Jednadžba sagorijevanja sumpora. Procesna hemija

Sumpor je hemijski element, koja je u šestoj grupi i trećem periodu periodnog sistema. U ovom ćemo članku pobliže pogledati njegovu kemikaliju i pripremu, upotrebu itd. Fizičke karakteristike uključuju takve karakteristike kao što su boja, nivo električne provodljivosti, tačka ključanja sumpora itd. Hemikalija opisuje svoju interakciju s drugim tvarima.

Sumpor sa stanovišta fizike

To je krhka supstanca. U normalnim uvjetima nalazi se u solidnom agregatnom stanju. Sumpor ima limunsko žutu boju.

I uglavnom su sva njegova jedinjenja žuta. Ne rastvara se u vodi. Ima nisku toplotnu i električnu provodljivost. Ove osobine ga karakteriziraju kao tipični nemetal. Unatoč činjenici da hemijski sastav sumpor nije nimalo kompliciran; ova tvar može imati nekoliko varijacija. Sve ovisi o strukturi kristalna rešetka, uz pomoć kojih su atomi povezani, oni ne tvore molekule.

Dakle, prva opcija je rombični sumpor. Najstabilnija je. Tačka ključanja ove vrste sumpora je četiristo četrdeset i pet stepeni Celzijusa. Ali da bi data supstanca prešla u plinovito agregacijsko stanje, prvo mora proći kroz tekuće. Dakle, sumpor se topi na temperaturi od sto trinaest stepeni Celzijusa.

Druga opcija je monoklinični sumpor. To su iglasti kristali tamno žute boje. Topljenje sumpora prvog tipa, a zatim njegovo sporo hlađenje dovodi do stvaranja ovog tipa. Ova sorta ima gotovo iste fizičke karakteristike. Na primjer, tačka ključanja ove vrste sumpora je istih četiri stotine četrdeset i pet stepeni. Pored toga, postoji takva raznolikost ove supstance kao što je plastika. Dobiva se prelivanjem rombične vode u hladnu vodu zagrijanu do skoro ključanja. Tačka ključanja ove vrste sumpora je ista. Ali supstanca ima svojstvo istezanja poput gume.

Druga komponenta fizičke karakteristike o kojoj bih želio razgovarati je temperatura paljenja sumpora.

Ovaj indikator može varirati ovisno o vrsti materijala i njegovom porijeklu. Na primjer, temperatura paljenja tehničkog sumpora je sto devedeset stepeni. Ovo je prilično niska cifra. U drugim slučajevima, tačka paljenja sumpora može biti dvjesto četrdeset i osam stepeni, pa čak i dvjesto pedeset i šest. Sve ovisi o tome od kojeg je materijala minirano, kakvu gustinu ima. Ali možemo zaključiti da je temperatura sagorijevanja sumpora prilično niska, u usporedbi s ostalim hemijskim elementima, zapaljiv je. Pored toga, ponekad se sumpor može kombinirati u molekule koji se sastoje od osam, šest, četiri ili dva atoma. Sad kad smo sumpor pogledali sa fizičkog stanovišta, prijeđimo na sljedeći odjeljak.

Hemijska karakterizacija sumpora

Ovaj element ima relativno malu atomsku masu, jednak je trideset i dva grama po molu. Karakteristika sumpornog elementa uključuje takvu osobinu ove supstance kao sposobnost različitog stanja oksidacije. Po tome se razlikuje od, recimo, vodonika ili kiseonika. Razmatrajući pitanje šta je hemijska karakterizacija sumpor, nemoguće je ne spomenuti da, ovisno o uvjetima, pokazuje i reducirajuća i oksidacijska svojstva. Dakle, da razmotrimo interakciju date supstance sa raznim hemijskim spojevima.

Sumpor i jednostavne supstance

Jednostavne supstance su supstance koje sadrže samo jedan hemijski element. Njegovi se atomi mogu kombinirati u molekule, kao, na primjer, u slučaju kisika, ili se ne mogu kombinirati, kao što je slučaj s metalima. Dakle, sumpor može reagirati s metalima, drugim nemetalima i halogenima.

Interakcija s metalima

Za ovu vrstu postupka potrebna je visoka temperatura. U tim uvjetima dolazi do reakcije dodavanja. Odnosno, atomi metala se kombiniraju s atomima sumpora, tvoreći složene tvari, sulfide. Na primjer, ako zagrijete dva mola kalijuma, pomiješajući ih s jednim molom sumpora, dobit ćemo jedan mol sulfida ovog metala... Jednadžba se može napisati na sljedeći način: 2K + S \u003d K 2 S.

