Φυσικές και χημικές βάσεις της διαδικασίας καύσης θείου.
Η καύση του S συμβαίνει με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας: 0,5S 2g + O 2g \u003d SO 2g, ΔH \u003d -362,43 kJ
Η καύση είναι ένα σύμπλεγμα χημικών και φυσικών φαινομένων. Σε έναν αποτεφρωτήρα, κάποιος πρέπει να αντιμετωπίσει πολύπλοκα πεδία ταχυτήτων, συγκεντρώσεων και θερμοκρασιών που είναι δύσκολο να περιγραφούν μαθηματικά.
Η καύση του τηγμένου S εξαρτάται από τις συνθήκες αλληλεπίδρασης και καύσης μεμονωμένων σταγονιδίων. Η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας καύσης καθορίζεται από το χρόνο πλήρους καύσης κάθε σωματιδίου θείου. Της καύσης του θείου, που συμβαίνει μόνο στην αέρια φάση, προηγείται η εξάτμιση του S, η ανάμειξη των ατμών του με αέρα και η θέρμανση του μείγματος σε t, που παρέχει τον απαραίτητο ρυθμό αντίδρασης. Δεδομένου ότι η εξάτμιση από την επιφάνεια της σταγόνας αρχίζει πιο εντατικά μόνο σε ένα ορισμένο t, κάθε σταγόνα υγρού θείου πρέπει να θερμαίνεται σε αυτό το t. Όσο υψηλότερο είναι το t, τόσο περισσότερος χρόνος χρειάζεται για να θερμανθεί η σταγόνα. Όταν ένα εύφλεκτο μείγμα ατμών S και αέρα μέγιστης συγκέντρωσης και t σχηματίζεται πάνω από την επιφάνεια της σταγόνας, εμφανίζεται ανάφλεξη. Η διαδικασία καύσης μιας σταγόνας S εξαρτάται από τις συνθήκες καύσης: t και τη σχετική ταχύτητα της ροής του αερίου και τις φυσικοχημικές ιδιότητες του υγρού S (για παράδειγμα, η παρουσία ακαθαρσιών στερεής τέφρας στο S) και αποτελείται από τα ακόλουθα στάδια: 1-ανάμιξη σταγόνων υγρού S με αέρα. 2-θέρμανση αυτών των σταγόνων και εξάτμιση. 3-θερμική διάσπαση ατμών S; 4-σχηματισμός της αέριας φάσης και ανάφλεξή της. 5-καύση της αέριας φάσης.
Αυτά τα στάδια συμβαίνουν σχεδόν ταυτόχρονα.
Ως αποτέλεσμα της θέρμανσης, μια σταγόνα υγρού S αρχίζει να εξατμίζεται, οι ατμοί του S διαχέονται στη ζώνη καύσης, όπου σε υψηλό t αρχίζουν να αντιδρούν ενεργά με το O 2 του αέρα, η διαδικασία της καύσης διάχυσης του S συμβαίνει με το σχηματισμός SO 2.
Σε υψηλό t, ο ρυθμός της αντίδρασης οξείδωσης S είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό των φυσικών διεργασιών, επομένως ο συνολικός ρυθμός της διαδικασίας καύσης καθορίζεται από τις διαδικασίες μεταφοράς μάζας και θερμότητας.
Η μοριακή διάχυση καθορίζει μια ήρεμη, σχετικά αργή διαδικασία καύσης, ενώ η τυρβώδης διάχυση την επιταχύνει. Καθώς το μέγεθος των σταγονιδίων μειώνεται, ο χρόνος εξάτμισης μειώνεται. Ο λεπτός ψεκασμός των σωματιδίων του θείου και η ομοιόμορφη κατανομή τους στη ροή του αέρα αυξάνει την επιφάνεια επαφής, διευκολύνει τη θέρμανση και την εξάτμιση των σωματιδίων. Κατά την καύση κάθε μεμονωμένης σταγόνας S στη σύνθεση του φακού, πρέπει να διακρίνονται 3 περίοδοι: Εγώ- επώαση II- έντονο κάψιμο III- περίοδος εξουθένωσης.
Όταν μια σταγόνα καίγεται, φλόγες εκτοξεύονται από την επιφάνειά της, που μοιάζουν με ηλιακές εκλάμψεις. Σε αντίθεση με τη συμβατική καύση διάχυσης με την εκτόξευση φλόγας από την επιφάνεια μιας καιόμενης σταγόνας, ονομαζόταν «εκρηκτική καύση».
Η καύση της σταγόνας S στον τρόπο διάχυσης πραγματοποιείται με την εξάτμιση μορίων από την επιφάνεια της σταγόνας. Ο ρυθμός εξάτμισης εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του υγρού και το t του περιβάλλοντος και καθορίζεται από το χαρακτηριστικό του ρυθμού εξάτμισης. Στη λειτουργία διαφορικού, το S ανάβει στις περιόδους I και III. Εκρηκτική καύση μιας σταγόνας παρατηρείται μόνο στην περίοδο έντονης καύσης στην περίοδο II. Η διάρκεια της περιόδου έντονης καύσης είναι ανάλογη με τον κύβο της αρχικής διαμέτρου σταγονιδίων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η εκρηκτική καύση είναι συνέπεια των διεργασιών που συμβαίνουν στον όγκο της σταγόνας. Χαρακτηριστικός ρυθμός καύσης υπολ. από f-le: ΠΡΟΣ ΤΗΝ= /τ sg;
d n είναι η αρχική διάμετρος σταγονιδίων, mm. τ είναι ο χρόνος πλήρους καύσης της σταγόνας, s.
Το χαρακτηριστικό του ρυθμού καύσης μιας σταγόνας είναι ίσο με το άθροισμα των χαρακτηριστικών της διάχυσης και της εκρηκτικής καύσης: ΠΡΟΣ ΤΗΝ= K vz + K διαφ; kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙p) 2,58); Κ διαφ= 1,21∙p +0,23; Κ Τ2\u003d K T1 ∙ exp (E a / R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); K T1 - σταθερά ταχύτητας καύσης σε t 1 \u003d 1073 K. K T2 - const. ρυθμός θέρμανσης σε t διαφορετικό από t 1 . Εα είναι η ενέργεια ενεργοποίησης (7850 kJ/mol).
ΟΤΙ. Οι βασικές προϋποθέσεις για την αποτελεσματική καύση του υγρού S είναι: η παροχή όλης της απαραίτητης ποσότητας αέρα στο στόμιο του πυρσού, η λεπτή και ομοιόμορφη ψεκασμός του υγρού S, ο στροβιλισμός ροής και ο υψηλός t.
