معادله احتراق گوگرد در اکسیژن. نمودار فرآیند شیمیایی

اساس فیزیکی و شیمیایی فرآیند احتراق گوگرد.

احتراق S با آزاد شدن مقدار زیادی گرما رخ می دهد: 0.5S 2g + O 2g = SO 2g، ΔH = -362.43 کیلوژول

احتراق مجموعه ای از پدیده های شیمیایی و فیزیکی است. در یک دستگاه احتراق باید با میدان های پیچیده ای از سرعت ها، غلظت ها و دماها سر و کار داشت که توصیف آنها از نظر ریاضی دشوار است.

احتراق S مذاب به شرایط برهمکنش و احتراق تک تک قطرات بستگی دارد. بازده فرآیند احتراق با زمان احتراق کامل هر ذره گوگرد تعیین می شود. احتراق گوگرد که فقط در فاز گاز اتفاق می افتد، با تبخیر S، اختلاط بخارات آن با هوا و حرارت دادن مخلوط به t انجام می شود که سرعت واکنش مورد نیاز را تضمین می کند. از آنجایی که تبخیر شدیدتر از سطح یک قطره فقط در یک t مشخص شروع می شود، هر قطره گوگرد مایع باید به این t گرم شود. هر چه t بالاتر باشد، زمان بیشتری برای گرم شدن قطره نیاز است. هنگامی که مخلوط قابل اشتعال بخار S و هوا با حداکثر غلظت و t در بالای سطح قطره تشکیل می شود، احتراق رخ می دهد. فرآیند احتراق یک قطره S به شرایط احتراق بستگی دارد: t و سرعت نسبی جریان گاز، و خواص فیزیکی و شیمیایی مایع S (به عنوان مثال، وجود ناخالصی های خاکستر جامد در S) و شامل موارد زیر است. مراحل: 1-مخلوط کردن قطرات مایع S با هوا. 2- گرم شدن این قطرات و تبخیر. 3-شکاف حرارتی بخارات S. 4- تشکیل فاز گاز و احتراق آن. 5-احتراق فاز گاز.

این مراحل تقریباً همزمان اتفاق می افتد.

در نتیجه گرما، یک قطره از مایع S شروع به تبخیر می کند، بخارات S به منطقه احتراق پخش می شود، جایی که در t بالا شروع به واکنش فعال با O 2 در هوا می کنند و فرآیند احتراق انتشار S با تشکیل SO 2

در t بالا، سرعت واکنش اکسیداسیون S بیشتر از سرعت فرآیندهای فیزیکی است، بنابراین سرعت کلی فرآیند احتراق توسط فرآیندهای جرم و انتقال حرارت تعیین می شود.

انتشار مولکولی یک فرآیند احتراق آرام و نسبتاً کند را تعیین می کند، در حالی که انتشار آشفته آن را تسریع می کند. با کاهش اندازه قطرات، زمان تبخیر کاهش می یابد. اتمیزه کردن ریز ذرات گوگرد و توزیع یکنواخت آنها در جریان هوا، سطح تماس را افزایش می دهد و حرارت و تبخیر ذرات را تسهیل می کند. هنگام سوزاندن هر قطره S در ترکیب مشعل، باید 3 دوره متمایز شود: من-دوره نهفتگی یا کمون؛ II- احتراق شدید؛ III- دوره پس سوزی

وقتی یک قطره می سوزد، شعله هایی از سطح آن ساطع می شود که یادآور شعله های خورشیدی است. بر خلاف احتراق انتشار معمولی با انتشار شعله از سطح یک قطره سوزان، آن را "احتراق انفجاری" می نامند.

احتراق یک قطره S در حالت انتشار از طریق تبخیر مولکول ها از سطح قطره اتفاق می افتد. سرعت تبخیر به خواص فیزیکی مایع و t محیط بستگی دارد و با مشخصه سرعت تبخیر تعیین می شود. در حالت دیفرانسیل، S در دوره های I و III روشن می شود. احتراق انفجاری یک قطره فقط در دوره احتراق شدید در دوره II مشاهده می شود. مدت دوره احتراق شدید متناسب با مکعب قطر اولیه قطره است. این به دلیل این واقعیت است که احتراق انفجاری نتیجه فرآیندهایی است که در حجم قطره اتفاق می افتد. مشخصات کالک سرعت سوزش. توسط f-le: به= /ت сг;

d n - قطر اولیه قطره، میلی متر؛ τ – زمان احتراق کامل قطره، s.

مشخصه سرعت سوزاندن قطرات برابر است با مجموع ویژگی های انتشار و احتراق انفجاری: به= K در + K تفاوت. کوز= 0.78∙exp(-(1.59∙р) 2.58); K تفاوت= 1.21∙r +0.23; K T2= K T1 ∙exp(E a /R∙(1/T 1 – 1/T 2)); K T1 - ثابت سرعت احتراق در t 1 = 1073 K. K T2 - ثابت. نرخ گرمایش در t متفاوت از t 1 است. E a – انرژی فعال سازی (7850 کیلوژول بر مول).

که شرایط اصلی احتراق موثر مایع S عبارتند از: تامین کل مقدار هوای مورد نیاز دهانه مشعل، پاشش ریز و یکنواخت مایع S، تلاطم جریان و t بالا.

