Baza fiziko-kimike e procesit të djegies së squfurit.
Djegia e S ndodh me çlirimin e një sasie të madhe nxehtësie: 0,5S 2g + O 2g = SO 2g, ΔH = -362,43 kJ
Djegia është një kompleks fenomenesh kimike dhe fizike. Në një pajisje me djegie duhet të përballemi me fusha komplekse të shpejtësive, përqendrimeve dhe temperaturave që janë të vështira për t'u përshkruar matematikisht.
Djegia e S të shkrirë varet nga kushtet e ndërveprimit dhe djegies së pikave individuale. Efikasiteti i procesit të djegies përcaktohet nga koha e djegies së plotë të secilës grimcë squfuri. Djegia e squfurit, që ndodh vetëm në fazën e gazit, paraprihet nga avullimi i S, përzierja e avujve të tij me ajrin dhe ngrohja e përzierjes në t, e cila siguron shpejtësinë e kërkuar të reagimit. Meqenëse avullimi më intensiv nga sipërfaqja e një pike fillon vetëm në një t të caktuar, çdo pikë squfuri i lëngshëm duhet të nxehet në këtë t. Sa më i lartë t, aq më shumë kohë do të duhet për të ngrohur pikën. Kur një përzierje e ndezshme e avullit S dhe ajrit me përqendrim maksimal dhe t formohet mbi sipërfaqen e pikës, ndodh ndezja. Procesi i djegies së një rënie të S varet nga kushtet e djegies: t dhe shpejtësia relative e rrjedhës së gazit, dhe vetitë fizike dhe kimike të lëngut S (për shembull, prania e papastërtive të ngurtë të hirit në S), dhe përbëhet nga fazat: 1-përzierja e pikave të lëngut S me ajër; 2-ngrohja e këtyre pikave dhe avullimi; 3-ndarja termike e avujve S; 4-formimi i fazës së gazit dhe ndezja e saj; 5-djegia e fazës së gazit.
Këto faza ndodhin pothuajse njëkohësisht.
Si rezultat i ngrohjes, një pikë e lëngut S fillon të avullojë, avujt S shpërndahen në zonën e djegies, ku në t lartë ata fillojnë të reagojnë në mënyrë aktive me O 2 në ajër, dhe procesi i djegies së difuzionit të S ndodh me formimi i SO 2.
Në t lartë, shpejtësia e reaksionit të oksidimit S është më e madhe se shpejtësia e proceseve fizike, prandaj shkalla e përgjithshme e procesit të djegies përcaktohet nga proceset e transferimit të masës dhe nxehtësisë.
Difuzioni molekular përcakton një proces djegieje të qetë dhe relativisht të ngadaltë, ndërsa difuzioni turbulent e përshpejton atë. Ndërsa madhësia e pikës zvogëlohet, koha e avullimit zvogëlohet. Atomizimi i imët i grimcave të squfurit dhe shpërndarja e tyre uniforme në rrjedhën e ajrit rrit sipërfaqen e kontaktit, duke lehtësuar ngrohjen dhe avullimin e grimcave. Kur digjen çdo pikë të vetme S në përbërjen e pishtarit, duhet të dallohen 3 periudha: I-inkubacion; II- djegie intensive; III- periudha e djegies pas.
Kur një pikë digjet, flakët lëshojnë nga sipërfaqja e saj, që të kujtojnë ndezjet diellore. Në kontrast me djegien e zakonshme të difuzionit me emetimin e flakëve nga sipërfaqja e një pike djegëse, quhet "djegie shpërthyese".
Djegia e një pikëze S në mënyrën e difuzionit ndodh përmes avullimit të molekulave nga sipërfaqja e pikës. Shpejtësia e avullimit varet nga vetitë fizike të lëngut dhe t të mjedisit, dhe përcaktohet nga karakteristikat e shpejtësisë së avullimit. Në modalitetin diferencial, S ndizet në periudhat I dhe III. Djegia shpërthyese e një pike vërehet vetëm gjatë periudhës së djegies intensive në periudhën II. Kohëzgjatja e periudhës së djegies intensive është proporcionale me kubin e diametrit fillestar të rënies. Kjo për faktin se djegia shpërthyese është pasojë e proceseve që ndodhin në vëllimin e rënies. Karakteristikat e shpejtësisë së djegies kalc. nga f-le: TE= /τ сг;
d n – diametri fillestar i rënies, mm; τ – koha e djegies së plotë të rënies, s.
Karakteristika e shkallës së djegies së pikave është e barabartë me shumën e karakteristikave të difuzionit dhe djegies shpërthyese: TE= K në + K ndryshim; Kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙р) 2,58); K ndryshim= 1,21∙r +0,23; K T2= K T1 ∙exp(E a /R∙(1/T 1 – 1/T 2)); K T1 – konstante e shpejtësisë së djegies në t 1 = 1073 K. K T2 – konstante. Shkalla e ngrohjes në t e ndryshme nga t 1. E a – energjia e aktivizimit (7850 kJ/mol).
QE. Kushtet kryesore për djegien efektive të lëngut S janë: furnizimi i gjithë sasisë së nevojshme të ajrit në grykën e pishtarit, spërkatja e imët dhe uniforme e lëngut S, turbulenca e rrjedhës dhe t lartë.