Η γενική εξάρτηση της έντασης της εξάτμισης του υγρού S από την ταχύτητα του αερίου και το t: Κ 1= a∙V/(b+V); Τα a, b είναι σταθερές ανάλογα με το t. V - ταχύτητα αέριο, m/s. Σε υψηλότερο t, η εξάρτηση της έντασης εξάτμισης S από την ταχύτητα του αερίου δίνεται από: Κ 1= K o ∙ V n ;
| t, o C | lgK περίπου | n |
| 4,975 | 0,58 | |
| 5,610 | 0,545 | |
| 6,332 | 0,8 |
Με αύξηση του t από 120 σε 180 o C, η ένταση της εξάτμισης του S αυξάνεται κατά 5-10 φορές και ο t 180 στους 440 o C κατά 300-500 φορές.
Ο ρυθμός εξάτμισης σε ταχύτητα αερίου 0,104 m/s προσδιορίζεται από: = 8,745 - 2600/T (στους 120-140 o C); = 7.346 -2025/T (στους 140-200 o C); = 10.415 - 3480 / T (στους 200-440 ° C).
Για τον προσδιορισμό του ρυθμού εξάτμισης S σε κάθε t από 140 έως 440 ° C και ταχύτητα αερίου στην περιοχή 0,026-0,26 m / s, βρίσκεται πρώτα για ταχύτητα αερίου 0,104 m / s και υπολογίζεται εκ νέου σε άλλη ταχύτητα: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Η σύγκριση της τιμής του ρυθμού εξάτμισης του υγρού θείου και του ρυθμού καύσης υποδηλώνει ότι η ένταση της καύσης δεν μπορεί να υπερβαίνει τον ρυθμό εξάτμισης στο σημείο βρασμού του θείου. Αυτό επιβεβαιώνει την ορθότητα του μηχανισμού καύσης, σύμφωνα με τον οποίο το θείο καίγεται μόνο σε κατάσταση ατμού. Η σταθερά ταχύτητας της οξείδωσης ατμών θείου (η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση δεύτερης τάξης) προσδιορίζεται από την κινητική εξίσωση: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; C S είναι η συγκέντρωση ατμών S. C O2 - conc-I ατμοί O 2; K είναι η σταθερά ταχύτητας αντίδρασης. Η συνολική συγκέντρωση ατμών S και O 2 op-yut: Γ Σ= a(1-x); Με Ο2= b - 2ax; α είναι η αρχική συγκέντρωση ατμών S. β - αρχική συγκέντρωση ατμών O 2. χ είναι ο βαθμός οξείδωσης των ατμών S. Τότε:
K∙τ= (2,3 /(b – 2a)) ∙ (lg(b – ax/b(1 - x)));
Η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης οξείδωσης S σε SO 2: lgK\u003d B - A / T;
| περίπου C | 650 - 850 | 850 - 1100 |
| ΣΕ | 3,49 | 2,92 |
| ΕΝΑ |
Σταγόνες θείου δ< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 μm σε εκρηκτικό, στην περιοχή 100-160 μm, ο χρόνος καύσης των σταγόνων δεν αυξάνεται.
Οτι. Για να ενταθεί η διαδικασία καύσης, συνιστάται ο ψεκασμός θείου σε σταγονίδια d = 130-200 μm, κάτι που απαιτεί πρόσθετη ενέργεια. Κατά την εγγραφή του ίδιου αριθμού S που λαμβάνονται. Το SO 2 είναι όσο πιο συγκεντρωμένο, τόσο μικρότερος είναι ο όγκος του αερίου του κλιβάνου και τόσο υψηλότερος είναι ο t.
1 - C O2; 2 - Με SO2
Το σχήμα δείχνει μια κατά προσέγγιση σχέση μεταξύ του t και της συγκέντρωσης SO 2 στο αέριο του κλιβάνου που παράγεται από την αδιαβατική καύση του θείου στον αέρα. Στην πράξη, λαμβάνεται εξαιρετικά συμπυκνωμένο SO 2, που περιορίζεται από το γεγονός ότι σε t > 1300, η επένδυση του κλιβάνου και των αγωγών αερίου καταστρέφεται γρήγορα. Επιπλέον, υπό αυτές τις συνθήκες, παράπλευρες αντιδράσεις μεταξύ O 2 και N 2 του αέρα μπορούν να συμβούν με το σχηματισμό οξειδίων του αζώτου, που είναι μια ανεπιθύμητη ακαθαρσία στο SO 2, επομένως, t = 1000-1200 συνήθως διατηρείται σε κλιβάνους θείου. Και τα αέρια του κλιβάνου περιέχουν 12-14 vol% SO 2 . Από έναν όγκο O 2 σχηματίζεται ένας όγκος SO 2, επομένως η μέγιστη θεωρητική περιεκτικότητα σε SO 2 στο αέριο καύσης κατά την καύση S στον αέρα είναι 21%. Κατά την καύση S στον αέρα, πυροδότηση. O 2 Η περιεκτικότητα σε SO 2 στο μείγμα αερίων μπορεί να αυξηθεί ανάλογα με τη συγκέντρωση του O 2 . Η θεωρητική περιεκτικότητα σε SO 2 κατά την καύση S σε καθαρό O 2 μπορεί να φτάσει το 100%. Η πιθανή σύνθεση του αερίου ψησίματος που λαμβάνεται με την καύση S στον αέρα και σε διάφορα μείγματα οξυγόνου-αζώτου φαίνεται στο σχήμα:
Φούρνοι για καύση θείου.
Η καύση του S σε παραγωγή θειικού οξέος πραγματοποιείται σε κλιβάνους σε κατάσταση ψεκασμού ή τηλεόρασης. Για την καύση του λιωμένου S, χρησιμοποιήστε φούρνους ακροφυσίων, κυκλώνα και δόνησης. Τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα είναι ο κυκλώνας και ο εγχυτήρας. Αυτοί οι φούρνοι ταξινομούνται σύμφωνα με τα σημάδια:- ανάλογα με τον τύπο των εγκατεστημένων ακροφυσίων (μηχανικά, πνευματικά, υδραυλικά) και τη θέση τους στον κλίβανο (ακτινικά, εφαπτομενικά). - από την παρουσία οθονών μέσα στους θαλάμους καύσης. - με εκτέλεση (ορίζοντες, κάθετες). - ανάλογα με τη θέση των οπών εισόδου για παροχή αέρα. - για συσκευές ανάμειξης ροών αέρα με ατμούς S. - για εξοπλισμό για τη χρήση της θερμότητας της καύσης S; - από τον αριθμό των καμερών.
Φούρνος με ακροφύσιο (ρύζι)
1 - χαλύβδινος κύλινδρος, 2 - επένδυση. 3 - αμίαντος, 4 - χωρίσματα. 5 - ακροφύσιο για ψεκασμό καυσίμου, 6 ακροφύσια για ψεκασμό θείου,
7 - ένα κουτί για την παροχή αέρα στον κλίβανο.
