Fysikaliska och kemiska baser för svavelförbränningsprocessen.
Förbränningen av S sker med frigöring av en stor mängd värme: 0,5S 2g + O 2g \u003d SO 2g, ΔH \u003d -362,43 kJ
Förbränning är ett komplex av kemiska och fysikaliska fenomen. I en förbränningsugn måste man hantera komplexa fält av hastigheter, koncentrationer och temperaturer som är svåra att beskriva matematiskt.
Förbränningen av smält S beror på förhållandena för interaktion och förbränning av enskilda droppar. Effektiviteten av förbränningsprocessen bestäms av tiden för fullständig förbränning av varje partikel av svavel. Förbränningen av svavel, som endast sker i gasfasen, föregås av avdunstning av S, blandning av dess ångor med luft och upphettning av blandningen till t, vilket ger den nödvändiga reaktionshastigheten. Eftersom avdunstning från droppens yta börjar mer intensivt först vid ett visst t, måste varje droppe flytande svavel värmas till detta t. Ju högre t, desto längre tid tar det att värma droppen. När en brännbar blandning av ångor S och luft med maximal koncentration och t bildas ovanför droppens yta uppstår antändning. Förbränningsprocessen för en droppe S beror på förbränningsförhållandena: t och gasflödets relativa hastighet, och de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos flytande S (till exempel närvaron av fasta askaföroreningar i S), och består av följande steg : 1-blandande droppar flytande S med luft; 2-upphettning av dessa droppar och avdunstning; 3-termisk ångklyvning S; 4-bildning av gasfasen och dess antändning; 5-förbränning av gasfasen.
Dessa stadier inträffar nästan samtidigt.
Som ett resultat av uppvärmning börjar en droppe vätska S avdunsta, ångor av S diffunderar till förbränningszonen, där de vid hög t börjar aktivt reagera med O 2 i luften, processen med diffusionsförbränning av S sker med bildning av SO 2.
Vid högt t är hastigheten för oxidationsreaktionen S större än hastigheten för fysikaliska processer, så den totala hastigheten för förbränningsprocessen bestäms av processerna för massa och värmeöverföring.
Molekylär diffusion bestämmer en lugn, relativt långsam förbränningsprocess, medan turbulent diffusion accelererar den. När droppstorleken minskar, minskar förångningstiden. Finfördelning av svavelpartiklar och deras enhetliga fördelning i luftflödet ökar kontaktytan, underlättar uppvärmning och avdunstning av partiklarna. Under förbränningen av varje enskild droppe S i facklans sammansättning bör 3 perioder särskiljas: jag- inkubation; II- intensiv bränning; III- Utbrändhetsperiod.
När en droppe brinner slår lågor ut från dess yta, som liknar solflammor. I motsats till konventionell diffusionsförbränning med utstötning av lågor från ytan av en brinnande droppe, kallades det "explosiv förbränning".
Förbränningen av S-droppen i diffusionsläget utförs genom avdunstning av molekyler från droppens yta. Avdunstningshastigheten beror på vätskans fysikaliska egenskaper och miljöns t och bestäms av egenskaperna hos avdunstningshastigheten. I differentialläge lyser S i period I och III. Explosiv förbränning av en droppe observeras endast under perioden med intensiv förbränning i period II. Varaktigheten av den intensiva brinnperioden är proportionell mot kuben för den initiala droppdiametern. Detta beror på att explosiv förbränning är en följd av de processer som sker i droppens volym. Brännhastighetskarakteristik beräkn. av f-le: TILL= /τ sg;
dn är den initiala droppdiametern, mm; τ är tiden för fullständig förbränning av droppen, s.
Karakteristiken för förbränningshastigheten för en droppe är lika med summan av egenskaperna för diffusion och explosiv förbränning: TILL= K vz + K diff; kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙p) 2,58); K diff= 1,21∙p +0,23; K T2\u003d K T1 ∙ exp (E a / R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); K T1 - brinnhastighetskonstant vid t 1 \u003d 1073 K. K T2 - konst. uppvärmningshastighet vid t annorlunda än t 1 . Еа är aktiveringsenergin (7850 kJ/mol).
DEN DÄR. Huvudvillkoren för effektiv förbränning av vätska S är: tillförsel av all nödvändig mängd luft till facklans mynning, fin och likformig finfördelning av vätska S, flödesturbulens och hög t.
