Sieros degimo lygtis. Procesų chemija
Siera yra cheminis elementas, kuris yra šeštojoje periodinės lentelės grupėje ir trečiajame laikotarpyje. Šiame straipsnyje mes atidžiau pažvelgsime į jo cheminę medžiagą ir gamybą, naudojimą ir pan. Fizinės charakteristikos apima tokias charakteristikas kaip spalva, elektrinio laidumo lygis, sieros virimo temperatūra ir kt. Cheminė medžiaga apibūdina jos sąveiką su kitomis medžiagomis.
Siera fizikos požiūriu
Tai trapi medžiaga. Normaliomis sąlygomis jis yra kietoje agregacijos būsenoje. Siera turi citrinos geltoną spalvą.
Dažniausiai visi jo junginiai yra geltoni. Jis netirpsta vandenyje. Jis turi mažą šilumos ir elektros laidumą. Šios savybės apibūdina jį kaip tipišką nemetalą. Nepaisant to, kad cheminė sudėtis siera visai nesudėtinga, ši medžiaga gali turėti keletą variantų. Viskas priklauso nuo struktūros krištolo grotelės, kurių pagalba atomai yra sujungti, jie nesudaro molekulių.
Taigi, pirmasis variantas yra rombinė siera. Tai stabiliausia. Šios rūšies sieros virimo temperatūra yra keturi šimtai keturiasdešimt penki laipsniai Celsijaus. Bet tam, kad tam tikra medžiaga pereitų į dujinę agregacijos būseną, ji pirmiausia turi praeiti per skystą. Taigi, siera ištirpsta šimto trylikos laipsnių Celsijaus temperatūroje.
Antrasis variantas yra monoklininė siera. Tai tamsiai geltonos spalvos akytkristaliai. Tirpstant pirmojo tipo sierai, o po to lėtai atvėsus, susidaro šis tipas. Ši veislė turi beveik tas pačias fizines savybes. Pavyzdžiui, šios rūšies sieros virimo temperatūra yra ta pati keturi šimtai keturiasdešimt penki laipsniai. Be to, yra tokia šios medžiagos įvairovė kaip plastikas. Jis gaunamas pilant rombinį vandenį į šaltą vandenį, įkaitintą iki beveik virimo. Šio tipo sieros virimo temperatūra yra vienoda. Bet medžiaga turi savybę išsitempti kaip guma.
Kitas fizinių savybių komponentas, apie kurį norėčiau pakalbėti, yra sieros užsidegimo temperatūra.
Šis rodiklis gali skirtis priklausomai nuo medžiagos rūšies ir jos kilmės. Pavyzdžiui, techninės sieros užsidegimo temperatūra yra šimtas devyniasdešimt laipsnių. Tai gana žemas rodiklis. Kitais atvejais sieros pliūpsnio temperatūra gali būti du šimtai keturiasdešimt aštuoni laipsniai ir net du šimtai penkiasdešimt šeši. Viskas priklauso nuo to, iš kokios medžiagos jis buvo išgautas, kokio tankio jis yra. Bet galime daryti išvadą, kad sieros degimo temperatūra yra gana žema, palyginti su kitais cheminiais elementais, ji yra degi. Be to, kartais siera gali jungtis į molekules, susidedančias iš aštuonių, šešių, keturių ar dviejų atomų. Dabar, kai pažvelgėme į sierą iš fizikos, pereikime prie kito skyriaus.
Cheminė sieros charakteristika
Šio elemento atominė masė yra palyginti maža, ji lygi trisdešimt dviem gramais moliui. Sieros elemento charakteristika apima tokią šios medžiagos savybę kaip gebėjimas turėti skirtingą oksidacijos būseną. Tuo jis skiriasi nuo, tarkime, vandenilio ar deguonies. Svarstydamas klausimą, kas yra cheminis apibūdinimas sieros, neįmanoma nepaminėti, kad, atsižvelgiant į sąlygas, jis turi ir redukuojančių, ir oksiduojančių savybių. Taigi, pagalvokime apie tam tikros medžiagos sąveiką su įvairiais cheminiais junginiais.
Siera ir paprastos medžiagos
Paprastos medžiagos yra medžiagos, turinčios tik vieną cheminį elementą. Jo atomai gali susijungti į molekules, kaip, pavyzdžiui, deguonies atveju, arba jie negali susijungti, kaip yra metalų atveju. Taigi siera gali reaguoti su metalais, kitais nemetalais ir halogenais.
Sąveika su metalais
Tokiam procesui reikalinga aukšta temperatūra. Šiomis sąlygomis vyksta papildymo reakcija. Tai yra, metalo atomai jungiasi su sieros atomais, susidaro sudėtingos medžiagos, sulfidai. Pavyzdžiui, jei kaitinsite du molius kalio, sumaišydami juos su vienu moliu sieros, gausime vieną molį sulfido šio metalo... Lygtį galima užrašyti taip: 2K + S \u003d K 2 S.