Varësia e përgjithshme e intensitetit të avullimit të lëngut S nga shpejtësia e gazit dhe t: K 1= a∙V/(b+V); a, b janë konstante në varësi të t. V - shpejtësia gaz, m/s. Në t më të lartë, varësia e intensitetit të avullimit S nga shpejtësia e gazit është: K 1= K o ∙ V n ;
| t, o C | lgK rreth | n |
| 4,975 | 0,58 | |
| 5,610 | 0,545 | |
| 6,332 | 0,8 |
Me një rritje të t nga 120 në 180 o C, intensiteti i avullimit S rritet me 5-10 herë, dhe nga 180 në 440 o C me 300-500 herë.
Shpejtësia e avullimit me shpejtësinë e gazit 0,104 m/s përcaktohet: = 8,745 – 2600/T (në 120-140 o C); = 7.346 –2025/T (në 140-200 o C); = 10.415 – 3480/T (në 200-440 o C).
Për të përcaktuar shkallën e avullimit S në çdo t nga 140 në 440 o C dhe shpejtësinë e gazit në intervalin 0,026-0,26 m/s, së pari gjendet për një shpejtësi gazi prej 0,104 m/s dhe rillogaritet në një shpejtësi tjetër: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Një krahasim i intensitetit të avullimit të squfurit të lëngshëm dhe shkallës së djegies sugjeron që intensiteti i djegies nuk mund të kalojë intensitetin e avullimit në pikën e vlimit të squfurit. Kjo konfirmon korrektësinë e mekanizmit të djegies, sipas të cilit squfuri digjet vetëm në gjendje avulli. Konstanta e shpejtësisë për oksidimin e avullit të squfurit (reaksioni vazhdon sipas një ekuacioni të rendit të dytë) përcaktohet nga ekuacioni kinetik: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; С S – përqendrimi i avullit S; C O2 – përqendrimi i avullit O 2; K është konstanta e shpejtësisë së reagimit. Përqendrimi total i avujve S dhe O 2 është: Me S= a(1-x); Me O2= b – 2ax; a është përqendrimi fillestar i avullit S; b – përqendrimi fillestar i avullit O 2; x është gjendja e oksidimit të avullit S. Atëherë:
K∙τ= (2.3 /(b – 2a)) ∙ (log(b – ax/b(1 - x)));
Konstante e shpejtësisë për oksidimin e S në SO 2: lgK= B – A/T;
| o C | 650 - 850 | 850 - 1100 |
| NË | 3,49 | 2,92 |
| A |
Pika squfuri d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 μm në shpërthim, në zonën prej 100-160 μm koha e djegies së pikave nuk rritet.
Se. Për të intensifikuar procesin e djegies, këshillohet të spërkatni squfur në pika d = 130-200 μm, gjë që kërkon energji shtesë. Kur digjet e njëjta sasi, fitohet S. SO 2 është më i përqendruar, aq më i vogël është vëllimi i gazit të furrës dhe aq më i lartë është t.
1 – C O2; 2 – С SO2
Figura tregon marrëdhënien e përafërt midis t dhe përqendrimit të SO 2 në gazin e furrës të formuar gjatë djegies adiabatike të squfurit në ajër. Në praktikë, përftohet SO 2 shumë i përqendruar, i kufizuar nga fakti se në t > 1300 rreshtimi i furrës dhe kanalet e gazit shembet shpejt. Përveç kësaj, në këto kushte, mund të ndodhin reaksione anësore midis O 2 dhe N 2 të ajrit me formimin e oksideve të azotit, i cili është një papastërti e padëshirueshme në SO 2, prandaj t = 1000-1200 zakonisht mbahet në furrat e squfurit. Dhe gazrat e furrës përmbajnë 12-14 vol% SO 2. Nga një vëllim i O 2 formohet një vëllim SO 2, prandaj përmbajtja teorike maksimale e SO 2 në gazin kalcinues kur digjet S në ajër është 21%. Kur digjet S në ajër, digjet. Përmbajtja e O 2 SO 2 në një përzierje gazi mund të rritet në varësi të përqendrimit të O 2. Përmbajtja teorike e SO 2 kur digjet S në O 2 të pastër mund të arrijë 100%. Përbërja e mundshme e gazit për pjekje të marrë nga djegia e S në ajër dhe në përzierje të ndryshme oksigjen-azoti është paraqitur në figurë:
Furrat për djegien e squfurit.
Djegia e S në prodhimin e acidit sulfurik kryhet në furra në gjendje të atomizuar ose të ngurtë. Për djegien e S të shkrirë përdoren furrat me hundë, ciklon dhe dridhje. Më të përdorurat janë ciklon dhe hundë. Këto furra klasifikohen sipas kritereve të mëposhtme:- sipas llojit të grykave të instaluara (mekanike, pneumatike, hidraulike) dhe vendndodhjes së tyre në furre (radiale, tangjenciale); - prania e ekraneve brenda dhomave të djegies; - sipas ekzekutimit (horizontal, vertikal); - sipas vendndodhjes së vrimave hyrëse për furnizim me ajër; - në pajisjet për përzierjen e rrjedhave të ajrit me avujt S; - në pajisjet për përdorimin e nxehtësisë me djegie S; - nga numri i kamerave.