Έχει αρκετά απλό σχεδιασμό, εύκολο στη συντήρηση, έχει εικόνα αερίου, σταθερή συγκέντρωση SO 2. Σε σοβαρές ελλείψειςπεριλαμβάνουν: σταδιακή καταστροφή χωρισμάτων λόγω υψηλού t. χαμηλή θερμική καταπόνηση του θαλάμου καύσης. δυσκολία λήψης αερίου υψηλής συγκέντρωσης, tk. χρησιμοποιήστε μεγάλη περίσσεια αέρα. εξάρτηση του ποσοστού καύσης από την ποιότητα του ψεκασμού S. σημαντική κατανάλωση καυσίμου κατά την εκκίνηση και τη θέρμανση του κλιβάνου. συγκριτικά μεγάλες διαστάσεις και βάρος, με αποτέλεσμα σημαντικές επενδύσεις κεφαλαίου, περιοχές παραγωγής, λειτουργικό κόστος και μεγάλες απώλειες θερμότητας στο περιβάλλον.
Πιο τέλειο κυκλωνικοί φούρνοι.
1 - προθάλαμος, 2 - κιβώτιο αέρα, 3, 5 - θάλαμοι μετάκαυσης, 4. 6 δακτύλιοι τσιμπήματος, 7, 9 - ακροφύσια για παροχή αέρα, 8, 10 - ακροφύσια για παροχή θείου.
Διανομή:εφαπτομενική είσοδος αέρα και S; εξασφαλίζει ομοιόμορφη καύση του S στον κλίβανο λόγω καλύτερων αναταράξεων ροής. τη δυνατότητα απόκτησης του τελικού αερίου διεργασίας έως και 18% SO 2. υψηλή θερμική καταπόνηση του χώρου του κλιβάνου (4,6 10 6 W / m 3). ο όγκος της συσκευής μειώνεται κατά 30-40 σε σύγκριση με τον όγκο ενός φούρνου με ακροφύσια ίδιας χωρητικότητας. μόνιμη συγκέντρωση SO 2; απλή ρύθμιση της διαδικασίας καύσης S και η αυτοματοποίησή της. χαμηλός χρόνος και εύφλεκτο υλικό για θέρμανση και εκκίνηση του κλιβάνου μετά από μακρά διακοπή. χαμηλότερη περιεκτικότητα σε οξείδια του αζώτου μετά τον κλίβανο. Βασικές εβδομάδεςσχετίζεται με υψηλό t στη διαδικασία καύσης. πιθανή ρωγμή της επένδυσης και των συγκολλήσεων. Ο μη ικανοποιητικός ψεκασμός του S οδηγεί σε διάρρηξη των ατμών του στον εξοπλισμό t / ανταλλαγής μετά τον κλίβανο, και κατά συνέπεια σε διάβρωση του εξοπλισμού και αστάθεια του t στην είσοδο στον εξοπλισμό t / ανταλλαγής.
Το λιωμένο S μπορεί να εισέλθει στον κλίβανο μέσω εφαπτομενικών ή αξονικών ακροφυσίων. Με την αξονική θέση των ακροφυσίων, η ζώνη καύσης είναι πιο κοντά στην περιφέρεια. Σε εφαπτομένη - πιο κοντά στο κέντρο, λόγω του οποίου μειώνεται η επίδραση του υψηλού t στην επένδυση. (ρύζι) Ο ρυθμός ροής αερίου είναι 100-120 m / s - αυτό δημιουργεί ευνοϊκές συνθήκες για μεταφορά μάζας και θερμότητας και ο ρυθμός καύσης αυξάνει το S.
Φούρνος με δόνηση (ρύζι).
1 – κεφαλή κλιβάνου καυστήρα. 2 - βαλβίδες επιστροφής. 3 - κανάλι δόνησης.
Κατά τη διάρκεια της δονούμενης καύσης, όλες οι παράμετροι της διαδικασίας αλλάζουν περιοδικά (πίεση στο θάλαμο, ταχύτητα και σύνθεση του μείγματος αερίων, t). Συσκευή για δονήσεις. η καύση S ονομάζεται φούρνος-καυστήρας. Πριν από τον κλίβανο, το S και ο αέρας αναμειγνύονται και ρέουν μέσω βαλβίδων αντεπιστροφής (2) στην κεφαλή του κλιβάνου-καυστήρα, όπου καίγεται το μείγμα. Η προμήθεια πρώτων υλών πραγματοποιείται σε μερίδες (οι διαδικασίες είναι κυκλικές). Σε αυτήν την έκδοση του κλιβάνου, η απόδοση θερμότητας και ο ρυθμός καύσης αυξάνονται σημαντικά, αλλά πριν από την ανάφλεξη του μείγματος, είναι απαραίτητη μια καλή ανάμειξη του ψεκασμένου S με αέρα, ώστε η διαδικασία να προχωρήσει αμέσως. Σε αυτή την περίπτωση, τα προϊόντα καύσης αναμιγνύονται καλά, το φιλμ αερίου SO 2 που περιβάλλει τα σωματίδια S καταστρέφεται και διευκολύνει την πρόσβαση νέων τμημάτων O 2 στη ζώνη καύσης. Σε έναν τέτοιο κλίβανο, το προκύπτον SO 2 δεν περιέχει άκαυστα σωματίδια, η συγκέντρωσή του είναι υψηλή στην κορυφή.
Για έναν κλίβανο κυκλώνα, σε σύγκριση με έναν φούρνο με ακροφύσιο, χαρακτηρίζεται από 40-65 φορές μεγαλύτερη θερμική καταπόνηση, δυνατότητα λήψης πιο συμπυκνωμένου αερίου και μεγαλύτερη παραγωγή ατμού.
Ο πιο σημαντικός εξοπλισμός για κλιβάνους καύσης υγρού S είναι το ακροφύσιο, το οποίο πρέπει να εξασφαλίζει λεπτό και ομοιόμορφο ψεκασμό υγρού S, καλή ανάμιξή του με αέρα στο ίδιο το ακροφύσιο και πίσω από αυτό, γρήγορη ρύθμιση του ρυθμού ροής του υγρού S ενώ διατηρώντας την απαραίτητη αναλογία του με τον αέρα, τη σταθερότητα ενός συγκεκριμένου σχήματος, το μήκος του φακού, και επίσης έχουν σταθερό σχεδιασμό, αξιόπιστο και εύκολο στη χρήση. Για την ομαλή λειτουργία των ακροφυσίων είναι σημαντικό το S να είναι καλά καθαρισμένο από στάχτη και πίσσα. Τα ακροφύσια έχουν μηχανική (απόδοση υπό τη δική τους πίεση) και πνευματική (ο αέρας εξακολουθεί να εμπλέκεται στον ψεκασμό).
Αξιοποίηση της θερμότητας της καύσης του θείου.
