Physico-chemical na batayan ng proseso ng sulfur combustion.
Ang pagkasunog ng S ay nangyayari sa pagpapalabas ng malaking halaga ng init: 0.5S 2g + O 2g = SO 2g, ΔH = -362.43 kJ
Ang pagkasunog ay isang kumplikadong kemikal at pisikal na phenomena. Sa isang combustion device kailangang harapin ang mga kumplikadong larangan ng mga bilis, konsentrasyon at temperatura na mahirap ilarawan sa matematika.
Ang pagkasunog ng molten S ay nakasalalay sa mga kondisyon ng pakikipag-ugnayan at pagkasunog ng mga indibidwal na droplet. Ang kahusayan ng proseso ng pagkasunog ay tinutukoy ng oras ng kumpletong pagkasunog ng bawat particle ng asupre. Ang pagkasunog ng asupre, na nangyayari lamang sa yugto ng gas, ay nauuna sa pagsingaw ng S, paghahalo ng mga singaw nito sa hangin at pag-init ng pinaghalong sa t, na tinitiyak ang kinakailangang rate ng reaksyon. Dahil ang mas matinding pagsingaw mula sa ibabaw ng isang patak ay nagsisimula lamang sa isang tiyak na t, ang bawat patak ng likidong asupre ay dapat na pinainit hanggang sa t na ito. Ang mas mataas na t, mas maraming oras ang aabutin upang mapainit ang drop. Kapag ang isang nasusunog na pinaghalong singaw S at hangin na may pinakamataas na konsentrasyon at t ay nabuo sa ibabaw ng ibabaw ng patak, nangyayari ang pag-aapoy. Ang proseso ng pagkasunog ng isang patak ng S ay nakasalalay sa mga kondisyon ng pagkasunog: t at ang kamag-anak na bilis ng daloy ng gas, at ang pisikal at kemikal na mga katangian ng likido S (halimbawa, ang pagkakaroon ng mga solidong dumi ng abo sa S), at binubuo ng yugto: 1-paghahalo ng mga patak ng likidong S sa hangin; 2-pagpapainit ng mga patak na ito at pagsingaw; 3-thermal splitting ng S vapors; 4-pagbuo ng gas phase at ang pag-aapoy nito; 5-pagkasunog ng bahagi ng gas.
Ang mga yugtong ito ay nangyayari halos sabay-sabay.
Bilang resulta ng pag-init, ang isang patak ng likidong S ay nagsisimulang mag-evaporate, ang mga singaw ng S ay nagkakalat sa combustion zone, kung saan sa mataas na t sila ay nagsisimulang aktibong tumutugon sa O 2 sa hangin, at ang proseso ng diffusion combustion ng S ay nangyayari kasama ang pagbuo ng SO 2.
Sa mataas na t, ang rate ng reaksyon ng oksihenasyon S ay mas malaki kaysa sa rate ng mga pisikal na proseso, samakatuwid ang pangkalahatang rate ng proseso ng pagkasunog ay tinutukoy ng mga proseso ng paglipat ng masa at init.
Tinutukoy ng molecular diffusion ang isang mahinahon, medyo mabagal na proseso ng combustion, habang ang magulong diffusion ay nagpapabilis nito. Habang bumababa ang laki ng droplet, bumababa ang oras ng pagsingaw. Ang pinong atomization ng mga particle ng sulfur at ang kanilang pare-parehong pamamahagi sa daloy ng hangin ay nagpapataas ng contact surface, na nagpapadali sa pag-init at pagsingaw ng mga particle. Kapag sinusunog ang bawat solong patak S sa komposisyon ng tanglaw, 3 mga panahon ay dapat makilala: ako-incubation; II- matinding pagkasunog; III- ang panahon ng afterburning.
Kapag ang isang patak ay nasusunog, ang mga apoy ay naglalabas mula sa ibabaw nito, na nakapagpapaalaala sa mga solar flare. Sa kaibahan sa ordinaryong diffusion combustion na may paglabas ng apoy mula sa ibabaw ng isang nasusunog na patak, ito ay tinatawag na "explosive combustion".
Ang pagkasunog ng isang droplet S sa diffusion mode ay nangyayari sa pamamagitan ng pagsingaw ng mga molekula mula sa ibabaw ng droplet. Ang rate ng pagsingaw ay nakasalalay sa mga pisikal na katangian ng likido at t ng kapaligiran, at tinutukoy ng katangian ng rate ng pagsingaw. Sa differential mode, nag-iilaw ang S sa mga yugto I at III. Ang paputok na pagkasunog ng isang patak ay sinusunod lamang sa panahon ng matinding pagkasunog sa panahon ng II. Ang tagal ng panahon ng matinding pagkasunog ay proporsyonal sa kubo ng paunang diameter ng patak. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang paputok na pagkasunog ay bunga ng mga prosesong nagaganap sa dami ng drop. Mga katangian ng burning rate calc. ni f-le: SA= /τ сг;
d n - paunang diameter ng drop, mm; τ – oras ng kumpletong pagkasunog ng patak, s.
Ang katangian ng droplet burning rate ay katumbas ng kabuuan ng mga katangian ng diffusion at explosive combustion: SA= K sa + K diff; Kvz= 0.78∙exp(-(1.59∙р) 2.58); K diff= 1.21∙r +0.23; K T2= K T1 ∙exp(E a /R∙(1/T 1 – 1/T 2)); K T1 - pare-pareho ang rate ng pagkasunog sa t 1 = 1073 K. K T2 - pare-pareho. rate ng pag-init sa t iba sa t 1. E a – activation energy (7850 kJ/mol).
NA. Ang mga pangunahing kondisyon para sa epektibong pagkasunog ng likidong S ay: supply ng buong kinakailangang dami ng hangin sa bibig ng sulo, pinong at pare-parehong pag-spray ng likido S, kaguluhan ng daloy at mataas na t.