Det allmänna beroendet av intensiteten av avdunstning av vätska S på gashastigheten och t: K 1= a∙V/(b+V); a, b är konstanter beroende på t. V - hastighet gas, m/s. Vid högre t ges beroendet av förångningsintensiteten S på gashastigheten av: K 1= Ko ∙ Vn;
| t, o C | lgK om | n |
| 4,975 | 0,58 | |
| 5,610 | 0,545 | |
| 6,332 | 0,8 |
Med en ökning av t från 120 till 180 o C ökar intensiteten av avdunstning av S med 5-10 gånger och t 180 till 440 o C med 300-500 gånger.
Förångningshastigheten vid en gashastighet av 0,104 m/s bestäms av: = 8,745 - 2600/T (vid 120-140 o C); = 7,346 -2025/T (vid 140-200°C); = 10,415 - 3480 / T (vid 200-440 ° C).
För att bestämma förångningshastigheten S vid vilken som helst t från 140 till 440 ° C och en gashastighet i intervallet 0,026-0,26 m / s, hittas den först för en gashastighet på 0,104 m / s och omräknas till en annan hastighet: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Jämförelse av värdet av avdunstningshastigheten för flytande svavel och förbränningshastigheten tyder på att förbränningsintensiteten inte kan överstiga förångningshastigheten vid svavlets kokpunkt. Detta bekräftar riktigheten av förbränningsmekanismen, enligt vilken svavel endast brinner i ångtillstånd. Hastighetskonstanten för svavelångaoxidation (reaktionen fortskrider enligt andra ordningens ekvation) bestäms av den kinetiska ekvationen: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; C S är ångkoncentrationen S; CO2 - konc-I ångor O2; K är reaktionshastighetskonstanten. Den totala koncentrationen av ångor S och O 2 op-yut: C S= a(1-x); Med O2= b - 2ax; a är den initiala ångkoncentrationen S; b - initial koncentration av O2-ångor; х är graden av ångoxidation S. Då:
K∙τ= (2,3 /(b – 2a)) ∙ (lg(b – ax/b(1 - x)));
Hastighetskonstanten för oxidationsreaktionen S till SO 2: lgK\u003d B - A / T;
| om C | 650 - 850 | 850 - 1100 |
| I | 3,49 | 2,92 |
| A |
Droppar svavel d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm i sprängämne, i området 100-160 µm, brinntiden för droppar ökar inte.
Den där. för att intensifiera förbränningsprocessen är det lämpligt att spruta svavel i dropparna d = 130-200 µm, vilket kräver ytterligare energi. Vid bränning av samma antal mottagna S. SO 2 är ju mer koncentrerad, ju mindre volym ugnsgas och desto högre t.
1 - C02; 2 - Med SO2
Figuren visar ett ungefärligt samband mellan t och SO 2 -koncentrationen i ugnsgasen som produceras vid adiabatisk förbränning av svavel i luft. I praktiken erhålls högkoncentrerad SO 2, begränsat av det faktum att vid t > 1300 förstörs ugnens och gaskanalernas beklädnad snabbt. Dessutom, under dessa förhållanden, kan sidoreaktioner mellan O 2 och N 2 av luft uppstå med bildning av kväveoxider, vilket är en oönskad förorening i SO 2, därför hålls t = 1000-1200 vanligtvis i svavelugnar. Och ugnsgaser innehåller 12-14 vol% SO2. Från en volym O 2 bildas en volym SO 2, därför är det maximala teoretiska innehållet av SO 2 i förbränningsgasen vid förbränning av S i luft 21 %. Vid bränning av S i luft, eldning. O 2 Halten av SO 2 i gasblandningen kan öka beroende på koncentrationen av O 2 . Det teoretiska innehållet av SO 2 vid förbränning av S i ren O 2 kan nå 100 %. Den möjliga sammansättningen av stekgasen som erhålls genom att bränna S i luft och i olika syre-kväveblandningar visas i figuren:
Ugnar för förbränning av svavel.
Förbränning av S vid svavelsyraproduktion utförs i ugnar i finfördelad eller TV-tillstånd. För att bränna det smälta S, använd munstycke, cyklon och vibrationsugnar. De mest använda är cyklon och injektor. Dessa ugnar klassificeras enligt tecknen:- beroende på typen av installerade munstycken (mekaniska, pneumatiska, hydrauliska) och deras placering i ugnen (radiell, tangentiell); - genom närvaron av skärmar inuti förbränningskamrarna; - genom utförande (horisonter, vertikaler); - beroende på placeringen av inloppshålen för lufttillförsel; - för anordningar för att blanda luftflöden med S-ångor; - för utrustning för användning av förbränningsvärme S; - efter antal kameror.
