Väävli põlemisprotsessi füüsikalis-keemilised alused.
S põlemine toimub suure soojushulga eraldumisel: 0,5S 2g + O 2g = SO 2g, ΔH = -362,43 kJ
Põlemine on keemiliste ja füüsikaliste nähtuste kompleks. Põletusseadmes tuleb tegeleda keeruliste kiiruste, kontsentratsioonide ja temperatuuride väljadega, mida on matemaatiliselt raske kirjeldada.
Sula S põlemine sõltub üksikute tilkade interaktsiooni ja põlemise tingimustest. Põlemisprotsessi efektiivsuse määrab iga väävliosakese täieliku põlemise aeg. Väävli põlemisele, mis toimub ainult gaasifaasis, eelneb S aurustamine, selle aurude segamine õhuga ja segu kuumutamine temperatuurini t, mis tagab vajaliku reaktsioonikiiruse. Kuna intensiivsem aurustumine tilga pinnalt algab alles teatud t juures, tuleb iga vedela väävli tilk selle t-ni kuumutada. Mida kõrgem t, seda rohkem aega kulub tilga soojendamiseks. Kui tilga pinna kohal moodustub auru S ja õhu tuleohtlik segu maksimaalse kontsentratsiooniga ja t, tekib süttimine. S-i tilga põlemisprotsess sõltub põlemistingimustest: t ja gaasivoolu suhtelisest kiirusest ning vedeliku S füüsikalistest ja keemilistest omadustest (näiteks tahke tuha lisandite olemasolust S-s) ning koosneb etapid: 1-vedeliku S tilkade segamine õhuga; 2-nende tilkade kuumutamine ja aurustumine; 3-S-aurude termiline lõhestamine; 4-gaasifaasi moodustumine ja selle süütamine; 5-gaasifaasi põlemine.
Need etapid toimuvad peaaegu samaaegselt.
Kuumutamisel hakkab tilk vedelikku S aurustuma, S aurud hajuvad põlemistsooni, kus kõrgel t hakkavad nad aktiivselt reageerima õhus oleva O 2 -ga ning S-i difusioonpõlemisprotsess toimub SO 2 moodustumine.
Suure t korral on oksüdatsioonireaktsiooni S kiirus suurem kui füüsikaliste protsesside kiirus, seetõttu määravad põlemisprotsessi üldise kiiruse massi- ja soojusülekande protsessid.
Molekulaarne difusioon määrab rahuliku, suhteliselt aeglase põlemisprotsessi, samas kui turbulentne difusioon kiirendab seda. Kui tilkade suurus väheneb, väheneb aurustumisaeg. Väävliosakeste peen pihustamine ja nende ühtlane jaotumine õhuvoolus suurendab kontaktpinda, hõlbustades osakeste kuumutamist ja aurustumist. Iga üksiku tilga S põletamisel põleti kompositsioonis tuleks eristada 3 perioodi: I-inkubatsioon; II- intensiivne põlemine; III- järelpõlemise periood.
Kui piisk põleb, eralduvad selle pinnalt leegid, mis meenutavad päikesekiirteid. Erinevalt tavalisest difusioonpõlemisest, mille käigus eraldub leeke põleva tilga pinnalt, nimetatakse seda plahvatusohtlikuks põlemiseks.
S-tilga põlemine difusioonirežiimis toimub molekulide aurustamisega tilga pinnalt. Aurustumiskiirus sõltub vedeliku füüsikalistest omadustest ja keskkonna t-st ning selle määrab aurustumiskiiruse tunnus. Diferentsiaalrežiimis süttib S I ja III perioodil. Tilga plahvatusohtlikku põlemist täheldatakse ainult intensiivse põlemise perioodil II perioodil. Intensiivse põlemisperioodi kestus on võrdeline tilga esialgse läbimõõduga kuubikuga. See on tingitud asjaolust, et plahvatusohtlik põlemine on tilga mahus toimuvate protsesside tagajärg. Põlemiskiiruse karakteristikud arvut. f-le poolt: TO= /τ сг;
d n – tilga algläbimõõt, mm; τ – tilga täieliku põlemise aeg, s.
Tilga põlemiskiiruse tunnus on võrdne difusiooni ja plahvatusohtliku põlemise omaduste summaga: TO= K in + 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 – põlemiskiiruse konstant t 1 = 1073 K juures. K T2 – konstant. kuumutuskiirus t juures erineb t 1-st. E a – aktiveerimisenergia (7850 kJ/mol).
SEE. Vedeliku S tõhusa põlemise peamised tingimused on: kogu vajaliku õhuhulga varustamine põleti suudmesse, vedeliku S peen ja ühtlane pihustamine, voolu turbulents ja kõrge t.