Ang pangkalahatang pag-asa ng intensity ng pagsingaw ng likido S sa bilis ng gas at t: K 1= a∙V/(b+V); a, b ay mga pare-pareho depende sa t. V - bilis gas, m/s. Sa mas mataas na t, ang dependence ng evaporation intensity S sa gas velocity ay: K 1= K o ∙ V n ;
| t, o C | tungkol sa lgK | n |
| 4,975 | 0,58 | |
| 5,610 | 0,545 | |
| 6,332 | 0,8 |
Sa pagtaas ng t mula 120 hanggang 180 o C, ang evaporation intensity S ay tumataas ng 5-10 beses, at mula 180 hanggang 440 o C ng 300-500 beses.
Ang rate ng pagsingaw sa bilis ng gas na 0.104 m/s ay tinutukoy: = 8.745 – 2600/T (sa 120-140 o C); = 7.346 –2025/T (sa 140-200 o C); = 10.415 – 3480/T (sa 200-440 o C).
Upang matukoy ang rate ng pagsingaw S sa anumang t mula 140 hanggang 440 o C at bilis ng gas sa hanay na 0.026-0.26 m/s, ito ay unang natagpuan para sa bilis ng gas na 0.104 m/s at muling kinakalkula sa ibang bilis: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Ang paghahambing ng intensity ng evaporation ng liquid sulfur at ang combustion rate ay nagmumungkahi na ang intensity ng combustion ay hindi maaaring lumampas sa intensity ng evaporation sa boiling point ng sulfur. Kinukumpirma nito ang kawastuhan ng mekanismo ng pagkasunog, ayon sa kung saan ang asupre ay nasusunog lamang sa estado ng singaw. Ang rate na pare-pareho para sa oksihenasyon ng sulfur vapor (ang reaksyon ay nagpapatuloy ayon sa isang second-order equation) ay tinutukoy ng kinetic equation: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; С S – konsentrasyon ng singaw S; C O2 - konsentrasyon ng singaw ng O 2; K ay pare-pareho ang rate ng reaksyon. Ang kabuuang konsentrasyon ng S at O 2 vapors ay: Kasama si S= a(1-x); Sa O2= b – 2ax; a ay ang paunang konsentrasyon ng singaw S; b - paunang konsentrasyon ng singaw ng O2; Ang x ay ang estado ng oksihenasyon ng singaw S. Pagkatapos:
K∙τ= (2.3 /(b – 2a)) ∙ (log(b – ax/b(1 - x)));
Rate constant para sa oksihenasyon ng S hanggang SO 2: lgK= B – A/T;
| o C | 650 - 850 | 850 - 1100 |
| SA | 3,49 | 2,92 |
| A |
Patak ng asupre d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm sa pagsabog, sa lugar na 100-160 µm ang oras ng pagkasunog ng mga droplet ay hindi tumataas.
yun. Upang patindihin ang proseso ng pagkasunog, ipinapayong mag-spray ng asupre sa mga droplet na d = 130-200 μm, na nangangailangan ng karagdagang enerhiya. Kapag nasusunog ang parehong dami, nakuha ang S. Ang SO 2 ay mas puro, mas maliit ang volume ng furnace gas at mas mataas ang t nito.
1 – C O2; 2 – С SO2
Ipinapakita ng figure ang tinatayang relasyon sa pagitan ng t at ang konsentrasyon ng SO 2 sa furnace gas na nabuo sa panahon ng adiabatic combustion ng sulfur sa hangin. Sa pagsasagawa, ang mataas na puro SO 2 ay nakuha, na limitado sa pamamagitan ng katotohanan na sa t> 1300 ang lining ng pugon at mga gas duct ay mabilis na bumagsak. Bilang karagdagan, sa ilalim ng mga kundisyong ito, ang mga side reaction ay maaaring mangyari sa pagitan ng O 2 at N 2 ng hangin na may pagbuo ng mga nitrogen oxide, na isang hindi kanais-nais na karumihan sa SO 2, samakatuwid ang t = 1000-1200 ay karaniwang pinananatili sa sulfur furnaces. At ang mga furnace gas ay naglalaman ng 12-14 vol% SO 2. Mula sa isang volume ng O 2 isang volume ng SO 2 ay nabuo, samakatuwid ang maximum na teoretikal na nilalaman ng SO 2 sa calcining gas kapag nasusunog ang S sa hangin ay 21%. Kapag sinusunog ang S sa hangin, nasusunog ito. Ang nilalaman ng O 2 SO 2 sa isang halo ng gas ay maaaring tumaas depende sa konsentrasyon ng O 2. Ang teoretikal na nilalaman ng SO 2 kapag sinusunog ang S sa purong O 2 ay maaaring umabot sa 100%. Ang posibleng komposisyon ng litson na gas na nakuha sa pamamagitan ng pagsunog ng S sa hangin at sa iba't ibang mga mixtures ng oxygen-nitrogen ay ipinapakita sa figure:
Mga hurno para sa pagsunog ng asupre.
Ang pagkasunog ng S sa paggawa ng sulfuric acid ay isinasagawa sa mga hurno sa atomized o solid state. Para sa pagsunog ng tinunaw na S, ginagamit ang nozzle, cyclone at vibration furnaces. Ang pinakakaraniwang ginagamit ay cyclone at nozzle. Ang mga hurno na ito ay inuri ayon sa mga sumusunod na pamantayan:- sa pamamagitan ng uri ng mga naka-install na nozzle (mechanical, pneumatic, hydraulic) at ang kanilang lokasyon sa pugon (radial, tangential); - ang pagkakaroon ng mga screen sa loob ng mga combustion chamber; - ayon sa pagpapatupad (pahalang, patayo); - ayon sa lokasyon ng mga butas ng pumapasok para sa suplay ng hangin; - sa mga aparato para sa paghahalo ng mga daloy ng hangin sa mga singaw S; - sa mga kagamitan para sa paggamit ng init ng pagkasunog S; - sa bilang ng mga camera.
