Φυσικοχημική βάση της διαδικασίας καύσης θείου.
Η καύση του S συμβαίνει με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας: 0,5S 2g + O 2g = SO 2g, ΔH = -362,43 kJ
Η καύση είναι ένα σύμπλεγμα χημικών και φυσικών φαινομένων. Σε μια συσκευή καύσης πρέπει κανείς 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 τον αέρα και η θέρμανση του μείγματος σε t, που εξασφαλίζει τον απαιτούμενο ρυθμό αντίδρασης. Δεδομένου ότι η πιο έντονη εξάτμιση από την επιφάνεια μιας σταγόνας ξεκινά μόνο σε ένα ορισμένο t, κάθε σταγόνα υγρού θείου πρέπει να θερμαίνεται σε αυτό το t. Όσο υψηλότερο είναι το t, τόσο περισσότερος χρόνος θα χρειαστεί για να ζεσταθεί η σταγόνα. Όταν ένα εύφλεκτο μείγμα ατμού 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 φυσικές και χημικές ιδιότητες του υγρού S (για παράδειγμα, η παρουσία προσμίξεων στερεής τέφρας στο S) και αποτελείται από 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 S διαχέονται στη ζώνη καύσης, όπου σε υψηλό t αρχίζουν να αντιδρούν ενεργά με το O 2 στον αέρα και 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 θείου και η ομοιόμορφη κατανομή τους στη ροή του αέρα αυξάνει την επιφάνεια επαφής, διευκολύνοντας 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- έντονη καύση. III- η περίοδος μετάκαυσης.
Όταν μια σταγόνα καίγεται, φλόγες εκπέμπονται από την επιφάνειά της, που θυμίζουν ηλιακές εκλάμψεις. Σε αντίθεση με τη συνηθισμένη καύση διάχυσης με την εκπομπή φλόγας από την επιφάνεια μιας καμένης σταγόνας, ονομάζεται «εκρηκτική καύση».
Η καύση ενός σταγονιδίου S στον τρόπο διάχυσης λαμβάνει χώρα μέσω της εξάτμισης των μορίων από την επιφάνεια του σταγονιδίου. Ο ρυθμός εξάτμισης εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του υγρού και του 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 κατά την περίοδο έντονης καύσης στην περίοδο II. Η διάρκεια της περιόδου έντονης καύσης είναι ανάλογη με τον κύβο της αρχικής διαμέτρου της σταγόνας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η εκρηκτική καύση είναι συνέπεια διεργασιών που συμβαίνουν στον όγκο της σταγόνας. Χαρακτηριστικά του ρυθμού καύσης υπολογ. από f-le: ΠΡΟΣ ΤΗΝ= /τ сг;
d n – αρχική διάμετρος της πτώσης, mm. τ – χρόνος πλήρους καύσης της σταγόνας, s.
Το χαρακτηριστικό του ρυθμού καύσης σταγονιδίων είναι ίσο με το άθροισμα των χαρακτηριστικών της διάχυσης και της εκρηκτικής καύσης: ΠΡΟΣ ΤΗΝ= K σε + K διαφορά; Kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙р) 2,58); Κ διαφ= 1,21∙r +0,23; Κ Τ2= K T1 ∙exp(E a /R∙(1/T 1 – 1/T 2)); K T1 – σταθερά ταχύτητας καύσης σε t 1 = 1073 K. K T2 – σταθερά. ρυθμός θέρμανσης σε t διαφορετικό από t 1. E a – ενέργεια ενεργοποίησης (7850 kJ/mol).
ΟΤΙ. Οι κύριες προϋποθέσεις για την αποτελεσματική καύση του υγρού S είναι: παροχή όλης της απαιτούμενης ποσότητας αέρα στο στόμιο του φακού, λεπτός και ομοιόμορφος ψεκασμός του υγρού S, αναταράξεις της ροής και υψηλό 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 είναι: 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 εξάτμισης S αυξάνεται κατά 5-10 φορές και από 180 σε 440 o C κατά 300-500 φορές.
Ο ρυθμός εξάτμισης σε ταχύτητα αερίου 0,104 m/s προσδιορίζεται: = 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 o C).