Munstycksugn (ris)
1 - stålcylinder, 2 - foder. 3 - asbest, 4 - skiljeväggar. 5 - munstycke för sprutning av bränsle, 6 munstycken för sprutning av svavel,
7 - en låda för att tillföra luft till ugnen.
Den har en ganska enkel design, lätt att underhålla, den har en bild av gas, en konstant koncentration av SO 2. Till allvarliga brister inkluderar: gradvis förstörelse av partitioner på grund av högt t; låg värmespänning i förbränningskammaren; svårighet att få gas med hög koncentration, tk. använd ett stort överskott av luft; beroende av procentandelen förbränning på kvaliteten på sprutning S; betydande bränsleförbrukning under uppstart och uppvärmning av ugnen; jämförelsevis stora dimensioner och vikt, och som ett resultat betydande kapitalinvesteringar, produktionsområden, driftskostnader och stora värmeförluster i miljön.
Mer perfekt cyklonugnar.
1 - förkammare, 2 - luftlåda, 3, 5 - efterbränningskammare, 4. 6 klämringar, 7, 9 - munstycken för lufttillförsel, 8, 10 - munstycken för svaveltillförsel.
Leverans: tangentiell luftinmatning och S; säkerställer enhetlig förbränning av S i ugnen på grund av bättre flödesturbulens; möjligheten att erhålla den slutliga processgasen upp till 18 % SO 2; hög termisk spänning i ugnsutrymmet (4,6 10 6 W / m 3); apparatens volym reduceras med en faktor 30-40 jämfört med volymen hos en munstycksugn med samma kapacitet; permanent koncentration SO2; enkel reglering av förbränningsprocessen S och dess automatisering; låg tid och brännbart material för uppvärmning och start av ugnen efter ett långt stopp; lägre halt av kväveoxider efter ugnen. Grundveckor associerad med högt t i förbränningsprocessen; eventuell sprickbildning av foder och svetsar; Otillfredsställande sprutning av S leder till ett genombrott av dess ångor i t/växlingsutrustningen efter ugnen, och följaktligen till korrosion av utrustningen och inkonstans hos t vid inloppet till t/växlingsutrustningen.
Smält S kan komma in i ugnen genom tangentiella eller axiella munstycken. Med munstyckenas axiella placering är förbränningszonen närmare periferin. Vid tangent - närmare mitten, på grund av vilket effekten av högt t på fodret minskar. (ris) Gasflödet är 100-120m / s - detta skapar ett gynnsamt villkor för massa och värmeöverföring, och förbränningshastigheten ökar S.
Vibrerande ugn (ris).
1 – brännarugnshuvud; 2 - returventiler; 3 - vibrationskanal.
Under vibrerande förbränning ändras alla parametrar för processen periodiskt (tryck i kammaren, hastighet och sammansättning av gasblandningen, t). Enhet för vibrationer. förbränning S kallas en ugnsbrännare. Innan ugnen blandas S och luft, och de strömmar genom backventiler (2) in i ugnsbrännarens huvud, där blandningen förbränns. Tillförseln av råvaror sker i portioner (processer är cykliska). I den här versionen av ugnen ökar värmeeffekten och förbränningshastigheten avsevärt, men innan man tänder blandningen är en bra blandning av finfördelad S med luft nödvändig så att processen går omedelbart. I detta fall blandas förbränningsprodukterna väl, SO 2 -gasfilmen som omger S-partiklarna förstörs och underlättar åtkomsten av nya delar av O 2 i förbränningszonen. I en sådan ugn innehåller den resulterande SO 2 inte oförbrända partiklar, dess koncentration är hög i toppen.
För en cyklonugn, i jämförelse med en munstycksugn, kännetecknas den av 40-65 gånger större termisk stress, möjligheten att få mer koncentrerad gas och större ångproduktion.
Den viktigaste utrustningen för ugnar för förbränning av vätska S är munstycket, som måste säkerställa en tunn och enhetlig spray av vätska S, god blandning av den med luft i själva munstycket och bakom det, snabb justering av flödet av vätska S samtidigt som bibehålla det nödvändiga förhållandet med luft, stabiliteten hos en viss form, längden på ficklampan, och har också en solid design, pålitlig och lätt att använda. För att munstyckena ska fungera smidigt är det viktigt att S är väl rengjord från aska och bitumen. Munstycken är mekaniska (avkastning under sitt eget tryck) och pneumatiska (luft är fortfarande involverad i sprutning).