Furra me hundë (oriz)
1 - cilindër çeliku, 2 - rreshtim. 3 - asbest, 4 - ndarje. 5 - hundë për spërkatje të karburantit, 6 - hundë për spërkatje të squfurit,
7 - kuti për furnizimin e ajrit në furre.
Ka një dizajn mjaft të thjeshtë, të lehtë për t'u mirëmbajtur, prodhon gaz me një përqendrim konstant të SO 2. Deri në mangësi serioze përfshijnë: shkatërrimin gradual të ndarjeve për shkak të t të lartë; stresi i ulët i nxehtësisë i dhomës së djegies; vështirësi në marrjen e gazit me përqendrim të lartë, sepse përdorni një tepricë të madhe të ajrit; varësia e përqindjes së djegies nga cilësia e atomizimit S; nënkupton konsumin e karburantit gjatë ndezjes dhe ngrohjes së furrës; dimensione dhe peshë relativisht të mëdha, dhe si rezultat, investime të konsiderueshme kapitale, zona të përftuara, kosto operative dhe humbje të mëdha të nxehtësisë në mjedis.
Më perfekte furrat me ciklon.
1 - paradhoma, 2 - kuti ajri, 3, 5 - dhoma pas djegies, 4. 6 - unaza majë, 7, 9 - grykë për furnizimin me ajër, 8, 10 - grykë për furnizim me squfur.
Qasja: ajri tangjencial dhe hyrja S; siguron djegie uniforme të S në furrë për shkak të turbulizimit më të mirë të prurjeve; mundësia e marrjes së gazit të përqendruar të procesit deri në 18 vol% SO 2; tension i lartë termik i hapësirës së djegies (4.6 10 6 W/m 3); vëllimi i aparatit do të zvogëlohet me 30-40 herë në krahasim me vëllimin e një furre me grykë me të njëjtin produktivitet; përqendrimi konstant i SO 2; rregullim i thjeshtë i përqindjes së djegies S dhe automatizimi i tij; konsumi i ulët i kohës dhe materiali i djegshëm për ngrohjen dhe ndezjen e furrës pas një ndalese të gjatë; përmbajtje më të ulët të oksideve të azotit pas furrës. Javët kryesore e shoqëruar me t të lartë në përqindjen e djegies; plasaritja e rreshtimit dhe saldimeve është e mundur; atomizimi i pakënaqshëm i S çon në depërtimin e avujve të tij në pajisjet e shkëmbimit pas furrës, dhe për rrjedhojë në korrozionin e pajisjeve dhe paqëndrueshmërinë e t në hyrje të pajisjes së shkëmbimit.
S i shkrirë mund të hyjë në furrë përmes grykave me një rregullim tangjencial ose boshtor. Me rregullimin aksial të grykave, zona e djegies është më afër periferisë. Me tangen - më afër qendrës, për shkak të së cilës efekti i t lartë në rreshtim zvogëlohet. (fig) Shpejtësia e rrjedhjes së gazit është 100-120 m/s - kjo krijon kushte të favorshme për transferimin e masës dhe nxehtësisë dhe rrit shkallën e djegies S.
Furra vibruese (oriz).
1 – koka e furrës së djegies; 2 – valvola kthimi; 3 - kanali i dridhjeve.
Gjatë djegies së dridhjeve, të gjithë parametrat e procesit ndryshojnë periodikisht (presioni në dhomë, shpejtësia dhe përbërja e përzierjes së gazit, t). Pajisja për dridhje djegia S quhet sobë me djegie. Përpara furrës, S dhe ajri përzihen dhe rrjedhin përmes valvulave të kontrollit (2) në kokën e djegësit të furrës, ku përzierja digjet. Furnizimi i lëndëve të para kryhet në porcione (ciklike). Në këtë version të furrës, stresi i nxehtësisë dhe shkalla e djegies do të rritet ndjeshëm, por përpara se të ndizet përzierja, është e nevojshme një përzierje e mirë e S-së së spërkatur me ajrin në mënyrë që procesi të ndodhë menjëherë. Në këtë rast, produktet e djegies janë të përziera mirë, filmi i gazit SO 2 që rrethon grimcat S shkatërrohet dhe lehtëson hyrjen e pjesëve të reja të O 2 në zonën e djegies. Në një furrë të tillë, SO 2 i formuar nuk heq grimcat e padjegura; përqendrimi i tij është i lartë.
Një furrë me ciklon, në krahasim me furrën me grykë, karakterizohet nga stresi termik 40-65 herë më i madh, mundësia e marrjes së gazit më të koncentruar dhe prodhimi më i madh i avullit.
Pajisja më e rëndësishme për furrat me djegie janë grykat e lëngshme S, të cilat duhet të sigurojnë një spërkatje të mirë dhe uniforme të lëngut S, përzierjen e mirë të tij me ajrin në vetë grykën dhe pas tij, rregullimin e shpejtë të shpejtësisë së rrjedhës së lëngut S duke ruajtur e nevojshme lidhja e tij me ajrin, qëndrueshmëria e një forme të caktuar, gjatësia e pishtarit, dhe gjithashtu të ketë një dizajn të qëndrueshëm, të besueshëm dhe të lehtë për t'u përdorur. Për funksionimin e qetë të injektorëve, është e rëndësishme që S të pastrohet mirë nga hiri dhe bitumi. Grykat mund të jenë mekanike (të lëngshme nën presionin e tyre) ose pneumatike (ajri gjithashtu merr pjesë në spërkatje).