Reakcija sa kisikom

Ovo je sagorijevanje sumpora. Kao rezultat ovog procesa nastaje njegov oksid. Potonji mogu biti dvije vrste. Stoga se sagorijevanje sumpora može odvijati u dvije faze. Prvo je kada se jedan mol sumpor-dioksida stvori od jednog mola sumpora i jednog mola kiseonika. Zapiši jednačinu datog hemijska reakcija može biti slijedeće: S + O 2 \u003d SO 2. Druga faza je dodavanje još jednog atoma kiseonika dioksidu. To se događa ako dodate dva mola kiseonika u dva mola pod uvjetima visoke temperature. Rezultat su dva mola sulfurijevog trioksida. Jednadžba za ovu hemijsku interakciju izgleda ovako: 2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3. Kao rezultat ove reakcije, sumporna kiselina... Dakle, nakon što ste izveli dva opisana postupka, nastali trioksid možete propustiti kroz struju vodene pare. I dobivamo Jednadžba takve reakcije napisana na sljedeći način: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.

6 interakcije s halogenima

Hemikalije, poput ostalih nemetala, omogućuju joj reakciju s ovom skupinom supstanci. Uključuje spojeve kao što su fluor, brom, hlor, jod. Sumpor reagira sa bilo kojim od njih, osim sa posljednjim. Primjer je postupak fluoriranja elementa periodnog sustava koji razmatramo. Zagrijavanjem navedenog nemetala s halogenom mogu se dobiti dvije varijacije fluorida. Prvi slučaj: ako uzmemo jedan mol sumpora i tri mola fluora, dobit ćemo jedan mol fluora, čija je formula SF 6. Jednadžba izgleda ovako: S + 3F 2 \u003d SF 6. Pored toga, postoji i druga opcija: ako uzmemo jedan mol sumpora i dva mola fluora, dobit ćemo jedan mol fluora sa hemijskom formulom SF 4. Jednadžba je zapisana na sljedeći način: S + 2F 2 \u003d SF 4. Kao što vidite, sve ovisi o proporcijama u kojima se komponente miješaju. Na potpuno isti način možete provesti postupak kloriranja sumpora (također mogu nastati dvije različite supstance) ili bromiranja.

Interakcija s drugim jednostavnim supstancama

Karakteristika elementa sumpor tu ne prestaje. Tvar također može kemijski reagirati s vodikom, fosforom i ugljikom. Zahvaljujući interakciji sa vodonikom nastaje sulfidna kiselina. Kao rezultat reakcije s metalima mogu se dobiti njihovi sulfidi, koji se, pak, dobijaju direktnom interakcijom sumpora s istim metalom. Vezanje atoma vodonika za atome sumpora događa se samo pod vrlo visokim temperaturnim uvjetima. Kada sumpor reaguje sa fosforom, nastaje njegov fosfid. Ima sljedeću formulu: P 2 S 3. Da biste dobili jedan mol ove supstance, morate uzeti dva mola fosfora i tri mola sumpora. Kada sumpor stupi u interakciju s ugljikom, nastaje karbid razmatranog nemetala. Njegova hemijska formula izgleda ovako: CS 2. Da biste dobili jedan mol ove supstance, morate uzeti jedan mol ugljenika i dva mola sumpora. Sve gore opisane reakcije dodavanja javljaju se samo kada se reaktanti zagriju na visoke temperature. Ispitali smo interakciju sumpora sa jednostavnim supstancama, a sada pređimo na sljedeću točku.

Sumpor i složeni spojevi

Složene supstance su one supstance čiji se molekuli sastoje od dva (ili više) različitih elemenata. Hemijska svojstva Sumpor mu omogućava da reaguje sa spojevima kao što su lužine i koncentrirana sulfatna kiselina. Njegove reakcije s ovim tvarima prilično su neobične. Prvo, razmotrite šta se događa kada se predmetni nemetal pomiješa s lužinom. Na primjer, ako uzmete šest molova i dodate im tri mola sumpora, dobićete dva mola kalijum sulfida, jedan mol ovog metalnog sulfita i tri mola vode. Ovakva se reakcija može izraziti sljedećom jednadžbom: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Prema istom principu dolazi do interakcije, ako dodate Sljedeće, uzmite u obzir ponašanje sumpora kada mu se doda koncentrirana otopina sulfatne kiseline. Ako uzmemo jedan mol prve i dva mola druge supstance, dobivamo sljedeće proizvode: sumporni trioksid u količini od tri mola, a također i voda - dva mola. Ova hemijska reakcija može se odvijati samo kada su reagensi zagrijani na visoku temperaturu.