Utnyttjande av förbränningsvärme av svavel.
Reaktionen är mycket exoterm, som ett resultat frigörs en stor mängd värme och gastemperaturen vid utloppet av ugnarna är 1100-1300 0 C. För kontaktoxidation av SO 2, gastemperaturen vid ingången till 1:an skiktet av cat-ra bör inte överstiga 420 - 450 0 C. Därför, innan SO 2 oxidationssteget, är det nödvändigt att kyla gasflödet och utnyttja överskottsvärme. I svavelsyrasystem som arbetar med svavel för värmeåtervinning är vattenrörsvärmeåtervinningspannor med naturlig värmecirkulation mest använda. SETA-C (25-24); RKS 95 / 4,0 - 440.
Energiteknisk panna RKS 95/4.0 - 440 är en gastät vattentät panna med naturlig cirkulation, designad för att arbeta med trycksättning. Pannan består av 1:a och 2:a stegs förångare, steg 1.2 fjärrekonomisatorer, steg 1.2 fjärröverhettare, trumma, svavelförbränningsugnar. Ugnen är designad för att bränna upp till 650 ton vätska. Svavel per dag. Ugnen består av två cykloner kopplade i förhållande till varandra i en vinkel på 110° och en övergångskammare.
Innerkropp med en diameter på 2,6 m, vilar fritt på stöd. Ytterhöljet har en diameter på 3 m. Det ringformiga utrymmet som bildas av inner- och ytterhöljet är fyllt med luft som sedan kommer in i förbränningskammaren genom munstycken. Svavel tillförs ugnen av 8 svavelmunstycken, 4 på varje cyklon. Svavelförbränning sker i ett virvlande gas-luftflöde. Virvlingen av flödet uppnås genom att tangentiellt föra in luft i förbränningscyklonen genom luftmunstycken, 3 i varje cyklon. Mängden luft styrs av motoriserade klaffar på varje luftmunstycke. Övergångskammaren är utformad för att rikta gasflödet från de horisontella cyklonerna till förångarens vertikala gaskanal. Den inre ytan av eldstaden är fodrad med mulite-korundtegel av märket MKS-72, 250 mm tjock.
1 - cykloner
2 - övergångskammare
3 - förångningsanordningar
Svavel är ett kemiskt grundämne som är i den sjätte gruppen och tredje perioden i det periodiska systemet. I den här artikeln kommer vi att ta en detaljerad titt på dess kemikalie och produktion, användning och så vidare. Den fysikaliska egenskapen inkluderar sådana egenskaper som färg, elektrisk konduktivitetsnivå, svavelkokpunkt, etc. Den kemiska beskriver dess interaktion med andra ämnen.
Svavel i termer av fysik
Detta är ett ömtåligt ämne. Under normala förhållanden är den i ett fast tillstånd av aggregering. Svavel har en citrongul färg.
Och för det mesta har alla dess föreningar gula nyanser. Löser sig inte i vatten. Den har låg termisk och elektrisk ledningsförmåga. Dessa egenskaper karakteriserar den som en typisk icke-metall. Trots att den kemiska sammansättningen av svavel inte alls är komplicerad, kan detta ämne ha flera variationer. Allt beror på strukturen hos kristallgittret, med hjälp av vilka atomer är anslutna, men de bildar inte molekyler.
Så det första alternativet är rombiskt svavel. Hon är den mest stabila. Kokpunkten för denna typ av svavel är fyrahundrafyrtiofem grader Celsius. Men för att ett givet ämne ska övergå i ett gasformigt aggregationstillstånd måste det först passera genom ett flytande tillstånd. Så smältningen av svavel sker vid en temperatur som är hundra tretton grader Celsius.
Det andra alternativet är monoklint svavel. Det är en nålformad kristall med en mörkgul färg. Smältningen av svavel av den första typen och sedan dess långsamma kylning leder till bildandet av denna typ. Denna sort har nästan samma fysiska egenskaper. Till exempel är kokpunkten för svavel av denna typ fortfarande densamma fyrahundrafyrtiofem grader. Dessutom finns det en sådan variation av detta ämne som plast. Det erhålls genom att hälla i kallt vatten uppvärmt nästan till en koka rhombic. Kokpunkten för svavel av denna typ är densamma. Men ämnet har egenskapen att sträcka sig som gummi.