Shfrytëzimi i nxehtësisë së djegies së squfurit.
Reaksioni është shumë ekzotermik, si rezultat, lëshohet një sasi e madhe nxehtësie dhe temperatura e gazit në daljen e furrave është 1100-1300 0 C. Për oksidimin e kontaktit të SO 2, temperatura e gazit në hyrje të 1. shtresa e furrës nuk duhet të kalojë 420 - 450 0 C. Prandaj, para fazës së oksidimit të SO 2, është e nevojshme të ftohet rrjedha e gazit dhe të përdoret nxehtësia e tepërt. Në sistemet e acidit sulfurik që funksionojnë me squfur për rikuperimin e nxehtësisë, kaldajat e nxehtësisë së mbeturinave me tuba uji me qarkullim natyral të nxehtësisë përdoren më gjerësisht. SETA – C (25 - 24); RKS 95/4.0 – 440.
Kaldaja energjetike-teknologjike RKS 95/4.0 – 440 është një kaldajë me tuba uji, me qarkullim natyral, të izoluar nga gazi, i projektuar për të punuar me presion. Kaldaja përbëhet nga pajisje avullimi të fazave 1 dhe 2, ekonomizues të largët të fazës 1 dhe 2, superngrohës në distancë të fazës 1 dhe 2, një kazan dhe furra për djegien e squfurit. Kutia e zjarrit është projektuar për të djegur deri në 650 ton lëng. Squfuri në ditë. Furra përbëhet nga dy ciklone të lidhur në lidhje me njëri-tjetrin në një kënd prej 110 0 dhe një dhomë tranzicioni.
Kutia e brendshme ka një diametër prej 2.6 m dhe mbështetet lirshëm në mbështetëse. Kutia e jashtme ka një diametër prej 3 m. Ajri futet në hapësirën unazore të formuar nga kafazet e brendshme dhe të jashtme, e cila më pas hyn në dhomën e djegies përmes grykave. Squfuri furnizohet në furrë duke përdorur 8 grykë squfuri, 4 në çdo ciklon. Djegia e squfurit ndodh në një rrjedhje të rrotulluar gaz-ajër. Rrotullimi i rrjedhës arrihet duke futur tangjencialisht ajrin në ciklonin e djegies përmes grykave të ajrit, 3 në çdo ciklon. Sasia e ajrit rregullohet nga rrathët me lëvizje elektrike në çdo hundë ajri. Dhoma e tranzicionit është projektuar për të drejtuar rrjedhën e gazit nga ciklonet horizontale në kanalin vertikal të gazit të pajisjes së avullimit. Sipërfaqja e brendshme e kutisë së zjarrit është e veshur me tulla mulite-korundum, klasës MKS-72, 250 mm e trashë.
1 – ciklonet
2 - dhoma e tranzicionit
3 – pajisjet e avullimit
Squfuri është një element kimik që gjendet në grupin e gjashtë dhe periudhën e tretë të tabelës periodike. Në këtë artikull do t'i hedhim një vështrim të detajuar vetive kimike, prodhimit, përdorimit etj. Karakteristika fizike përfshin karakteristika të tilla si ngjyra, niveli i përçueshmërisë elektrike, pika e vlimit të squfurit, etj. Karakteristikat kimike përshkruajnë ndërveprimin e tij me substanca të tjera.
Squfuri nga pikëpamja e fizikës
Kjo është një substancë e brishtë. Në kushte normale, ajo mbetet në një gjendje solide grumbullimi. Squfuri ka një ngjyrë të verdhë limoni.
Dhe në pjesën më të madhe, të gjitha përbërjet e tij kanë nuanca të verdha. Nuk tretet në ujë. Ka përçueshmëri të ulët termike dhe elektrike. Këto veçori e karakterizojnë atë si një jometal tipik. Përkundër faktit se përbërja kimike e squfurit nuk është aspak e ndërlikuar, kjo substancë mund të ketë disa ndryshime. E gjitha varet nga struktura e rrjetës kristalore, me ndihmën e së cilës atomet janë të lidhura, por ato nuk formojnë molekula.
Pra, opsioni i parë është squfuri rombik. Është më e qëndrueshme. Pika e vlimit të këtij lloji të squfurit është katërqind e dyzet e pesë gradë Celsius. Por në mënyrë që një substancë e caktuar të kalojë në një gjendje të gaztë të grumbullimit, së pari duhet të kalojë në gjendjen e lëngshme. Pra, shkrirja e squfurit ndodh në një temperaturë prej njëqind e trembëdhjetë gradë Celsius.
Opsioni i dytë është squfuri monoklinik. Është një kristal në formë gjilpëre me ngjyrë të verdhë të errët. Shkrirja e llojit të parë të squfurit dhe më pas ftohja ngadalë e tij çon në formimin e këtij lloji. Kjo shumëllojshmëri ka pothuajse të njëjtat karakteristika fizike. Për shembull, pika e vlimit të këtij lloji të squfurit është e njëjta katërqind e dyzet e pesë gradë. Përveç kësaj, ekziston një shumëllojshmëri e tillë e kësaj substance si plastika. Përftohet duke derdhur ujin rombik të ngrohur pothuajse deri në valë në ujë të ftohtë. Pika e vlimit të këtij lloji të squfurit është e njëjtë. Por substanca ka vetinë të shtrihet si gome.