وابستگی کلی شدت تبخیر مایع S به سرعت گاز و t: K 1= a∙V/(b+V); a، b بسته به t ثابت هستند. V – سرعت گاز، متر بر ثانیه در t بالاتر، وابستگی شدت تبخیر S به سرعت گاز است: K 1= K o ∙ V n ;

t، o C	lgK در مورد	n
	4,975	0,58
	5,610	0,545
	6,332	0,8

با افزایش t از 120 به 180 درجه سانتیگراد، شدت تبخیر S 5-10 برابر و از 180 به 440 درجه سانتیگراد 300-500 برابر افزایش می یابد.

نرخ تبخیر در سرعت گاز 0.104 متر بر ثانیه تعیین می شود: = 8.745 - 2600 / T (در 120-140 درجه سانتیگراد). = 7.346 –2025/T (در 140-200 درجه سانتیگراد)؛ = 10.415 - 3480/T (در 200-440 درجه سانتیگراد).

برای تعیین سرعت تبخیر S در هر t از 140 تا 440 درجه سانتیگراد و سرعت گاز در محدوده 0.026-0.26 m / s، ابتدا برای سرعت گاز 0.104 m / s پیدا شده و به سرعت دیگری محاسبه می شود: ال جی = lg + n ∙ lgV `` /V` ; مقایسه شدت تبخیر گوگرد مایع و سرعت احتراق نشان می دهد که شدت احتراق نمی تواند از شدت تبخیر در نقطه جوش گوگرد تجاوز کند. این صحت مکانیسم احتراق را تأیید می کند که طبق آن گوگرد فقط در حالت بخار می سوزد. ثابت سرعت برای اکسیداسیون بخار گوگرد (واکنش طبق یک معادله مرتبه دوم انجام می شود) با معادله جنبشی تعیین می شود: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 . С S – غلظت بخار S; C O2 - غلظت بخار O 2. K ثابت سرعت واکنش است. غلظت کل بخارات S و O 2 برابر است با: با اس= a (1-x); با O2= b – 2ax; a غلظت اولیه بخار S است. ب - غلظت اولیه بخار O 2. x حالت اکسیداسیون بخار S است. سپس:

K∙τ= (2.3 /(b – 2a)) ∙ (log(b – ax/b(1 - x)));

ثابت سرعت برای اکسیداسیون S به SO2: lgK= B – A/T;

o C	650 - 850	850 - 1100
که در	3,49	2,92
آ

قطرات گوگرد د< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 میکرومتر در انفجار، در ناحیه 100-160 میکرومتر زمان سوزاندن قطرات افزایش نمی یابد.

که برای تشدید فرآیند احتراق، توصیه می شود گوگرد را به قطرات d = 130-200 میکرومتر اسپری کنید که به انرژی اضافی نیاز دارد. هنگام سوزاندن همان مقدار، S به دست می آید. SO 2 غلیظ تر است، هر چه حجم گاز کوره کمتر و t آن بیشتر باشد.

1 - C O2; 2 – С SO2

شکل رابطه تقریبی بین t و غلظت SO 2 در گاز کوره ایجاد شده در طی احتراق آدیاباتیک گوگرد در هوا را نشان می دهد. در عمل، SO 2 بسیار غلیظ به دست می آید، که با این واقعیت محدود می شود که در t> 1300 پوشش کوره و کانال های گاز به سرعت فرو می ریزد. علاوه بر این، در این شرایط، واکنش های جانبی می تواند بین O 2 و N 2 هوا با تشکیل اکسیدهای نیتروژن رخ دهد که ناخالصی نامطلوبی در SO 2 است، بنابراین t = 1000-1200 معمولاً در کوره های گوگرد نگهداری می شود. و گازهای کوره حاوی 12-14 درصد حجمی SO2 هستند. از یک حجم O 2 یک حجم SO 2 تشکیل می شود، بنابراین حداکثر محتوای نظری SO 2 در گاز کلسینه هنگام سوزاندن S در هوا 21٪ است. هنگام سوزاندن S در هوا، می سوزد. محتوای O 2 SO 2 در یک مخلوط گاز می تواند بسته به غلظت O 2 افزایش یابد. محتوای نظری SO 2 هنگام سوزاندن S در O 2 خالص می تواند به 100٪ برسد. ترکیب احتمالی گاز برشته شده از سوزاندن S در هوا و در مخلوط‌های مختلف اکسیژن-نیتروژن در شکل نشان داده شده است:

کوره برای سوزاندن گوگرد.

احتراق S در تولید اسید سولفوریک در کوره ها در حالت اتمیزه یا جامد انجام می شود. برای سوزاندن S مذاب از نازل، سیکلون و کوره های ارتعاشی استفاده می شود. پرکاربردترین آنها سیکلون و نازل هستند. این کوره ها بر اساس معیارهای زیر طبقه بندی می شوند:- با توجه به نوع نازل های نصب شده (مکانیکی، پنوماتیک، هیدرولیک) و محل قرارگیری آنها در کوره (شعاعی، مماسی). - وجود صفحه نمایش در داخل محفظه های احتراق؛ - با توجه به اجرا (افقی، عمودی)؛ - با توجه به محل سوراخ های ورودی برای تامین هوا؛ - در دستگاه هایی برای مخلوط کردن جریان هوا با بخارات S؛ - در تجهیزات استفاده از حرارت احتراق S؛ - بر اساس تعداد دوربین ها

کوره نازل (برنج)

1 - استوانه فولادی، 2 - آستر. 3 - آزبست، 4 - پارتیشن. 5 - نازل برای پاشش سوخت، 6 - نازل برای پاشش گوگرد،

7 - جعبه برای تامین هوای کوره.