Nozzle furnace (bigas)
1 - silindro ng bakal, 2 - lining. 3 - asbestos, 4 - mga partisyon. 5 - nozzle para sa pag-spray ng gasolina, 6 - nozzle para sa pag-spray ng asupre,
7 - kahon para sa pagbibigay ng hangin sa pugon.
Mayroon itong medyo simpleng disenyo, madaling mapanatili, gumagawa ito ng gas na may pare-parehong konsentrasyon ng SO 2. Sa mga seryosong pagkukulang isama ang: unti-unting pagkasira ng mga partisyon dahil sa mataas na t; mababang init ng stress ng combustion chamber; kahirapan sa pagkuha ng mataas na konsentrasyon ng gas, dahil gumamit ng isang malaking labis na hangin; pag-asa ng porsyento ng pagkasunog sa kalidad ng atomization S; nangangahulugan ng pagkonsumo ng gasolina kapag sinimulan at pinapainit ang pugon; medyo malalaking dimensyon at bigat, at bilang resulta, makabuluhang pamumuhunan sa kapital, mga nakuhang lugar, mga gastos sa pagpapatakbo at malaking pagkawala ng init sa kapaligiran.
Mas perpekto mga hurno ng bagyo.
1 - prechamber, 2 - air box, 3, 5 - afterburning chambers, 4. 6 - pinch rings, 7, 9 - nozzles para sa air supply, 8, 10 - nozzles para sa sulfur supply.
Access: tangential hangin at S input; tinitiyak ang pare-parehong pagkasunog ng S sa pugon dahil sa mas mahusay na turbulization ng mga daloy; posibilidad ng pagkuha ng puro proseso ng gas hanggang sa 18 vol% SO 2; mataas na thermal boltahe ng espasyo ng pagkasunog (4.6 10 6 W/m 3); ang volume ng apparatus ay mababawasan ng 30-40 beses kumpara sa dami ng nozzle furnace ng parehong produktibidad; pare-pareho ang konsentrasyon ng SO 2; simpleng regulasyon ng porsyento ng pagkasunog S at ang automation nito; mababang pagkonsumo ng oras at nasusunog na materyal para sa pagpainit at pagsisimula ng pugon pagkatapos ng mahabang paghinto; mas mababang nilalaman ng nitrogen oxides pagkatapos ng pugon. Mga pangunahing linggo nauugnay sa mataas na t sa porsyento ng pagkasunog; ang pag-crack ng lining at welds ay posible; Ang hindi kasiya-siyang atomization ng S ay humahantong sa pagbagsak ng mga singaw nito sa exchange equipment pagkatapos ng furnace, at dahil dito sa kaagnasan ng kagamitan at kawalang-tatag ng t sa pasukan sa exchange equipment.
Ang tunaw na S ay maaaring pumasok sa hurno sa pamamagitan ng mga nozzle na may tangential o axial arrangement. Gamit ang axial arrangement ng mga nozzle, ang combustion zone ay mas malapit sa periphery. Sa tangen - mas malapit sa gitna, dahil sa kung saan ang epekto ng mataas na t sa lining ay nabawasan. (fig) Ang bilis ng daloy ng gas ay 100-120 m/s - lumilikha ito ng mga paborableng kondisyon para sa paglipat ng masa at init, at pinapataas ang rate ng pagkasunog S.
Vibrating oven (bigas).
1 – ulo ng hurno ng burner; 2 - mga balbula sa pagbabalik; 3 - channel ng panginginig ng boses.
Sa panahon ng pagkasunog ng vibration, ang lahat ng mga parameter ng proseso ay pana-panahong nagbabago (presyon sa silid, bilis at komposisyon ng pinaghalong gas, t). Device para sa vibration Ang combustion S ay tinatawag na burner stove. Bago ang furnace, ang S at ang hangin ay pinaghalo, at dumadaloy sila sa mga check valve (2) papunta sa ulo ng furnace-burner, kung saan sinusunog ang timpla. Ang supply ng mga hilaw na materyales ay isinasagawa sa mga bahagi (cyclic). Sa bersyon na ito ng hurno, ang init ng stress at rate ng pagkasunog ay tataas nang malaki, ngunit bago mag-apoy ng pinaghalong, isang mahusay na paghahalo ng sprayed S sa hangin ay kinakailangan upang ang proseso ay nangyayari kaagad. Sa kasong ito, ang mga produkto ng pagkasunog ay mahusay na halo-halong, ang SO 2 gas film na nakapalibot sa mga particle ng S ay nawasak at pinapadali ang pag-access ng mga bagong bahagi ng O 2 sa combustion zone. Sa gayong hurno, ang nabuong SO 2 ay hindi nag-aalis ng mga hindi nasusunog na particle; mataas ang konsentrasyon nito.
Ang isang cyclone furnace, kumpara sa isang nozzle furnace, ay nailalarawan sa pamamagitan ng 40-65 beses na mas mataas na thermal stress, ang posibilidad na makakuha ng mas puro gas at mas malaking produksyon ng singaw.
Ang pinakamahalagang kagamitan para sa mga furnace ng pagkasunog ay ang mga likidong S nozzle, na dapat tiyakin ang isang pino at pare-parehong pag-spray ng likido S, mahusay na paghahalo nito sa hangin sa nozzle mismo at sa likod nito, mabilis na pagsasaayos ng daloy ng rate ng likido S habang pinapanatili ang kinakailangan ang kaugnayan nito sa hangin, ang katatagan ng isang tiyak na hugis, ang haba ng tanglaw, at mayroon ding matibay na disenyo, maaasahan at madaling gamitin. Para sa maayos na operasyon ng mga injector, mahalagang malinis na mabuti ang S ng abo at bitumen. Ang mga nozzle ay maaaring mekanikal (likido sa ilalim ng sarili nitong presyon) o pneumatic (nakikilahok din ang hangin sa pag-spray).
Paggamit ng init ng pagkasunog ng asupre.