Reakcija su deguonimi
Tai yra sieros deginimas. Dėl šio proceso susidaro jo oksidas. Pastarasis gali būti dviejų tipų. Todėl siera gali degti dviem etapais. Pirmasis yra tada, kai vienas molis sieros dioksido susidaro iš vieno molio sieros ir vieno molio deguonies. Užrašykite duoto lygtį cheminė reakcija gali būti tokie: S + O 2 \u003d SO 2. Antrasis etapas yra dar vieno deguonies atomo pridėjimas prie dioksido. Taip atsitinka, jei aukštos temperatūros sąlygomis į du molius pridedate vieną molį deguonies. Rezultatas yra du moliai sieros trioksido. Šios cheminės sąveikos lygtis atrodo taip: 2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3. Dėl šios reakcijos sieros rūgštis... Taigi, atlikę du aprašytus procesus, gautą trioksidą galite praleisti per vandens garų srautą. Ir gauname tokios reakcijos lygtis parašyta taip: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.
6 sąveika su halogenais
Cheminės medžiagos, kaip ir kiti nemetalai, leidžia jai reaguoti su šios grupės medžiagomis. Tai apima tokius junginius kaip fluoras, bromas, chloras, jodas. Siera reaguoja su bet kuriuo iš jų, išskyrus paskutinį. Pavyzdys yra mūsų nagrinėjamos periodinės lentelės elemento fluorinimo procesas. Šį nemetalą kaitinant halogenu, galima gauti du fluoro variantus. Pirmasis atvejis: jei imsime vieną molį sieros ir tris molius fluoro, gausime vieną molį fluoro, kurio formulė yra SF 6. Lygtis atrodo taip: S + 3F 2 \u003d SF 6. Be to, yra ir antrasis variantas: jei imsime vieną molį sieros ir du molius fluoro, gausime vieną molį fluoro, kurio cheminė formulė SF 4. Lygtis parašyta taip: S + 2F 2 \u003d SF 4. Kaip matote, viskas priklauso nuo komponentų sumaišymo proporcijų. Lygiai taip pat galite atlikti sieros chlorinimo (taip pat gali susidaryti dvi skirtingos medžiagos) arba brominimo procesą.
Sąveika su kitomis paprastomis medžiagomis
Sieros elemento charakteristika tuo nesibaigia. Medžiaga taip pat gali chemiškai reaguoti su vandeniliu, fosforu ir anglimi. Dėl sąveikos su vandeniliu susidaro sulfido rūgštis. Dėl jo reakcijos su metalais gali būti gaunami jų sulfidai, kurie, savo ruožtu, taip pat gaunami tiesiogiai sąveikaujant sierą su tuo pačiu metalu. Vandenilio atomai prisijungia prie sieros atomų tik esant labai aukštai temperatūrai. Sierai reagavus su fosforu, susidaro jos fosfidas. Ji turi tokią formulę: P 2 S 3. Norėdami gauti vieną šios medžiagos molį, turite paimti du molius fosforo ir tris molius sieros. Kai siera sąveikauja su anglimi, susidaro laikomo nemetalo karbidas. Jo cheminė formulė atrodo taip: CS 2. Norėdami gauti vieną šios medžiagos molį, turite paimti vieną molį anglies ir du molius sieros. Visos aukščiau aprašytos papildymo reakcijos įvyksta tik tada, kai reagentai pašildomi iki aukštos temperatūros. Mes ištyrėme sieros sąveiką su paprastomis medžiagomis, dabar pereikime prie kito punkto.
Siera ir kompleksiniai junginiai
Kompleksinės medžiagos yra tos medžiagos, kurių molekulės susideda iš dviejų (ar daugiau) skirtingų elementų. Cheminės savybės Siera leidžia reaguoti su tokiais junginiais kaip šarmai ir koncentruota sulfato rūgštis. Jo reakcijos su šiomis medžiagomis yra gana savitos. Pirmiausia apsvarstykite, kas nutinka, kai aptariamas nemetalas sumaišomas su šarmu. Pavyzdžiui, jei paimsite šešis molius ir į juos pridėsite tris molius sieros, gausite du molius kalio sulfido, vieną molį šio metalo sulfito ir tris molius vandens. Tokią reakciją galima išreikšti tokia lygtimi: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Pagal tą patį principą sąveika vyksta, jei pridėsite Toliau, apsvarstykite sieros elgseną, kai į ją pridedamas koncentruotas sulfato rūgšties tirpalas. Paėmus vieną molį pirmosios ir du molius antrosios medžiagos, gaunami šie produktai: sieros trioksidas trijų molių kiekiu, o vanduo - du moliai. Ši cheminė reakcija gali įvykti tik pašildžius reagentus iki aukštos temperatūros.