Vedeliku S aurumise intensiivsuse üldine sõltuvus gaasi kiirusest ja t: K 1= a∙V/(b+V); a, b on t-st sõltuvad konstandid. V – kiirus gaas, m/s. Suurema t korral saadakse aurustumisintensiivsuse S sõltuvus gaasi kiirusest järgmiselt: K 1= K o ∙ V n ;
| t, o C | lgK umbes | n |
| 4,975 | 0,58 | |
| 5,610 | 0,545 | |
| 6,332 | 0,8 |
Kui t tõuseb 120-lt 180 o C-le, suureneb S aurustumise intensiivsus 5-10 korda ja t 180 kuni 440 o C 300-500 korda.
Aurustumiskiirus gaasi kiirusel 0,104 m/s määratakse: = 8,745 - 2600/T (temperatuuril 120-140 o C); = 7,346 –2025/T (temperatuuril 140-200 o C); = 10.415 – 3480/T (200-440 o C juures).
Aurustumiskiiruse S määramiseks igal t temperatuuril 140–440 ° C ja gaasi kiirusel vahemikus 0,026–0,26 m / s leitakse see kõigepealt gaasi kiirusel 0,104 m / s ja arvutatakse ümber teisele kiirusele: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Vedela väävli aurustumise intensiivsuse ja põlemiskiiruse võrdlus näitab, et põlemise intensiivsus ei saa ületada aurustumise intensiivsust väävli keemistemperatuuril. See kinnitab põlemismehhanismi õigsust, mille kohaselt väävel põleb ainult auru kujul. Väävliauru oksüdatsiooni kiiruskonstant (reaktsioon kulgeb teist järku võrrandi järgi) määratakse kineetilise võrrandiga: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; С S – aurukontsentratsioon S; C O2 – O 2 aurude kontsentratsioon; K on reaktsioonikiiruse konstant. Aurude S ja O 2 kogukontsentratsioon op-yut: C S= a(1-x); O2-ga= b – 2ax; a on auru algkontsentratsioon S; b – O 2 auru algkontsentratsioon; x on auru S oksüdatsiooniaste. Seejärel:
K∙τ= (2,3 /(b – 2a)) ∙ (log(b – ax/b(1 – x)));
S oksüdatsiooni kiiruskonstant SO 2 -ks: lgK= B – A/T;
| o C | 650 - 850 | 850 - 1100 |
| IN | 3,49 | 2,92 |
| A |
Vääveltilgad d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>Plahvatuse korral 100 µm, 100-160 µm piirkonnas tilkade põlemisaeg ei suurene.
See. Põlemisprotsessi intensiivistamiseks on soovitav väävlit pihustada piiskadeks d = 130-200 μm, mis nõuab lisaenergiat. Sama koguse põletamisel saadakse S. SO 2 on kontsentreeritum, mida väiksem on ahjugaasi maht ja seda suurem on selle t.
1 – CO2; 2 – С SO2
Joonisel on näidatud ligikaudne seos t ja SO 2 kontsentratsiooni vahel ahjugaasis, mis tekib väävli adiabaatilisel põlemisel õhus. Praktikas saadakse väga kontsentreeritud SO 2, mida piirab asjaolu, et temperatuuril t > 1300 kukub ahju ja gaasikanalite vooder kiiresti kokku. Lisaks võivad nendes tingimustes tekkida kõrvalreaktsioonid õhu O 2 ja N 2 vahel koos lämmastikoksiidide moodustumisega, mis on SO 2 ebasoovitav lisand, seetõttu hoitakse väävelahjudes tavaliselt t = 1000-1200. Ja ahjugaasid sisaldavad 12-14 mahu% SO 2. Ühest mahust O 2 moodustub üks ruumala SO 2, seetõttu on S põletamisel õhus maksimaalne teoreetiline SO 2 sisaldus kaltsineerivas gaasis 21%. Kui põletada S õhus, siis see põleb. O 2 SO 2 sisaldus gaasisegus võib suureneda sõltuvalt O 2 kontsentratsioonist. SO 2 teoreetiline sisaldus võib S põletamisel puhtas O 2-s ulatuda 100%-ni. S põletamisel õhus ja erinevates hapniku-lämmastiku segudes saadava röstgaasi võimalik koostis on näidatud joonisel:
Ahjud väävli põletamiseks.
S-i põletamine väävelhappe tootmisel toimub pihustatud või tahkes olekus ahjudes. Sula S põletamiseks kasutatakse düüsi, tsükloni ja vibratsiooniahjusid. Kõige laialdasemalt kasutatavad on tsüklon ja düüs. Need ahjud klassifitseeritakse järgmiste kriteeriumide alusel:- paigaldatud düüside tüübi (mehaaniline, pneumaatiline, hüdrauliline) ja nende asukoha järgi ahjus (radiaalne, tangentsiaalne); - ekraanide olemasolu põlemiskambrites; - vastavalt teostusele (horisontaalne, vertikaalne); - vastavalt õhuvarustuse sisselaskeavade asukohale; - seadmetel õhuvoolu segamiseks aurudega S; - põlemissoojuse S kasutamise seadmetel; - kaamerate arvu järgi.