Ang reaksyon ay lubos na exothermic, bilang isang resulta, ang isang malaking halaga ng init ay inilabas at ang temperatura ng gas sa labasan ng mga hurno ay 1100-1300 0 C. Para sa contact oxidation ng SO 2, ang temperatura ng gas sa pasukan sa 1st ang layer ng pugon ay hindi dapat lumampas sa 420 - 450 0 C. Samakatuwid, bago ang yugto ng oksihenasyon ng SO 2, kinakailangan na palamig ang daloy ng gas at gamitin ang labis na init. Sa mga sistema ng sulfuric acid na nagpapatakbo sa sulfur para sa pagbawi ng init, ang mga water-tube waste heat boiler na may natural na sirkulasyon ng init ay pinakamalawak na ginagamit. SETA – C (25 - 24); RKS 95/4.0 – 440.
Ang energy-technological boiler RKS 95/4.0 – 440 ay isang water-tube, natural na sirkulasyon, gas-tight boiler, na idinisenyo upang gumana nang may pressure. Ang boiler ay binubuo ng mga evaporation device ng 1st at 2nd stages, remote economizers ng 1st at 2nd stages, remote superheaters ng 1st at 2nd stages, isang drum, at furnace para sa pagsunog ng sulfur. Ang firebox ay idinisenyo upang magsunog ng hanggang 650 tonelada ng likido. Sulfur kada araw. Ang furnace ay binubuo ng dalawang cyclone na konektado sa isa't isa sa isang anggulo na 110 0 at isang transition chamber.
Ang panloob na pambalot ay may diameter na 2.6 m at malayang nakapatong sa mga suporta. Ang panlabas na pambalot ay may diameter na 3 m. Ang hangin ay ipinakilala sa annular space na nabuo ng panloob at panlabas na mga casing, na pagkatapos ay pumapasok sa silid ng pagkasunog sa pamamagitan ng mga nozzle. Ang sulfur ay ibinibigay sa hurno gamit ang 8 sulfur nozzle, 4 sa bawat cyclone. Ang sulfur combustion ay nangyayari sa isang umiikot na gas-air flow. Nakakamit ang flow swirl sa pamamagitan ng tangentially na pagpapasok ng hangin sa combustion cyclone sa pamamagitan ng air nozzles, 3 sa bawat cyclone. Ang dami ng hangin ay kinokontrol ng electrically driven flaps sa bawat air nozzle. Ang transition chamber ay idinisenyo upang idirekta ang daloy ng gas mula sa mga pahalang na bagyo patungo sa patayong gas duct ng evaporation device. Ang panloob na ibabaw ng firebox ay may linya na may mulite-corundum brick, grade MKS-72, 250 mm ang kapal.
1 – mga bagyo
2 - silid ng paglipat
3 - mga kagamitan sa pagsingaw
Ang sulfur ay isang kemikal na elemento na matatagpuan sa ikaanim na pangkat at ikatlong yugto ng periodic table. Sa artikulong ito ay titingnan natin nang detalyado ang mga katangian ng kemikal nito, produksyon, paggamit, at iba pa. Ang pisikal na katangian ay kinabibilangan ng mga katangian tulad ng kulay, antas ng electrical conductivity, kumukulo ng sulfur, atbp. Ang mga katangian ng kemikal ay naglalarawan ng pakikipag-ugnayan nito sa iba pang mga sangkap.
Sulfur mula sa pananaw ng pisika
Ito ay isang marupok na sangkap. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, nananatili ito sa isang solidong estado ng pagsasama-sama. Ang asupre ay may lemon-dilaw na kulay.
At para sa karamihan, ang lahat ng mga compound nito ay may dilaw na tints. Hindi natutunaw sa tubig. Ito ay may mababang thermal at electrical conductivity. Ang mga tampok na ito ay nagpapakilala dito bilang isang tipikal na di-metal. Sa kabila ng katotohanan na ang kemikal na komposisyon ng asupre ay hindi lahat kumplikado, ang sangkap na ito ay maaaring magkaroon ng ilang mga pagkakaiba-iba. Ang lahat ay nakasalalay sa istraktura ng kristal na sala-sala, sa tulong ng kung saan ang mga atomo ay konektado, ngunit hindi sila bumubuo ng mga molekula.
Kaya, ang unang pagpipilian ay rhombic sulfur. Ito ang pinaka-matatag. Ang kumukulong punto ng ganitong uri ng asupre ay apat na raan at apatnapu't limang digri Celsius. Ngunit upang ang isang naibigay na sangkap ay pumasa sa isang gas na estado ng pagsasama-sama, kailangan muna nitong dumaan sa likidong estado. Kaya, ang pagkatunaw ng asupre ay nangyayari sa temperatura na isang daan at labintatlo degrees Celsius.
Ang pangalawang opsyon ay monoclinic sulfur. Ito ay isang kristal na hugis karayom na may madilim na dilaw na kulay. Ang pagtunaw ng unang uri ng asupre at pagkatapos ay dahan-dahang paglamig ito ay humahantong sa pagbuo ng ganitong uri. Ang iba't ibang ito ay may halos parehong pisikal na katangian. Halimbawa, ang kumukulong punto ng ganitong uri ng asupre ay pareho sa apat na raan at apatnapu't limang digri. Bilang karagdagan, mayroong iba't ibang uri ng sangkap na ito bilang plastik. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagbuhos ng rhombic na tubig na pinainit halos hanggang kumukulo sa malamig na tubig. Ang punto ng kumukulo ng ganitong uri ng asupre ay pareho. Ngunit ang sangkap ay may pag-aari ng pag-uunat tulad ng goma.
Ang isa pang bahagi ng mga pisikal na katangian na nais kong pag-usapan ay ang temperatura ng pag-aapoy ng asupre.