Aptariamo nemetalo gavimas
Yra keli pagrindiniai būdai, kaip išgauti sierą iš įvairių medžiagų. Pirmasis būdas yra išgauti jį iš pirito. Cheminė formulė pastarasis yra FeS 2. Kai ši medžiaga kaitinama iki aukštos temperatūros be deguonies, gali būti gaunamas kitas geležies sulfidas - FeS ir siera. Reakcijos lygtis parašyta tokia forma: FeS 2 \u003d FeS + S. Antrasis sieros gamybos būdas, kuris dažnai naudojamas pramonėje, yra sieros sulfido deginimas, jei yra nedidelis deguonies kiekis. Tokiu atveju galima gauti atitinkamą nemetalą ir vandenį. Norėdami įvykdyti reakciją, turite paimti komponentus moliniu santykiu nuo dviejų iki vieno. Todėl galutinius produktus gauname proporcijomis nuo dviejų iki dviejų. Šios cheminės reakcijos lygtį galima parašyti taip: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Be to, sieros galima gauti atliekant įvairius metalurgijos procesus, pavyzdžiui, gaminant metalus, tokius kaip nikelis, varis ir kt.
Pramoninis naudojimas
Nemetalas, kurį svarstome, plačiausiai pritaikytas chemijos pramonė... Kaip minėta aukščiau, čia jis naudojamas iš jo gaunant sulfato rūgštį. Be to, siera naudojama kaip komponentas degtukams gaminti dėl to, kad tai yra degi medžiaga. Jis taip pat nepakeičiamas gamyboje sprogmenų, parakas, žvakidės ir kt. Be to, siera naudojama kaip viena iš kenkėjų kontrolės sudedamųjų dalių. Medicinoje jis naudojamas kaip komponentas gaminant vaistus nuo odos ligų. Be to, nagrinėjama medžiaga naudojama gaminant įvairius dažus. Be to, jis naudojamas fosforų gamybai.
Elektroninė sieros struktūra
Kaip žinote, visi atomai susideda iš branduolio, kuriame yra protonai - teigiamai įkrautos dalelės - ir neutronai, t. Y. Dalelės, turinčios nulinį krūvį. Elektronai sukasi aplink branduolį, kurio krūvis yra neigiamas. Kad atomas būtų neutralus, jo struktūra turi turėti vienodą protonų ir elektronų skaičių. Jei pastarųjų yra daugiau, tai jau yra neigiamas jonas - anijonas. Jei priešingai, protonų yra daugiau nei elektronų, tai yra teigiamas jonas arba katijonas. Sieros anijonas gali veikti kaip rūgštinė liekana. Tai yra tokių medžiagų kaip sulfido rūgštis (vandenilio sulfidas) ir metalo sulfidų molekulių dalis. Anijonas susidaro elektrolitinės disociacijos metu, kuris įvyksta medžiagai ištirpus vandenyje. Tokiu atveju molekulė suyra į katijoną, kuris gali būti pateikiamas metalo jono arba vandenilio pavidalu, taip pat katijoną - rūgšties likučio joną arba hidroksilo grupė (IT-).
Kadangi sieros serijos numeris periodinėje lentelėje yra šešiolika, galime daryti išvadą, kad jos branduolyje yra būtent toks protonų skaičius. Pagal tai galime pasakyti, kad aplinkui taip pat skrieja šešiolika elektronų. Neutronų skaičių galima rasti iš molinės masės atėmus cheminio elemento eilinį skaičių: 32 - 16 \u003d 16. Kiekvienas elektronas sukasi ne atsitiktinai, o tam tikroje orbitoje. Kadangi siera yra cheminis elementas, priklausantis trečiajam periodinės lentelės periodui, aplink branduolį yra trys orbitos. Pirmasis iš jų turi du elektronus, antrasis - aštuonis, o trečiasis - šešis. Elektroninė sieros atomo formulė parašyta taip: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Paplitimas gamtoje
Iš esmės laikomas cheminis elementas yra mineralų, kurie yra įvairių metalų sulfidai, sudėtyje. Visų pirma tai piritas - geležies druska; tai taip pat yra švinas, sidabras, vario blizgesys, cinko mišinys, cinobaras - gyvsidabrio sulfidas. Be to, siera taip pat gali būti mineralų, kurių struktūrą vaizduoja trys ar daugiau cheminių elementų, dalis.
Pavyzdžiui, halcopiritas, mirabilitas, kieseritas, gipsas. Kiekvieną iš jų galite apsvarstyti išsamiau. Piritas yra ferumo sulfidas arba FeS 2. Jis yra šviesiai geltonos spalvos su auksiniu blizgesiu. Šis mineralas dažnai randamas kaip lapis lazuli priemaiša, kuri plačiai naudojama papuošalams gaminti. Taip yra dėl to, kad šie du mineralai dažnai turi bendrą telkinį. Vario blizgesys - chalcocitas arba chalkocitas - yra melsvai pilka medžiaga, panaši į metalą. ir sidabro blizgesys (argentitas) pasižymi panašiomis savybėmis: jie abu savo išvaizda primena metalus, turi pilką spalvą. Cinobaras yra rusvai raudonas nuobodus mineralas su pilkais lopais. Chalkopiritas, kurio cheminė formulė yra CuFeS 2, yra aukso geltona, jis taip pat vadinamas auksiniu blendu. Cinko mišinys (sfaleritas) gali būti nuo gintaro iki ugningos oranžinės spalvos. Mirabilitas - Na 2 SO 4 x10H 2 O - skaidrūs arba balti kristalai. Jis taip pat vadinamas vartojamas medicinoje. Cheminė kieserito formulė yra MgSO 4 xH 2 O. Tai atrodo kaip balti arba bespalviai milteliai. Cheminė gipso formulė yra CaSO 4 x2H 2 O. Be to, šis cheminis elementas yra gyvų organizmų ląstelių dalis ir yra svarbus mikroelementas.