Düüsiahi (riis)
1 - terassilinder, 2 - vooder. 3 - asbest, 4 - vaheseinad. 5 - otsik kütuse pihustamiseks, 6 - otsik väävli pihustamiseks,
7 - kast ahju õhu varustamiseks.
Sellel on üsna lihtne disain, seda on lihtne hooldada, see toodab konstantse SO 2 kontsentratsiooniga gaasi. Tõsiste puuduste korral hõlmavad järgmist: vaheseinte järkjärguline hävitamine kõrge t tõttu; põlemiskambri madal soojusstress; raskusi kõrge kontsentratsiooniga gaasi hankimisel, kuna kasutage suures koguses õhku; põlemisprotsendi sõltuvus pihustuskvaliteedist S; tähendab kütusekulu ahju käivitamisel ja soojendamisel; suhteliselt suured mõõtmed ja kaal ning selle tulemusena märkimisväärsed kapitaliinvesteeringud, tuletatud pindalad, tegevuskulud ja suured soojuskadud keskkonda.
Ideaalsem tsükloni ahjud.
1 - eelkamber, 2 - õhukast, 3, 5 - järelpõlemiskambrid, 4. 6 - pigistusrõngad, 7, 9 - düüsid õhuvarustuseks, 8, 10 - düüsid väävliga varustamiseks.
Juurdepääs: tangentsiaalne õhk ja S sisend; tagab S ühtlase põlemise ahjus tänu voolude paremale turbuliseerimisele; võimalus saada kontsentreeritud protsessigaasi kuni 18 mahuprotsenti SO 2; põlemisruumi kõrge soojuspinge (4,6 10 6 W/m 3); aparaadi maht väheneb 30–40 korda võrreldes sama tootlikkusega düüsiahju mahuga; SO 2 konstantne kontsentratsioon; põlemisprotsendi S lihtne reguleerimine ja selle automatiseerimine; väike aja- ja põlevmaterjali tarbimine ahju kütmiseks ja käivitamiseks pärast pikka seisakut; madalam lämmastikoksiidide sisaldus pärast ahju. Peamised nädalad seotud kõrge t-ga põlemisprotsendis; voodri ja keevisõmbluste lõhenemine on võimalik; S-i ebarahuldav pihustamine viib selle aurude läbimurdmiseni ahjujärgsesse vahetusseadmesse ja sellest tulenevalt seadmete korrosioonini ja t ebastabiilsuseni vahetusseadme sissepääsu juures.
Sulatatud S võib ahju siseneda tangentsiaalse või aksiaalse paigutusega düüside kaudu. Düüside aksiaalse paigutusega on põlemistsoon perifeeriale lähemal. Tangeniga - keskkohale lähemal, tänu millele väheneb kõrge t mõju voodrile. (joonis) Gaasi voolukiirus on 100-120 m/s – see loob soodsad tingimused massi- ja soojusülekandeks ning suurendab põlemiskiirust S.
Vibratsiooniahi (riis).
1 – põleti ahjupea; 2 – tagasivooluklapid; 3 – vibratsioonikanal.
Vibratsioonipõlemisel muutuvad perioodiliselt kõik protsessi parameetrid (rõhk kambris, gaasisegu kiirus ja koostis, t). Seade vibratsiooni jaoks põlemist S nimetatakse põletiga ahjuks. Enne ahju segatakse S ja õhk kokku ning need voolavad läbi tagasilöögiklappide (2) ahju-põleti peasse, kus segu põletatakse. Tooraine tarnimine toimub osade kaupa (tsükliline). Selles ahju versioonis suureneb kuumuspinge ja põlemiskiirus märkimisväärselt, kuid enne segu süütamist tuleb pihustatud S korralikult õhuga segada, et protsess toimuks koheselt. Sel juhul on põlemissaadused hästi segunenud, S-osakesi ümbritsev SO 2 gaasikile hävib ja hõlbustab uute O 2 portsjonite juurdepääsu põlemistsooni. Sellises ahjus ei sisalda tekkiv SO 2 põlemata osakesi, selle kontsentratsioon on ülaosas kõrge.
Tsüklonahju jaoks on düüsiahjuga võrreldes 40-65 korda suurem termiline pinge, võimalus saada kontsentreeritumat gaasi ja suurem auru tootmine.
Kõige olulisem vedeliku S põletamise seade on otsik, mis peab tagama vedeliku S peene ja ühtlase pihustamise, hea segunemise õhuga düüsis endas ja selle taga, vedeliku S voolukiiruse kiire reguleerimise, säilitades samal ajal vajaliku vedeliku S. suhe õhuga, teatud kuju stabiilsus, põleti pikkus ning neil on ka kindel disain, usaldusväärne ja lihtne kasutada. Düüside sujuvaks tööks on oluline, et S oleks tuhast ja bituumenist hästi puhastatud. Pihustid on mehaanilise (saagis oma rõhu all) ja pneumaatilise (pihustamises osaleb endiselt õhk) toimega.