Ang tagapagpahiwatig na ito ay maaaring mag-iba depende sa uri ng materyal at pinagmulan nito. Halimbawa, ang temperatura ng pag-aapoy ng teknikal na asupre ay isang daan at siyamnapung degree. Ito ay isang medyo mababang figure. Sa ibang mga kaso, ang flash point ng asupre ay maaaring dalawang daan apatnapu't walong degree at kahit dalawang daan at limampu't anim. Ang lahat ay nakasalalay sa kung anong materyal ang nakuha at kung ano ang density nito. Ngunit maaari nating tapusin na ang temperatura ng pagkasunog ng asupre ay medyo mababa, kumpara sa iba pang mga elemento ng kemikal; ito ay isang nasusunog na sangkap. Bilang karagdagan, kung minsan ang asupre ay maaaring pagsamahin sa mga molekula na binubuo ng walo, anim, apat o dalawang atomo. Ngayon, sa pagsasaalang-alang ng asupre mula sa isang physics point of view, lumipat tayo sa susunod na seksyon.
Mga kemikal na katangian ng asupre
Ang elementong ito ay may medyo mababang atomic mass, katumbas ng tatlumpu't dalawang gramo bawat nunal. Ang mga katangian ng elemento ng asupre ay kinabibilangan ng isang tampok ng sangkap na ito bilang ang kakayahang magkaroon ng iba't ibang antas ng oksihenasyon. Ito ay naiiba sa, sabihin nating, hydrogen o oxygen. Kung isasaalang-alang ang tanong kung ano ang mga kemikal na katangian ng elemento ng asupre, imposibleng hindi banggitin na, depende sa mga kondisyon, ito ay nagpapakita ng parehong pagbabawas at pag-oxidizing na mga katangian. Kaya, tingnan natin ang pakikipag-ugnayan ng sangkap na ito sa iba't ibang mga compound ng kemikal sa pagkakasunud-sunod.
Sulfur at mga simpleng sangkap
Ang mga simpleng sangkap ay mga sangkap na naglalaman lamang ng isang elemento ng kemikal. Ang mga atomo nito ay maaaring magsama-sama sa mga molekula, tulad ng, halimbawa, sa kaso ng oxygen, o hindi sila maaaring pagsamahin, tulad ng kaso sa mga metal. Kaya, ang asupre ay maaaring tumugon sa mga metal, iba pang mga di-metal at mga halogens.
Pakikipag-ugnayan sa mga metal
Upang maisagawa ang ganitong uri ng proseso, kinakailangan ang mataas na temperatura. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, nangyayari ang isang reaksyon ng karagdagan. Iyon ay, ang mga metal na atom ay pinagsama sa mga atomo ng asupre, na bumubuo ng mga kumplikadong sangkap na sulfide. Halimbawa, kung magpapainit ka ng dalawang mole ng potassium at ihalo ang mga ito sa isang mole ng sulfur, makakakuha ka ng isang mole ng sulfide ng metal na ito. Ang equation ay maaaring isulat tulad ng sumusunod: 2K + S = K 2 S.
Reaksyon sa oxygen
Ito ang pagsunog ng asupre. Bilang resulta ng prosesong ito, nabuo ang oksido nito. Ang huli ay maaaring may dalawang uri. Samakatuwid, ang sulfur combustion ay maaaring mangyari sa dalawang yugto. Ang una ay kapag ang isang mole ng sulfur dioxide ay nabuo mula sa isang mole ng sulfur at isang mole ng oxygen. Ang equation para sa kemikal na reaksyong ito ay maaaring isulat tulad ng sumusunod: S + O 2 = SO 2. Ang ikalawang yugto ay ang pagdaragdag ng isa pang atom ng oxygen sa dioxide. Nangyayari ito kung nagdagdag ka ng isang nunal ng oxygen sa dalawang nunal sa mataas na temperatura. Ang resulta ay dalawang moles ng sulfur trioxide. Ang equation para sa chemical interaction na ito ay ganito ang hitsura: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 . Bilang resulta ng reaksyong ito, nabuo ang sulfuric acid. Kaya, nang maisagawa ang dalawang proseso na inilarawan, maaari mong ipasa ang nagresultang trioxide sa pamamagitan ng isang stream ng singaw ng tubig. At nakukuha natin Ang equation para sa naturang reaksyon ay nakasulat tulad ng sumusunod: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.
Pakikipag-ugnayan sa mga halogens
Ang mga kemikal, tulad ng iba pang hindi metal, ay nagbibigay-daan dito na tumugon sa isang partikular na grupo ng mga sangkap. Kabilang dito ang mga compound tulad ng fluorine, bromine, chlorine, yodo. Ang asupre ay tumutugon sa alinman sa mga ito maliban sa huli. Bilang halimbawa, maaari nating banggitin ang proseso ng fluoridation ng elemento ng periodic table na ating isinasaalang-alang. Sa pamamagitan ng pag-init ng nabanggit na non-metal na may halogen, dalawang variation ng fluoride ang maaaring makuha. Ang unang kaso: kung kukuha tayo ng isang nunal ng asupre at tatlong moles ng fluorine, makakakuha tayo ng isang nunal ng fluoride, ang formula nito ay SF 6. Ang equation ay ganito ang hitsura: S + 3F 2 = SF 6. Bilang karagdagan, mayroong pangalawang pagpipilian: kung kukuha tayo ng isang nunal ng asupre at dalawang moles ng fluorine, makakakuha tayo ng isang nunal ng fluoride na may formula ng kemikal na SF 4. Ang equation ay nakasulat tulad ng sumusunod: S + 2F 2 = SF 4. Tulad ng nakikita mo, ang lahat ay nakasalalay sa mga proporsyon kung saan ang mga sangkap ay halo-halong. Sa eksaktong parehong paraan, ang proseso ng sulfur chlorination (dalawang magkaibang sangkap ay maaari ding mabuo) o bromination ay maaaring isagawa.