Η αντίδραση είναι εξαιρετικά εξώθερμη, με αποτέλεσμα να απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα θερμότητας και η θερμοκρασία του αερίου στην έξοδο των κλιβάνων είναι 1100-1300 0 C. Για οξείδωση επαφής του SO 2, η θερμοκρασία του αερίου στην είσοδο του 1ου Το στρώμα του cat-ra δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 420 - 450 0 C. Επομένως, πριν από το στάδιο οξείδωσης SO 2, είναι απαραίτητο να ψύξετε τη ροή του αερίου και να χρησιμοποιήσετε την περίσσεια θερμότητας. Σε συστήματα θειικού οξέος που λειτουργούν με θείο για ανάκτηση θερμότητας, χρησιμοποιούνται ευρέως οι λέβητες ανάκτησης θερμότητας με σωλήνα νερού με φυσική κυκλοφορία θερμότητας. SETA - C (25 - 24); RKS 95 / 4,0 - 440.
Ο ενεργειακά τεχνολογικός λέβητας RKS 95/4.0 - 440 είναι ένας υδραυλικός, φυσικής κυκλοφορίας, αεριοστεγής λέβητας, σχεδιασμένος να λειτουργεί με πίεση. Ο λέβητας αποτελείται από εξατμιστές 1ου και 2ου σταδίου, απομακρυσμένους εξοικονομητές σταδίου 1.2, τηλεθερμαντήρες βαθμίδας 1.2, τύμπανο, φούρνους καύσης θείου. Ο κλίβανος έχει σχεδιαστεί για καύση έως και 650 τόνων υγρού. Θειάφι την ημέρα. Ο κλίβανος αποτελείται από δύο κυκλώνες που συνδέονται μεταξύ τους σε γωνία 110 0 και έναν θάλαμο μετάβασης.
Εσωτερικό σώμα με διάμετρο 2,6 m, στηρίζεται ελεύθερα σε στηρίγματα. Το εξωτερικό περίβλημα έχει διάμετρο 3 m. Ο δακτυλιοειδής χώρος που σχηματίζεται από το εσωτερικό και το εξωτερικό περίβλημα γεμίζει με αέρα, ο οποίος στη συνέχεια εισέρχεται στον θάλαμο καύσης μέσω ακροφυσίων. Το θείο παρέχεται στον κλίβανο από 8 ακροφύσια θείου, 4 σε κάθε κυκλώνα. Η καύση θείου λαμβάνει χώρα σε μια στροβιλιζόμενη ροή αερίου-αέρα. Ο στροβιλισμός της ροής επιτυγχάνεται με την εφαπτομενική εισαγωγή αέρα στον κυκλώνα καύσης μέσω ακροφυσίων αέρα, 3 σε κάθε κυκλώνα. Η ποσότητα αέρα ελέγχεται από μηχανοκίνητα πτερύγια σε κάθε ακροφύσιο αέρα. Ο θάλαμος μετάβασης έχει σχεδιαστεί για να κατευθύνει τη ροή αερίου από τους οριζόντιους κυκλώνες στον κατακόρυφο αγωγό αερίου του εξατμιστή. Η εσωτερική επιφάνεια της εστίας είναι επενδεδυμένη με τούβλο mulite-corundum της μάρκας MKS-72, πάχους 250 mm.
1 - κυκλώνες
2 - θάλαμος μετάβασης
3 - συσκευές εξάτμισης
Το θείο είναι ένα χημικό στοιχείο που βρίσκεται στην έκτη ομάδα και στην τρίτη περίοδο του περιοδικού πίνακα. Σε αυτό το άρθρο, θα ρίξουμε μια λεπτομερή ματιά στη χημική ουσία και την παραγωγή, τη χρήση και ούτω καθεξής. Το φυσικό χαρακτηριστικό περιλαμβάνει χαρακτηριστικά όπως το χρώμα, το επίπεδο ηλεκτρικής αγωγιμότητας, το σημείο βρασμού του θείου κ.λπ. Το χημικό περιγράφει την αλληλεπίδρασή του με άλλες ουσίες.
Θειάφι από άποψη φυσικής
Αυτή είναι μια εύθραυστη ουσία. Υπό κανονικές συνθήκες, βρίσκεται σε στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης. Το θείο έχει χρώμα κίτρινο λεμονιού.
Και ως επί το πλείστον, όλες οι ενώσεις του έχουν κίτρινες αποχρώσεις. Δεν διαλύεται στο νερό. Έχει χαμηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Αυτά τα χαρακτηριστικά το χαρακτηρίζουν ως τυπικό αμέταλλο. Παρά το γεγονός ότι η χημική σύνθεση του θείου δεν είναι καθόλου περίπλοκη, αυτή η ουσία μπορεί να έχει πολλές παραλλαγές. Όλα εξαρτώνται από τη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος, με τη βοήθεια του οποίου συνδέονται τα άτομα, αλλά δεν σχηματίζουν μόρια.
Έτσι, η πρώτη επιλογή είναι το ρομβικό θείο. Είναι η πιο σταθερή. Το σημείο βρασμού αυτού του τύπου θείου είναι τετρακόσιοι σαράντα πέντε βαθμοί Κελσίου. Αλλά για να περάσει μια δεδομένη ουσία σε αέρια κατάσταση συσσωμάτωσης, πρέπει πρώτα να περάσει από μια υγρή κατάσταση. Έτσι, η τήξη του θείου συμβαίνει σε μια θερμοκρασία που είναι εκατόν δεκατρείς βαθμοί Κελσίου.
Η δεύτερη επιλογή είναι το μονοκλινικό θείο. Είναι κρύσταλλοι σε σχήμα βελόνας με σκούρο κίτρινο χρώμα. Η τήξη του θείου του πρώτου τύπου και στη συνέχεια η αργή ψύξη του οδηγεί στο σχηματισμό αυτού του τύπου. Αυτή η ποικιλία έχει σχεδόν τα ίδια φυσικά χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα, το σημείο βρασμού του θείου αυτού του τύπου εξακολουθεί να είναι το ίδιο τετρακόσιοι σαράντα πέντε βαθμοί. Επιπλέον, υπάρχει μια τέτοια ποικιλία αυτής της ουσίας όπως το πλαστικό. Λαμβάνεται ρίχνοντας σε κρύο νερό που έχει ζεσταθεί σχεδόν σε ρόμβο. Το σημείο βρασμού του θείου αυτού του τύπου είναι το ίδιο. Όμως η ουσία έχει την ιδιότητα να τεντώνεται σαν καουτσούκ.
Ένα άλλο στοιχείο του φυσικού χαρακτηριστικού για το οποίο θα ήθελα να μιλήσω είναι η θερμοκρασία ανάφλεξης του θείου.