Një komponent tjetër i karakteristikave fizike për të cilin do të doja të flisja është temperatura e ndezjes së squfurit.
Ky tregues mund të ndryshojë në varësi të llojit të materialit dhe origjinës së tij. Për shembull, temperatura e ndezjes së squfurit teknik është njëqind e nëntëdhjetë gradë. Kjo është një shifër mjaft e ulët. Në raste të tjera, pika e ndezjes së squfurit mund të jetë dyqind e dyzet e tetë gradë dhe madje dyqind e pesëdhjetë e gjashtë. E gjitha varet nga çfarë materiali është nxjerrë dhe cila është dendësia e saj. Por mund të konkludojmë se temperatura e djegies së squfurit është mjaft e ulët, në krahasim me elementët e tjerë kimikë; është një substancë e ndezshme. Përveç kësaj, ndonjëherë squfuri mund të kombinohet në molekula të përbëra nga tetë, gjashtë, katër ose dy atome. Tani, duke marrë parasysh squfurin nga pikëpamja e fizikës, le të kalojmë në seksionin tjetër.
Karakteristikat kimike të squfurit
Ky element ka një masë atomike relativisht të ulët, të barabartë me tridhjetë e dy gram për mol. Karakteristikat e elementit të squfurit përfshijnë një veçori të tillë të kësaj substance si aftësinë për të pasur shkallë të ndryshme oksidimi. Kjo ndryshon nga, të themi, hidrogjeni ose oksigjeni. Kur shqyrtohet pyetja se cilat janë karakteristikat kimike të elementit squfur, është e pamundur të mos përmendet se, në varësi të kushteve, ai shfaq veti reduktuese dhe oksiduese. Pra, le të shohim me radhë ndërveprimin e kësaj substance me komponime të ndryshme kimike.
Squfuri dhe substanca të thjeshta
Substancat e thjeshta janë substanca që përmbajnë vetëm një element kimik. Atomet e tij mund të kombinohen në molekula, si, për shembull, në rastin e oksigjenit, ose mund të mos kombinohen, siç është rasti me metalet. Kështu, squfuri mund të reagojë me metale, jometale të tjera dhe halogjene.
Ndërveprimi me metalet
Për të kryer këtë lloj procesi, kërkohet temperaturë e lartë. Në këto kushte, ndodh një reaksion shtesë. Kjo do të thotë, atomet metalike kombinohen me atomet e squfurit, duke formuar substanca komplekse sulfide. Për shembull, nëse ngrohni dy mol kalium dhe i përzieni me një mol squfur, fitoni një mol sulfur të këtij metali. Ekuacioni mund të shkruhet si më poshtë: 2K + S = K 2 S.
Reagimi me oksigjen
Kjo është djegia e squfurit. Si rezultat i këtij procesi, formohet oksidi i tij. Kjo e fundit mund të jetë e dy llojeve. Prandaj, djegia e squfurit mund të ndodhë në dy faza. E para është kur një mol dioksid squfuri formohet nga një mol squfuri dhe një mol oksigjen. Ekuacioni për këtë reaksion kimik mund të shkruhet si më poshtë: S + O 2 = SO 2. Faza e dytë është shtimi i një atomi tjetër oksigjeni në dioksid. Kjo ndodh nëse shtoni një mol oksigjen në dy nishane në temperatura të larta. Rezultati është dy mol trioksid squfuri. Ekuacioni për këtë bashkëveprim kimik duket si ky: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 . Si rezultat i këtij reagimi, formohet acidi sulfurik. Pra, pasi të keni kryer dy proceset e përshkruara, mund të kaloni trioksidin që rezulton përmes një rryme avulli uji. Dhe marrim Ekuacioni për një reaksion të tillë është shkruar si më poshtë: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.
Ndërveprimi me halogjenet
Kimikatet, si jometalet e tjera, e lejojnë atë të reagojë me një grup të caktuar substancash. Ai përfshin komponime të tilla si fluor, brom, klor, jod. Squfuri reagon me cilindo prej tyre, përveç atij të fundit. Si shembull, mund të citojmë procesin e fluorizimit të elementit të tabelës periodike që po shqyrtojmë. Me ngrohjen e jometalit të përmendur me një halogjen, mund të përftohen dy variacione të fluorit. Rasti i parë: nëse marrim një mol squfur dhe tre mol fluor, marrim një mol fluor, formula e të cilit është SF 6. Ekuacioni duket si ky: S + 3F 2 = SF 6. Përveç kësaj, ekziston një opsion i dytë: nëse marrim një mol squfur dhe dy mol fluor, marrim një mol fluor me formulën kimike SF 4. Ekuacioni shkruhet si më poshtë: S + 2F 2 = SF 4. Siç mund ta shihni, gjithçka varet nga përmasat në të cilat përzihen përbërësit. Pikërisht në të njëjtën mënyrë, mund të kryhet procesi i klorinimit të squfurit (mund të formohen edhe dy substanca të ndryshme) ose brominimi.