طراحی نسبتاً ساده ای دارد، نگهداری آن آسان است، گازی با غلظت ثابت SO 2 تولید می کند. به کمبودهای جدیشامل: تخریب تدریجی پارتیشن ها به دلیل t بالا; استرس حرارتی کم محفظه احتراق؛ مشکل در به دست آوردن گاز با غلظت بالا، زیرا استفاده از هوای اضافی زیاد؛ وابستگی درصد احتراق به کیفیت اتمیزاسیون S. به معنی مصرف سوخت هنگام راه اندازی و گرم کردن کوره است. ابعاد و وزن نسبتاً بزرگ و در نتیجه سرمایه گذاری قابل توجه، مناطق حاصل، هزینه های عملیاتی و تلفات حرارتی زیاد برای محیط زیست.

کامل تر کوره های سیکلون.

1 - پیش محفظه، 2 - جعبه هوا، 3، 5 - محفظه های پس سوز، 4. 6 - حلقه های پینچ، 7، 9 - نازل برای تامین هوا، 8، 10 - نازل برای تامین گوگرد.

دسترسی:هوای مماسی و ورودی S؛ احتراق یکنواخت S را در کوره به دلیل آشفتگی بهتر جریانها تضمین می کند. امکان به دست آوردن گاز فرآیند غلیظ تا 18 درصد حجمی SO 2. ولتاژ حرارتی بالای فضای احتراق (4.6 10 6 W/m 3)؛ حجم دستگاه در مقایسه با حجم یک کوره نازل با همان بهره وری 30-40 برابر کاهش می یابد. غلظت ثابت SO2؛ تنظیم ساده درصد احتراق S و اتوماسیون آن؛ مصرف کم زمان و مواد قابل احتراق برای گرم کردن و راه اندازی کوره پس از توقف طولانی. محتوای کمتر اکسیدهای نیتروژن بعد از کوره. هفته های اصلیهمراه با t بالا در درصد احتراق. ترک خوردگی پوشش و جوش ممکن است. اتمیزه شدن نامطلوب S منجر به نفوذ بخارات آن به تجهیزات تبادل بعد از کوره و در نتیجه خوردگی تجهیزات و ناپایداری t در ورودی تجهیزات مبادله می شود.

مذاب S می تواند از طریق نازل هایی با آرایش مماسی یا محوری وارد کوره شود. با آرایش محوری نازل ها، منطقه احتراق به محیط نزدیک تر است. با تانگن - نزدیکتر به مرکز، به همین دلیل اثر t بالا بر روی آستر کاهش می یابد. (شکل) سرعت جریان گاز 100-120 متر بر ثانیه است - این شرایط مساعدی را برای انتقال جرم و حرارت ایجاد می کند و سرعت احتراق S را افزایش می دهد.

فر ویبره (برنج).

1 – سر کوره مشعل؛ 2 - شیرهای برگشت 3- کانال ارتعاش

در طی احتراق ارتعاشی، تمام پارامترهای فرآیند به طور دوره ای تغییر می کنند (فشار در محفظه، سرعت و ترکیب مخلوط گاز، t). دستگاه برای لرزش احتراق S را اجاق گاز مشعل می نامند. قبل از کوره، S و هوا مخلوط می شوند و از طریق شیرهای چک (2) به سر کوره مشعل جریان می یابند، جایی که مخلوط می سوزد. تامین مواد اولیه به صورت قسمتی (چرخه ای) انجام می شود. در این نسخه از کوره، تنش حرارتی و سرعت احتراق به طور قابل توجهی افزایش می یابد، اما قبل از احتراق مخلوط، مخلوط کردن خوب S پاشیده شده با هوا ضروری است تا فرآیند فورا انجام شود. در این حالت، محصولات احتراق به خوبی مخلوط می شوند، فیلم گاز SO 2 که ذرات S را احاطه کرده است از بین می رود و دسترسی به بخش های جدید O 2 در منطقه احتراق را تسهیل می کند. در چنین کوره ای، SO 2 تشکیل شده ذرات نسوخته را حذف نمی کند، غلظت آن بالا است.

یک کوره سیکلون، در مقایسه با کوره نازل، با 40 تا 65 برابر تنش حرارتی بیشتر، امکان به دست آوردن گاز غلیظ تر و تولید بخار بیشتر مشخص می شود.

مهم ترین تجهیزات کوره های احتراق نازل های S مایع هستند که باید از پاشش خوب و یکنواخت مایع S، اختلاط خوب آن با هوا در خود نازل و پشت آن، تنظیم سریع دبی مایع S با حفظ سرعت اطمینان حاصل شود. لازم است ارتباط آن با هوا، پایداری یک شکل خاص، طول مشعل، و همچنین دارای طراحی بادوام، قابل اعتماد و آسان برای استفاده باشد. برای عملکرد روان انژکتورها، مهم است که S به خوبی از خاکستر و قیر تمیز شود. نازل ها می توانند مکانیکی (مایع تحت فشار خود) یا پنوماتیک (هوا نیز در پاشش شرکت می کند).

استفاده از گرمای احتراق گوگرد.