Fiziniai ir cheminiai sieros degimo proceso pagrindai.
S degimas vyksta išskiriant didelį šilumos kiekį: 0,5S 2g + O 2g \u003d SO 2g, ΔH \u003d -362,43 kJ
Degimas yra cheminių ir fizinių reiškinių kompleksas. Deginimo įrenginys turi spręsti sudėtingus greičio, koncentracijos ir temperatūros laukus, kuriuos sunku matematiškai apibūdinti.
Ištirpusio S degimas priklauso nuo atskirų lašelių sąveikos ir degimo sąlygų. Degimo proceso efektyvumą lemia kiekvienos sieros dalelės visiško degimo laikas. Prieš deginant sierą, vykstančią tik dujų fazėje, prieš tai išgarinamas S, sumaišomi jo garai su oru ir mišinys pašildomas iki t, o tai suteikia reikiamą reakcijos greitį. Kadangi garavimas nuo lašo paviršiaus intensyviau prasideda tik esant tam tikram t, kiekvieną skystos sieros lašą reikia pašildyti iki šio t. Kuo didesnis t, tuo ilgiau lašelis užšyla. Kai virš lašelio paviršiaus susidaro degus garų S ir maksimalios koncentracijos bei t oro mišinys, užsidega. S lašo S degimo procesas priklauso nuo degimo sąlygų: t ir santykinio dujų srauto greičio bei skysčio S fizikocheminių savybių (pavyzdžiui, kietų pelenų priemaišų buvimo S), ir susideda iš etapų: 1 skysčio S lašelių maišymas su oru; 2 kartus lašinti šiuos lašus ir išgarinti; 3 terminis garų skirstymas S; 4 susidaro dujų fazė ir jos uždegimas; 5 dujų fazių degimas.
Šie etapai vyksta beveik vienu metu.
Kaitinantis skysčio S lašas pradeda garuoti, S garai difunduoja į degimo zoną, kur esant aukštai t jie pradeda aktyviai reaguoti su O 2 ore, susidaro S difuzinis degimo procesas, susidarant SO 2.
Esant dideliam t, oksidacijos reakcijos greitis S yra didesnis nei fizinių procesų greitis, todėl bendrą degimo proceso greitį lemia masės ir šilumos perdavimo procesai.
Molekulinė difuzija lemia ramų, gana lėtą degimo procesą, o turbulentinė difuzija jį pagreitina. Mažėjant lašelių dydžiui, jų garavimo laikas sutrumpėja. Smulkus sieros dalelių purškimas ir tolygus jų pasiskirstymas oro sraute padidina kontaktinį paviršių, palengvina dalelių kaitinimą ir garavimą. Degant kiekvienam lašui S degiklyje, reikia išskirti 3 laikotarpius: Aš-inkubacija; II-intensyvus deginimas; III- perdegimo laikotarpis.
Kai nuo jo paviršiaus išdega lašelis, atsiranda liepsnos emisija, panaši į saulės žybsnius. Skirtingai nuo įprasto difuzinio degimo, kai iš degančio lašo paviršiaus išsiskiria liepsna, jis vadinamas „sprogstamuoju degimu“.
S lašelių degimas difuzijos režimu atliekamas garinant molekules nuo lašelių paviršiaus. Garavimo greitis priklauso nuo fizinės savybės skystis ir t aplinka, ir nustatomas pagal garavimo greičio charakteristiką. Diferencialiniu režimu S įsižiebia I ir III laikotarpiais. Sprogus lašelio deginimas pastebimas tik intensyvaus degimo laikotarpiu antruoju periodu. Intensyvaus degimo laikotarpio trukmė yra proporcinga pradinio lašelio skersmens kubui. Taip yra dėl to, kad sprogus degimas yra lašelių tūrio procesų pasekmė. Degimo greičio charakteristika apskaičiuota. „f-le“: Į\u003d / τ cg;
d n - pradinis lašo skersmuo, mm; τ yra visiško lašo degimo laikas, s.