En annan komponent i den fysiska egenskapen som jag skulle vilja tala om är svavelets antändningstemperatur.
Denna indikator kan variera beroende på typen av material och dess ursprung. Till exempel är antändningstemperaturen för tekniskt svavel hundra och nittio grader. Detta är en ganska låg siffra. I andra fall kan flampunkten för svavel vara tvåhundrafyrtioåtta grader och till och med tvåhundrafemtiosex. Allt beror på vilket material den bröts från, vilken densitet den har. Men vi kan dra slutsatsen att svavelets förbränningstemperatur är ganska låg, jämfört med andra kemiska element är det ett brandfarligt ämne. Dessutom kan svavel ibland kombineras till molekyler som består av åtta, sex, fyra eller två atomer. Nu, efter att ha övervägt svavel ur fysikens synvinkel, låt oss gå vidare till nästa avsnitt.
Kemisk karakterisering av svavel
Detta element har en relativt låg atommassa, den är lika med trettiotvå gram per mol. Egenskapen för svavelelementet inkluderar en sådan egenskap hos detta ämne som förmågan att ha olika grader av oxidation. I detta skiljer det sig från till exempel väte eller syre. Med tanke på frågan om vad som är den kemiska egenskapen hos svavelelementet är det omöjligt att inte nämna att det, beroende på förhållandena, uppvisar både reducerande och oxiderande egenskaper. Så, i ordning, överväga interaktionen av ett givet ämne med olika kemiska föreningar.
Svavel och enkla ämnen
Enkla ämnen är ämnen som bara innehåller ett kemiskt element. Dess atomer kan kombineras till molekyler, som till exempel i fallet med syre, eller de kanske inte kombineras, som är fallet med metaller. Så, svavel kan reagera med metaller, andra icke-metaller och halogener.
Interaktion med metaller
En hög temperatur krävs för att utföra denna typ av process. Under dessa betingelser inträffar en additionsreaktion. Det vill säga metallatomer kombineras med svavelatomer och bildar sålunda komplexa sulfider. Till exempel, om du värmer två mol kalium genom att blanda dem med en mol svavel, får du en mol av sulfiden av denna metall. Ekvationen kan skrivas i följande form: 2K + S = K 2 S.
Reaktion med syre
Detta är svavelbränning. Som ett resultat av denna process bildas dess oxid. Den senare kan vara av två typer. Därför kan förbränning av svavel ske i två steg. Den första är när en mol svavel och en mol syre bildar en mol svaveldioxid. Du kan skriva ekvationen för denna kemiska reaktion enligt följande: S + O 2 \u003d SO 2. Det andra steget är tillsatsen av ytterligare en syreatom till dioxiden. Detta händer om du tillsätter en mol syre till två mol vid hög temperatur. Resultatet är två mol svaveltrioxid. Ekvationen för denna kemiska interaktion ser ut så här: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Som ett resultat av denna reaktion bildas svavelsyra. Så genom att utföra de två beskrivna processerna är det möjligt att passera den resulterande trioxiden genom en stråle av vattenånga. Och vi får Ekvationen för en sådan reaktion skrivs enligt följande: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.
Interaktion med halogener
Kemisk som andra icke-metaller, låt den reagera med denna grupp av ämnen. Det inkluderar föreningar som fluor, brom, klor, jod. Svavel reagerar med någon av dem, förutom den sista. Som ett exempel kan vi nämna processen för fluorering av elementet i det periodiska systemet vi överväger. Genom att värma nämnda icke-metall med en halogen kan två varianter av fluor erhållas. Det första fallet: om vi tar en mol svavel och tre mol fluor får vi en mol fluor, vars formel är SF 6. Ekvationen ser ut så här: S + 3F 2 = SF 6. Dessutom finns det ett andra alternativ: om vi tar en mol svavel och två mol fluor får vi en mol fluor med den kemiska formeln SF 4 . Ekvationen skrivs i följande form: S + 2F 2 = SF 4 . Som du kan se beror allt på proportionerna i vilka komponenterna blandas. På exakt samma sätt är det möjligt att genomföra processen med klorering av svavel (två olika ämnen kan också bildas) eller bromering.