واکنش بسیار گرمازا است، در نتیجه مقدار زیادی گرما آزاد می شود و دمای گاز در خروجی کوره ها 1100-1300 0 C است. برای اکسیداسیون تماسی SO2، دمای گاز در ورودی 1st لایه کوره نباید بیش از 420 - 450 0 C باشد. بنابراین، قبل از مرحله اکسیداسیون SO 2، لازم است جریان گاز خنک شود و از گرمای اضافی استفاده شود. در سیستم‌های اسید سولفوریک که بر روی گوگرد برای بازیافت گرما کار می‌کنند، دیگ‌های حرارتی اتلاف لوله آب با گردش حرارت طبیعی بیشترین کاربرد را دارند. SETA – C (25 - 24)؛ RKS 95/4.0 - 440.

دیگ بخار فن آوری انرژی RKS 95/4.0 – 440 یک دیگ بخار آب، گردش طبیعی و ضد گاز است که برای کار با فشار طراحی شده است. دیگ بخار شامل دستگاههای تبخیر مرحله 1 و 2، اکونومایزرهای دور مرحله 1 و 2، سوپرهیترهای راه دور مرحله 1 و 2، درام و کوره های سوزاندن گوگرد می باشد. جعبه آتش برای سوزاندن 650 تن مایع طراحی شده است. گوگرد در روز. کوره متشکل از دو سیکلون است که نسبت به یکدیگر با زاویه 110 0 و یک محفظه انتقال متصل شده اند.

قاب داخلی دارای قطر 2.6 متر است و آزادانه روی تکیه گاه ها قرار می گیرد. پوسته بیرونی 3 متر قطر دارد و هوا به فضای حلقوی تشکیل شده توسط محفظه های داخلی و خارجی وارد می شود و سپس از طریق نازل ها وارد محفظه احتراق می شود. گوگرد با استفاده از 8 نازل گوگرد، 4 عدد در هر سیکلون به کوره عرضه می شود. احتراق گوگرد در یک جریان چرخشی گاز-هوا رخ می دهد. چرخش جریان با وارد کردن مماس هوا به داخل سیکلون احتراق از طریق نازل های هوا، 3 عدد در هر سیکلون به دست می آید. مقدار هوا توسط فلپ های الکتریکی روی هر نازل هوا تنظیم می شود. محفظه انتقال برای هدایت جریان گاز از سیکلون های افقی به مجرای گاز عمودی دستگاه تبخیر طراحی شده است. سطح داخلی آتشدان با آجر مولیت کوراندوم، درجه MKS-72، به ضخامت 250 میلی متر پوشیده شده است.

1- طوفان ها

2 - اتاق انتقال

3- دستگاه های تبخیر

گوگرد یک عنصر شیمیایی است که در گروه ششم و دوره سوم جدول تناوبی یافت می شود. در این مقاله نگاهی دقیق به خواص شیمیایی، تولید، کاربرد و غیره آن خواهیم داشت. ویژگی فیزیکی شامل ویژگی هایی مانند رنگ، سطح رسانایی الکتریکی، نقطه جوش گوگرد و غیره است. ویژگی های شیمیایی برهمکنش آن را با سایر مواد توصیف می کند.

گوگرد از دیدگاه فیزیک

این یک ماده شکننده است. در شرایط عادی، در حالت تجمع جامد باقی می ماند. گوگرد دارای رنگ زرد لیمویی است.

و در بیشتر موارد، تمام ترکیبات آن دارای ته رنگ زرد هستند. در آب حل نمی شود. رسانایی حرارتی و الکتریکی پایینی دارد. این ویژگی ها آن را به عنوان یک غیر فلز معمولی مشخص می کند. علیرغم اینکه ترکیب شیمیایی گوگرد اصلاً پیچیده نیست، این ماده می تواند تغییرات مختلفی داشته باشد. همه چیز به ساختار شبکه کریستالی بستگی دارد که با کمک آن اتم ها به هم متصل می شوند، اما مولکول تشکیل نمی دهند.

بنابراین، اولین گزینه گوگرد لوزی است. پایدارترین است. نقطه جوش این نوع گوگرد چهارصد و چهل و پنج درجه سانتیگراد است. اما برای اینکه یک ماده معین به حالت گازی تجمع برسد، ابتدا باید از حالت مایع عبور کند. پس ذوب گوگرد در دمای صد و سیزده درجه سانتیگراد اتفاق می افتد.

گزینه دوم سولفور مونوکلینیک است. این یک کریستال سوزنی شکل با رنگ زرد تیره است. ذوب اولین نوع گوگرد و سپس سرد شدن آهسته آن منجر به تشکیل این نوع می شود. این واریته تقریباً خصوصیات فیزیکی یکسانی دارد. مثلاً نقطه جوش این نوع گوگرد همان چهارصد و چهل و پنج درجه است. علاوه بر این، انواع مختلفی از این ماده مانند پلاستیک وجود دارد. با ریختن آب لوزی شکلی که تقریباً تا جوشیدن گرم شده است در آب سرد به دست می آید. نقطه جوش این نوع گوگرد یکسان است. اما این ماده دارای خاصیت کشش مانند لاستیک است.

یکی دیگر از اجزای خصوصیات فیزیکی که می خواهم در مورد آن صحبت کنم دمای اشتعال گوگرد است.