Lašelio degimo greičio charakteristika yra lygi difuzijos ir sprogstamojo degimo charakteristikų sumai: Į \u003d K ex + K dif; Kvz \u003d 0,78 ∙ exp (- (1,59 ∙ p) 2,58); K dif\u003d 1,21 ∙ p +0,23; K T2 \u003d K T1 ∙ exp (E a \u200b\u200b/ R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); К Т1 - degimo greičio konstanta t 1 \u003d 1073 K. К Т2 - pastovi. šildymo greitis esant t skiriasi nuo t 1. E a yra aktyvacijos energija (7850 kJ / mol).
T.O. Pagrindinės efektyvaus skysčio S degimo sąlygos yra: viso reikalingo oro kiekio tiekimas liepsnos burnai, smulkus ir vienodas skysčio S purškimas, srauto turbulencija ir didelis t
Bendroji skysčio S garavimo intensyvumo priklausomybė nuo dujų greičio ir t: K 1 \u003d a ∙ V / (b + V); a, b yra konstantos, priklausančios nuo t. V - greitis dujos, m / s. Esant didesnei t, garavimo greičio S priklausomybė nuo dujų greičio yra tokia: K 1 \u003d Į maždaug ∙ V n;
| t, о С | lgK apie | n |
| 4,975 | 0,58 | |
| 5,610 | 0,545 | |
| 6,332 | 0,8 |
Padidėjus t nuo 120 iki 180 ° C, garavimo S intensyvumas padidėja 5-10 kartų, o nuo 180 iki 440 ° C - 300-500 kartų.
Nustatomas garavimo intensyvumas esant 0,104 m / s dujų greičiui: \u003d 8,745 - 2600 / T (esant 120-140 ° C); = 7,346 –2025 / Т (esant 140–200 ° C); = 10,415 - 3480 / T (esant 200–440 o C temperatūrai).
Norėdami nustatyti garavimo S intensyvumą bet kuriuo t metu nuo 140 iki 440 ° C ir dujų greitį 0,026–0,26 m / s diapazone, pirmiausia nustatoma, kad dujų greitis yra 0,104 m / s, ir perskaičiuojamas į kitą greitį: lg = lg + n ∙ lgV "/ V"; Palyginus skystos sieros garavimo intensyvumą ir degimo greitį, galima teigti, kad degimo intensyvumas negali viršyti garavimo intensyvumo sieros virimo temperatūroje. Tai patvirtina degimo mechanizmo teisingumą, pagal kurį siera dega tik garų būsenoje. Sieros garų oksidacijos greičio konstanta (reakcija vyksta pagal antrosios eilės lygtį) nustatoma pagal kinetinę lygtį: -dС S / d \u003d К ∙ С S ∙ С О2; С S - garų koncentracija S; С О2 - О 2 garų galas; K yra reakcijos greičio konstanta. Bendra garų S ir О 2 koncentracija yra: C S \u003d a (1-x); C O2 \u003d b - 2х; a yra pradinė garų koncentracija S; b - pradinis O 2 garų galas; x yra garų S oksidacijos būsena. Tada:
К ∙ τ \u003d (2,3 / (b - 2a)) ∙ (lg (b - kirvis / b (1 - x)));
S oksidacijos reakcijos į SO 2 greičio konstanta: lgK \u003d B - A / T;
| o C | 650 - 850 | 850 - 1100 |
| IN | 3,49 | 2,92 |
| IR |
Sieros lašai d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm sprogmenyje, 100–160 µm plote lašelių degimo laikas nepadidėja.
Taigi Norint sustiprinti degimo procesą, patartina purkšti sierą ant lašelių d \u003d 130-200 μm, o tam reikia papildomos energijos. Deginant tą patį gautą S kiekį. SO 2 yra labiau koncentruotas, tuo mažesnis krosnies dujų tūris ir didesnis jo t.
1 - C02; 2 - SU SO2
Paveikslėlyje parodytas apytikslis ryšys tarp t ir SO2 koncentracijos krosnies dujose, susidariusiose adiabatiškai deginant sierą ore. Praktiškai gaunamas labai koncentruotas SO 2, kurį riboja faktas, kad esant t\u003e 1300, krosnies ir dujų kanalų pamušalas greitai sunaikinamas. Be to, esant šioms sąlygoms, gali susidaryti šalutinės reakcijos tarp O 2 ir N 2, susidarant azoto oksidams, o tai yra nepageidaujama SO 2 priemaiša, todėl sieros krosnyse paprastai palaikoma t \u003d 1000-1200. Krosnies dujose yra 12–14 tūrio proc. SO 2. Iš vieno O 2 tūrio susidaro vienas SO 2 tūris, todėl maksimalus teorinis SO 2 kiekis skrudinimo dujose, kai S deginamas ore, yra 21%. Deginant S ore, šaudymas. O 2 SO 2 kiekis dujų mišinyje gali padidėti priklausomai nuo O 2 koncentracijos. Teorinis SO 2 kiekis deginant S gryname O 2 gali siekti 100%. Galima skrudinimo dujų, gautų deginant S ore ir įvairiuose deguonies-azoto mišiniuose, sudėtis parodyta paveiksle:
Krosnys sierai deginti.