Dobivanje nemetala u pitanju

Postoji nekoliko glavnih načina na koje možete izvući sumpor iz raznih supstanci. Prva metoda je ekstrakcija iz pirita. Hemijska formula potonji je FeS 2. Kada se ova tvar zagrije na visoku temperaturu bez pristupa kisiku, može se dobiti još jedan željezni sulfid - FeS - i sumpor. Jednadžba reakcije napisana je u sljedećem obliku: FeS 2 \u003d FeS + S. Drugi način proizvodnje sumpora, koji se često koristi u industriji, je sagorijevanje sumpor-sulfida, pod uvjetom da postoji mala količina kiseonika. U ovom slučaju mogu se dobiti nemetal o kojem se radi i voda. Da biste proveli reakciju, komponente morate uzeti u molarnom omjeru dva prema jedan. Kao rezultat, dobivamo konačne proizvode u omjeru dva do dva. Jednadžba za ovu hemijsku reakciju može se napisati na sljedeći način: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Pored toga, sumpor se može dobiti tokom različitih metalurških procesa, na primjer, u proizvodnji metala poput nikla, bakra i drugih.

Industrijska upotreba

Nemetal koji razmatramo pronašao je svoju najširu primjenu u hemijska industrija... Kao što je gore spomenuto, ovdje se koristi za dobivanje sulfatne kiseline iz nje. Pored toga, sumpor se koristi kao komponenta za izradu šibica, zbog činjenice da je zapaljiv materijal. Takođe je nezamjenjiv u proizvodnji eksploziv, barut, pjenušce itd. Pored toga, sumpor se koristi kao jedan od sastojaka za suzbijanje štetočina. U medicini se koristi kao komponenta u proizvodnji lijekova za kožne bolesti. Takođe, predmetna supstanca koristi se u proizvodnji različitih boja. Pored toga, koristi se u proizvodnji fosfora.

Elektronska struktura sumpora

Kao što znate, svi se atomi sastoje od jezgre, u kojoj se nalaze protoni - pozitivno nabijene čestice - i neutroni, tj. Čestice s nultim nabojem. Elektroni se okreću oko jezgre čiji je naboj negativan. Da bi atom bio neutralan, njegova struktura mora imati jednak broj protona i elektrona. Ako je potonjih više, ovo je već negativni ion - anion. Ako, naprotiv, ima više protona nego elektrona, ovo je pozitivan jon ili kation. Sumporni anion može djelovati kao kiseli ostatak. Dio je molekula supstanci poput sulfidne kiseline (sumporovodik) i metalnih sulfida. Anion nastaje tokom elektrolitičke disocijacije, koja se javlja kada se supstanca otopi u vodi. U ovom slučaju, molekula se raspada u kation, koji se može predstaviti u obliku metalnog iona ili vodika, kao i kation - jon kiselog ostatka, ili hidroksilna grupa (IT-).

Budući da je serijski broj sumpora u periodnom sustavu šesnaest, možemo zaključiti da u njegovoj jezgri postoji upravo takav broj protona. Na osnovu ovoga možemo reći da okolo postoji i šesnaest elektrona. Broj neutrona može se pronaći oduzimanjem rednog broja hemijskog elementa od molarne mase: 32 - 16 \u003d 16. Svaki se elektron ne okreće slučajno, već u određenoj orbiti. Budući da je sumpor hemijski element koji pripada trećem periodu periodnog sustava, oko jezgre postoje tri putanje. Prvi od njih ima dva elektrona, drugi ima osam, a treći šest. Elektronska formula atoma sumpora napisana je na sljedeći način: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Rasprostranjenost u prirodi

U osnovi, razmatrani hemijski element nalazi se u sastavu minerala, koji su sulfidi različitih metala. Prije svega, to je pirit - sol gvožđa; to je takođe olovo, srebro, bakarni sjaj, blend cinka, cinobar - živin sulfid. Pored toga, sumpor može biti i dio minerala, čiju strukturu predstavljaju tri ili više hemijskih elemenata.

Na primjer, halkopirit, mirabilit, kieserit, gips. Možete detaljnije razmotriti svaki od njih. Pirit je ferum sulfid ili FeS 2. Ima svijetlo žutu boju sa zlatnim sjajem. Ovaj mineral često se može naći kao nečistoća u lapis lazuliju, koji se široko koristi za izradu nakita. To je zbog činjenice da ova dva minerala često imaju zajedničko ležište. Bakreni sjaj - halkocit ili halkocit - je plavkasto siva supstanca slična metalu. i srebrni sjaj (argentit) imaju slična svojstva: oboje izgledom podsjećaju na metale, imaju sivu boju. Cinnabar je smeđkastocrveni mutni mineral sa sivim mrljama. Halkopirit, čija je hemijska formula CuFeS 2, zlatno je žute boje, naziva se i zlatnom blendom. Cink mješavina (sfalerit) može biti jantarne do vatreno narančaste boje. Mirabilit - Na 2 SO 4 x10H 2 O - prozirni ili bijeli kristali. Naziva se i korištenom u medicini. Hemijska formula kieserita je MgSO 4 xH 2 O. Izgleda poput bijelog ili bezbojnog praha. Hemijska formula gipsa je CaSO 4 x2H 2 O. Uz to, ovaj hemijski element dio je ćelija živih organizama i važan je element u tragovima.