این شاخص بسته به نوع ماده و منشاء آن ممکن است متفاوت باشد. برای مثال دمای اشتعال گوگرد فنی صد و نود درجه است. این رقم نسبتاً پایینی است. در موارد دیگر نقطه اشتعال گوگرد می تواند دویست و چهل و هشت درجه و حتی دویست و پنجاه و شش درجه باشد. همه چیز بستگی به این دارد که از چه ماده ای استخراج شده و چگالی آن چقدر است. اما می توان نتیجه گرفت که دمای احتراق گوگرد در مقایسه با سایر عناصر شیمیایی بسیار پایین است، این ماده قابل اشتعال است. علاوه بر این، گاهی اوقات گوگرد می تواند به مولکول هایی متشکل از هشت، شش، چهار یا دو اتم ترکیب شود. اکنون با در نظر گرفتن گوگرد از دیدگاه فیزیک، اجازه دهید به بخش بعدی برویم.

مشخصات شیمیایی گوگرد

این عنصر دارای جرم اتمی نسبتاً کم، معادل سی و دو گرم بر مول است. از ویژگی های عنصر گوگرد می توان به ویژگی این ماده به عنوان توانایی درجات مختلف اکسیداسیون اشاره کرد. این با مثلاً هیدروژن یا اکسیژن متفاوت است. هنگام در نظر گرفتن این سوال که ویژگی های شیمیایی عنصر گوگرد چیست، نمی توان نادیده گرفت که بسته به شرایط، هم خاصیت کاهنده و هم اکسید کننده از خود نشان می دهد. بنابراین، بیایید به ترتیب به تعامل این ماده با ترکیبات شیمیایی مختلف نگاه کنیم.

گوگرد و مواد ساده

مواد ساده موادی هستند که فقط یک عنصر شیمیایی دارند. اتم‌های آن ممکن است به مولکول‌ها ترکیب شوند، مثلاً در مورد اکسیژن، یا ممکن است مانند فلزات ترکیب نشوند. بنابراین، گوگرد می تواند با فلزات، سایر غیر فلزات و هالوژن ها واکنش نشان دهد.

تعامل با فلزات

برای انجام این نوع فرآیند، دمای بالا مورد نیاز است. در این شرایط، یک واکنش اضافه رخ می دهد. یعنی اتم های فلز با اتم های گوگرد ترکیب می شوند و مواد پیچیده سولفید را تشکیل می دهند. به عنوان مثال، اگر دو مول پتاسیم را گرم کنید و با یک مول گوگرد مخلوط کنید، یک مول سولفید از این فلز به دست می آید. معادله را می توان به صورت زیر نوشت: 2K + S = K 2 S.

واکنش با اکسیژن

این سوزاندن گوگرد است. در نتیجه این فرآیند، اکسید آن تشکیل می شود. دومی می تواند دو نوع باشد. بنابراین احتراق گوگرد می تواند در دو مرحله اتفاق بیفتد. اولین مورد زمانی است که یک مول دی اکسید گوگرد از یک مول گوگرد و یک مول اکسیژن تشکیل می شود. معادله این واکنش شیمیایی را می توان به صورت زیر نوشت: S + O 2 = SO 2. مرحله دوم افزودن یک اتم اکسیژن دیگر به دی اکسید است. اگر در دمای بالا یک مول اکسیژن به دو مول اضافه کنید این اتفاق می افتد. نتیجه دو مول تری اکسید گوگرد است. معادله این برهمکنش شیمیایی به این صورت است: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 . در نتیجه این واکنش اسید سولفوریک تشکیل می شود. بنابراین، با انجام دو فرآیند توضیح داده شده، می توانید تری اکسید حاصل را از طریق جریان بخار آب عبور دهید. و به دست می آوریم معادله چنین واکنشی به صورت زیر نوشته شده است: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.

تعامل با هالوژن ها

مواد شیمیایی، مانند سایر غیرفلزها، به آن اجازه می دهند با گروه معینی از مواد واکنش نشان دهد. این شامل ترکیباتی مانند فلوئور، برم، کلر، ید است. گوگرد با هر یک از آنها به جز آخرین مورد واکنش نشان می دهد. به عنوان مثال می توان به فرآیند فلورایده شدن عنصر جدول تناوبی که در نظر داریم اشاره کرد. با حرارت دادن نافلز مذکور با هالوژن می توان دو تغییر فلوراید به دست آورد. حالت اول: اگر یک مول گوگرد و سه مول فلوئور بگیریم یک مول فلوراید به دست می آید که فرمول آن SF 6 است. معادله به این صورت است: S + 3F 2 = SF 6. علاوه بر این، گزینه دوم وجود دارد: اگر یک مول گوگرد و دو مول فلوئور بگیریم، یک مول فلوراید با فرمول شیمیایی SF 4 دریافت می کنیم. معادله به صورت زیر نوشته شده است: S + 2F 2 = SF 4. همانطور که می بینید، همه چیز به نسبت هایی بستگی دارد که اجزا در آن مخلوط می شوند. دقیقاً به همین ترتیب، فرآیند کلرزنی گوگرد (دو ماده مختلف نیز می تواند تشکیل شود) یا برم شدن می تواند انجام شود.