Αυτός ο δείκτης μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τον τύπο του υλικού και την προέλευσή του. Για παράδειγμα, η θερμοκρασία ανάφλεξης του τεχνικού θείου είναι εκατόν ενενήντα βαθμοί. Αυτό είναι ένα αρκετά χαμηλό ποσοστό. Σε άλλες περιπτώσεις, το σημείο ανάφλεξης του θείου μπορεί να είναι διακόσιες σαράντα οκτώ μοίρες και ακόμη και διακόσιες πενήντα έξι. Όλα εξαρτώνται από το υλικό από το οποίο εξορύχθηκε, τι πυκνότητα έχει. Αλλά μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η θερμοκρασία καύσης του θείου είναι αρκετά χαμηλή, σε σύγκριση με άλλα χημικά στοιχεία, είναι μια εύφλεκτη ουσία. Επιπλέον, μερικές φορές το θείο μπορεί να συνδυαστεί σε μόρια που αποτελούνται από οκτώ, έξι, τέσσερα ή δύο άτομα. Τώρα, έχοντας εξετάσει το θείο από τη σκοπιά της φυσικής, ας προχωρήσουμε στην επόμενη ενότητα.
Χημικός χαρακτηρισμός του θείου
Αυτό το στοιχείο έχει σχετικά χαμηλή ατομική μάζα, ισούται με τριάντα δύο γραμμάρια ανά mole. Το χαρακτηριστικό του στοιχείου θείου περιλαμβάνει ένα τέτοιο χαρακτηριστικό αυτής της ουσίας όπως η ικανότητα να έχει διαφορετικούς βαθμούς οξείδωσης. Σε αυτό διαφέρει από, ας πούμε, υδρογόνο ή οξυγόνο. Λαμβάνοντας υπόψη το ερώτημα ποιο είναι το χημικό χαρακτηριστικό του θειούχου στοιχείου, είναι αδύνατο να μην αναφέρουμε ότι, ανάλογα με τις συνθήκες, εμφανίζει τόσο αναγωγικές όσο και οξειδωτικές ιδιότητες. Έτσι, με τη σειρά, εξετάστε την αλληλεπίδραση μιας δεδομένης ουσίας με διάφορες χημικές ενώσεις.
Θείο και απλές ουσίες
Οι απλές ουσίες είναι ουσίες που περιέχουν μόνο ένα χημικό στοιχείο. Τα άτομά του μπορεί να συνδυάζονται σε μόρια, όπως, για παράδειγμα, στην περίπτωση του οξυγόνου, ή μπορεί να μην συνδυάζονται, όπως συμβαίνει με τα μέταλλα. Έτσι, το θείο μπορεί να αντιδράσει με μέταλλα, άλλα αμέταλλα και αλογόνα.
Αλληλεπίδραση με μέταλλα
Απαιτείται υψηλή θερμοκρασία για να πραγματοποιηθεί αυτό το είδος διαδικασίας. Υπό αυτές τις συνθήκες, εμφανίζεται μια αντίδραση προσθήκης. Δηλαδή, τα άτομα μετάλλων ενώνονται με άτομα θείου, σχηματίζοντας έτσι σύνθετες ουσίες σουλφίδια. Για παράδειγμα, εάν δύο γραμμομόρια καλίου θερμαίνονται αναμειγνύοντάς τα με ένα γραμμομόριο θείου, παίρνουμε ένα γραμμομόριο θειούχου αυτού του μετάλλου. Η εξίσωση μπορεί να γραφτεί με την ακόλουθη μορφή: 2K + S = K 2 S.
Αντίδραση με οξυγόνο
Αυτό είναι καύση θείου. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, σχηματίζεται το οξείδιο του. Το τελευταίο μπορεί να είναι δύο τύπων. Επομένως, η καύση του θείου μπορεί να συμβεί σε δύο στάδια. Το πρώτο είναι όταν ένα mole θείου και ένα mole οξυγόνου σχηματίζουν ένα mole διοξειδίου του θείου. Μπορείτε να γράψετε την εξίσωση αυτής της χημικής αντίδρασης ως εξής: S + O 2 \u003d SO 2. Το δεύτερο στάδιο είναι η προσθήκη ενός ακόμη ατόμου οξυγόνου στο διοξείδιο. Αυτό συμβαίνει εάν προσθέσετε ένα mole οξυγόνου σε δύο mole σε υψηλή θερμοκρασία. Το αποτέλεσμα είναι δύο γραμμομόρια τριοξειδίου του θείου. Η εξίσωση αυτής της χημικής αλληλεπίδρασης μοιάζει με αυτή: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, σχηματίζεται θειικό οξύ. Έτσι, πραγματοποιώντας τις δύο διαδικασίες που περιγράφηκαν, είναι δυνατό να περάσει το τριοξείδιο που προκύπτει μέσω ενός πίδακα υδρατμών. Και παίρνουμε Η εξίσωση για μια τέτοια αντίδραση γράφεται ως εξής: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.
Αλληλεπίδραση με αλογόνα
Χημικό όπως και άλλα μη μέταλλα, του επιτρέπουν να αντιδράσει με αυτήν την ομάδα ουσιών. Περιλαμβάνει ενώσεις όπως φθόριο, βρώμιο, χλώριο, ιώδιο. Το θείο αντιδρά με οποιοδήποτε από αυτά, εκτός από το τελευταίο. Ως παράδειγμα, μπορούμε να αναφέρουμε τη διαδικασία φθορίωσης του στοιχείου του περιοδικού πίνακα που εξετάζουμε. Με θέρμανση του αναφερόμενου αμέταλλου με ένα αλογόνο, μπορούν να ληφθούν δύο παραλλαγές φθορίου. Η πρώτη περίπτωση: αν πάρουμε ένα mole θείου και τρία mole φθορίου, παίρνουμε ένα mole φθορίου, ο τύπος του οποίου είναι SF 6. Η εξίσωση μοιάζει με αυτό: S + 3F 2 = SF 6. Επιπλέον, υπάρχει και μια δεύτερη επιλογή: αν πάρουμε ένα mole θείου και δύο mole φθορίου, θα πάρουμε ένα mole φθορίου με τον χημικό τύπο SF 4 . Η εξίσωση γράφεται με την εξής μορφή: S + 2F 2 = SF 4 . Όπως μπορείτε να δείτε, όλα εξαρτώνται από τις αναλογίες στις οποίες αναμειγνύονται τα συστατικά. Με τον ίδιο ακριβώς τρόπο, είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί η διαδικασία χλωρίωσης του θείου (μπορούν επίσης να σχηματιστούν δύο διαφορετικές ουσίες) ή βρωμίωσης.