Fizičke i hemijske osnove procesa sagorevanja sumpora.

Sagorijevanje S nastaje ispuštanjem velike količine toplote: 0,5S 2g + O 2g \u003d SO 2g, ΔH \u003d -362,43 kJ

Sagorijevanje je kompleks hemijskih i fizičkih pojava. Uređaj za sagorijevanje mora se nositi sa složenim poljima brzina, koncentracija i temperatura koje je teško matematički opisati.

Sagorijevanje rastaljenog S ovisi o uvjetima interakcije i sagorijevanja pojedinih kapljica. Učinkovitost procesa sagorijevanja određuje se vremenom potpunog sagorijevanja svake čestice sumpora. Izgaranju sumpora, koje se događa samo u plinskoj fazi, prethodi isparavanje S, miješanje njegovih para sa zrakom i zagrijavanje smjese na t, što osigurava potrebnu brzinu reakcije. Budući da isparavanje s površine kapi započinje intenzivnije tek na određenom t, svaka kap tekućeg sumpora mora se zagrijati na taj t. Što je veće t, to je duže potrebno da se kapljica zagrije. Kada se iznad površine kapljice formira zapaljiva smjesa para S i zraka maksimalne koncentracije i t, dolazi do paljenja. Proces sagorijevanja kapi S ovisi o uvjetima sagorijevanja: t i relativnoj brzini protoka plina te fizikalno-kemijskim svojstvima tečnosti S (na primjer, prisutnosti nečistoća čvrstog pepela u S), a sastoji se od faza: 1-miješanje kapljica tečnosti S sa zrakom; 2-zagrevanje ovih kapi i isparavanje; 3-termičko razdvajanje pare S; 4-formiranje gasne faze i njeno paljenje; 5-gasno fazno sagorevanje.

Te se faze odvijaju gotovo istovremeno.

Kao rezultat zagrijavanja, kap tečnosti S počinje isparavati, pare S difundiraju u zonu izgaranja, gdje pri visokom t počinju aktivno reagirati s O 2 u zraku, dolazi do procesa difuzijskog sagorijevanja S stvaranjem SO 2.

Pri visokom t, brzina reakcije oksidacije S veća je od brzine fizičkih procesa, pa je ukupna brzina procesa sagorijevanja određena procesima prijenosa mase i toplote.

Molekularna difuzija određuje miran, relativno spor proces sagorevanja, dok ga turbulentna difuzija ubrzava. Kako se veličina kapljica smanjuje, vrijeme njihovog isparavanja se smanjuje. Fina raspršivanje čestica sumpora i njihova ravnomerna raspodela u protoku vazduha povećava površinu kontakta, olakšava zagrevanje i isparavanje čestica. Tokom sagorijevanja svake pojedinačne kapi S u baklji, treba razlikovati 3 perioda: Ja-inkubacija; II-intenzivno sagorijevanje; III- period dogorevanja.

Kada kapljica izgori sa svoje površine, dolazi do emisije plamena nalik na solarne baklje. Za razliku od konvencionalnog difuzijskog sagorevanja sa ispuštanjem plamena s površine goruće kapi, ono se naziva "eksplozivno sagorevanje".

Sagorijevanje kapljice S u difuzionom načinu vrši se isparavanjem molekula s površine kapljice. Brzina isparavanja ovisi o fizička svojstva tečnosti i t okoliša, ali se određuje karakteristikom brzine isparavanja. U diferencijalnom načinu rada S svijetli u periodima I i III. Eksplozivno sagorijevanje kapljice uočava se samo tokom perioda intenzivnog sagorijevanja u drugom periodu. Trajanje perioda intenzivnog sagorijevanja proporcionalno je kocki početnog promjera kapljice. To je zbog činjenice da je eksplozivno sagorijevanje posljedica procesa koji se javljaju u zapremini kapljica. Karakteristika brzine gorenja kalc. na f-le: TO\u003d / τg;

d n - početni promjer kapljice, mm; τ je vrijeme potpunog izgaranja kapljice, s.