تعامل با سایر مواد ساده

ویژگی های عنصر گوگرد به همین جا ختم نمی شود. این ماده همچنین می تواند با هیدروژن، فسفر و کربن واکنش شیمیایی بدهد. در اثر برهمکنش با هیدروژن، اسید سولفید تشکیل می شود. در نتیجه واکنش آن با فلزات می توان سولفیدهای آنها را به دست آورد که به نوبه خود مستقیماً از واکنش گوگرد با همان فلز نیز به دست می آید. افزودن اتم های هیدروژن به اتم های گوگرد تنها در شرایط دمایی بسیار بالا اتفاق می افتد. هنگامی که گوگرد با فسفر واکنش می دهد، فسفید آن تشکیل می شود. فرمول زیر را دارد: P 2 S 3. برای بدست آوردن یک مول از این ماده باید دو مول فسفر و سه مول گوگرد مصرف کنید. هنگامی که گوگرد با کربن برهمکنش می کند، کاربید نافلز مورد نظر تشکیل می شود. فرمول شیمیایی آن به این صورت است: CS 2. برای به دست آوردن یک مول از یک ماده، باید یک مول کربن و دو مول گوگرد مصرف کنید. تمام واکنش های افزودنی که در بالا توضیح داده شد تنها زمانی رخ می دهند که معرف ها تا دمای بالا گرم شوند. ما به برهمکنش گوگرد با مواد ساده نگاه کرده ایم، حال اجازه دهید به نکته بعدی برویم.

گوگرد و ترکیبات پیچیده

مواد پیچیده آن دسته از موادی هستند که مولکول های آنها از دو (یا چند عنصر) متفاوت تشکیل شده است. خواص شیمیایی گوگرد به آن اجازه می دهد تا با ترکیباتی مانند قلیاها و همچنین اسید سولفات غلیظ واکنش دهد. واکنش های آن با این مواد کاملاً عجیب و غریب است. ابتدا بیایید ببینیم وقتی نافلز مورد نظر با قلیایی مخلوط می شود چه اتفاقی می افتد. به عنوان مثال، اگر شش مول بردارید و سه مول گوگرد اضافه کنید، دو مول سولفید پتاسیم، یک مول سولفیت پتاسیم و سه مول آب به دست می آورید. این نوع واکنش را می توان با معادله زیر بیان کرد: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. همان اصل برهمکنش رخ می دهد اگر اضافه کنید بعد، رفتار گوگرد را در هنگام محلول غلیظ اسید سولفات در نظر بگیرید. به آن اضافه می شود. اگر یک مول از ماده اول و دو مول از ماده دوم را بگیریم، محصولات زیر را به دست می آوریم: تری اکسید گوگرد به مقدار سه مول، و همچنین آب - دو مول. این واکنش شیمیایی تنها زمانی رخ می دهد که واکنش دهنده ها تا دمای بالا گرم شوند.

به دست آوردن غیر فلز مورد نظر

چندین راه اصلی برای استخراج گوگرد از مواد مختلف وجود دارد. اولین روش جداسازی آن از پیریت است. فرمول شیمیایی دومی FeS 2 است. هنگامی که این ماده تا دمای بالا بدون دسترسی به اکسیژن گرم می شود، می توان سولفید آهن دیگری - FeS - و گوگرد به دست آورد. معادله واکنش به صورت زیر نوشته شده است: FeS 2 = FeS + S. روش دوم تولید گوگرد که اغلب در صنعت استفاده می شود، احتراق سولفید گوگرد در شرایط مقدار کمی اکسیژن است. در این صورت می توانید نافلز مورد نظر و آب را بدست آورید. برای انجام واکنش، باید اجزا را با نسبت مولی دو به یک بگیرید. در نتیجه محصولات نهایی را به نسبت دو به دو به دست می آوریم. معادله این واکنش شیمیایی را می توان به صورت زیر نوشت: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. علاوه بر این، گوگرد را می توان از طریق انواع فرآیندهای متالورژیکی، به عنوان مثال، در تولید فلزاتی مانند نیکل به دست آورد. ، مس و دیگران.

استفاده صنعتی

نافلز مورد نظر ما بیشترین کاربرد خود را در صنایع شیمیایی پیدا کرده است. همانطور که در بالا ذکر شد، در اینجا برای تولید اسید سولفات از آن استفاده می شود. علاوه بر این، گوگرد به دلیل اینکه ماده ای قابل اشتعال است، به عنوان جزئی برای ساخت کبریت استفاده می شود. همچنین در تولید مواد منفجره، باروت، جرقه و غیره ضروری است و همچنین گوگرد به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده در محصولات کنترل آفات استفاده می شود. در پزشکی به عنوان جزئی در ساخت داروهای بیماری های پوستی استفاده می شود. از ماده مورد بحث در تولید رنگ های مختلف نیز استفاده می شود. علاوه بر این، از آن در ساخت فسفر استفاده می شود.

ساختار الکترونیکی گوگرد

همانطور که می دانید، همه اتم ها از یک هسته تشکیل شده اند که در آن پروتون - ذرات باردار مثبت - و نوترون ها، یعنی ذرات با بار صفر وجود دارد. الکترون های با بار منفی به دور هسته می چرخند. برای اینکه یک اتم خنثی باشد، باید همان تعداد پروتون و الکترون در ساختار خود داشته باشد. اگر مورد دوم بیشتر باشد، در حال حاضر یک یون منفی است - یک آنیون. اگر برعکس، تعداد پروتون ها از الکترون ها بیشتر باشد، یک یون مثبت یا کاتیون است. آنیون گوگرد می تواند به عنوان یک باقی مانده اسید عمل کند. بخشی از مولکول های موادی مانند اسید سولفید (سولفید هیدروژن) و سولفیدهای فلزی است. آنیون در حین تفکیک الکترولیتی تشکیل می شود که زمانی اتفاق می افتد که یک ماده در آب حل شود. در این مورد، مولکول به یک کاتیون تجزیه می شود، که می تواند به شکل یک فلز یا یون هیدروژن، و همچنین یک کاتیون - یونی از یک باقیمانده اسیدی یا یک گروه هیدروکسیل (OH-) ارائه شود.