Για τον προσδιορισμό του ρυθμού εξάτμισης S σε οποιονδήποτε t από 140 έως 440 o C και την ταχύτητα του αερίου στην περιοχή από 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 ` ; Μια σύγκριση της έντασης της εξάτμισης του υγρού θείου και του ρυθμού καύσης υποδηλώνει ότι η ένταση της καύσης δεν μπορεί να υπερβαίνει την ένταση της 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 για την οξείδωση των ατμών θείου (η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με μια εξίσωση δεύτερης τάξης) προσδιορίζεται από την κινητική εξίσωση: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; С S – συγκέντρωση ατμών S; C O2 – συγκέντρωση ατμού O 2. K είναι η σταθερά ταχύτητας αντίδρασης. Η συνολική συγκέντρωση των ατμών S και O 2 είναι: Με τον Σ= a(1-x); Με Ο2= b – 2ax; α είναι η αρχική συγκέντρωση ατμών S. β – αρχική συγκέντρωση ατμού O 2. x είναι η κατάσταση οξείδωσης του ατμού S. Τότε:
K∙τ= (2,3 /(b – 2a)) ∙ (log(b – ax/b(1 - x)));
Σταθερά ταχύτητας για την οξείδωση του S σε SO 2: lgK= B – A/T;
| o Γ | 650 - 850 | 850 - 1100 |
| ΣΕ | 3,49 | 2,92 |
| ΕΝΑ |
Σταγόνες θείου δ< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 μm στην έκρηξη, στην περιοχή των 100-160 μm ο χρόνος καύσης των σταγονιδίων 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 καύση της ίδιας ποσότητας, προκύπτει S. Το SO 2 είναι πιο συμπυκνωμένο, όσο μικρότερος είναι ο όγκος του αερίου του κλιβάνου και τόσο μεγαλύτερος είναι ο t.
1 – C O2; 2 – С SO2
Το σχήμα δείχνει την κατά προσέγγιση σχέση μεταξύ του t και της συγκέντρωσης του SO 2 στο αέριο του κλιβάνου που σχηματίζεται κατά 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 οι αγωγοί αερίου καταρρέουν γρήγορα. Επιπλέον, υπό αυτές τις συνθήκες, μπορεί να συμβούν παράπλευρες αντιδράσεις μεταξύ O 2 και N 2 του αέρα με το σχηματισμό οξειδίων του αζώτου, που είναι 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 ασβεστοποίησης κατά την καύση του S στον αέρα είναι 21%. Όταν καίγεται S στον αέρα, καίγεται. Η περιεκτικότητα σε O 2 SO 2 σε ένα 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 στην παραγωγή θειικού οξέος πραγματοποιείται σε κλιβάνους σε ψεκασμένη ή στερεή κατάσταση. Για την καύση τετηγμένου S, χρησιμοποιούνται φούρνοι ακροφυσίων, κυκλώνων και δόνησης. Τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα είναι ο κυκλώνας και το ακροφύσιο. Αυτοί οι φούρνοι ταξινομούνται σύμφωνα με τα ακόλουθα κριτήρια:- από τον τύπο των εγκατεστημένων ακροφυσίων (μηχανικά, πνευματικά, υδραυλικά) και τη θέση τους στον κλίβανο (ακτινικά, εφαπτομενικά). - η παρουσία οθονών μέσα στους θαλάμους καύσης. - σύμφωνα με την εκτέλεση (οριζόντια, κάθετη) - ανάλογα με τη θέση των οπών εισόδου για παροχή αέρα. - σε συσκευές ανάμειξης ροών αέρα με ατμούς S. - σε εξοπλισμό για χρήση θερμότητας 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 - ακροφύσιο για ψεκασμό θείου,
7 - κουτί για την παροχή αέρα στον κλίβανο.