Karakteristika brzine sagorijevanja kapljice jednaka je zbroju karakteristika difuzije i eksplozivnog sagorevanja: TO \u003d K ex + K dif; Kvz \u003d 0,78 ∙ eksp (- (1,59 ∙ p) 2,58); K razl\u003d 1,21 ∙ p +0,23; K T2 \u003d K T1 ∙ exp (E a \u200b\u200b/ R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); K T1 - konstanta brzine gorenja pri t 1 \u003d 1073 K. K T2 - konstanta. brzina grijanja na t različita od t 1. E a je energija aktivacije (7850 kJ / mol).

T.O. Glavni uslovi za efikasno sagorevanje tečnosti S su: dovod sve potrebne količine vazduha u usta plamena, fino i ravnomerno raspršivanje tečnosti S, turbulencija protoka i visoki t.

Opšta zavisnost intenziteta isparavanja tečnosti S od brzine plina i t: K 1 \u003d a ∙ V / (b + V); a, b su konstante ovisno o t. V - brzina plin, m / s. Pri većem t, ovisnost brzine isparavanja S o brzini plina je sljedeća: K 1 \u003d Otprilike ∙ V n;

t, o S.	lgK oko	n
	4,975	0,58
	5,610	0,545
	6,332	0,8

Povećanjem t sa 120 na 180 ° C, brzina isparavanja S povećava se za 5-10 puta, a sa 180 na 440 ° C za 300-500 puta.

Određuje se intenzitet isparavanja brzinom gasa od 0,104 m / s: \u003d 8,745 - 2600 / T (na 120-140 o C); = 7.346 –2025 / T (na 140-200 o S); = 10.415 - 3480 / T (na 200-440 o C).

Da bi se utvrdio intenzitet isparavanja S na bilo kojem t od 140 do 440 ° C i brzina plina u rasponu od 0,026-0,26 m / s, prvo se pronalazi brzina plina od 0,104 m / s i preračunava na drugu brzinu: lg = lg + n ∙ lgV `` / V`; Usporedba vrijednosti intenziteta isparavanja tečnog sumpora i brzine sagorijevanja sugerira da intenzitet sagorijevanja ne može premašiti intenzitet isparavanja na tački ključanja sumpora. To potvrđuje ispravnost mehanizma sagorijevanja prema kojem sumpor gori samo u parnom stanju. Konstanta brzine oksidacije parom sumpora (reakcija se odvija prema jednačini drugog reda) određuje se kinetičkom jednačinom: -dS S / d \u003d K ∙ S S ∙ S O2; S S - koncentracija para S; S O2 - kraj pare O 2; K je konstanta brzine reakcije. Ukupna koncentracija para S i O 2 je: C S \u003d a (1-x); C O2 \u003d b - 2h; a je početna koncentracija para S; b - početni kraj para O2; x je oksidaciono stanje para S. Tada:

K ∙ τ \u003d (2,3 / (b - 2a)) ∙ (lg (b - os / b (1 - x)));

Konstanta brzine reakcije oksidacije S u SO 2: lgK \u003d B - A / T;

o C	650 - 850	850 - 1100
IN	3,49	2,92
I

Kapi sumpora d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm u eksplozivu, u području od 100-160 µm vrijeme sagorijevanja kapljica se ne povećava.

Dakle za intenziviranje procesa sagorijevanja poželjno je sumpor prskati na kapljice d \u003d 130-200 μm, što zahtijeva dodatnu energiju. Prilikom sagorijevanja primljena je ista količina S. SO 2 što je koncentriraniji, to je manja zapremina plina u peći i veća mu je t.

1 - C O2; 2 - S SO2

Slika prikazuje približni odnos između t i koncentracije SO2 u plinu iz peći koji nastaje tokom adijabatskog sagorijevanja sumpora u zraku. U praksi se dobija visoko koncentrirani SO2, ograničen činjenicom da se pri t\u003e 1300 obloga peći i plinskih kanala brzo uništava. Pored toga, pod tim uvjetima, mogu se pojaviti sporedne reakcije između O2 i N2 u zraku sa stvaranjem dušikovih oksida, što je nepoželjna nečistoća u SO2, pa se t \u003d 1000-1200 obično održava u sumpornim pećima. I gasovi u peći sadrže 12-14 vol.% SO 2. Iz jedne zapremine O2 nastaje jedna zapremina SO2, stoga je maksimalni teoretski sadržaj SO2 u plinu za prženje kada S gori u zraku 21%. Kada gori S u zraku, puca. O 2 sadržaj SO 2 u smjesi plina može se povećati ovisno o koncentraciji O 2. Teoretski sadržaj SO 2 tokom sagorijevanja S u čistom O 2 može doseći 100%. Na slici je prikazan mogući sastav plina za prženje dobivenog sagorijevanjem S u zraku i u raznim mješavinama kisika i azota:

Peći za sagorijevanje sumpora.