S deginimas sieros rūgšties gamyboje atliekamas miltelių pavidalo arba kietos būsenos krosnyse. Išlydyto S deginimui naudokite purkštukus, ciklono ir vibracijos krosnis. Plačiausiai naudojami cikloniniai ir antgaliai. Šios orkaitės skirstomos pagal: - pagal sumontuotų purkštukų tipą (mechaniniai, pneumatiniai, hidrauliniai) ir jų vietą krosnyje (radialiniai, tangentiniai); - degimo kamerose esant ekranams; - vykdant (horizontaliai, vertikaliai); - pagal oro įleidimo angų vietą; - ant prietaisų oro srautams maišyti su garais S; - pagal įrangą, skirtą naudoti degimo šilumai S; - pagal kamerų skaičių.
Antgalio krosnis (ryžiai)
1 - plieninis cilindras, 2 - pamušalas. 3 - asbestas, 4 - pertvaros. 5 degalų purkštukai, 6 sieros purkštukai,
7 - dėžutė orui tiekti į krosnį.
Jis yra gana paprastos konstrukcijos, lengvai prižiūrimas, jame susidaro dujos, pastovi SO 2 koncentracija. Į rimtas problemas apima: laipsnišką pertvarų sunaikinimą dėl didelio t; mažas degimo kameros šilumos įtempis; sunku gauti didelės koncentracijos dujas, nes naudoti didelį oro perteklių; degimo procento priklausomybė nuo purškimo kokybės S; žymios degalų sąnaudos įjungiant ir šildant krosnį; palyginti dideli matmenys ir svoris, ir dėl to reikšmingos kapitalo investicijos, išvestinės sritys, eksploatavimo išlaidos ir dideli šilumos nuostoliai aplinkai.
Tobulesnė ciklono krosnys.
1 - prieškambaris, 2 - oro dėžutė, 3, 5 - po degimo kameros, 4. 6 žnyplių žiedai, 7, 9 - purkštukai oro tiekimui, 8, 10 - sieros tiekimo purkštukai.
Dost-va: tangentinis oro ir S įėjimas; užtikrina vienodą S degimą krosnyje dėl geresnio srautų turbulizavimo; galimybė gauti koncentruotas technologines dujas iki 18 tūrio% SO 2; didelis krosnies erdvės šiluminis įtempis (4,6 10 6 W / m 3); aparato tūris sumažėja 30–40 kartų, palyginti su to paties produktyvumo purkštukų krosnies tūriu; pastovi SO 2 koncentracija; paprastas degimo procentų S reguliavimas ir jo automatizavimas; mažas laiko ir degių medžiagų sunaudojimas šildymui ir krosnies paleidimui po ilgo išjungimo; mažesnis azoto oksidų kiekis po krosnies. Pagrindinis ned-ki susijęs su dideliu t degimo procentine dalimi; galimas pamušalo ir suvirintų siūlių įtrūkimas; nepatenkinamas S purškimas lemia jo garų prasiskverbimą į t / įrangos mainus po krosnies, taigi ir įrangos koroziją bei t nenuoseklumą prie įėjimo į t / įrangos mainus.
Išlydytas S gali patekti į krosnį per tangentinius arba ašinius purkštukus... Esant ašių purkštukų išdėstymui, degimo zona yra arčiau periferijos. Su tangen-m - arčiau centro, dėl kurio sumažėja aukšto t poveikis pamušalui. (Pav.) Dujų srautas yra 100–120 m / s - tai sukuria palankias sąlygas masės ir šilumos perdavimui bei degimo greičiui S.
Vibracinė orkaitė (ryžiai).
1 - degiklio krosnies galvutė; 2 - grįžtamieji vožtuvai; 3 - vibracijos kanalas.
Vibracinio degimo metu periodiškai keičiasi visi proceso parametrai (slėgis kameroje, dujų mišinio greitis ir sudėtis, t). Prietaisas vibracijoms. degimas S vadinamas degiklio krosniu. S ir oras sumaišomi priešais krosnį, ir jie per atbulinius vožtuvus (2) teka į degiklio krosnies galvutę, kur mišinys deginamas. Žaliavų tiekimas atliekamas dalimis (ciklinis procesas). Šioje krosnies versijoje šilumos įtampa ir degimo greitis žymiai padidėja, tačiau prieš uždegant mišinį būtina gerai sumaišyti atomizuotą S su oru, kad procesas vyktų akimirksniu. Tokiu atveju degimo produktai yra gerai sumaišomi, SO daleles supanti SO 2 dujų plėvelė sunaikinama ir palengvina patekimą į naujas O 2 dalis degimo zonoje. Tokioje krosnyje gautame SO 2 nėra nesudegusių dalelių, jo koncentracija yra didelė.
Ciklono krosnyje, palyginti su purkštukų krosnimi, būdingas 40–65 kartus didesnis šiluminis įtempis, galima gauti labiau koncentruotas dujas ir didesnę garo gamybą.