Interaktion med andra enkla ämnen
Karakteriseringen av grundämnet svavel slutar inte där. Ämnet kan också ingå en kemisk reaktion med väte, fosfor och kol. På grund av interaktionen med väte bildas sulfidsyra. Som ett resultat av dess reaktion med metaller kan deras sulfider erhållas, som i sin tur också erhålls genom direkt reaktion av svavel med samma metall. Tillsatsen av väteatomer till svavelatomer sker endast under förhållanden med mycket hög temperatur. När svavel reagerar med fosfor bildas dess fosfid. Den har följande formel: P 2 S 3. För att få en mol av detta ämne måste du ta två mol fosfor och tre mol svavel. När svavel interagerar med kol, bildas karbiden av den betraktade icke-metallen. Dess kemiska formel ser ut så här: CS 2. För att få en mol av detta ämne måste du ta en mol kol och två mol svavel. Alla de ovan beskrivna additionsreaktionerna inträffar endast när reaktanterna upphettas till höga temperaturer. Vi har övervägt samspelet mellan svavel och enkla ämnen, låt oss nu gå vidare till nästa punkt.
Svavel och komplexa föreningar
Föreningar är de ämnen vars molekyler består av två (eller flera) olika grundämnen. De kemiska egenskaperna hos svavel gör att det kan reagera med föreningar som alkalier, såväl som koncentrerad sulfatsyra. Dess reaktioner med dessa ämnen är ganska märkliga. Tänk först på vad som händer när icke-metallen i fråga blandas med alkali. Till exempel, om du tar sex mol och tillsätter tre mol svavel till dem, får du två mol kaliumsulfid, en mol av den givna metallen sulfit och tre mol vatten. Denna typ av reaktion kan uttryckas med följande ekvation: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Enligt samma princip uppstår interaktionen om du lägger till Nästa, överväga svavelets beteende när en koncentrerad lösning sulfatsyra tillsätts till den. Om vi tar en mol av den första och två mol av det andra ämnet får vi följande produkter: svaveltrioxid i mängden tre mol, och även vatten - två mol. Denna kemiska reaktion kan endast ske när reaktanterna värms upp till en hög temperatur.
Att erhålla den anses vara icke-metall
Det finns flera huvudmetoder genom vilka svavel kan utvinnas från en mängd olika ämnen. Den första metoden är att isolera den från pyrit. Den kemiska formeln för den senare är FeS 2 . När detta ämne värms upp till en hög temperatur utan tillgång till syre kan en annan järnsulfid - FeS - och svavel erhållas. Reaktionsekvationen skrivs enligt följande: FeS 2 \u003d FeS + S. Den andra metoden för att erhålla svavel, som ofta används inom industrin, är förbränning av svavelsulfid under villkoret av en liten mängd syre. I det här fallet kan du få den anses vara icke-metall och vatten. För att utföra reaktionen måste du ta komponenterna i ett molförhållande av två till en. Som ett resultat får vi slutprodukterna i proportioner på två till två. Ekvationen för denna kemiska reaktion kan skrivas enligt följande: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Dessutom kan svavel erhållas under olika metallurgiska processer, till exempel vid produktion av metaller som nickel, koppar och andra.
Industriell användning
Den icke-metall vi överväger har hittat sin bredaste tillämpning inom den kemiska industrin. Som nämnts ovan används den här för att få sulfatsyra från den. Dessutom används svavel som en komponent för tillverkning av tändstickor, på grund av att det är ett brandfarligt material. Det är också oumbärligt vid tillverkning av sprängämnen, krut, tomtebloss etc. Dessutom används svavel som en av ingredienserna i skadedjursbekämpningsprodukter. Inom medicin används det som en komponent vid tillverkning av läkemedel mot hudsjukdomar. Ämnet i fråga används också vid tillverkning av olika färgämnen. Dessutom används det vid tillverkning av fosfor.
Elektronisk struktur av svavel
Alla atomer består som bekant av en kärna, i vilken det finns protoner - positivt laddade partiklar - och neutroner, det vill säga partiklar som har nollladdning. Elektroner kretsar runt kärnan med en negativ laddning. För att en atom ska vara neutral måste den ha samma antal protoner och elektroner i sin struktur. Om det finns fler av de senare är detta redan en negativ jon - en anjon. Om antalet protoner tvärtom är större än antalet elektroner är detta en positiv jon, eller katjon. Svavelanjonen kan fungera som en syrarest. Det är en del av molekylerna av ämnen som sulfidsyra (vätesulfid) och metallsulfider. En anjon bildas vid elektrolytisk dissociation, som uppstår när ett ämne löses i vatten. I detta fall sönderdelas molekylen till en katjon, som kan representeras som en metall- eller vätejon, såväl som en katjon - en jon av en syrarest eller en hydroxylgrupp (OH-).