Έχει αρκετά απλό σχεδιασμό, εύκολο στη συντήρηση, παράγει αέριο με σταθερή συγκέντρωση SO 2. Σε σοβαρές ελλείψειςπεριλαμβάνουν: σταδιακή καταστροφή χωρισμάτων λόγω υψηλού t. χαμηλή θερμική καταπόνηση του θαλάμου καύσης. δυσκολία στην απόκτηση αερίου υψηλής συγκέντρωσης, επειδή καταναλώστε μεγάλη περίσσεια αέρα. εξάρτηση του ποσοστού καύσης από την ποιότητα της ψεκασμού S; σημαίνει κατανάλωση καυσίμου κατά την εκκίνηση και τη θέρμανση του κλιβάνου. συγκριτικά μεγάλες διαστάσεις και βάρος, με αποτέλεσμα σημαντικές επενδύσεις κεφαλαίου, παράγωγες περιοχές, 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.
Πρόσβαση:Εφαπτομενική είσοδος αέρα και S. εξασφαλίζει ομοιόμορφη καύση του S στον κλίβανο λόγω καλύτερης στροβιλοποίησης των ροών. δυνατότητα λήψης συμπυκνωμένου αερίου διεργασίας έως 18 vol% SO 2. υψηλή θερμική τάση του χώρου καύσης (4,6 10 6 W/m 3); ο όγκος της συσκευής θα μειωθεί κατά 30-40 φορές σε σύγκριση με τον όγκο ενός φούρνου με ακροφύσια της ίδιας παραγωγικότητας. σταθερή συγκέντρωση SO 2; Απλή ρύθμιση του ποσοστού καύσης S και αυτοματισμός του. χαμηλή κατανάλωση χρόνου και εύφλεκτου υλικού για θέρμανση και εκκίνηση του κλιβάνου μετά από μακρά διακοπή. χαμηλότερη περιεκτικότητα σε οξείδια του αζώτου μετά τον κλίβανο. Κύριες εβδομάδεςσχετίζεται με υψηλό t στο ποσοστό καύσης. είναι δυνατή η ρωγμή της επένδυσης και των συγκολλήσεων. Η μη ικανοποιητική ψεκασμός του S οδηγεί στη διέλευση των ατμών του στον εξοπλισμό ανταλλαγής μετά τον κλίβανο, και κατά συνέπεια στη διάβρωση του εξοπλισμού και στην αστάθεια του t στην είσοδο του εξοπλισμού ανταλλαγής.
Το Molten S μπορεί να εισέλθει στον κλίβανο μέσω ακροφυσίων με εφαπτομενική ή αξονική διάταξη. Με την αξονική διάταξη των ακροφυσίων, η ζώνη καύσης είναι πιο κοντά στην περιφέρεια. Με tangen - πιο κοντά στο κέντρο, λόγω του οποίου μειώνεται η επίδραση του υψηλού t στην επένδυση. (εικ) Η ταχύτητα ροής αερίου είναι 100-120 m/s - αυτό δημιουργεί ευνοϊκές συνθήκες για μεταφορά μάζας και θερμότητας και αυξάνει τον ρυθμό καύσης S.
Φούρνος με δόνηση (ρύζι).
1 – κεφαλή κλιβάνου καυστήρα. 2 – βαλβίδες επιστροφής. 3 – κανάλι δόνησης.
Κατά τη διάρκεια της καύσης με δόνηση, όλες οι παράμετροι της διαδικασίας αλλάζουν περιοδικά (πίεση στο θάλαμο, ταχύτητα και σύνθεση του μείγματος αερίων, t). Συσκευή για δόνηση η καύση S ονομάζεται σόμπα καυστήρα. 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 των πρώτων υλών πραγματοποιείται σε μερίδες (κυκλικές). Σε αυτήν την έκδοση του κλιβάνου, η θερμική καταπόνηση και ο ρυθμός καύσης θα αυξηθούν σημαντικά, αλλά πριν από την ανάφλεξη του μείγματος, είναι απαραίτητη μια καλή ανάμειξη του ψεκασμένου S με αέρα, ώστε η διαδικασία να συμβεί αμέσως. Σε αυτή την περίπτωση, τα προϊόντα καύσης αναμειγνύονται 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 SO 2 που σχηματίζεται δεν αφαιρεί άκαυστα σωματίδια· η συγκέντρωσή του είναι υψηλή.