Svarbiausia skysčio S degimo krosnių įranga yra purkštukas, katė turi užtikrinti gerą ir vienodą skysčio S purškimą, gerai sumaišant jį su oru pačiame purkštuke ir už jo, greitai reguliuojant skysčio S srautą, išlaikant būtiną skysčio srautą. jos koreliacija su oru, tam tikros formos stabilumas, degiklio ilgis, taip pat yra tvirta struktūra, patikima ir lengvai naudojama. Sklandžiam purkštukų veikimui svarbu, kad S būtų gerai išvalytas nuo pelenų ir bitumo. Purkštukai yra mechaniniai (skysti pagal savo slėgį) ir pneumatiniai (purškiant vis dar dalyvauja oras).
Sieros degimo šilumos panaudojimas.
Reakcija yra labai egzoterminė, todėl išsiskiria didelis šilumos kiekis, o dujų temperatūra išeinant iš krosnių yra 1100-1300 0 C. Kontaktiniam SO 2 oksidavimui dujų temperatūra prie įėjimo į 1-ąjį pjaustytuvo sluoksnį neturėtų viršyti 420 - 450 0 С. Todėl prieš SO 2 oksidacijos etapą būtina atvėsinti dujų srautą ir panaudoti šilumos perteklių. Sieros rūgšties sistemose, veikiančiose sierą šilumos atgavimui, dažniausiai naudojami vandens vamzdžių šilumos atgavimo katilai su natūralia šilumos cirkuliacija. SETA - C (25–24); RKS 95 / 4,0 - 440.
Energetikos katilas RKS 95 / 4,0 - 440 yra vandens vamzdis, natūralios cirkuliacijos, nepralaidus dujoms, skirtas slėgio veikimui. Katilą sudaro 1 ir 2 pakopų garinimo įtaisai, 1,2 pakopos išoriniai ekonomaizeriai, 1,2 pakopos išoriniai perkaitintuvai, būgnas, sieros deginimo krosnys. Krosnis skirta sudeginti iki 650 tonų skysčio. Siera per dieną. Krosnis susideda iš dviejų ciklonų, sujungtų vienas kito atžvilgiu 110 0 kampu, ir perėjimo kameros.
Vidinis korpusas yra 2,6 m skersmens ir laisvai remiasi į atramas. Išorinis korpusas yra 3 m skersmens. Žiedinę erdvę sudaro vidinis ir išorinis korpusas, įleidžiamas oras, kuris tada per purkštukus patenka į degimo kamerą. Siera tiekiama į krosnį naudojant 8 sieros purkštukus, po 4 kiekviename ciklone. Sieros degimas vyksta sūkuriuojant dujų ir oro srautui. Srauto sūkurys pasiekiamas tangentiškai įleidžiant orą į degimo cikloną per oro purkštukus, 3 kiekviename ciklone. Oro kiekį reguliuoja motoriniai kiekvieno oro purkštuko atvartai. Pereinamoji kamera skirta dujų srautui iš horizontalių ciklonų nukreipti į garavimo įtaiso vertikalųjį dujų kanalą. Vidinis paviršius krosnis išklota 250 mm storio MKS-72 mulito-korundo plyta.
1 - ciklonai
2 - perėjimo kamera
3 - garinimo įtaisai
Kai deginamos dujos gaunamos deginant sierą, nereikia jų valyti nuo priemaišų. Paruošimo etapas apims tik dujų dehidrataciją ir rūgšties šalinimą. Deginant sierą, įvyksta negrįžtama egzoterminė reakcija:
S + O 2 = TAIP 2 (1)
išsiskyrus labai dideliam šilumos kiekiui: pokytis Н \u003d -362,4 kJ / mol, arba pagal masės vienetą 362,4 / 32 \u003d 11,325 kJ / t \u003d 11325 kJ / kg S.
Deginti tiekiama išlydyta skysta siera išgaruoja (verda) 444,6 * С temperatūroje; garinimo šiluma yra 288 kJ / kg. Kaip matyti iš aukščiau pateiktų duomenų, sieros degimo reakcijos šiluma yra pakankamai pakankama žaliavos garavimui, todėl sieros ir deguonies sąveika vyksta dujų fazėje (homogeninė reakcija).
Sieros deginimas pramonėje atliekamas taip. Siera iš anksto ištirpsta (tam galite naudoti vandens garus, gautus panaudojant pagrindinės sieros degimo reakcijos šilumą). Kadangi sieros lydymosi temperatūra yra santykinai žema, nusodinant ir vėliau filtruojant nuo sieros, lengva atskirti mechanines priemaišas, kurios neperėjo į skystą fazę, ir gauti pakankamo grynumo žaliavą. Ištirpusiai sierai deginti naudojamos dviejų tipų krosnys: antgalis ir cikloninis. Jie turi numatyti skystos sieros purškimą, kad ji greitai išgaruotų ir užtikrintų patikimą sąlytį su oru visose aparato dalyse.