Eftersom serienumret för svavel i det periodiska systemet är sexton, kan vi dra slutsatsen att exakt detta antal protoner finns i dess kärna. Utifrån detta kan vi säga att det också finns sexton elektroner som roterar runt. Antalet neutroner kan hittas genom att subtrahera serienumret för det kemiska elementet från molmassan: 32 - 16 \u003d 16. Varje elektron roterar inte slumpmässigt, utan längs en viss bana. Eftersom svavel är ett kemiskt grundämne som tillhör den tredje perioden i det periodiska systemet finns det tre banor runt kärnan. Den första har två elektroner, den andra har åtta och den tredje har sex. Den elektroniska formeln för svavelatomen är skriven enligt följande: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Prevalens i naturen
I grund och botten finns det övervägda kemiska elementet i sammansättningen av mineraler, som är sulfider av olika metaller. Först och främst är det pyrit - järnsalt; det är också bly, silver, kopparglans, zinkblandning, cinnober - kvicksilversulfid. Dessutom kan svavel också ingå i sammansättningen av mineraler, vars struktur representeras av tre eller flera kemiska element.
Till exempel, chalcopyrite, mirabilite, kieserit, gips. Du kan överväga var och en av dem mer i detalj. Pyrit är en ferrumsulfid eller FeS 2 . Den har en ljusgul färg med en gyllene glans. Detta mineral kan ofta hittas som en förorening i lapis lazuli, som ofta används för att göra smycken. Detta beror på att dessa två mineral ofta har en gemensam fyndighet. Kopparglans - chalcocite, eller chalcosine - är en blågrå substans, liknande metall. och silverglans (argentit) har liknande egenskaper: de ser båda ut som metaller, har en grå färg. Cinnober är ett brunrött matt mineral med grå fläckar. Kalkopirit, vars kemiska formel är CuFeS 2 , är gyllengult, det kallas också för golden blende. Zink blende (sfalerit) kan ha en färg från bärnsten till eldorange. Mirabilite - Na 2 SO 4 x10H 2 O - transparenta eller vita kristaller. Det kallas också används inom medicin. Den kemiska formeln för kieserit är MgSO 4 xH 2 O. Det ser ut som ett vitt eller färglöst pulver. Den kemiska formeln för gips är CaSO 4 x2H 2 O. Dessutom är detta kemiska element en del av cellerna i levande organismer och är ett viktigt spårämne.
När man tar emot rostning gas genom att bränna svavel, finns det inget behov av att rengöra den från föroreningar. Förberedelsesteget kommer endast att omfatta gastorkning och syraavfall. När svavel förbränns uppstår en irreversibel exoterm reaktion:
S + O 2 = SÅ 2 (1)
med frigöring av en mycket stor mängd värme: en förändring i H \u003d -362,4 kJ / mol, eller i form av en massaenhet 362,4 / 32 \u003d 11,325 kJ / t \u003d 11325 kJ / kg S.
Smält flytande svavel som tillförs för förbränning avdunstar (kokar) vid en temperatur av 444,6 *C; förångningsvärmen är 288 kJ/kg. Som kan ses från ovanstående data är värmen från svavelförbränningsreaktionen ganska tillräcklig för att förånga råvaran, så interaktionen mellan svavel och syre sker i gasfasen (homogen reaktion).
Förbränningen av svavel inom industrin utförs enligt följande. Svavel är försmält (för detta kan du använda vattenånga som erhålls genom att använda värmen från svavelets huvudförbränningsreaktion). Eftersom smältpunkten för svavel är relativt låg är det lätt att separera mekaniska föroreningar som inte har passerat in i vätskefasen genom sedimentering och efterföljande filtrering från svavel, och att erhålla ett råmaterial med tillräcklig renhet. Två typer av ugnar används för att bränna smält svavel - munstycke och cyklon. Det är nödvändigt att sörja för sprutning av flytande svavel i dem för dess snabba avdunstning och säkerställande av tillförlitlig kontakt med luft i alla delar av apparaten.