Ένας φούρνος 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 είναι τα ακροφύσια υγρού S, τα οποία πρέπει να εξασφαλίζουν λεπτό και ομοιόμορφο ψεκασμό του υγρού S, καλή ανάμειξή του με αέρα στο ίδιο το ακροφύσιο και πίσω από αυτό, γρήγορη ρύθμιση του ρυθμού ροής του υγρού S διατηρώντας το απαραίτητη η σχέση του με τον αέρα, η σταθερότητα ενός συγκεκριμένου σχήματος, το μήκος του φακού, και επίσης έχουν ανθεκτικό σχεδιασμό, αξιόπιστο και εύκολο στη χρήση. Για την ομαλή λειτουργία των μπεκ, είναι σημαντικό το S να είναι καλά καθαρισμένο από στάχτη και άσφαλτο. Τα ακροφύσια μπορεί να είναι μηχανικά (υγρό υπό τη δική τους πίεση) ή πνευματικά (ο αέρας συμμετέχει και 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 κλιβάνου 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 απορριμμάτων θερμότητας σωλήνων 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 συσκευές εξάτμισης του 1ου και 2ου σταδίου, απομακρυσμένους εξοικονομητές του 1ου και 2ου σταδίου, απομακρυσμένους υπερθερμαντήρες του 1ου και 2ου σταδίου, ένα τύμπανο και φούρνους για την καύση θείου. Η εστία έχει σχεδιαστεί για να καίει έως και 650 τόνους υγρού. Θειάφι την ημέρα. Ο κλίβανος αποτελείται από δύο κυκλώνες που συνδέονται μεταξύ τους σε γωνία 110 0 και έναν θάλαμο μετάβασης.
Το εσωτερικό περίβλημα έχει διάμετρο 2,6 m και στηρίζεται ελεύθερα σε στηρίγματα. Το εξωτερικό περίβλημα έχει διάμετρο 3 μ. Ο αέρας εισάγεται στον δακτυλιοειδή χώρο που σχηματίζεται από το εσωτερικό και το εξωτερικό περίβλημα, ο οποίος στη συνέχεια εισέρχεται στον θάλαμο καύσης μέσω ακροφυσίων. Το θείο παρέχεται στον κλίβανο χρησιμοποιώντας 8 ακροφύσια θείου, 4 σε κάθε κυκλώνα. Η καύση θείου λαμβάνει χώρα σε μια στροβιλιζόμενη ροή αερίου-αέρα. Ο στροβιλισμός ροής επιτυγχάνεται με την εφαπτομενική εισαγωγή αέρα στον κυκλώνα καύσης μέσω ακροφυσίων αέρα, 3 σε κάθε κυκλώνα. Η ποσότητα αέρα ρυθμίζεται από ηλεκτρικά κινούμενα πτερύγια σε κάθε ακροφύσιο αέρα. Ο θάλαμος μετάβασης έχει σχεδιαστεί για να κατευθύνει τη ροή αερίου από οριζόντιους κυκλώνες στον κατακόρυφο αγωγό αερίου της συσκευής εξάτμισης. Η εσωτερική επιφάνεια της εστίας είναι επενδεδυμένη με τούβλο mulite-corundum, ποιότητας 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 στις χημικές του ιδιότητες, 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. Τα χημικά χαρακτηριστικά περιγράφουν την αλληλεπίδρασή του με άλλες ουσίες.
Το θείο από φυσική άποψη
Αυτή είναι μια εύθραυστη ουσία. Υπό κανονικές συνθήκες, παραμένει σε σταθερή κατάσταση συσσωμάτωσης. Το θείο έχει ένα λεμονοκίτρινο χρώμα.
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 το πιο σταθερό. 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 την υγρή κατάσταση. Έτσι, η τήξη του θείου συμβαίνει σε θερμοκρασία εκατόν δεκατριών βαθμών Κελσίου.
