniji rad na proučavanju oksidacije SO 2 u SO 3 i razvoju katalizatora izvršio G.K. Boreskov. Reakcija oksidacije sumpor dioksida
SO 2 + 0,5 O 2 = SO 3 (2)
karakterizira vrlo visoka vrijednost energije aktivacije i stoga je njegova praktična primjena moguća samo uz prisustvo katalizatora.
U industriji, glavni katalizator za oksidaciju SO 2 je katalizator na bazi vanadijum oksida V 2 O 5 (vanadijeva kontaktna masa). Katalitičku aktivnost u ovoj reakciji pokazuju i druga jedinjenja, prvenstveno platina. Međutim, platinasti katalizatori su izuzetno osjetljivi čak i na tragove arsena, selena, hlora i drugih nečistoća, pa su postupno zamijenjeni vanadijevim katalizatorima.
Brzina reakcije raste s povećanjem koncentracije kisika, pa se proces u industriji odvija s njegovim viškom.
Budući da reakcija oksidacije SO 2 pripada egzotermnom tipu, temperaturni režim za njeno sprovođenje treba da se približi liniji optimalnih temperatura. Izbor temperaturnog režima dodatno nameću dva ograničenja povezana sa svojstvima katalizatora. Donja temperaturna granica je temperatura paljenja vanadijevih katalizatora, koja u zavisnosti od specifičnog tipa katalizatora i sastava gasa iznosi 400 - 440*C. gornja temperaturna granica je 600 - 650*C i određena je činjenicom da se iznad ovih temperatura struktura katalizatora preuređuje i gubi svoju aktivnost.
U rasponu od 400 - 600*C proces se nastoji odvijati na način da se povećanjem stepena konverzije temperatura smanjuje.
Najčešće se u industriji koriste uređaji za kontakt na policama s vanjskom izmjenom topline. Shema izmjene topline pretpostavlja maksimalno korištenje topline reakcije za zagrijavanje izvornog plina i istovremeno hlađenje plina između polica.
Jedan od najvažnijih zadataka s kojima se suočava industrija sumporne kiseline je povećanje stepena konverzije sumpor-dioksida i smanjenje njegove emisije u atmosferu. Ovaj problem se može riješiti na nekoliko načina.
Jedna od najracionalnijih metoda za rješavanje ovog problema, koja se široko koristi u industriji sumporne kiseline, je metoda dvostrukog kontakta i dvostruke apsorpcije (DKDA). Za pomicanje ravnoteže udesno i povećanje prinosa procesa, kao i za povećanje brzine procesa, proces se izvodi prema ovoj metodi. Njegova suština je u tome da se reakciona smeša, u kojoj je stepen konverzije SO 2 90 - 95%, hladi i šalje u međuapsorber za odvajanje SO 3 . U preostalom reakcionom gasu odnos O 2 :SO 2 značajno raste, što dovodi do pomeranja reakcione ravnoteže udesno. Novozagrijani reakcioni gas se ponovo dovodi u kontaktni aparat, gde se na jednom ili dva sloja katalizatora postiže 95% konverzije preostalog SO 2. Ukupna konverzija SO 2 u ovom procesu iznosi 99,5% - 99,8%.