Från ugnen kommer stekgasen in i spillvärmepannan och sedan till de efterföljande apparaterna.
Koncentrationen av svaveldioxid i rostningsgasen beror på förhållandet mellan svavel och luft som tillförs för förbränning. Om luft tas i stökiometrisk mängd, dvs. för varje mol svavel 1 mol syre, sedan med fullständig förbränning av svavel, kommer koncentrationen att vara lika med volymfraktionen av syre i luften C so 2. max \u003d 21%. Men luft tas vanligtvis i överskott, annars blir ugnstemperaturen för hög.
Vid adiabatisk förbränning av svavel kommer bränningstemperaturen för reaktionsblandningen med stökiometrisk sammansättning att vara ~1500*C. Rent praktiskt begränsas möjligheten att höja temperaturen i ugnen av att över 1300*C förstörs ugnens och gaskanalernas beklädnad snabbt. Vanligtvis, när man bränner svavel, erhålls en rostgas innehållande 13 - 14 % SO 2.
2. Kontaktoxidation av so2 till so3
Kontaktoxidation av svaveldioxid är ett typiskt exempel på heterogen oxidativ exoterm katalys.
Detta är en av de mest studerade katalytiska synteserna. I Sovjetunionen utfördes det mest grundliga arbetet med studiet av oxidationen av SO 2 till SO 3 och utvecklingen av katalysatorer av G.K. Boreskov. Svaveldioxidoxidationsreaktion
SÅ 2 + 0,5 O 2 = SÅ 3 (2)
kännetecknas av ett mycket högt värde av aktiveringsenergi och därför är dess praktiska implementering endast möjlig i närvaro av en katalysator.
Inom industrin är huvudkatalysatorn för oxidation av SO 2 en katalysator baserad på vanadinoxid V 2 O 5 (vanadinkontaktmassa). Katalytisk aktivitet i denna reaktion visas också av andra föreningar, främst platina. Platinakatalysatorer är dock extremt känsliga även för spår av arsenik, selen, klor och andra föroreningar, och ersattes därför gradvis av vanadinkatalysatorer.
Reaktionshastigheten ökar med en ökning av syrekoncentrationen, så processen i industrin utförs med ett överskott av det.
Eftersom SO 2 oxidationsreaktionen tillhör den exotermiska typen, bör temperaturregimen för dess implementering närma sig linjen för optimala temperaturer. Valet av temperaturläge åläggs dessutom av två begränsningar som är förknippade med katalysatorns egenskaper. Den nedre temperaturgränsen är antändningstemperaturen för vanadinkatalysatorer, som, beroende på den specifika typen av katalysator och gassammansättning, är 400 - 440 * C. den övre temperaturgränsen är 600 - 650*C och bestäms av det faktum att över dessa temperaturer omarrangeras katalysatorstrukturen och den förlorar sin aktivitet.
Inom intervallet 400 - 600 * C eftersträvas processen att utföras på ett sådant sätt att när omvandlingsgraden ökar, sjunker temperaturen.
Oftast inom industrin används hyllkontaktdon med extern värmeväxling. Värmeväxlingsschemat förutsätter maximal användning av reaktionsvärmet för uppvärmning av källgasen och samtidig kylning av gasen mellan hyllorna.
En av de viktigaste uppgifterna för svavelsyraindustrin är att öka omvandlingsgraden av svaveldioxid och minska dess utsläpp till atmosfären. Detta problem kan lösas på flera sätt.
En av de mest rationella metoderna för att lösa detta problem, som används flitigt inom svavelsyraindustrin, är dubbelkontakt- och dubbelabsorptionsmetoden (DKDA). För att flytta jämvikten åt höger och öka utbytet av processen, samt för att öka processens hastighet, utförs processen enligt denna metod. Dess väsen ligger i det faktum att reaktionsblandningen, i vilken omvandlingsgraden av SO 2 är 90 - 95 %, kyls och skickas till en mellanliggande absorbator för att separera SO 3 . I den återstående reaktionsgasen ökar förhållandet O 2 : SO 2 signifikant, vilket leder till en förskjutning av reaktionsjämvikten åt höger. Den nyuppvärmda reaktionsgasen matas åter in i kontaktapparaten, där 95 % av omvandlingen av den återstående SO 2 uppnås på ett eller två katalysatorskikt.Den totala omvandlingen av SO 2 i denna process är 99,5 % - 99,8 %.