Η δεύτερη επιλογή είναι το μονοκλινικό θείο. Είναι ένα κρύσταλλο σε σχήμα βελόνας με σκούρο κίτρινο χρώμα. Η τήξη του πρώτου τύπου θείου 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 αυτού του τύπου θείου είναι οι ίδιοι τετρακόσιοι σαράντα πέντε βαθμοί. Επιπλέον, υπάρχει μια τέτοια ποικιλία αυτής της ουσίας όπως το πλαστικό. Λαμβάνεται ρίχνοντας ρομβικό νερό που έχει ζεσταθεί σχεδόν μέχρι να βράσει σε κρύο νερό. Το σημείο βρασμού αυτού του τύπου θείου είναι το ίδιο. Όμως η ουσία έχει την ιδιότητα να τεντώνεται σαν καουτσούκ.
Ένα άλλο στοιχείο των φυσικών χαρακτηριστικών 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 εξήχθη και ποια είναι η πυκνότητά του. Μπορούμε όμως 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 φυσική άποψη, ας προχωρήσουμε στην επόμενη ενότητα.
Χημικά χαρακτηριστικά του θείου
Αυτό το στοιχείο έχει σχετικά χαμηλή ατομική μάζα, ίση με τριάντα δύο γραμμάρια ανά mole. Τα χαρακτηριστικά του στοιχείου θείου περιλαμβάνουν ένα τέτοιο χαρακτηριστικό αυτής της ουσίας όπως η ικανότητα να έχει διαφορετικούς βαθμούς οξείδωσης. Αυτό διαφέρει, ας πούμε, από το υδρογόνο ή το οξυγόνο. Όταν εξετάζουμε το ερώτημα ποια είναι τα χημικά χαρακτηριστικά του στοιχείου θείου, είναι αδύνατο να μην αναφέρουμε ότι, ανάλογα με τις συνθήκες, εμφανίζει τόσο αναγωγικές όσο και οξειδωτικές ιδιότητες. Ας δούμε λοιπόν την αλληλεπίδραση αυτής της ουσίας με διάφορες χημικές ενώσεις με τη σειρά.
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
Για να πραγματοποιηθεί αυτό το είδος διαδικασίας, απαιτείται υψηλή θερμοκρασία. Υπό αυτές τις συνθήκες, εμφανίζεται μια αντίδραση προσθήκης. Δηλαδή, τα άτομα μετάλλων ενώνονται με άτομα θείου, σχηματίζοντας σύνθετες ουσίες σουλφίδια. Για παράδειγμα, εάν θερμάνετε δύο mol καλίου και τα ανακατέψετε με ένα mole θείου, θα λάβετε ένα mole σουλφιδίου αυτού του μετάλλου. Η εξίσωση μπορεί να γραφτεί ως εξής: 2K + S = K 2 S.
Αντίδραση με οξυγόνο
Αυτή είναι η καύση του θείου. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, σχηματίζεται το οξείδιο του. Το τελευταίο μπορεί να είναι δύο τύπων. Επομένως, η καύση θείου μπορεί να συμβεί σε δύο στάδια. Το πρώτο είναι όταν ένα mole διοξειδίου του θείου σχηματίζεται από ένα mole θείου και ένα mole οξυγόνου. Η εξίσωση αυτής της χημικής αντίδρασης μπορεί να γραφτεί ως εξής: S + O 2 = SO 2. Το δεύτερο στάδιο είναι η προσθήκη ενός άλλου ατόμου οξυγόνου στο διοξείδιο. Αυτό συμβαίνει εάν προσθέσετε ένα mole οξυγόνου σε δύο mole σε υψηλές θερμοκρασίες. 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, έχοντας πραγματοποιήσει τις δύο διαδικασίες που περιγράφονται, μπορείτε να περάσετε το τριοξείδιο που προκύπτει μέσω ενός ρεύματος υδρατμών. Και παίρνουμε Η εξίσωση για μια τέτοια αντίδραση γράφεται ως εξής: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.
Αλληλεπίδραση με αλογόνα
Τα χημικά, όπως και άλλα αμέταλλα, του επιτρέπουν να αντιδρά με μια δεδομένη 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 μια δεύτερη επιλογή: εάν πάρουμε ένα mole θείου και δύο mole φθορίου, θα λάβουμε ένα mole φθορίου με τον χημικό τύπο SF 4. Η εξίσωση γράφεται ως εξής: S + 2F 2 = SF 4. Όπως μπορείτε να δείτε, όλα εξαρτώνται από τις αναλογίες στις οποίες αναμειγνύονται τα συστατικά. Με τον ίδιο ακριβώς τρόπο, μπορεί να πραγματοποιηθεί η διαδικασία της χλωρίωσης του θείου (μπορούν επίσης να σχηματιστούν δύο διαφορετικές ουσίες) ή της βρωμίωσης.