Iš krosnies degančios dujos patenka į atliekų šilumos katilą ir toliau į tolesnius įrenginius.
Sieros dioksido koncentracija degančiose dujose priklauso nuo sieros ir tiekiamo oro santykio. Jei oras imamas stechiometriniu kiekiu, t.y. kiekvienam sieros moliui 1 molis deguonies, tada visiškai degant sierai, koncentracija bus lygi deguonies tūrio daliai ore С taigi 2. max \u003d 21%. Tačiau oras paprastai imamas per daug, nes kitaip orkaitės temperatūra bus per aukšta.
Adiabatiškai deginant sierą, stechiometrinės sudėties reakcijos mišinio degimo temperatūra bus ~ 1500 * C. Praktinėmis sąlygomis temperatūros padidinimo krosnyje galimybę riboja tai, kad esant aukštesnei nei 1300 * C temperatūrai, krosnies ir dujų kanalų pamušalas greitai sunaikinamas. Paprastai deginant sierą gaunamos skrudinimo dujos, turinčios 13–14% SO 2.
2. Kontaktinis so2 oksidavimasis iki so3
Kontaktinis sieros dioksido oksidavimas yra tipiškas heterogeninės oksidacinės egzoterminės katalizės pavyzdys.
Tai yra viena iš labiausiai ištirtų katalizinių sintezių. SSRS pagrindinį SO 2 oksidacijos į SO 3 tyrimo ir katalizatorių kūrimo darbą atliko G. K.. Boreskovas. Sieros dioksido oksidacijos reakcija
TAIP 2 + 0,5 O 2 = TAIP 3 (2)
pasižymi labai didele aktyvacijos energijos verte, todėl praktiškai ją įgyvendinti įmanoma tik esant katalizatoriui.
Pramonėje pagrindinis SO 2 oksidacijos katalizatorius yra katalizatorius, kurio pagrindas yra vanadžio oksidas V 2 O 5 (vanadžio kontaktinė masė). Kiti junginiai, pirmiausia platina, taip pat pasižymi cheminiu aktyvumu šioje reakcijoje. Tačiau platinos katalizatoriai yra ypač jautrūs net arseno, seleno, chloro ir kitų priemaišų pėdsakams, todėl palaipsniui juos pakeitė vanadžio katalizatoriai.
Reakcijos greitis didėja didėjant deguonies koncentracijai, todėl pramonėje procesas atliekamas su jo pertekliumi.
Kadangi SO 2 oksidacijos reakcija yra egzoterminio tipo, jo veikimo temperatūros režimas turėtų artėti prie optimalių temperatūrų linijos. Temperatūros režimo pasirinkimą papildomai nustato du apribojimai, susiję su katalizatoriaus savybėmis. Apatinė temperatūros riba yra vanadžio katalizatorių užsidegimo temperatūra, kuri, atsižvelgiant į konkretų katalizatoriaus tipą ir dujų sudėtį, yra 400 - 440 * C. viršutinė temperatūros riba yra 600 - 650 * C ir nustatoma dėl to, kad viršijus šias temperatūras, katalizatoriaus struktūra yra pertvarkyta ir jis praranda savo aktyvumą.
400–600 * C ribose procesas yra linkęs būti vykdomas taip, kad didėjant konversijos laipsniui, temperatūra mažėtų.
Dažniausiai pramonėje jie naudoja kontaktinius įrenginius su lentynomis su išoriniu šilumos mainais. Šilumos mainų schemoje daroma prielaida, kad maksimaliai reakcijos šiluma naudojama pašarinėms dujoms šildyti ir tuo pačiu metu aušinamos dujos tarp lentynų.
Viena iš svarbiausių sieros rūgšties pramonės užduočių yra padidinti sieros dioksido konversiją ir sumažinti jo išmetimą į atmosferą. Šią užduotį galima išspręsti keliais metodais.
Vienas racionaliausių šios problemos sprendimo būdų, plačiai naudojamas sieros rūgšties pramonėje, yra dvigubo kontakto ir dvigubos absorbcijos metodas (DKDA). Norint perkelti pusiausvyrą į dešinę ir padidinti proceso našumą, taip pat padidinti proceso greitį, procesas atliekamas naudojant šį metodą. Jo esmė slypi tame, kad reakcijos mišinys, kuriame SO 2 konversijos laipsnis yra 90–95%, yra atšaldomas ir siunčiamas į tarpinį absorbentą, kad išsiskirtų SO 3. Likusiose reakcijos dujose O2: SO2 santykis žymiai padidėja, o tai lemia reakcijos pusiausvyros pasislinkimą į dešinę. Naujai įkaitintos reakcijos dujos vėl tiekiamos į kontaktinį aparatą, kuriame 95% likusio SO 2 konversijos pasiekiama vienoje ar dviejose katalizatoriaus lovose. Bendra SO 2 konversija šiame procese yra 99,5–99,8%.