Αλληλεπίδραση με άλλες απλές ουσίες
Ο χαρακτηρισμός του στοιχείου θειάφι δεν τελειώνει εκεί. Η ουσία μπορεί επίσης να εισέλθει σε χημική αντίδραση με υδρογόνο, φώσφορο και άνθρακα. Λόγω της αλληλεπίδρασης με το υδρογόνο, σχηματίζεται θειούχο οξύ. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασής του με μέταλλα, μπορούν να ληφθούν τα σουλφίδια τους, τα οποία, με τη σειρά τους, λαμβάνονται επίσης με άμεση αντίδραση του θείου με το ίδιο μέταλλο. Η προσθήκη ατόμων υδρογόνου σε άτομα θείου συμβαίνει μόνο σε συνθήκες πολύ υψηλής θερμοκρασίας. Όταν το θείο αντιδρά με τον φώσφορο, σχηματίζεται το φωσφίδιο του. Έχει τον ακόλουθο τύπο: P 2 S 3. Για να πάρετε ένα mole αυτής της ουσίας, πρέπει να πάρετε δύο mol φωσφόρου και τρία mole θείου. Όταν το θείο αλληλεπιδρά με τον άνθρακα, σχηματίζεται το καρβίδιο του θεωρούμενου μη μετάλλου. Ο χημικός τύπος του μοιάζει με αυτό: CS 2. Για να πάρετε ένα mole αυτής της ουσίας, πρέπει να πάρετε ένα mole άνθρακα και δύο mole θείου. Όλες οι αντιδράσεις προσθήκης που περιγράφονται παραπάνω συμβαίνουν μόνο όταν τα αντιδρώντα θερμαίνονται σε υψηλές θερμοκρασίες. Εξετάσαμε την αλληλεπίδραση του θείου με απλές ουσίες, τώρα ας προχωρήσουμε στο επόμενο σημείο.
Θείο και σύνθετες ενώσεις
Ενώσεις είναι εκείνες οι ουσίες των οποίων τα μόρια αποτελούνται από δύο (ή περισσότερα) διαφορετικά στοιχεία. Οι χημικές ιδιότητες του θείου του επιτρέπουν να αντιδρά με ενώσεις όπως τα αλκάλια, καθώς και με συμπυκνωμένο θειικό οξύ. Οι αντιδράσεις του με αυτές τις ουσίες είναι μάλλον περίεργες. Αρχικά, σκεφτείτε τι συμβαίνει όταν το εν λόγω αμέταλλο αναμειγνύεται με αλκάλια. Για παράδειγμα, αν πάρετε έξι mole και προσθέσετε τρία moles θείου σε αυτά, θα λάβετε δύο mole θειούχου καλίου, ένα mole από το δεδομένο θειώδες μέταλλο και τρία mole νερό. Αυτό το είδος αντίδρασης μπορεί να εκφραστεί με την ακόλουθη εξίσωση: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Με την ίδια αρχή, η αλληλεπίδραση συμβαίνει εάν προσθέσετε Στη συνέχεια, εξετάστε τη συμπεριφορά του θείου όταν ένα συμπυκνωμένο διάλυμα σε αυτό προστίθεται θειικό οξύ. Εάν πάρουμε ένα mole της πρώτης και δύο mole της δεύτερης ουσίας, παίρνουμε τα ακόλουθα προϊόντα: τριοξείδιο του θείου σε ποσότητα τριών moles, και επίσης νερό - δύο moles. Αυτή η χημική αντίδραση μπορεί να λάβει χώρα μόνο όταν τα αντιδρώντα θερμαίνονται σε υψηλή θερμοκρασία.
Λήψη του θεωρούμενου μη μετάλλου
Υπάρχουν πολλές κύριες μέθοδοι με τις οποίες μπορεί να εξαχθεί το θείο από μια ποικιλία ουσιών. Η πρώτη μέθοδος είναι να απομονωθεί από τον πυρίτη. Ο χημικός τύπος του τελευταίου είναι FeS 2 . Όταν αυτή η ουσία θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο, μπορεί να ληφθεί άλλο θειούχο σίδηρο - FeS - και θείο. Η εξίσωση της αντίδρασης γράφεται ως εξής: FeS 2 \u003d FeS + S. Η δεύτερη μέθοδος λήψης θείου, η οποία χρησιμοποιείται συχνά στη βιομηχανία, είναι η καύση θειούχου θείου υπό την προϋπόθεση μικρής ποσότητας οξυγόνου. Σε αυτή την περίπτωση, μπορείτε να πάρετε το θεωρούμενο μη μέταλλο και νερό. Για να πραγματοποιήσετε την αντίδραση, πρέπει να πάρετε τα συστατικά σε μοριακή αναλογία δύο προς ένα. Ως αποτέλεσμα, παίρνουμε τα τελικά προϊόντα σε αναλογίες δύο προς δύο. Η εξίσωση για αυτή τη χημική αντίδραση μπορεί να γραφτεί ως εξής: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Επιπλέον, το θείο μπορεί να ληφθεί κατά τη διάρκεια διαφόρων μεταλλουργικών διεργασιών, για παράδειγμα, στην παραγωγή μετάλλων όπως το νικέλιο, χαλκό και άλλα.
Βιομηχανική χρήση
Το μη μέταλλο που εξετάζουμε έχει βρει την ευρύτερη εφαρμογή του στη χημική βιομηχανία. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, εδώ χρησιμοποιείται για τη λήψη θειικού οξέος από αυτό. Επιπλέον, το θείο χρησιμοποιείται ως συστατικό για την κατασκευή σπίρτων, λόγω του ότι είναι εύφλεκτο υλικό. Είναι επίσης απαραίτητο για την παραγωγή εκρηκτικών, πυρίτιδας, βεγγαλικών κ.λπ. Επιπλέον, το θείο χρησιμοποιείται ως ένα από τα συστατικά των προϊόντων ελέγχου παρασίτων. Στην ιατρική, χρησιμοποιείται ως συστατικό στην παρασκευή φαρμάκων για δερματικές παθήσεις. Επίσης, η εν λόγω ουσία χρησιμοποιείται για την παραγωγή διαφόρων βαφών. Επιπλέον, χρησιμοποιείται στην παρασκευή φωσφόρων.
Ηλεκτρονική δομή του θείου
Όπως γνωρίζετε, όλα τα άτομα αποτελούνται από έναν πυρήνα, στον οποίο υπάρχουν πρωτόνια - θετικά φορτισμένα σωματίδια - και νετρόνια, δηλαδή σωματίδια που έχουν μηδενικό φορτίο. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα με αρνητικό φορτίο. Για να είναι ένα άτομο ουδέτερο, πρέπει να έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων στη δομή του. Εάν υπάρχουν περισσότερα από τα τελευταία, αυτό είναι ήδη ένα αρνητικό ιόν - ένα ανιόν. Αν, αντίθετα, ο αριθμός των πρωτονίων είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των ηλεκτρονίων, αυτό είναι ένα θετικό ιόν ή κατιόν. Το ανιόν θείου μπορεί να δράσει ως υπόλειμμα οξέος. Αποτελεί μέρος των μορίων ουσιών όπως το θειούχο οξύ (υδρόθειο) και τα θειούχα μετάλλων. Ένα ανιόν σχηματίζεται κατά την ηλεκτρολυτική διάσταση, η οποία συμβαίνει όταν μια ουσία διαλύεται στο νερό. Σε αυτή την περίπτωση, το μόριο αποσυντίθεται σε ένα κατιόν, το οποίο μπορεί να αναπαρασταθεί ως ιόν μετάλλου ή υδρογόνου, καθώς και ως κατιόν - ένα ιόν ενός υπολείμματος οξέος ή μια ομάδα υδροξυλίου (ΟΗ-).