Αλληλεπίδραση με άλλες απλές ουσίες
Τα χαρακτηριστικά του στοιχείου θείου δεν τελειώνουν εκεί. Η ουσία μπορεί επίσης να αντιδράσει χημικά 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 απευθείας με την 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 ένα καρβίδιο του εν λόγω αμέταλλου. Ο χημικός τύπος του μοιάζει με αυτό: CS 2. Για να πάρετε ένα mole μιας δεδομένης ουσίας, πρέπει να πάρετε ένα mole άνθρακα και δύο mole θείου. Όλες οι αντιδράσεις προσθήκης που περιγράφονται παραπάνω συμβαίνουν μόνο όταν τα αντιδραστήρια θερμαίνονται σε υψηλές θερμοκρασίες. Εξετάσαμε την αλληλεπίδραση του θείου με απλές ουσίες, τώρα ας προχωρήσουμε στο επόμενο σημείο.
Θείο και σύνθετες ενώσεις
Σύνθετες ουσίες 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 αρκετά περίεργες. Αρχικά, ας δούμε τι συμβαίνει όταν το εν λόγω αμέταλλο αναμειγνύεται με αλκάλια. Για παράδειγμα, αν πάρετε έξι mole και προσθέσετε τρία mole θείου, θα λάβετε δύο mole θειούχου καλίου, ένα mole θειώδους καλίου και τρία mole νερού. Αυτό το είδος αντίδρασης μπορεί να εκφραστεί με την ακόλουθη εξίσωση: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Η ίδια αρχή αλληλεπίδρασης συμβαίνει εάν προσθέσετε Στη συνέχεια, εξετάστε τη συμπεριφορά του θείου όταν ένα συμπυκνωμένο διάλυμα θειικού οξέος προστίθεται σε αυτό. Εάν πάρουμε ένα mole από την πρώτη και δύο mole της δεύτερης ουσίας, λαμβάνουμε τα ακόλουθα προϊόντα: τριοξείδιο του θείου σε ποσότητα τριών moles, καθώς και νερό - δύο mole. Αυτή η χημική αντίδραση μπορεί να συμβεί μόνο όταν τα αντιδρώντα θερμαίνονται σε υψηλή θερμοκρασία.
Λήψη του εν λόγω μη μετάλλου
Υπάρχουν διάφοροι κύριοι τρόποι με τους οποίους 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 είναι γραμμένη ως εξής: FeS 2 = FeS + S. Η δεύτερη μέθοδος παραγωγής θείου, που χρησιμοποιείται συχνά στη βιομηχανία, είναι η καύση θειούχου θείου υπό την προϋπόθεση μιας μικρής ποσότητας οξυγόνου. Σε αυτή την περίπτωση, μπορείτε να πάρετε το εν λόγω αμέταλλο και νερό. Για να πραγματοποιήσετε την αντίδραση, πρέπει να πάρετε τα συστατικά σε μοριακή αναλογία δύο προς ένα. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνουμε 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 = 2S + 2H 2 O. Επιπλέον, το θείο μπορεί να ληφθεί μέσω μιας ποικιλίας μεταλλουργικών διεργασιών, για παράδειγμα, στην παραγωγή μετάλλων όπως το νικέλιο , χαλκός και άλλα.