Väävli põlemissoojuse kasutamine.
Reaktsioon on väga eksotermiline, mille tulemusena eraldub suur hulk soojust ja gaasi temperatuur ahjude väljalaskeava juures on 1100-1300 0 C. SO 2 kontaktoksüdatsiooni korral gaasi temperatuur 1. Cat-ra kihi temperatuur ei tohiks ületada 420 - 450 0 C. Seetõttu on enne SO 2 oksüdatsioonifaasi vaja gaasivoogu jahutada ja liigne soojus ära kasutada. Soojustagastuseks väävlil töötavates väävelhappesüsteemides kasutatakse enim loodusliku soojustsirkulatsiooniga vesitoru soojustagastusega katlaid. SETA – C (25 - 24); RKS 95/4,0 – 440.
Energiatehnoloogiline katel RKS 95/4.0 - 440 on vesitoru, loodusliku tsirkulatsiooniga gaasikindel katel, mis on mõeldud töötama surve all. Katel koosneb 1. ja 2. astme aurustusseadmetest, 1. ja 2. astme kaugökonaiseritest, 1. ja 2. astme kaugülekuumenditest, trumlist ja väävli põletamiseks mõeldud ahjudest. Tulekahju on ette nähtud kuni 650 tonni vedeliku põletamiseks. Väävel päevas. Ahi koosneb kahest tsüklonist, mis on üksteise suhtes 110° nurga all ühendatud, ja üleminekukambrist.
Sisekorpus on 2,6 m läbimõõduga ja toetub vabalt tugedele. Väliskesta läbimõõt on 3 m. Sise- ja väliskesta moodustatud rõngakujulisse ruumi juhitakse õhku, mis seejärel läbi düüside siseneb põlemiskambrisse. Väävel juhitakse ahju 8 väävliotsiku abil, 4 igal tsüklonil. Väävli põlemine toimub pöörlevas gaasi-õhu voolus. Voolu keeris saavutatakse õhu tangentsiaalsel juhtimisel põlemistsüklonisse läbi õhudüüside, 3 igas tsüklonis. Õhuhulka reguleeritakse iga õhuotsiku elektriliselt juhitavate klappidega. Üleminekukamber on ette nähtud gaasivoolu suunamiseks horisontaalsetest tsüklonitest aurustusseadme vertikaalsesse gaasikanalisse. Küttekolde sisepind on vooderdatud muliit-korundtellisega, mark MKS-72, paksusega 250 mm.
1 - tsüklonid
2 - üleminekukamber
3 – aurustusseadmed
Väävel on keemiline element, mida leidub perioodilisuse tabeli kuuendas rühmas ja kolmandas perioodis. Selles artiklis vaatleme üksikasjalikult selle keemilisi omadusi, tootmist, kasutamist ja nii edasi. Füüsikalised omadused hõlmavad selliseid omadusi nagu värvus, elektrijuhtivuse tase, väävli keemistemperatuur jne. Keemilised omadused kirjeldavad selle koostoimet teiste ainetega.
Väävel füüsika seisukohast
See on habras aine. Normaaltingimustes jääb see agregatsiooni tahkesse olekusse. Väävel on sidrunikollase värvusega.
Ja enamasti on kõik selle ühendid kollase varjundiga. Ei lahustu vees. Sellel on madal soojus- ja elektrijuhtivus. Need omadused iseloomustavad seda tüüpilise mittemetallina. Hoolimata asjaolust, et väävli keemiline koostis pole sugugi keeruline, võib sellel ainel olla mitu variatsiooni. Kõik sõltub kristallvõre struktuurist, mille abil aatomid on ühendatud, kuid nad ei moodusta molekule.
Niisiis, esimene võimalus on rombiline väävel. See on kõige stabiilsem. Seda tüüpi väävli keemistemperatuur on nelisada nelikümmend viis kraadi Celsiuse järgi. Kuid selleks, et antud aine läheks gaasilisse agregatsiooniolekusse, peab see esmalt läbima vedelas olekus. Niisiis, väävli sulamine toimub temperatuuril sada kolmteist kraadi Celsiuse järgi.
Teine võimalus on monokliiniline väävel. See on nõelakujuline tumekollase värvusega kristall. Esimest tüüpi väävli sulatamine ja seejärel selle aeglane jahutamine viib selle tüübi moodustumiseni. Sellel sordil on peaaegu samad füüsilised omadused. Näiteks seda tüüpi väävli keemistemperatuur on sama nelisada nelikümmend viis kraadi. Lisaks on seda ainet nii palju kui plastik. See saadakse peaaegu keemiseni kuumutatud rombikujulise vee valamisel külma vette. Seda tüüpi väävli keemistemperatuur on sama. Kuid ainel on omadus venida nagu kummil.