Pakikipag-ugnayan sa iba pang mga simpleng sangkap
Ang mga katangian ng elementong asupre ay hindi nagtatapos doon. Ang substansiya ay maaari ding mag-react ng kemikal sa hydrogen, phosphorus at carbon. Dahil sa pakikipag-ugnayan sa hydrogen, nabuo ang sulfide acid. Bilang resulta ng reaksyon nito sa mga metal, ang kanilang mga sulfide ay maaaring makuha, na, sa turn, ay nakuha din nang direkta sa pamamagitan ng pagtugon sa asupre na may parehong metal. Ang pagdaragdag ng mga atomo ng hydrogen sa mga atomo ng asupre ay nangyayari lamang sa ilalim ng napakataas na mga kondisyon ng temperatura. Kapag ang asupre ay tumutugon sa posporus, ang phosphide nito ay nabuo. Ito ay may sumusunod na formula: P 2 S 3. Upang makakuha ng isang nunal ng sangkap na ito, kailangan mong kumuha ng dalawang moles ng phosphorus at tatlong moles ng sulfur. Kapag nakipag-ugnayan ang sulfur sa carbon, nabuo ang isang carbide ng nonmetal na pinag-uusapan. Ang chemical formula nito ay ganito ang hitsura: CS 2. Upang makakuha ng isang nunal ng isang naibigay na sangkap, kailangan mong kumuha ng isang nunal ng carbon at dalawang moles ng asupre. Ang lahat ng mga reaksyon sa karagdagan na inilarawan sa itaas ay nangyayari lamang kapag ang mga reagents ay pinainit sa mataas na temperatura. Tiningnan namin ang pakikipag-ugnayan ng asupre sa mga simpleng sangkap, ngayon ay lumipat tayo sa susunod na punto.
Sulfur at kumplikadong mga compound
Ang mga kumplikadong sangkap ay ang mga sangkap na ang mga molekula ay binubuo ng dalawa (o higit pa) magkaibang elemento. Ang mga kemikal na katangian ng sulfur ay nagbibigay-daan sa ito na tumugon sa mga compound tulad ng alkalis, pati na rin ang puro sulfate acid. Ang mga reaksyon nito sa mga sangkap na ito ay medyo kakaiba. Una, tingnan natin kung ano ang mangyayari kapag ang nonmetal na pinag-uusapan ay hinaluan ng alkali. Halimbawa, kung kukuha ka ng anim na moles at magdagdag ng tatlong moles ng sulfur, makakakuha ka ng dalawang moles ng potassium sulfide, isang mole ng potassium sulfite at tatlong moles ng tubig. Ang ganitong uri ng reaksyon ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng sumusunod na equation: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Ang parehong prinsipyo ng interaksyon ay nangyayari kung idaragdag mo. ay idinagdag dito. Kung kukuha kami ng isang nunal ng una at dalawang moles ng pangalawang sangkap, nakukuha namin ang mga sumusunod na produkto: sulfur trioxide sa isang halaga ng tatlong moles, pati na rin ang tubig - dalawang moles. Ang reaksyong kemikal na ito ay maaari lamang mangyari kapag ang mga reactant ay pinainit sa isang mataas na temperatura.
Pagkuha ng di-metal na pinag-uusapan
Mayroong ilang mga pangunahing paraan kung saan ang asupre ay maaaring makuha mula sa iba't ibang mga sangkap. Ang unang paraan ay upang ihiwalay ito mula sa pyrite. Ang chemical formula ng huli ay FeS 2. Kapag ang sangkap na ito ay pinainit sa isang mataas na temperatura nang walang access sa oxygen, isa pang iron sulfide - FeS - at sulfur ay maaaring makuha. Ang equation ng reaksyon ay nakasulat tulad ng sumusunod: FeS 2 = FeS + S. Ang pangalawang paraan ng paggawa ng sulfur, na kadalasang ginagamit sa industriya, ay ang pagkasunog ng sulfur sulfide sa ilalim ng kondisyon ng isang maliit na halaga ng oxygen. Sa kasong ito, maaari mong makuha ang nonmetal na pinag-uusapan at tubig. Upang maisagawa ang reaksyon, kailangan mong kunin ang mga bahagi sa isang molar ratio ng dalawa hanggang isa. Bilang resulta, nakukuha namin ang mga huling produkto sa mga proporsyon ng dalawa hanggang dalawa. Ang equation para sa kemikal na reaksyong ito ay maaaring isulat tulad ng sumusunod: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. Bilang karagdagan, ang sulfur ay maaaring makuha sa pamamagitan ng iba't ibang mga proseso ng metalurhiko, halimbawa, sa paggawa ng mga metal tulad ng nickel , tanso at iba pa.
Pang-industriya na gamit
Ang nonmetal na aming isinasaalang-alang ay natagpuan ang pinakamalawak na aplikasyon nito sa industriya ng kemikal. Tulad ng nabanggit sa itaas, dito ito ay ginagamit upang makagawa ng sulfate acid mula dito. Bilang karagdagan, ang asupre ay ginagamit bilang isang bahagi para sa paggawa ng mga posporo, dahil sa ang katunayan na ito ay isang nasusunog na materyal. Ito rin ay kailangang-kailangan sa paggawa ng mga pampasabog, pulbura, mga sparkler, atbp. Bilang karagdagan, ang asupre ay ginagamit bilang isa sa mga sangkap sa mga produktong peste. Sa gamot, ginagamit ito bilang bahagi sa paggawa ng mga gamot para sa mga sakit sa balat. Ang sangkap na pinag-uusapan ay ginagamit din sa paggawa ng iba't ibang mga tina. Bilang karagdagan, ginagamit ito sa paggawa ng mga pospor.