Βιομηχανική χρήση
Το αμέταλλο που εξετάζουμε έχει βρει την ευρύτερη εφαρμογή του στη χημική βιομηχανία. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, εδώ χρησιμοποιείται για την παραγωγή 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. Η εν λόγω ουσία χρησιμοποιείται επίσης 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 με μηδενικό φορτίο. Τα ηλεκτρόνια με αρνητικό φορτίο περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα. Για να είναι ένα άτομο ουδέτερο, πρέπει να έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων στη δομή του. Εάν υπάρχουν περισσότερα από τα τελευταία, είναι ήδη ένα αρνητικό ιόν - ένα ανιόν. Αν, αντίθετα, ο αριθμός των πρωτονίων είναι μεγαλύτερος από τα ηλεκτρόνια, είναι 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. Το ανιόν σχηματίζεται κατά την ηλεκτρολυτική διάσταση, η οποία συμβαίνει όταν μια ουσία διαλύεται στο νερό. Σε αυτή την περίπτωση, το μόριο διασπάται σε ένα κατιόν, το οποίο μπορεί να παρουσιαστεί με τη μορφή ενός ιόντος μετάλλου ή υδρογόνου, καθώς και ενός κατιόντος - ενός ιόντος ενός όξινου υπολείμματος ή μιας ομάδας υδροξυλίου (ΟΗ-).
Δεδομένου ότι ο σειριακός αριθμός του θείου στον περιοδικό πίνακα είναι δεκαέξι, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο πυρήνας του περιέχει ακριβώς αυτόν τον αριθμό πρωτονίων. Με βάση αυτό, μπορούμε να πούμε ότι υπάρχουν επίσης δεκαέξι ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω. Ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να βρεθεί αφαιρώντας τον αύξοντα αριθμό του χημικού στοιχείου από τη μοριακή μάζα: 32 - 16 = 16. Κάθε ηλεκτρόνιο δεν περιστρέφεται χαοτικά, αλλά σε μια συγκεκριμένη τροχιά. 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 από αυτά 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 εν λόγω χημικό στοιχείο βρίσκεται σε ορυκτά, τα οποία είναι σουλφίδια διαφόρων μετάλλων. Πρώτα απ 'όλα, είναι πυρίτης - ένα άλας σιδήρου. Είναι επίσης μόλυβδος, ασήμι, λάμψη χαλκού, μείγμα ψευδαργύρου, θειούχος κιννάβαρος - υδράργυρος. Επιπλέον, το θείο μπορεί επίσης να είναι μέρος 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 σουλφίδιο του σιδήρου ή FeS2. Έχει ανοιχτό κίτρινο χρώμα με χρυσαφένια γυαλάδα. Αυτό το ορυκτό μπορεί συχνά να βρεθεί ως ακαθαρσίες 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 χαλκοσίτης - είναι μια γαλαζωπό γκρι ουσία παρόμοια με το μέταλλο. και η ασημένια λάμψη (αργεντίτης) έχουν παρόμοιες ιδιότητες: και τα δύο μοιάζουν με μέταλλα στην όψη και έχουν γκρι χρώμα. Η κιννάβαρη είναι ένα θαμπό καφεκόκκινο ορυκτό με γκρίζες κηλίδες. Ο χαλκοπυρίτης, ο χημικός τύπος του οποίου 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 παράγεται αέριο ψησίματος με καύση θείου, δεν χρειάζεται να καθαριστεί 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 H = -362,4 kJ/mol, ή ως προς τη μονάδα μάζας 362,4/32 = 11,325 kJ/t = 11325 kJ/kg S.
Το λιωμένο υγρό θείο που παρέχεται για καύση εξατμίζεται (βράζει) σε θερμοκρασία 444,6 * C. η θερμότητα της εξάτμισης είναι 288 kJ/kg. Όπως φαίνεται από τα δεδομένα που παρουσιάζονται, η θερμότητα της αντίδρασης καύσης θείου είναι αρκετά επαρκής για την εξάτμιση της πρώτης ύλης, επομένως η αλληλεπίδραση θείου και οξυγόνου συμβαίνει στην αέρια φάση (ομοιογενής αντίδραση).