Teine füüsikaliste omaduste komponent, millest tahaksin rääkida, on väävli süttimistemperatuur.
See indikaator võib olenevalt materjali tüübist ja päritolust erineda. Näiteks tehnilise väävli süttimistemperatuur on sada üheksakümmend kraadi. See on üsna madal näitaja. Muudel juhtudel võib väävli leekpunkt olla kakssada nelikümmend kaheksa kraadi ja isegi kakssada viiskümmend kuus. Kõik sõltub sellest, millisest materjalist see ekstraheeriti ja milline on selle tihedus. Kuid võime järeldada, et väävli põlemistemperatuur on teiste keemiliste elementidega võrreldes üsna madal, see on tuleohtlik aine. Lisaks võib mõnikord väävel ühineda kaheksast, kuuest, neljast või kahest aatomist koosnevateks molekulideks. Nüüd, olles vaadelnud väävlit füüsika seisukohast, liigume edasi järgmise osa juurde.
Väävli keemilised omadused
Sellel elemendil on suhteliselt väike aatommass, mis võrdub kolmekümne kahe grammiga mooli kohta. Väävli elemendi omadused hõlmavad selle aine sellist omadust nagu võime omada erinevat oksüdatsiooniastet. See erineb näiteks vesinikust või hapnikust. Mõeldes küsimusele, millised on elemendi väävel keemilised omadused, ei saa mainimata jätta, et olenevalt tingimustest on sellel nii redutseerivad kui ka oksüdeerivad omadused. Niisiis, vaatame järjekorras selle aine koostoimet erinevate keemiliste ühenditega.
Väävel ja lihtained
Lihtained on ained, mis sisaldavad ainult ühte keemilist elementi. Selle aatomid võivad ühineda molekulideks, nagu näiteks hapniku puhul, või mitte ühineda, nagu metallide puhul. Seega võib väävel reageerida metallide, muude mittemetallide ja halogeenidega.
Koostoime metallidega
Sellise protsessi läbiviimiseks on vaja kõrget temperatuuri. Nendel tingimustel toimub liitumisreaktsioon. See tähendab, et metalliaatomid ühinevad väävliaatomitega, moodustades keerulisi aineid sulfiide. Näiteks kui kuumutate kahte mooli kaaliumi ja segate need ühe mooli väävliga, saate ühe mooli selle metalli sulfiidi. Võrrandi saab kirjutada järgmiselt: 2K + S = K 2 S.
Reaktsioon hapnikuga
See on väävli põletamine. Selle protsessi tulemusena moodustub selle oksiid. Viimast võib olla kahte tüüpi. Seetõttu võib väävli põlemine toimuda kahes etapis. Esimene on siis, kui üks mool väävlit ja üks mool hapnikku moodustavad ühe mooli vääveldioksiidi. Selle keemilise reaktsiooni võrrandi saate kirjutada järgmiselt: S + O 2 \u003d SO 2. Teine etapp on teise hapnikuaatomi lisamine dioksiidile. See juhtub siis, kui kahele moolile lisatakse kõrgel temperatuuril üks mool hapnikku. Tulemuseks on kaks mooli vääveltrioksiidi. Selle keemilise interaktsiooni võrrand näeb välja järgmine: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Selle reaktsiooni tulemusena moodustub väävelhape. Seega on kahe kirjeldatud protsessi läbiviimisel võimalik saadud trioksiid juhtida läbi veeauru joa. Ja me saame Sellise reaktsiooni võrrand on kirjutatud järgmiselt: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.
Koostoime halogeenidega
Kemikaalid, nagu ka teised mittemetallid, võimaldavad tal reageerida antud ainerühmaga. See hõlmab selliseid ühendeid nagu fluor, broom, kloor, jood. Väävel reageerib kõigiga neist, välja arvatud viimane. Näitena võime tuua vaadeldava perioodilisuse tabeli elemendi fluorimise protsessi. Kuumutades nimetatud mittemetalli halogeeniga, on võimalik saada kaks fluoriidi variatsiooni. Esimene juhtum: kui võtame ühe mooli väävlit ja kolm mooli fluori, saame ühe mooli fluoriidi, mille valem on SF 6. Võrrand näeb välja selline: S + 3F 2 = SF 6. Lisaks on veel üks võimalus: kui võtta üks mool väävlit ja kaks mooli fluori, saame ühe mooli fluoriidi keemilise valemiga SF 4. Võrrand kirjutatakse järgmiselt: S + 2F 2 = SF 4. Nagu näete, sõltub kõik komponentide segamise proportsioonidest. Täpselt samamoodi saab läbi viia väävli kloorimise (samuti võib tekkida kaks erinevat ainet) või broomimise protsessi.