Elektronikong istraktura ng asupre
Tulad ng alam mo, ang lahat ng mga atomo ay binubuo ng isang nucleus kung saan mayroong mga proton - mga particle na positibong sisingilin - at mga neutron, i.e. mga particle na may zero charge. Ang mga electron na may negatibong singil ay umiikot sa paligid ng nucleus. Upang maging neutral ang isang atom, dapat itong magkaroon ng parehong bilang ng mga proton at electron sa istraktura nito. Kung marami pa sa huli, isa na itong negatibong ion - isang anion. Kung, sa kabaligtaran, ang bilang ng mga proton ay mas malaki kaysa sa mga electron, ito ay isang positibong ion, o cation. Ang sulfur anion ay maaaring kumilos bilang isang acid residue. Ito ay bahagi ng mga molekula ng mga sangkap tulad ng sulfide acid (hydrogen sulfide) at metal sulfide. Ang anion ay nabuo sa panahon ng electrolytic dissociation, na nangyayari kapag ang isang sangkap ay natunaw sa tubig. Sa kasong ito, ang molekula ay bumagsak sa isang cation, na maaaring ipakita sa anyo ng isang metal o hydrogen ion, pati na rin ang isang cation - isang ion ng acidic residue o isang hydroxyl group (OH-).
Dahil ang serial number ng sulfur sa periodic table ay labing-anim, maaari nating tapusin na ang nucleus nito ay naglalaman ng eksaktong bilang ng mga proton. Batay dito, masasabi natin na mayroon ding labing-anim na electron na umiikot sa paligid. Ang bilang ng mga neutron ay matatagpuan sa pamamagitan ng pagbabawas ng serial number ng elementong kemikal mula sa molar mass: 32 - 16 = 16. Ang bawat elektron ay hindi umiikot nang magulong, ngunit sa isang tiyak na orbit. Dahil ang sulfur ay isang kemikal na elemento na kabilang sa ikatlong yugto ng periodic table, mayroong tatlong orbit sa paligid ng nucleus. Ang una sa kanila ay may dalawang electron, ang pangalawa ay may walo, at ang pangatlo ay may anim. Ang electronic formula ng sulfur atom ay nakasulat tulad ng sumusunod: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Prevalence sa kalikasan
Karaniwan, ang elemento ng kemikal na pinag-uusapan ay matatagpuan sa mga mineral, na mga sulfide ng iba't ibang mga metal. Una sa lahat, ito ay pyrite - isang bakal na asin; Ito rin ay lead, silver, copper luster, zinc blende, cinnabar - mercury sulfide. Bilang karagdagan, ang asupre ay maaari ding maging bahagi ng mga mineral, na ang istraktura ay kinakatawan ng tatlo o higit pang mga elemento ng kemikal.
Halimbawa, chalcopyrite, mirabilite, kieserite, dyipsum. Maaari mong isaalang-alang ang bawat isa sa kanila nang mas detalyado. Ang pyrite ay ferrum sulfide, o FeS 2 . Mayroon itong mapusyaw na dilaw na kulay na may ginintuang kintab. Ang mineral na ito ay madalas na matatagpuan bilang isang karumihan sa lapis lazuli, na malawakang ginagamit para sa paggawa ng alahas. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang dalawang mineral na ito ay madalas na may isang karaniwang deposito. Ang tansong kinang - chalcosite, o chalcosite - ay isang mala-bughaw na kulay-abo na sangkap na katulad ng metal. at ang silver luster (argentite) ay may magkatulad na katangian: pareho silang kahawig ng mga metal sa hitsura at may kulay abong kulay. Ang Cinnabar ay isang mapurol na brownish-red mineral na may gray flecks. Ang chalcopyrite, ang pormula ng kemikal kung saan ay CuFeS 2, ay ginintuang dilaw, tinatawag din itong gold blende. Ang zinc blende (sphalerite) ay maaaring may kulay mula sa amber hanggang sa maapoy na kahel. Mirabilite - Na 2 SO 4 x10H 2 O - transparent o puting kristal. Tinatawag din itong ginagamit sa medisina. Ang chemical formula ng kieserite ay MgSO 4 xH 2 O. Parang puti o walang kulay na pulbos. Ang kemikal na formula ng gypsum ay CaSO 4 x2H 2 O. Bilang karagdagan, ang elementong kemikal na ito ay bahagi ng mga selula ng mga buhay na organismo at isang mahalagang trace element.
Kapag gumagawa ng litson na gas sa pamamagitan ng pagsunog ng asupre, hindi na kailangang linisin ito mula sa mga dumi. Isasama lamang sa yugto ng paghahanda ang pagpapatuyo ng gas at pagtatapon ng acid. Kapag sinunog ang asupre, nangyayari ang isang hindi maibabalik na exothermic reaction:
S + O 2 = KAYA 2 (1)
sa pagpapalabas ng napakalaking init: pagbabago H = -362.4 kJ/mol, o sa mga tuntunin ng unit mass 362.4/32 = 11.325 kJ/t = 11325 kJ/kg S.
Ang tinunaw na likidong asupre na ibinibigay para sa pagkasunog ay sumingaw (boils) sa temperatura na 444.6 * C; ang init ng pagsingaw ay 288 kJ/kg. Tulad ng makikita mula sa ipinakita na data, ang init ng reaksyon ng sulfur combustion ay sapat na upang sumingaw ang feedstock, samakatuwid ang pakikipag-ugnayan ng sulfur at oxygen ay nangyayari sa gas phase (homogeneous reaction).
Ang sulfur combustion sa industriya ay isinasagawa bilang mga sumusunod. Ang asupre ay preliminarily natunaw (para dito maaari mong gamitin ang singaw ng tubig na nakuha sa pamamagitan ng pag-recycle ng init ng pangunahing reaksyon ng pagkasunog ng asupre). Dahil ang punto ng pagkatunaw ng asupre ay medyo mababa, sa pamamagitan ng pag-aayos at kasunod na pagsasala mula sa asupre ay madaling paghiwalayin ang mga mekanikal na impurities na hindi naipasa sa likidong bahagi at makakuha ng feedstock ng isang sapat na antas ng kadalisayan. Dalawang uri ng mga hurno ang ginagamit sa pagsunog ng tinunaw na asupre - nozzle at cyclone. Dapat silang magbigay para sa pag-spray ng likidong asupre upang mabilis itong ma-evaporate at matiyak ang maaasahang pakikipag-ugnay sa hangin sa lahat ng bahagi ng apparatus.