از آنجایی که شماره سریال گوگرد در جدول تناوبی شانزده است، می توان نتیجه گرفت که هسته آن دقیقاً حاوی این تعداد پروتون است. بر این اساس می توان گفت که شانزده الکترون نیز به دور خود می چرخند. تعداد نوترون ها را می توان با کم کردن شماره سریال عنصر شیمیایی از جرم مولی پیدا کرد: 32 - 16 = 16. هر الکترون به طور آشفته ای نمی چرخد، بلکه در یک مدار خاص می چرخد. از آنجایی که گوگرد یک عنصر شیمیایی است که متعلق به دوره سوم جدول تناوبی است، سه مدار به دور هسته وجود دارد. اولی آنها دو الکترون، دومی هشت و سومی شش الکترون دارد. فرمول الکترونیکی اتم گوگرد به صورت زیر نوشته شده است: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

شیوع در طبیعت

اساساً عنصر شیمیایی مورد بحث در کانی ها یافت می شود که سولفیدهای فلزات مختلف هستند. اول از همه، این پیریت است - یک نمک آهن. همچنین سرب، نقره، درخشش مس، مخلوط روی، سینابار - سولفید جیوه است. علاوه بر این، گوگرد همچنین می تواند بخشی از مواد معدنی باشد که ساختار آن توسط سه یا چند عنصر شیمیایی نشان داده شده است.

به عنوان مثال، کالکوپیریت، میرابیلیت، کیزریت، گچ. می توانید هر یک از آنها را با جزئیات بیشتری در نظر بگیرید. پیریت سولفید فرو یا FeS 2 است. دارای رنگ زرد روشن با براق طلایی است. این ماده معدنی اغلب به عنوان ناخالصی در لاجورد یافت می شود که به طور گسترده ای برای ساخت جواهرات استفاده می شود. این به دلیل این واقعیت است که این دو کانی اغلب دارای یک ذخیره مشترک هستند. درخشش مس - کالکوسیت یا کالکوسیت - یک ماده خاکستری مایل به آبی شبیه فلز است. و درخشش نقره ای (آرژانتیت) خواص مشابهی دارند: هر دو از نظر ظاهری شبیه فلز هستند و رنگ خاکستری دارند. سینابار یک ماده معدنی کدر مایل به قهوه ای مایل به قرمز با لکه های خاکستری است. کالکوپیریت که فرمول شیمیایی آن CuFeS 2 است به رنگ زرد طلایی است که به آن مخلوط طلا نیز می گویند. رنگ مخلوط روی (اسفالریت) می تواند از کهربایی تا نارنجی آتشین متغیر باشد. Mirabilite - Na 2 SO 4 x10H 2 O - بلورهای شفاف یا سفید. همچنین به آن در پزشکی استفاده می شود. فرمول شیمیایی کیزریت MgSO 4 xH 2 O است. ظاهری شبیه پودر سفید یا بی رنگ دارد. فرمول شیمیایی سنگ گچ CaSO 4 x2H 2 O می باشد. علاوه بر این، این عنصر شیمیایی بخشی از سلول های موجودات زنده بوده و عنصر کمیاب مهمی است.

هنگام تولید گاز بو دادن با سوزاندن گوگرد، نیازی به تصفیه آن از ناخالصی ها نیست. مرحله آماده سازی فقط شامل خشک کردن گاز و دفع اسید خواهد بود. هنگامی که گوگرد سوزانده می شود، یک واکنش گرمازا برگشت ناپذیر رخ می دهد:

اس + O 2 = بنابراین 2 (1)

با آزاد شدن مقدار بسیار زیادی گرما: تغییر H = -362.4 kJ/mol یا بر حسب واحد جرم 362.4/32 = 11.325 kJ/t = 11325 kJ/kg S.

گوگرد مایع مذاب عرضه شده برای احتراق در دمای 444.6 * C تبخیر می شود (جوش می آید). گرمای تبخیر 288 کیلوژول بر کیلوگرم است. همانطور که از داده های ارائه شده مشاهده می شود، گرمای واکنش احتراق گوگرد برای تبخیر ماده اولیه کاملاً کافی است، بنابراین برهمکنش گوگرد و اکسیژن در فاز گاز (واکنش همگن) رخ می دهد.

احتراق گوگرد در صنعت به شرح زیر انجام می شود. گوگرد به طور مقدماتی ذوب می شود (برای این کار می توانید از بخار آب به دست آمده از بازیافت گرمای واکنش احتراق اصلی گوگرد استفاده کنید). از آنجایی که نقطه ذوب گوگرد نسبتاً پایین است، با ته نشین شدن و فیلتراسیون بعدی از گوگرد، به راحتی می توان ناخالصی های مکانیکی را که به فاز مایع نرفته اند جدا کرد و مواد اولیه با درجه خلوص کافی به دست آورد. دو نوع کوره برای سوزاندن گوگرد مذاب استفاده می شود - نازل و سیکلونآنها باید اسپری گوگرد مایع را برای تبخیر سریع آن و اطمینان از تماس قابل اعتماد با هوا در تمام قسمت های دستگاه فراهم کنند.