Koostoime teiste lihtsate ainetega
Elemendi väävel omadused ei lõpe sellega. Aine võib reageerida keemiliselt ka vesiniku, fosfori ja süsinikuga. Koosmõjul vesinikuga tekib sulfiidhape. Selle reaktsiooni tulemusena metallidega võib saada nende sulfiide, mis omakorda saadakse ka otse väävli reageerimisel sama metalliga. Vesinikuaatomite lisamine väävliaatomitele toimub ainult väga kõrge temperatuuri tingimustes. Kui väävel reageerib fosforiga, moodustub selle fosfiid. Sellel on järgmine valem: P 2 S 3. Selle aine ühe mooli saamiseks peate võtma kaks mooli fosforit ja kolm mooli väävlit. Kui väävel interakteerub süsinikuga, moodustub kõnealuse mittemetalli karbiid. Selle keemiline valem näeb välja selline: CS 2. Antud aine ühe mooli saamiseks peate võtma ühe mooli süsinikku ja kaks mooli väävlit. Kõik ülalkirjeldatud lisamisreaktsioonid toimuvad ainult siis, kui reaktiive kuumutatakse kõrgel temperatuuril. Oleme vaadelnud väävli koostoimet lihtsate ainetega, nüüd liigume järgmise punkti juurde.
Väävel ja kompleksühendid
Kompleksained on ained, mille molekulid koosnevad kahest (või enamast) erinevast elemendist. Väävli keemilised omadused võimaldavad sellel reageerida selliste ühenditega nagu leelised, aga ka kontsentreeritud sulfaathape. Selle reaktsioonid nende ainetega on üsna omapärased. Kõigepealt vaatame, mis juhtub, kui kõnealune mittemetall segatakse leelisega. Näiteks kui võtate kuus mooli ja lisate kolm mooli väävlit, saate kaks mooli kaaliumsulfiidi, ühe mooli kaaliumsulfiti ja kolm mooli vett. Sellist reaktsiooni saab väljendada järgmise võrrandiga: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Sama interaktsiooni põhimõte ilmneb ka siis, kui lisate Järgmiseks kaaluge väävli käitumist sulfaathappe kontsentreeritud lahuses. sellele lisatakse. Kui võtame ühe mooli esimest ja kaks mooli teist ainet, saame järgmised tooted: vääveltrioksiid koguses kolm mooli, samuti vesi - kaks mooli. See keemiline reaktsioon võib toimuda ainult siis, kui reagendid kuumutatakse kõrge temperatuurini.
Kõnealuse mittemetalli hankimine
Väävli eraldamiseks erinevatest ainetest on mitu peamist viisi. Esimene meetod on selle eraldamine püriidist. Viimase keemiline valem on FeS 2. Kui seda ainet kuumutada kõrgel temperatuuril ilma hapniku juurdepääsuta, võib saada veel ühe raudsulfiidi – FeS – ja väävli. Reaktsioonivõrrand on kirjutatud järgmiselt: FeS 2 = FeS + S. Teine väävli tootmise meetod, mida sageli kasutatakse tööstuses, on väävelsulfiidi põletamine vähese hapnikukoguse tingimustes. Sel juhul saate kõnealust mittemetalli ja vett. Reaktsiooni läbiviimiseks peate võtma komponendid molaarsuhtes kaks kuni üks. Selle tulemusena saame lõpptooted vahekorras kaks kuni kaks. Selle keemilise reaktsiooni võrrandi võib kirjutada järgmiselt: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. Lisaks saab väävlit saada mitmesuguste metallurgiliste protsesside kaudu, näiteks metallide, näiteks nikli tootmisel. , vask ja teised.
Tööstuslik kasutamine
Mittemetall, mida me kaalume, on leidnud oma laialdasema kasutuse keemiatööstuses. Nagu eespool mainitud, kasutatakse seda siin sulfaathappe tootmiseks. Lisaks kasutatakse väävlit komponendina tikkude valmistamisel, kuna see on tuleohtlik materjal. Samuti on see asendamatu lõhkeainete, püssirohu, säraküünalde jms tootmisel. Lisaks kasutatakse väävlit kahjuritõrjevahendite ühe koostisosana. Meditsiinis kasutatakse seda komponendina nahahaiguste ravimite valmistamisel. Kõnealust ainet kasutatakse ka erinevate värvainete tootmisel. Lisaks kasutatakse seda fosfori tootmisel.
Väävli elektrooniline struktuur
Nagu teate, koosnevad kõik aatomid tuumast, milles on prootoneid - positiivselt laetud osakesi - ja neutroneid, st nulllaenguga osakesi. Negatiivse laenguga elektronid pöörlevad ümber tuuma. Et aatom oleks neutraalne, peab selle struktuuris olema sama arv prootoneid ja elektrone. Kui viimaseid on rohkem, on tegu juba negatiivse iooniga – aniooniga. Kui prootonite arv on vastupidi suurem kui elektronide arv, on see positiivne ioon või katioon. Väävli anioon võib toimida happejäägina. See on osa selliste ainete molekulidest nagu sulfiidhape (vesiniksulfiid) ja metallisulfiidid. Anioon tekib elektrolüütilise dissotsiatsiooni käigus, mis tekib siis, kui aine lahustub vees. Sel juhul laguneb molekul katiooniks, mis võib esineda metalli- või vesinikuioonina, aga ka katiooniks - happelise jäägi või hüdroksüülrühma (OH-) iooniks.