Δεδομένου ότι ο σειριακός αριθμός του θείου στον περιοδικό πίνακα είναι δεκαέξι, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ακριβώς αυτός ο αριθμός πρωτονίων βρίσκεται στον πυρήνα του. Με βάση αυτό, μπορούμε να πούμε ότι υπάρχουν επίσης δεκαέξι ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω. Ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να βρεθεί αφαιρώντας τον σειριακό αριθμό του χημικού στοιχείου από τη μοριακή μάζα: 32 - 16 \u003d 16. Κάθε ηλεκτρόνιο δεν περιστρέφεται τυχαία, αλλά κατά μήκος μιας ορισμένης τροχιάς. Δεδομένου ότι το θείο είναι ένα χημικό στοιχείο που ανήκει στην τρίτη περίοδο του περιοδικού πίνακα, υπάρχουν τρεις τροχιές γύρω από τον πυρήνα. Το πρώτο έχει δύο ηλεκτρόνια, το δεύτερο έχει οκτώ και το τρίτο έχει έξι. Ο ηλεκτρονικός τύπος του ατόμου του θείου γράφεται ως εξής: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Επικράτηση στη φύση
Βασικά, το θεωρούμενο χημικό στοιχείο βρίσκεται στη σύνθεση ορυκτών, τα οποία είναι σουλφίδια διαφόρων μετάλλων. Πρώτα απ 'όλα, είναι πυρίτης - αλάτι σιδήρου. Είναι επίσης μόλυβδος, ασήμι, λάμψη χαλκού, μείγμα ψευδαργύρου, θειούχος κιννάβαρος - υδράργυρος. Επιπλέον, το θείο μπορεί επίσης να συμπεριληφθεί στη σύνθεση ορυκτών, η δομή των οποίων αντιπροσωπεύεται από τρία ή περισσότερα χημικά στοιχεία.
Για παράδειγμα, χαλκοπυρίτης, μιραμπιλίτης, κισερίτης, γύψος. Μπορείτε να εξετάσετε το καθένα από αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες. Ο πυρίτης είναι ένα θειούχο σίδηρο ή FeS 2 . Έχει ανοιχτό κίτρινο χρώμα με χρυσαφένια γυαλάδα. Αυτό το ορυκτό μπορεί συχνά να βρεθεί ως ακαθαρσία στο λάπις λάζουλι, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως για την κατασκευή κοσμημάτων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι αυτά τα δύο ορυκτά έχουν συχνά ένα κοινό κοίτασμα. Η λάμψη του χαλκού - χαλκοσίτης, ή χαλκοζίνη - είναι μια γαλαζωπό γκρι ουσία, παρόμοια με το μέταλλο. και η ασημένια λάμψη (αργεντίτης) έχουν παρόμοιες ιδιότητες: και τα δύο μοιάζουν με μέταλλα, έχουν γκρι χρώμα. Η κιννάβαρη είναι ένα καφέ-κόκκινο θαμπό ορυκτό με γκρι μπαλώματα. Ο χαλκοπυρίτης, του οποίου ο χημικός τύπος είναι CuFeS 2, είναι χρυσοκίτρινος, ονομάζεται επίσης χρυσό μείγμα. Το μείγμα ψευδαργύρου (σφαληρίτης) μπορεί να έχει χρώμα από κεχριμπαρένιο έως φλογερό πορτοκαλί. Mirabilite - Na 2 SO 4 x10H 2 O - διαφανείς ή λευκοί κρύσταλλοι. Ονομάζεται επίσης χρησιμοποιείται στην ιατρική. Ο χημικός τύπος του κισερίτη είναι MgSO 4 xH 2 O. Μοιάζει με λευκή ή άχρωμη σκόνη. Ο χημικός τύπος του γύψου είναι CaSO 4 x2H 2 O. Επιπλέον, αυτό το χημικό στοιχείο είναι μέρος των κυττάρων των ζωντανών οργανισμών και είναι σημαντικό ιχνοστοιχείο.
Όταν λαμβάνετε αέριο ψησίματος με καύση θείου, δεν χρειάζεται να το καθαρίσετε από ακαθαρσίες. Το στάδιο προετοιμασίας θα περιλαμβάνει μόνο ξήρανση αερίου και απόρριψη οξέος. Όταν καίγεται θείο, εμφανίζεται μια μη αναστρέψιμη εξώθερμη αντίδραση:
μικρό + Ο 2 = ΕΤΣΙ 2 (1)
με την απελευθέρωση πολύ μεγάλης ποσότητας θερμότητας: αλλαγή στο H \u003d -362,4 kJ / mol ή ως προς τη μονάδα μάζας 362,4 / 32 \u003d 11,325 kJ / t \u003d 11325 kJ / kg S.
Το λιωμένο υγρό θείο που παρέχεται για καύση εξατμίζεται (βράζει) σε θερμοκρασία 444,6 *C. η θερμότητα εξάτμισης είναι 288 kJ/kg. Όπως φαίνεται από τα παραπάνω δεδομένα, η θερμότητα της αντίδρασης καύσης του θείου είναι αρκετά επαρκής για την εξάτμιση της πρώτης ύλης, επομένως η αλληλεπίδραση θείου και οξυγόνου συμβαίνει στην αέρια φάση (ομοιογενής αντίδραση).
Η καύση του θείου στη βιομηχανία πραγματοποιείται ως εξής. Το θείο είναι προ-λιωμένο (για αυτό μπορείτε να χρησιμοποιήσετε υδρατμούς που λαμβάνονται χρησιμοποιώντας τη θερμότητα της κύριας αντίδρασης καύσης του θείου). Δεδομένου ότι το σημείο τήξης του θείου είναι σχετικά χαμηλό, είναι εύκολο να διαχωριστούν οι μηχανικές ακαθαρσίες που δεν έχουν περάσει στην υγρή φάση με καθίζηση και επακόλουθη διήθηση από το θείο, και να ληφθεί μια πρώτη ύλη επαρκούς καθαρότητας. Δύο τύποι κλιβάνων χρησιμοποιούνται για την καύση λιωμένου θείου - ακροφύσιο και κυκλώνα.Είναι απαραίτητο να προβλεφθεί ο ψεκασμός υγρού θείου σε αυτά για την ταχεία εξάτμισή του και την εξασφάλιση αξιόπιστης επαφής με τον αέρα σε όλα τα μέρη της συσκευής.