Sagorijevanje S u proizvodnji sumporne kiseline izvodi se u pećima u prahu ili u čvrstom stanju. Za sagorevanje rastaljenog S koristite mlaznice, ciklone i vibracione peći. Najrasprostranjeniji su ciklonski i mlaznice. Ove peći su klasificirane prema: - prema tipu ugrađenih mlaznica (mehaničkih, pneumatskih, hidrauličnih) i njihovom položaju u peći (radijalni, tangencijalni); - prisustvom zaslona unutar komora za sagorijevanje; - izvršenjem (horizontalno, vertikalno); - prema mjestu dovoda zraka; - na uređajima za mešanje protoka vazduha sa parama S; - prema opremi za upotrebu toplote sagorevanja S; - po broju kamera.

Mlazna peć (riža)

1 - čelični cilindar, 2 - obloga. 3 - azbest, 4 - pregrade. Mlaznice za raspršivanje sa 5 goriva, mlaznice za raspršivanje sa 6 sumpora,

7 - kutija za dovod zraka u peć.

Prilično je jednostavnog dizajna, jednostavan za održavanje, u njemu se stvara plin, stalna koncentracija SO 2. Do ozbiljnih problema uključuju: postupno uništavanje pregrada zbog visokog t; mali toplotni stres komore za sagorijevanje; poteškoće pri dobivanju plina visoke koncentracije, jer koristite veliki višak zraka; zavisnost procenta sagorevanja od kvaliteta prskanja S; značajna potrošnja goriva prilikom pokretanja i zagrijavanja peći; relativno velike dimenzije i težinu i, kao posljedica toga, značajna kapitalna ulaganja, izvedena područja, operativni troškovi i veliki gubici topline u okolišu.

Savršenije ciklonske peći.

1 - predkomora, 2 - zračna kutija, 3, 5 - komore za dogorijevanje, 4. 6-prstenasti prstenovi, 7, 9 - mlaznice za dovod zraka, 8, 10 - mlaznice za opskrbu sumporom.

Dost-va: tangencijalni ulaz zraka i S; osigurava ravnomjerno sagorijevanje S u peći zbog bolje turbulizacije protoka; mogućnost dobivanja koncentriranog tehnološkog plina do 18 vol.% SO 2; velika toplotna naprezanja prostora peći (4,6 10 6 W / m 3); zapremina aparata smanjuje se za 30-40 puta u odnosu na zapreminu mlazne peći iste produktivnosti; konstantna koncentracija SO 2; jednostavna regulacija procenta sagorijevanja S i njegova automatizacija; mala potrošnja vremena i zapaljivog materijala za zagrijavanje i pokretanje peći nakon dugog isključivanja; niži sadržaj azotnih oksida nakon peći. Glavni ned-ki povezano s visokim t u procentu sagorijevanja; moguće je pucanje obloga i zavarenih šavova; nezadovoljavajuće prskanje S dovodi do klizanja njegovih para u t / razmjenu opreme nakon peći, a time i u koroziju opreme i neusklađenost t na ulazu u t / razmjenu opreme.

Rastopljeni S može ući u peć kroz tangencijalne ili aksijalne mlaznice... S aksijalnim rasporedom mlaznica, zona izgaranja je bliža periferiji. S tangen-m - bliže centru, zbog čega se smanjuje učinak visokog t na oblogu. (Sl.) Brzina protoka gasa je 100-120 m / s - to stvara povoljne uslove za prenos mase i toplote i brzinu gorenja S.

Vibracijska peć (riža).

1 - glava peći gorionika; 2 - povratni ventili; 3 - vibracijski kanal.

Tijekom vibracijskog sagorijevanja, svi parametri procesa se periodično mijenjaju (tlak u komori, brzina i sastav mješavine plina, t). Uređaj za vibracije. izgaranje S naziva se gorionikom. Ispred peći miješaju se zrak i zrak, koji kroz nepovratne ventile (2) teku u glavu peći plamenika, gdje se smjesa sagorijeva. Opskrba sirovinama vrši se u dijelovima (ciklički postupak). U ovoj verziji peći toplotni stres i brzina sagorijevanja znatno se povećavaju, ali prije paljenja smjese potrebno je dobro pomiješati atomizirani S sa zrakom, tako da postupak trenutno ide. U ovom slučaju, proizvodi sagorijevanja su dobro izmiješani, SO2 plinski film koji okružuje čestice S uništava se i olakšava pristup novim dijelovima O2 u zoni izgaranja. U takvoj peći nastali SO 2 ne sadrži neizgorene čestice, njegova koncentracija je velika.

Za ciklonsku peć, u usporedbi s mlaznom peći, karakteristično je 40-65 puta veće toplinsko naprezanje, moguće je dobiti koncentriraniji plin i veću proizvodnju pare.