Kuna väävli seerianumber perioodilisustabelis on kuusteist, võime järeldada, et selle tuum sisaldab täpselt nii palju prootoneid. Selle põhjal võime öelda, et seal on ka kuusteist elektroni, mis pöörlevad ümber. Neutronite arvu saab leida, kui lahutada molaarmassist keemilise elemendi järjekorranumber: 32 - 16 = 16. Iga elektron ei pöörle mitte kaootiliselt, vaid kindlal orbiidil. Kuna väävel on keemiline element, mis kuulub perioodilisuse tabeli kolmandasse perioodi, on tuuma ümber kolm orbiiti. Esimesel neist on kaks elektroni, teisel kaheksa ja kolmandal kuus. Väävliaatomi elektrooniline valem on kirjutatud järgmiselt: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Levimus looduses
Põhimõtteliselt leidub kõnealust keemilist elementi mineraalides, mis on erinevate metallide sulfiidid. Esiteks on see püriit – rauasool; See on ka plii, hõbe, vase läige, tsingi segu, kinaver - elavhõbeda sulfiid. Lisaks võib väävel olla osa mineraalidest, mille struktuuri esindavad kolm või enam keemilist elementi.
Näiteks kalkopüriit, mirabiliit, kieseriit, kips. Saate neid kõiki üksikasjalikumalt kaaluda. Püriit on ferrumsulfiid ehk FeS2. Sellel on helekollane värvus kuldse läikega. Seda mineraali võib sageli leida lisandina lapis lazuli's, mida kasutatakse laialdaselt ehete valmistamisel. See on tingitud asjaolust, et neil kahel mineraalil on sageli ühine leiukoht. Vase läige – kalkotsiit ehk kalkotsiit – on metalliga sarnane sinakashall aine. ja hõbedane läige (argentiit) on sarnaste omadustega: mõlemad meenutavad välimuselt metalle ja on halli värvi. Kaneel on tuhm pruunikaspunane hallide laikudega mineraal. Kalkopüriit, mille keemiline valem on CuFeS 2, on kuldkollane, seda nimetatakse ka kulla seguks. Tsingisegu (sfaleriidi) värvus võib varieeruda merevaigust tulioranžini. Mirabiliit - Na 2 SO 4 x10H 2 O - läbipaistvad või valged kristallid. Seda nimetatakse ka meditsiinis kasutatavaks. Kieseriidi keemiline valem on MgSO 4 xH 2 O. See näeb välja nagu valge või värvitu pulber. Kipsi keemiline valem on CaSO 4 x2H 2 O. Lisaks on see keemiline element elusorganismide rakkude osa ja oluline mikroelement.
Röstgaasi tootmisel väävli põletamise teel ei ole vaja seda lisanditest puhastada. Ettevalmistusetapp hõlmab ainult gaasi kuivatamist ja happe kõrvaldamist. Väävli põletamisel tekib pöördumatu eksotermiline reaktsioon:
S + O 2 = NII 2 (1)
väga suure soojushulga eraldumisega: muutus H = -362,4 kJ/mol ehk ühiku massi järgi 362,4/32 = 11,325 kJ/t = 11325 kJ/kg S.
Põlemiseks tarnitav sula vedel väävel aurustub (keeb) temperatuuril 444,6 * C; aurustumissoojus on 288 kJ/kg. Esitatud andmetest nähtub, et väävli põlemisreaktsiooni soojus on lähteaine aurustamiseks täiesti piisav, seetõttu toimub väävli ja hapniku koostoime gaasifaasis (homogeenne reaktsioon).
Väävli põletamine tööstuses toimub järgmiselt. Väävel on eelnevalt sulatatud (selleks võite kasutada veeauru, mis on saadud väävli peamise põlemisreaktsiooni soojuse ringlussevõtul). Kuna väävli sulamistemperatuur on suhteliselt madal, on väävlist settimise ja sellele järgneva filtreerimise teel lihtne eraldada vedelasse faasi jõudnud mehaanilisi lisandeid ja saada piisava puhtusastmega lähteaine. Sulaväävli põletamiseks kasutatakse kahte tüüpi ahjusid - otsik ja tsüklon. Need peavad võimaldama vedela väävli pihustamist selle kiireks aurustamiseks ja tagama usaldusväärse kontakti õhuga seadme kõigis osades.
Ahjust siseneb röstigaas heitsoojuskatlasse ja seejärel järgmistesse seadmetesse.