Ndërveprimi me substanca të tjera të thjeshta
Karakteristikat e elementit squfur nuk mbarojnë me kaq. Substanca gjithashtu mund të reagojë kimikisht me hidrogjenin, fosforin dhe karbonin. Për shkak të ndërveprimit me hidrogjenin, formohet acidi sulfid. Si rezultat i reagimit të tij me metalet, mund të përftohen sulfide të tyre, të cilat, nga ana tjetër, fitohen gjithashtu drejtpërdrejt duke reaguar squfurin me të njëjtin metal. Shtimi i atomeve të hidrogjenit në atomet e squfurit ndodh vetëm në kushte shumë të larta të temperaturës. Kur squfuri reagon me fosforin, formohet fosfidi i tij. Ka formulën e mëposhtme: P 2 S 3. Për të marrë një mol të kësaj lënde, duhet të merrni dy mol fosfor dhe tre mol squfur. Kur squfuri ndërvepron me karbonin, formohet një karabit i jometalit në fjalë. Formula e tij kimike duket si kjo: CS 2. Për të marrë një mol të një lënde të caktuar, duhet të merrni një mol karbon dhe dy mol squfur. Të gjitha reaksionet e shtimit të përshkruara më sipër ndodhin vetëm kur reagentët nxehen në temperatura të larta. Ne kemi parë ndërveprimin e squfurit me substanca të thjeshta, tani le të kalojmë në pikën tjetër.
Squfuri dhe komponimet komplekse
Substancat komplekse janë ato substanca molekulat e të cilave përbëhen nga dy (ose më shumë) elementë të ndryshëm. Vetitë kimike të squfurit e lejojnë atë të reagojë me komponime të tilla si alkalet, si dhe me acidin sulfat të koncentruar. Reagimet e tij me këto substanca janë mjaft të veçanta. Së pari, le të shohim se çfarë ndodh kur jometali në fjalë përzihet me alkalin. Për shembull, nëse merrni gjashtë mole dhe shtoni tre mol squfur, merrni dy mol sulfur kaliumi, një mol sulfit kaliumi dhe tre mole ujë. Ky lloj reagimi mund të shprehet me ekuacionin e mëposhtëm: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. I njëjti parim i bashkëveprimit ndodh nëse shtoni Më tej, merrni parasysh sjelljen e squfurit kur një zgjidhje e përqendruar e acidit sulfat i shtohet asaj. Nëse marrim një mol të substancës së parë dhe dy mol të substancës së dytë, fitojmë produktet e mëposhtme: trioksid squfuri në një sasi prej tre mole, si dhe ujë - dy mol. Ky reaksion kimik mund të ndodhë vetëm kur reaktantët nxehen në një temperaturë të lartë.
Marrja e jometalit në fjalë
Ka disa mënyra kryesore në të cilat squfuri mund të nxirret nga një sërë substancash. Metoda e parë është izolimi i tij nga piriti. Formula kimike e kësaj të fundit është FeS 2. Kur kjo substancë nxehet në një temperaturë të lartë pa qasje në oksigjen, mund të merret një tjetër sulfur hekuri - FeS - dhe squfur. Ekuacioni i reaksionit është shkruar si më poshtë: FeS 2 = FeS + S. Metoda e dytë e prodhimit të squfurit, e cila përdoret shpesh në industri, është djegia e sulfurit të squfurit në kushtet e një sasie të vogël oksigjeni. Në këtë rast, ju mund të merrni jometalin në fjalë dhe ujin. Për të kryer reagimin, ju duhet të merrni përbërësit në një raport molar prej dy me një. Si rezultat, ne marrim produktet përfundimtare në përmasa dy deri në dy. Ekuacioni për këtë reaksion kimik mund të shkruhet si vijon: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. Përveç kësaj, squfuri mund të merret përmes një sërë procesesh metalurgjike, për shembull, në prodhimin e metaleve si nikeli , bakri dhe të tjerë.
Përdorimi industrial
Jometali që po shqyrtojmë ka gjetur aplikimin e tij më të gjerë në industrinë kimike. Siç u përmend më lart, këtu përdoret për të prodhuar acid sulfat prej tij. Përveç kësaj, squfuri përdoret si përbërës për të bërë shkrepse, për faktin se është një material i ndezshëm. Është gjithashtu i domosdoshëm në prodhimin e eksplozivëve, barutit, xixëllonjave, etj. Përveç kësaj, squfuri përdoret si një nga përbërësit në produktet e kontrollit të dëmtuesve. Në mjekësi, përdoret si përbërës në prodhimin e ilaçeve për sëmundjet e lëkurës. Substanca në fjalë përdoret edhe në prodhimin e ngjyrave të ndryshme. Përveç kësaj, përdoret në prodhimin e fosforit.
Struktura elektronike e squfurit
Siç e dini, të gjithë atomet përbëhen nga një bërthamë në të cilën ka protone - grimca të ngarkuara pozitivisht - dhe neutrone, domethënë grimca me ngarkesë zero. Elektronet me ngarkesë negative rrotullohen rreth bërthamës. Që një atom të jetë neutral, ai duhet të ketë të njëjtin numër protonesh dhe elektronesh në strukturën e tij. Nëse ka më shumë nga këto të fundit, ai tashmë është një jon negativ - një anion. Nëse, përkundrazi, numri i protoneve është më i madh se elektronet, ai është një jon pozitiv ose kation. Anioni i squfurit mund të veprojë si një mbetje acidi. Është pjesë e molekulave të substancave të tilla si acidi sulfide (sulfidi i hidrogjenit) dhe sulfidet e metaleve. Anioni formohet gjatë disociimit elektrolitik, i cili ndodh kur një substancë tretet në ujë. Në këtë rast, molekula zbërthehet në një kation, i cili mund të paraqitet në formën e një joni metalik ose hidrogjeni, si dhe një kation - një jon i një mbetjeje acide ose një grup hidroksil (OH-).