Η καύση θείου στη βιομηχανία πραγματοποιείται ως εξής. Το θείο τήκεται προκαταρκτικά (για αυτό μπορείτε να χρησιμοποιήσετε υδρατμούς που προέρχονται από την ανακύκλωση της θερμότητας της κύριας αντίδρασης καύσης του θείου). Δεδομένου ότι το σημείο τήξης του θείου είναι σχετικά χαμηλό, με την καθίζηση και την επακόλουθη διήθηση από το θείο είναι εύκολο να διαχωριστούν οι μηχανικές ακαθαρσίες που δεν έχουν περάσει στην υγρή φάση και να ληφθεί πρώτη ύλη επαρκούς βαθμού καθαρότητας. Δύο τύποι κλιβάνων χρησιμοποιούνται για την καύση λιωμένου θείου - ακροφύσιο και κυκλώνα.Πρέπει να προβλέπουν τον ψεκασμό υγρού θείου για την ταχεία εξάτμισή του και να εξασφαλίζουν αξιόπιστη επαφή 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 πύρωσης εξαρτάται από την αναλογία θείου και αέρα που παρέχεται προς την καύση. Εάν ο αέρας λαμβάνεται σε στοιχειομετρική ποσότητα, π.χ. για κάθε mole θείου υπάρχει 1 mole οξυγόνου, τότε με την πλήρη καύση του θείου η συγκέντρωση θα είναι ίση με το κλάσμα όγκου του οξυγόνου στον αέρα C άρα 2. max = 21%. Ωστόσο, συνήθως λαμβάνεται υπερβολικός αέρας, γιατί διαφορετικά η θερμοκρασία στο φούρνο θα είναι πολύ υψηλή.
Κατά την αδιαβατική καύση του θείου, η θερμοκρασία ψησίματος για ένα μείγμα αντίδρασης στοιχειομετρικής σύνθεσης θα είναι ~ 1500*C. Σε πρακτικές συνθήκες, οι δυνατότητες αύξησης της θερμοκρασίας στον κλίβανο περιορίζονται από το γεγονός ότι πάνω από 1300 * C η επένδυση του κλιβάνου και οι αγωγοί αερίου καταρρέουν γρήγορα. Τυπικά, όταν καίγεται θείο, λαμβάνεται ένα αέριο ασβεστοποίησης 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 ενέργεια ενεργοποίησης και επομένως η πρακτική εφαρμογή του είναι δυνατή μόνο με την παρουσία καταλύτη.
Στη βιομηχανία, ο κύριος καταλύτης για την οξείδωση SO 2 είναι ένας καταλύτης που βασίζεται στο οξείδιο του βαναδίου V 2 O 5 (μάζα επαφής βαναδίου). Άλλες ενώσεις, κυρίως η πλατίνα, παρουσιάζουν επίσης καταλυτική δράση σε αυτή την αντίδραση. Ωστόσο, οι καταλύτες πλατίνας είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι ακόμη και σε ίχνη αρσενικού, σεληνίου, χλωρίου και άλλων ακαθαρσιών και επομένως σταδιακά αντικαταστάθηκαν από τον καταλύτη βαναδίου.
Ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου, επομένως η διαδικασία στη βιομηχανία πραγματοποιείται σε περίσσεια.
Δεδομένου ότι η αντίδραση οξείδωσης SO2 είναι εξώθερμη, το καθεστώς θερμοκρασίας για την εφαρμογή της θα πρέπει να προσεγγίζει τη βέλτιστη γραμμή θερμοκρασίας. Η επιλογή του καθεστώτος θερμοκρασίας υπόκειται επιπλέον σε 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 η δομή του καταλύτη υφίσταται αναδιάρθρωση και χάνει τη δραστηριότητά του.
Στο εύρος των 400 - 600*C προσπαθούν να πραγματοποιήσουν τη διαδικασία έτσι ώστε όσο αυξάνεται ο βαθμός μετατροπής να μειώνεται η θερμοκρασία.
Τις περισσότερες φορές στη βιομηχανία, χρησιμοποιούνται συσκευές επαφής ραφιών με εξωτερική εναλλαγή θερμότητας. Το σχήμα ανταλλαγής θερμότητας περιλαμβάνει 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 διάφορες μεθόδους.
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 (DCDA). 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 χρησιμοποιώντας 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 να διαχωριστεί το 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% του βαθμού μετατροπής του υπολοίπου SO 2 επιτυγχάνεται σε ένα ή δύο στρώματα καταλύτη. Ο συνολικός βαθμός μετατροπής του SO 2 σε αυτή τη διαδικασία είναι 99,5%. - 99,8%.