Najvažnija oprema za sagorijevanje peći tečnosti S je mlaznica, mačka mora osigurati fino i jednolično raspršivanje tečnosti S, dobro miješanje sa zrakom u samoj mlaznici i iza nje, brzu regulaciju protoka tečnosti S uz održavanje potrebnog njegov odnos sa zrakom, stabilnost određenog oblika, dužina gorionika, kao i čvrsta struktura, pouzdana i jednostavna za upotrebu. Za nesmetan rad mlaznica važno je da se S dobro očisti od pepela i bitumena. Mlaznice su mehaničke (tečnost pod sopstvenim pritiskom) i pneumatske (vazduh je i dalje uključen u prskanje).

Korišćenje toplote sagorevanja sumpora.

Reakcija je vrlo egzotermna, što rezultira oslobađanjem velike količine toplote, a temperatura plina na izlazu iz peći iznosi 1100-1300 0 C. Za kontaktnu oksidaciju SO 2, temperatura plina na ulazu u 1. sloj rezača ne smije prelaziti - 450 0 S. Stoga je prije faze oksidacije SO 2 potrebno hladiti protok plina i iskoristiti višak toplote. U sistemima sumporne kiseline koji rade na sumpor za rekuperaciju toplote, kotlovi za rekuperaciju toplote sa prirodnom cirkulacijom toplote su najčešći. SETA - C (25 - 24); RKS 95 / 4,0 - 440.

Energetski kotao RKS 95 / 4,0 - 440 je vodonepropusni kotao s prirodnom cirkulacijom, nepropusan za plin, dizajniran za rad pod pritiskom. Kotao se sastoji od isparivača 1. i 2. stupnja, vanjskih ekonomajzera 1.2 stupnja, vanjskih pregrijača 1,2 stupnja, bubnja, peći za sagorijevanje sumpora. Peć je dizajnirana da sagorijeva do 650 tona tečnosti. Sumpor dnevno. Peć se sastoji od dva ciklona, \u200b\u200bmeđusobno povezana pod uglom od 110 0, i prijelazne komore.

Unutrašnje tijelo je promjera 2,6 m i slobodno se oslanja na nosače. Vanjsko kućište je promjera 3 m. Kružni prostor čine unutarnji i vanjski kućište, uvodi se zrak koji kroz mlaznice ulazi u komoru za sagorijevanje. Sumpor se dovodi u peć pomoću 8 sumpornih mlaznica, po 4 u svakom ciklonu. Izgaranje sumpora događa se u uskovitlanom protoku gasa i vazduha. Vrtlog protoka postiže se tangencijalnim uvođenjem zraka u ciklon sagorijevanja kroz mlaznice za zrak, po 3 u svakom ciklonu. Količina zraka regulira se motornim zaklopkama na svakoj mlaznici za zrak. Prijelazna komora je dizajnirana za usmjeravanje protoka plina iz vodoravnih ciklona u vertikalni plinski kanal uređaja za isparavanje. Unutarnja površina peć je obložena mulit-korundom MKS-72 ciglom, debljine 250 mm.

1 - cikloni

2 - prelazna komora

3 - isparivači

Kada se plin za loženje dobiva sagorijevanjem sumpora, nema potrebe za čišćenjem od nečistoća. Faza pripreme uključivat će samo dehidraciju plina i odlaganje kiseline. Kada sumpor izgori, dolazi do nepovratne egzotermne reakcije:

S + O 2 = TAKO 2 (1)

sa oslobađanjem vrlo velike količine toplote: promena H \u003d -362,4 kJ / mol, ili u smislu jedinične mase 362,4 / 32 \u003d 11,325 kJ / t \u003d 11325 kJ / kg S.

Rastopljeni tečni sumpor isporučen za spaljivanje isparava (ključa) na temperaturi od 444,6 * S; toplota isparavanja je 288 kJ / kg. Kao što se može vidjeti iz prikazanih podataka, toplina reakcije sagorijevanja sumpora sasvim je dovoljna za isparavanje sirovine, pa se interakcija sumpora i kisika događa u plinskoj fazi (homogena reakcija).

Sagorijevanje sumpora u industriji vrši se na sljedeći način. Sumpor se prethodno rastopi (za to možete koristiti vodenu paru dobijenu korišćenjem toplote glavne reakcije sagorevanja sumpora). Budući da je tačka topljenja sumpora relativno niska, lako je razdvajanje mehaničkih nečistoća koje nisu prešle u tečnu fazu taloženjem i naknadnom filtracijom od sumpora i dobiti sirovinu dovoljne čistoće. Postoje dvije vrste peći koje se koriste za sagorijevanje rastopljenog sumpora - mlaznica i ciklonska. Moraju osigurati prskanje tečnog sumpora radi njegovog brzog isparavanja i osigurati pouzdan kontakt sa zrakom u svim dijelovima aparata.