Meqenëse numri serial i squfurit në tabelën periodike është gjashtëmbëdhjetë, mund të konkludojmë se bërthama e tij përmban pikërisht këtë numër protonesh. Bazuar në këtë, mund të themi se ka edhe gjashtëmbëdhjetë elektrone që rrotullohen përreth. Numri i neutroneve mund të gjendet duke zbritur numrin serial të elementit kimik nga masa molare: 32 - 16 = 16. Çdo elektron nuk rrotullohet në mënyrë kaotike, por në një orbitë specifike. Meqenëse squfuri është një element kimik që i përket periudhës së tretë të tabelës periodike, ekzistojnë tre orbita rreth bërthamës. E para prej tyre ka dy elektrone, e dyta ka tetë dhe e treta ka gjashtë. Formula elektronike e atomit të squfurit shkruhet si më poshtë: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Prevalenca në natyrë
Në thelb, elementi kimik në fjalë gjendet në minerale, të cilat janë sulfide të metaleve të ndryshme. Para së gjithash, është piriti - një kripë hekuri; Është gjithashtu plumbi, argjendi, shkëlqimi i bakrit, blendja e zinkut, cinnabar - sulfidi i merkurit. Përveç kësaj, squfuri mund të jetë gjithashtu pjesë e mineraleve, struktura e të cilave përfaqësohet nga tre ose më shumë elementë kimikë.
Për shembull, kalkopiriti, mirabiliti, kieseriti, gipsi. Ju mund të konsideroni secilën prej tyre në më shumë detaje. Piriti është sulfidi i hekurit, ose FeS2. Ka një ngjyrë të verdhë të lehtë me një shkëlqim të artë. Ky mineral shpesh mund të gjendet si një papastërti në lazulin lapis, i cili përdoret gjerësisht për të bërë bizhuteri. Kjo për faktin se këto dy minerale shpesh kanë një depozitë të përbashkët. Shkëlqimi i bakrit - kalkocit, ose kalkocit - është një substancë blu-gri e ngjashme me metalin. dhe shkëlqimi i argjendit (argjentiti) kanë veti të ngjashme: të dy ngjajnë me metale në pamje dhe kanë një ngjyrë gri. Cinnabar është një mineral i shurdhër kafe-kuqe me njolla gri. Kalkopiriti, formula kimike e të cilit është CuFeS 2, ka ngjyrë të verdhë të artë, quhet edhe përzierje ari. Përzierja e zinkut (sfaleriti) mund të variojë në ngjyrë nga qelibar në portokalli të zjarrtë. Mirabilite - Na 2 SO 4 x10H 2 O - kristale transparente ose të bardha. Ai quhet edhe i përdorur në mjekësi. Formula kimike e kieseritit është MgSO 4 xH 2 O. Duket si një pluhur i bardhë ose pa ngjyrë. Formula kimike e gipsit është CaSO 4 x2H 2 O. Përveç kësaj, ky element kimik është pjesë e qelizave të organizmave të gjallë dhe është një element i rëndësishëm gjurmë.
Kur prodhohet gazi i pjekjes duke djegur squfurin, nuk ka nevojë të pastrohet nga papastërtitë. Faza e përgatitjes do të përfshijë vetëm tharjen e gazit dhe asgjësimin e acidit. Kur digjet squfuri, ndodh një reaksion ekzotermik i pakthyeshëm:
S + O 2 = KËSHTU QË 2 (1)
me çlirimin e një sasie shumë të madhe nxehtësie: ndryshoni H = -362,4 kJ/mol, ose për sa i përket masës njësi 362,4/32 = 11,325 kJ/t = 11325 kJ/kg S.
Squfuri i lëngshëm i shkrirë i furnizuar për djegie avullon (vlon) në një temperaturë prej 444,6 * C; nxehtësia e avullimit është 288 kJ/kg. Siç shihet nga të dhënat e paraqitura, nxehtësia e reaksionit të djegies së squfurit është mjaft e mjaftueshme për të avulluar lëndën e parë, prandaj bashkëveprimi i squfurit dhe oksigjenit ndodh në fazën e gazit (reaksion homogjen).
Djegia e squfurit në industri kryhet si më poshtë. Squfuri është shkrirë paraprakisht (për këtë ju mund të përdorni avujt e ujit të marrë nga riciklimi i nxehtësisë së reaksionit kryesor të djegies së squfurit). Meqenëse pika e shkrirjes së squfurit është relativisht e ulët, me vendosjen dhe filtrimin e mëvonshëm nga squfuri, është e lehtë të ndahen papastërtitë mekanike që nuk kanë kaluar në fazën e lëngshme dhe të merret lëndë e parë e një shkalle të mjaftueshme pastërtie. Dy lloje furrash përdoren për djegien e squfurit të shkrirë - grykë dhe ciklon. Ato duhet të sigurojnë spërkatje të squfurit të lëngshëm për avullimin e shpejtë të tij dhe sigurimin e kontaktit të besueshëm me ajrin në të gjitha pjesët e aparatit.