Από τον κλίβανο, το αέριο ψησίματος εισέρχεται στον λέβητα απορριμμάτων θερμότητας και στη συνέχεια στις επόμενες συσκευές.
Η συγκέντρωση του διοξειδίου του θείου στο αέριο ψησίματος εξαρτάται από την αναλογία θείου και αέρα που παρέχεται για καύση. Εάν ληφθεί αέρας σε στοιχειομετρική ποσότητα, π.χ. για κάθε mole θείου 1 mole οξυγόνου, στη συνέχεια, με την πλήρη καύση του θείου, η συγκέντρωση θα είναι ίση με το κλάσμα όγκου του οξυγόνου στον αέρα C άρα 2. max \u003d 21%. Ωστόσο, συνήθως λαμβάνεται υπερβολικός αέρας, διαφορετικά η θερμοκρασία του κλιβάνου θα είναι πολύ υψηλή.
Με την αδιαβατική καύση του θείου, η θερμοκρασία ψησίματος για το μείγμα αντίδρασης στοιχειομετρικής σύνθεσης θα είναι ~ 1500*C. Πρακτικά, η δυνατότητα αύξησης της θερμοκρασίας στον κλίβανο περιορίζεται από το γεγονός ότι πάνω από τους 1300*C καταστρέφεται γρήγορα η επένδυση του κλιβάνου και των αγωγών αερίου. Συνήθως, κατά την καύση θείου, λαμβάνεται ένα αέριο ψησίματος που περιέχει 13 - 14% SO 2.
2. Οξείδωση επαφής so2 σε so3
Η οξείδωση επαφής του διοξειδίου του θείου είναι ένα τυπικό παράδειγμα ετερογενούς οξειδωτικής εξώθερμης κατάλυσης.
Αυτή είναι μια από τις πιο μελετημένες καταλυτικές συνθέσεις. Στην ΕΣΣΔ, η πιο ενδελεχής εργασία για τη μελέτη της οξείδωσης του SO 2 σε SO 3 και την ανάπτυξη καταλυτών πραγματοποιήθηκε από τον G.K. Μπορέσκοφ. Αντίδραση οξείδωσης διοξειδίου του θείου
ΕΤΣΙ 2 + 0,5 Ο 2 = ΕΤΣΙ 3 (2)
χαρακτηρίζεται από πολύ υψηλή τιμή ενέργειας ενεργοποίησης και επομένως η πρακτική εφαρμογή της είναι δυνατή μόνο με την παρουσία καταλύτη.
Στη βιομηχανία, ο κύριος καταλύτης για την οξείδωση του SO 2 είναι ένας καταλύτης με βάση το οξείδιο του βαναδίου V 2 O 5 (μάζα επαφής βαναδίου). Η καταλυτική δράση σε αυτή την αντίδραση φαίνεται επίσης από άλλες ενώσεις, κυρίως την πλατίνα. Ωστόσο, οι καταλύτες πλατίνας είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι ακόμη και σε ίχνη αρσενικού, σεληνίου, χλωρίου και άλλων ακαθαρσιών, και ως εκ τούτου σταδιακά αντικαταστάθηκαν από καταλύτες βαναδίου.
Ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου, επομένως η διαδικασία στη βιομηχανία πραγματοποιείται με περίσσεια αυτού.
Δεδομένου ότι η αντίδραση οξείδωσης SO 2 ανήκει στον εξώθερμο τύπο, το καθεστώς θερμοκρασίας για την εφαρμογή της θα πρέπει να προσεγγίζει τη γραμμή των βέλτιστων θερμοκρασιών. Η επιλογή της λειτουργίας θερμοκρασίας επιβάλλεται επιπλέον από δύο περιορισμούς που σχετίζονται με τις ιδιότητες του καταλύτη. Το κατώτερο όριο θερμοκρασίας είναι η θερμοκρασία ανάφλεξης των καταλυτών βαναδίου, η οποία, ανάλογα με τον συγκεκριμένο τύπο καταλύτη και τη σύνθεση αερίου, είναι 400 - 440 * C. το ανώτερο όριο θερμοκρασίας είναι 600 - 650*C και καθορίζεται από το γεγονός ότι πάνω από αυτές τις θερμοκρασίες αναδιατάσσεται η δομή του καταλύτη και χάνει τη δραστηριότητά του.
Στο εύρος των 400 - 600 * C, η διαδικασία επιδιώκεται να εκτελείται με τέτοιο τρόπο ώστε όσο αυξάνεται ο βαθμός μετατροπής, η θερμοκρασία να μειώνεται.
Τις περισσότερες φορές στη βιομηχανία, χρησιμοποιούνται συσκευές επαφής ραφιών με εξωτερική εναλλαγή θερμότητας. Το σχήμα ανταλλαγής θερμότητας προϋποθέτει τη μέγιστη χρήση της θερμότητας της αντίδρασης για τη θέρμανση του αερίου πηγής και την ταυτόχρονη ψύξη του αερίου μεταξύ των ραφιών.
Ένα από τα πιο σημαντικά καθήκοντα που αντιμετωπίζει η βιομηχανία θειικού οξέος είναι η αύξηση του βαθμού μετατροπής του διοξειδίου του θείου και η μείωση των εκπομπών του στην ατμόσφαιρα. Αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί με διάφορους τρόπους.
Μία από τις πιο ορθολογικές μεθόδους για την επίλυση αυτού του προβλήματος, που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία θειικού οξέος, είναι η μέθοδος διπλής επαφής και διπλής απορρόφησης (DKDA). Για να μετατοπιστεί η ισορροπία προς τα δεξιά και να αυξηθεί η απόδοση της διαδικασίας, καθώς και για να αυξηθεί η ταχύτητα της διαδικασίας, η διαδικασία πραγματοποιείται σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο. Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι το μείγμα αντίδρασης, στο οποίο ο βαθμός μετατροπής του SO 2 είναι 90 - 95%, ψύχεται και αποστέλλεται σε έναν ενδιάμεσο απορροφητή για διαχωρισμό του SO 3 . Στο υπόλοιπο αέριο αντίδρασης, η αναλογία O 2 :SO 2 αυξάνεται σημαντικά, γεγονός που οδηγεί σε μετατόπιση της ισορροπίας της αντίδρασης προς τα δεξιά. Το πρόσφατα θερμαινόμενο αέριο αντίδρασης τροφοδοτείται και πάλι στη συσκευή επαφής, όπου το 95% της μετατροπής του υπολοίπου SO 2 επιτυγχάνεται σε ένα ή δύο στρώματα καταλύτη. Η συνολική μετατροπή του SO 2 σε αυτή τη διαδικασία είναι 99,5% - 99,8%.