از کوره، گاز برشته شده وارد دیگ گرمای زباله و سپس به دستگاه های بعدی می شود.

غلظت دی اکسید گوگرد در گاز کلسین کننده به نسبت گوگرد و هوای عرضه شده به احتراق بستگی دارد. اگر هوا در کمیت استوکیومتری گرفته شود، یعنی. به ازای هر مول گوگرد، 1 مول اکسیژن وجود دارد، سپس با احتراق کامل گوگرد، غلظت آن برابر با کسر حجمی اکسیژن در هوا خواهد بود، بنابراین 2. max = 21%. با این حال، هوا معمولا بیش از حد گرفته می شود، زیرا در غیر این صورت دمای فر بسیار بالا خواهد بود.

در طی احتراق آدیاباتیک گوگرد، دمای پخت برای یک مخلوط واکنشی از ترکیب استوکیومتری ~ 1500 * C خواهد بود. در شرایط عملی، امکان افزایش دما در کوره با این واقعیت محدود می شود که بالای 1300 * C آستر کوره و کانال های گاز به سرعت فرو می ریزد. به طور معمول، هنگامی که گوگرد سوزانده می شود، یک گاز کلسینه حاوی 13-14٪ SO2 به دست می آید.

2. اکسیداسیون تماس so2 به so3

اکسیداسیون تماسی دی اکسید گوگرد یک نمونه معمولی از کاتالیز گرمازا اکسیداتیو ناهمگن است.

این یکی از سنتزهای کاتالیزوری است که بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است. در اتحاد جماهیر شوروی، کامل ترین کار در مورد مطالعه اکسیداسیون SO 2 به SO 3 و توسعه کاتالیزورها توسط G.K. بورسکوف واکنش اکسیداسیون دی اکسید گوگرد

بنابراین 2 + 0,5 O 2 = بنابراین 3 (2)

با انرژی فعال سازی بسیار بالا مشخص می شود و بنابراین اجرای عملی آن تنها در حضور یک کاتالیزور امکان پذیر است.

در صنعت، کاتالیزور اصلی برای اکسیداسیون SO 2 یک کاتالیزور مبتنی بر اکسید وانادیوم V 2 O 5 ( جرم تماس وانادیم ) است. سایر ترکیبات، در درجه اول پلاتین، نیز فعالیت کاتالیزوری را در این واکنش نشان می دهند. با این حال، کاتالیزورهای پلاتین حتی به آثاری از آرسنیک، سلنیوم، کلر و سایر ناخالصی ها بسیار حساس هستند و بنابراین به تدریج با کاتالیزور وانادیوم جایگزین شدند.

سرعت واکنش با افزایش غلظت اکسیژن افزایش می یابد، بنابراین فرآیند در صنعت بیش از حد انجام می شود.

از آنجایی که واکنش اکسیداسیون SO2 گرمازا است، رژیم دمایی برای اجرای آن باید به خط دمای بهینه نزدیک شود. انتخاب رژیم دما علاوه بر این مشمول دو محدودیت مربوط به خواص کاتالیزور است. حد دمای پایین تر، دمای اشتعال کاتالیزورهای وانادیوم است که بسته به نوع خاص کاتالیزور و ترکیب گاز، 400 - 440 * C می باشد. حد درجه حرارت بالا 600 - 650 * C است و با این واقعیت تعیین می شود که در بالای این دماها ساختار کاتالیزور دچار تغییر ساختار شده و فعالیت خود را از دست می دهد.

در محدوده 400 - 600*C تلاش می کنند تا فرآیند را به گونه ای انجام دهند که با افزایش درجه تبدیل، دما کاهش یابد.

اغلب در صنعت، از دستگاه های تماس قفسه ای با تبادل حرارت خارجی استفاده می شود. طرح تبادل حرارتی شامل حداکثر استفاده از گرمای واکنش برای گرم کردن گاز منبع و خنک‌سازی همزمان گاز بین قفسه‌ها است.

یکی از مهمترین وظایف پیش روی صنعت اسید سولفوریک افزایش درجه تبدیل دی اکسید گوگرد و کاهش انتشار آن در جو است. این مشکل با چندین روش قابل حل است.

یکی از منطقی ترین روش ها برای حل این مشکل که به طور گسترده در صنعت اسید سولفوریک استفاده می شود، روش تماس دوگانه و جذب مضاعف (DCDA) است. برای جابجایی تعادل به سمت راست و افزایش بازده فرآیند و همچنین افزایش سرعت فرآیند، فرآیند با استفاده از این روش انجام می شود. ماهیت آن در این واقعیت نهفته است که مخلوط واکنش، که در آن درجه تبدیل SO 2 90 - 95٪ است، سرد شده و برای جداسازی SO3 به یک جاذب میانی فرستاده می شود. در گاز واکنش باقیمانده، نسبت O 2: SO 2 به طور قابل توجهی افزایش می یابد، که منجر به تغییر تعادل واکنش به سمت راست می شود. گاز واکنش تازه گرم شده مجدداً به دستگاه تماس وارد می شود، جایی که 95٪ از درجه تبدیل SO2 باقیمانده بر روی یک یا دو لایه کاتالیزور حاصل می شود.درجه کل تبدیل SO2 در این فرآیند 99.5٪ است. - 99.8٪.