Vääveldioksiidi kontsentratsioon kaltsineerimisgaasis oleneb põlemisse tarnitava väävli ja õhu vahekorrast. Kui õhku võtta stöhhiomeetrilises koguses, s.t. iga väävlimooli kohta on 1 mool hapnikku, siis väävli täielikul põlemisel on kontsentratsioon võrdne hapniku mahuosaga õhus C, seega 2. max = 21%. Õhku võetakse aga tavaliselt liiga palju, sest muidu on ahjus liiga kõrge temperatuur.
Väävli adiabaatilisel põletamisel on stöhhiomeetrilise koostisega reaktsioonisegu põlemistemperatuur ~ 1500*C. Praktilistes tingimustes piirab ahju temperatuuri tõstmise võimalusi asjaolu, et üle 1300 * C vajub ahju ja gaasikanalite vooder kiiresti kokku. Tavaliselt saadakse väävli põletamisel kaltsineerimisgaas, mis sisaldab 13–14% SO 2 .
2. So2 kontaktoksüdatsioon so3-ks
Vääveldioksiidi kontaktoksüdatsioon on heterogeense oksüdatiivse eksotermilise katalüüsi tüüpiline näide.
See on üks enim uuritud katalüütilisi sünteese. NSV Liidus tegi kõige põhjalikuma töö SO 2 oksüdatsiooni SO 3 -ks uurimisel ja katalüsaatorite väljatöötamisel G.K. Boreskov. Vääveldioksiidi oksüdatsioonireaktsioon
NII 2 + 0,5 O 2 = NII 3 (2)
mida iseloomustab väga kõrge aktiveerimisenergia ja seetõttu on selle praktiline rakendamine võimalik ainult katalüsaatori juuresolekul.
Tööstuses on SO 2 oksüdatsiooni peamiseks katalüsaatoriks vanaadiumoksiidil V 2 O 5 (vanaadiumi kontaktmass) põhinev katalüsaator. Teised ühendid, peamiselt plaatina, avaldavad samuti selles reaktsioonis katalüütilist aktiivsust. Plaatinakatalüsaatorid on aga äärmiselt tundlikud isegi arseeni, seleeni, kloori ja muude lisandite jälgede suhtes ning seetõttu asendati need järk-järgult vanaadiumkatalüsaatoriga.
Reaktsioonikiirus suureneb hapniku kontsentratsiooni suurenedes, mistõttu toimub tööstuses protsess üleliigselt.
Kuna SO2 oksüdatsioonireaktsioon on eksotermiline, peaks selle rakendamise temperatuurirežiim lähenema optimaalsele temperatuurijoonele. Temperatuurirežiimi valikul on lisaks kaks piirangut, mis on seotud katalüsaatori omadustega. Temperatuuri alumine piir on vanaadiumkatalüsaatorite süttimistemperatuur, mis olenevalt konkreetsest katalüsaatori tüübist ja gaasi koostisest on 400 - 440 * C. temperatuuri ülempiir on 600 – 650*C ja selle määrab asjaolu, et üle nende temperatuuride toimub katalüsaatori struktuuri ümberstruktureerimine ja see kaotab oma aktiivsuse.
Vahemikus 400 - 600*C püüavad nad protsessi läbi viia nii, et konversiooniastme kasvades temperatuur langeks.
Kõige sagedamini kasutatakse tööstuses välise soojusvahetusega riiulikontaktseadmeid. Soojusvahetusskeem hõlmab reaktsioonisoojuse maksimaalset kasutamist lähtegaasi soojendamiseks ja gaasi samaaegset jahutamist riiulite vahel.
Väävelhappetööstuse üks olulisemaid ülesandeid on vääveldioksiidi muundumisastme suurendamine ja selle atmosfääriheite vähendamine. Seda probleemi saab lahendada mitme meetodi abil.
Üks ratsionaalsemaid meetodeid selle probleemi lahendamiseks, mida kasutatakse laialdaselt väävelhappetööstuses, on topeltkontakti ja topeltabsorptsiooni (DCDA) meetod. Tasakaalu nihutamiseks paremale ja protsessi saagise suurendamiseks, samuti protsessi kiiruse suurendamiseks viiakse protsess läbi selle meetodiga. Selle olemus seisneb selles, et reaktsioonisegu, milles SO 2 konversiooniaste on 90–95%, jahutatakse ja suunatakse vaheabsorberisse SO 3 eraldamiseks. Ülejäänud reaktsioonigaasis suureneb O 2:SO 2 suhe oluliselt, mis viib reaktsiooni tasakaalu nihkeni paremale. Äsja kuumutatud reaktsioonigaas juhitakse uuesti kontaktaparatuuri, kus ühel või kahel katalüsaatorikihil saavutatakse 95% ülejäänud SO 2 konversiooniastmest. SO 2 konversiooni koguaste selles protsessis on 99,5%. - 99,8%.