Nga furra, gazi i pjekjes hyn në bojlerin e nxehtësisë së mbeturinave dhe më pas në pajisjet pasuese.
Përqendrimi i dioksidit të squfurit në gazin kalcinues varet nga raporti i squfurit dhe ajrit të furnizuar me djegien. Nëse ajri merret në sasi stoikiometrike, d.m.th. për çdo mol squfuri ka 1 mol oksigjen, atëherë me djegie të plotë të squfurit përqendrimi do të jetë i barabartë me fraksionin vëllimor të oksigjenit në ajër C pra 2. max = 21%. Sidoqoftë, ajri zakonisht merret me tepricë, pasi përndryshe temperatura në furrë do të jetë shumë e lartë.
Gjatë djegies adiabatike të squfurit, temperatura e djegies për një përzierje reaksioni me përbërje stoikiometrike do të jetë ~ 1500*C. Në kushte praktike, mundësitë e rritjes së temperaturës në furre janë të kufizuara nga fakti se mbi 1300 * C rreshtimi i furrës dhe kanalet e gazit shembet shpejt. Në mënyrë tipike, kur digjet squfuri, përftohet një gaz kalcinues që përmban 13-14% SO 2.
2. Oksidimi kontaktues i so2 në so3
Oksidimi i kontaktit i dioksidit të squfurit është një shembull tipik i katalizës ekzotermike oksidative heterogjene.
Kjo është një nga sintezat katalitike më të studiuara. Në BRSS, puna më e plotë për studimin e oksidimit të SO 2 në SO 3 dhe zhvillimin e katalizatorëve u krye nga G.K. Boreskov. Reaksioni i oksidimit të dioksidit të squfurit
KËSHTU QË 2 + 0,5 O 2 = KËSHTU QË 3 (2)
karakterizohet nga një energji shumë e lartë aktivizimi dhe për këtë arsye zbatimi i tij praktik është i mundur vetëm në prani të një katalizatori.
Në industri, katalizatori kryesor për oksidimin e SO 2 është një katalizator i bazuar në oksid vanadiumi V 2 O 5 (masa e kontaktit të vanadiumit). Komponime të tjera, kryesisht platini, gjithashtu shfaqin aktivitet katalitik në këtë reaksion. Megjithatë, katalizatorët e platinit janë jashtëzakonisht të ndjeshëm edhe ndaj gjurmëve të arsenikut, selenit, klorit dhe papastërtive të tjera dhe për këtë arsye gradualisht u zëvendësuan nga katalizatori i vanadiumit.
Shpejtësia e reagimit rritet me rritjen e përqendrimit të oksigjenit, kështu që procesi në industri kryhet me tepricë.
Meqenëse reaksioni i oksidimit të SO2 është ekzotermik, regjimi i temperaturës për zbatimin e tij duhet t'i afrohet linjës optimale të temperaturës. Zgjedhja e regjimit të temperaturës i nënshtrohet gjithashtu dy kufizimeve që lidhen me vetitë e katalizatorit. Kufiri më i ulët i temperaturës është temperatura e ndezjes së katalizatorëve të vanadiumit, e cila, në varësi të llojit specifik të katalizatorit dhe përbërjes së gazit, është 400 - 440 * C. kufiri i sipërm i temperaturës është 600 – 650*C dhe përcaktohet nga fakti se mbi këto temperatura struktura e katalizatorit pëson një ristrukturim dhe humbet aktivitetin e tij.
Në intervalin 400 - 600*C, ata përpiqen të kryejnë procesin në mënyrë që me rritjen e shkallës së konvertimit, temperatura të ulet.
Më shpesh në industri, përdoren pajisjet e kontaktit të rafteve me shkëmbim të jashtëm të nxehtësisë. Skema e shkëmbimit të nxehtësisë përfshin përdorimin maksimal të nxehtësisë së reagimit për të ngrohur gazin burimor dhe ftohjen e njëkohshme të gazit midis rafteve.
Një nga detyrat më të rëndësishme me të cilat përballet industria e acidit sulfurik është rritja e shkallës së konvertimit të dioksidit të squfurit dhe zvogëlimi i emetimeve të tij në atmosferë. Ky problem mund të zgjidhet me disa metoda.
Një nga metodat më racionale për zgjidhjen e këtij problemi, e përdorur gjerësisht në industrinë e acidit sulfurik, është metoda e kontaktit të dyfishtë dhe thithjes së dyfishtë (DCDA). Për të zhvendosur ekuilibrin në të djathtë dhe për të rritur rendimentin e procesit, si dhe për të rritur shpejtësinë e procesit, procesi kryhet duke përdorur këtë metodë. Thelbi i saj qëndron në faktin se përzierja e reaksionit, në të cilën shkalla e konvertimit të SO 2 është 90 - 95%, ftohet dhe dërgohet në një absorbues të ndërmjetëm për të ndarë SO 3. Në gazin e mbetur të reaksionit, raporti O 2: SO 2 rritet ndjeshëm, gjë që çon në një zhvendosje të ekuilibrit të reaksionit në të djathtë. Gazi i saponxehur i reaksionit futet sërish në aparatin e kontaktit, ku 95% e shkallës së konvertimit të SO 2 të mbetur arrihet në një ose dy shtresa të katalizatorit.Shkalla totale e konvertimit të SO 2 në këtë proces është 99.5%. - 99.8%.