Iz peći plin za loženje ulazi u kotao za otpadnu toplotu i dalje u naredne jedinice.

Koncentracija sumpor-dioksida u plinu za loženje ovisi o omjeru sumpora i zraka koji se dovodi za sagorijevanje. Ako se zrak uzima u stehiometrijskoj količini, tj. za svaki mol sumpora 1 mol kisika, tada će uz potpuno sagorijevanje sumpora koncentracija biti jednaka zapreminskom udjelu kisika u zraku S tako da je 2. max \u003d 21%. Međutim, obično se uzima zrak previše, jer će u suprotnom temperatura u pećnici biti previsoka.

Uz adijabatsko sagorijevanje sumpora, temperatura pečenja reakcijske smjese stehiometrijskog sastava bit će ~ 1500 * C. U praktičnom smislu, mogućnost povećanja temperature u peći ograničena je činjenicom da se iznad 1300 * C obloga peći i kanali za gas brzo uništavaju. Tipično, kada se sumpor sagorije, dobije se plin za prženje koji sadrži 13-14% SO2.

2. Kontaktna oksidacija so2 u so3

Kontaktna oksidacija sumpor-dioksida tipičan je primjer heterogene oksidativne egzotermne katalize.

Ovo je jedna od najproučenijih katalitičkih sinteza. U SSSR-u je najosnovniji rad na proučavanju oksidacije SO 2 do SO 3 i razvoju katalizatora izveo G.K. Boreskov. Reakcija oksidacije sumpor-dioksida

TAKO 2 + 0,5 O 2 = TAKO 3 (2)

odlikuje se vrlo visokom vrijednošću aktivacijske energije i stoga je njegova praktična primjena moguća samo u prisustvu katalizatora.

U industriji je glavni katalizator za oksidaciju SO 2 katalizator na bazi vanadijum oksida V 2 O 5 (kontaktna masa vanadijuma). Ostala jedinjenja, prvenstveno platina, takođe pokazuju hemijsku aktivnost u ovoj reakciji. Međutim, platinski katalizatori su izuzetno osjetljivi čak i na tragove arsena, selena, klora i drugih nečistoća, pa su stoga postupno zamijenjeni vanadijumskim katalizatorima.

Brzina reakcije raste s porastom koncentracije kisika, pa se proces u industriji odvija s njegovim viškom.

Budući da je reakcija oksidacije SO 2 egzotermnog tipa, temperaturni režim za njegovo provođenje trebao bi se približiti liniji optimalnih temperatura. Izbor temperaturnog režima dodatno nameću dva ograničenja koja se odnose na svojstva katalizatora. Donja temperaturna granica je temperatura paljenja vanadijumovih katalizatora, koja, ovisno o određenoj vrsti katalizatora i sastavu plina, iznosi 400 - 440 * C. gornja temperaturna granica je 600 - 650 * C i određena je činjenicom da se iznad ovih temperatura struktura katalizatora restrukturira i on gubi svoju aktivnost.

U opsegu 400 - 600 * C, postupak se obično izvodi tako da se povećanjem stepena konverzije temperatura smanjuje.

Najčešće u industriji koriste uređaje za kontakt s policama s vanjskom izmjenom topline. Shema prijenosa topline pretpostavlja maksimalnu upotrebu reakcijske topline za zagrijavanje izvornog plina i istovremeno hlađenje plina između polica.

Jedan od najvažnijih zadataka s kojim se suočava industrija sumporne kiseline je povećati konverziju sumpor-dioksida i smanjiti njegove emisije u atmosferu. Ovaj se zadatak može riješiti na nekoliko metoda.

Jedna od najracionalnijih metoda za rješavanje ovog problema, koja se široko koristi u industriji sumporne kiseline, je metoda dvostrukog kontakta i dvostruke apsorpcije (DKDA). Za pomicanje ravnoteže udesno i povećanje prinosa postupka, kao i za povećanje brzine procesa, postupak se izvodi ovom metodom. Njegova suština leži u činjenici da se reakciona smjesa, u kojoj je stupanj konverzije SO 2 90-95%, ohladi i pošalje u srednji apsorber za oslobađanje SO 3. U preostalom reakcijskom plinu, odnos O 2: SO 2 se značajno povećava, što dovodi do pomaka u reakcijskoj ravnoteži udesno. Novozagrijani reakcijski plin ponovo se dovodi u kontaktni aparat, gdje se 95% konverzije preostalog SO2 postiže na jednom ili dva sloja katalizatora. Ukupna konverzija SO2 u ovom procesu je 99,5% - 99,8%.