Mula sa pugon, ang litson na gas ay pumapasok sa waste heat boiler at pagkatapos ay sa kasunod na mga aparato.
Ang konsentrasyon ng sulfur dioxide sa calcining gas ay depende sa ratio ng sulfur at hangin na ibinibigay sa combustion. Kung ang hangin ay kinuha sa stoichiometric na dami, i.e. para sa bawat nunal ng asupre mayroong 1 mole ng oxygen, pagkatapos ay may kumpletong pagkasunog ng asupre ang konsentrasyon ay magiging katumbas ng dami ng bahagi ng oxygen sa hangin C kaya 2. max = 21%. Gayunpaman, ang hangin ay kadalasang kinukuha nang labis, dahil kung hindi man ang temperatura sa oven ay magiging masyadong mataas.
Sa panahon ng adiabatic combustion ng sulfur, ang temperatura ng pagpapaputok para sa isang reaction mixture ng stoichiometric composition ay magiging ~ 1500*C. Sa mga praktikal na kondisyon, ang mga posibilidad ng pagtaas ng temperatura sa pugon ay limitado sa pamamagitan ng katotohanan na sa itaas ng 1300 * C ang lining ng pugon at mga gas duct ay mabilis na bumagsak. Karaniwan, kapag sinunog ang asupre, isang calcining gas na naglalaman ng 13–14% SO 2 ay nakukuha.
2. Kontakin ang oksihenasyon ng so2 hanggang so3
Ang contact oxidation ng sulfur dioxide ay isang tipikal na halimbawa ng heterogenous oxidative exothermic catalysis.
Ito ay isa sa mga pinaka pinag-aralan na catalytic syntheses. Sa USSR, ang pinaka masusing gawain sa pag-aaral ng oksihenasyon ng SO 2 hanggang SO 3 at ang pagbuo ng mga catalyst ay isinagawa ni G.K. Boreskov. Reaksyon ng oksihenasyon ng asupre dioxide
KAYA 2 + 0,5 O 2 = KAYA 3 (2)
nailalarawan sa pamamagitan ng isang napakataas na enerhiya ng pag-activate at samakatuwid ang praktikal na pagpapatupad nito ay posible lamang sa pagkakaroon ng isang katalista.
Sa industriya, ang pangunahing katalista para sa SO 2 oksihenasyon ay isang katalista batay sa vanadium oxide V 2 O 5 (vanadium contact mass). Ang iba pang mga compound, pangunahin ang platinum, ay nagpapakita rin ng catalytic na aktibidad sa reaksyong ito. Gayunpaman, ang mga platinum catalyst ay lubhang sensitibo sa kahit na mga bakas ng arsenic, selenium, chlorine at iba pang mga impurities at samakatuwid ay unti-unting pinalitan ng vanadium catalyst.
Ang rate ng reaksyon ay tumataas sa pagtaas ng konsentrasyon ng oxygen, kaya ang proseso sa industriya ay isinasagawa nang labis.
Dahil ang reaksyon ng oksihenasyon ng SO2 ay exothermic, ang temperatura ng rehimen para sa pagpapatupad nito ay dapat na lumapit sa pinakamainam na linya ng temperatura. Ang pagpili ng rehimen ng temperatura ay karagdagang napapailalim sa dalawang mga paghihigpit na may kaugnayan sa mga katangian ng katalista. Ang mas mababang limitasyon ng temperatura ay ang temperatura ng pag-aapoy ng mga vanadium catalyst, na, depende sa tiyak na uri ng catalyst at komposisyon ng gas, ay 400 - 440 * C. ang pinakamataas na limitasyon ng temperatura ay 600 – 650*C at natutukoy sa pamamagitan ng katotohanan na sa itaas ng mga temperaturang ito ang istraktura ng katalista ay sumasailalim sa muling pagsasaayos at nawawala ang aktibidad nito.
Sa hanay na 400 - 600*C, sinisikap nilang isagawa ang proseso upang habang tumataas ang antas ng conversion, bumababa ang temperatura.
Kadalasan sa industriya, ginagamit ang mga shelf contact device na may panlabas na heat exchange. Ang pamamaraan ng pagpapalitan ng init ay nagsasangkot ng pinakamataas na paggamit ng init ng reaksyon upang init ang pinagmulang gas at sabay-sabay na paglamig ng gas sa pagitan ng mga istante.
Ang isa sa pinakamahalagang gawain na kinakaharap ng industriya ng sulfuric acid ay ang pagtaas ng antas ng conversion ng sulfur dioxide at bawasan ang mga emisyon nito sa atmospera. Ang problemang ito ay maaaring malutas sa pamamagitan ng ilang mga pamamaraan.
Ang isa sa mga pinaka-makatwirang pamamaraan para sa paglutas ng problemang ito, na malawakang ginagamit sa industriya ng sulfuric acid, ay ang double contact at double absorption (DCDA) na pamamaraan. Upang ilipat ang balanse sa kanan at dagdagan ang ani ng proseso, pati na rin upang madagdagan ang bilis ng proseso, ang proseso ay isinasagawa gamit ang pamamaraang ito. Ang kakanyahan nito ay nakasalalay sa katotohanan na ang pinaghalong reaksyon, kung saan ang antas ng conversion ng SO 2 ay 90 - 95%, ay pinalamig at ipinadala sa isang intermediate absorber upang paghiwalayin ang SO 3. Sa natitirang reaksyon ng gas, ang ratio ng O 2:SO 2 ay tumataas nang malaki, na humahantong sa isang pagbabago sa balanse ng reaksyon sa kanan. Ang bagong pinainit na reaksyong gas ay muling ipinapasok sa contact apparatus, kung saan 95% ng antas ng conversion ng natitirang SO 2 ay nakakamit sa isa o dalawang layer ng catalyst. Ang kabuuang antas ng conversion ng SO 2 sa prosesong ito ay 99.5% - 99.8%.