Sülfürün kimyasal özellikleri. Kükürtün özellikleri ve kaynama noktası. Kükürt yanma işleminin fiziko-kimyasal temeli. Sıvı kükürt yakmak için fırınlar. Kükürtün yanma ısısından faydalanılması Kükürtün yanma reaksiyonunda kükürt atomları

Sitenin bölümleri

Editörün Seçimi:

Reklam

Ev - Bach Richard

Kükürt yanma işleminin fiziko-kimyasal temeli.

S'nin yanması büyük miktarda ısının açığa çıkmasıyla gerçekleşir: 0,5S 2g + O 2g = SO 2g, ΔH = -362,43 kJ

Yanma, kimyasal ve fiziksel olayların bir kompleksidir. Bir yanma cihazında matematiksel olarak tanımlanması zor olan karmaşık hız, konsantrasyon ve sıcaklık alanlarıyla uğraşmak gerekir.

Erimiş S'nin yanması, bireysel damlacıkların etkileşimi ve yanma koşullarına bağlıdır. Yanma işleminin verimliliği, her bir kükürt parçacığının tamamen yanma süresi ile belirlenir. Yalnızca gaz fazında meydana gelen kükürtün yanması, S'nin buharlaşması, buharlarının hava ile karıştırılması ve karışımın t'ye ısıtılması ile gerçekleşir, bu da gerekli reaksiyon hızını sağlar. Bir damlanın yüzeyinden daha yoğun buharlaşma yalnızca belirli bir t değerinde başladığından, her bir sıvı kükürt damlasının bu t değerine kadar ısıtılması gerekir. T ne kadar yüksek olursa damlanın ısınması o kadar fazla zaman alır. Damlanın yüzeyi üzerinde yanıcı bir buhar S ve maksimum konsantrasyonlu hava ve t karışımı oluştuğunda, tutuşma meydana gelir. Bir damla S'nin yanma süreci, yanma koşullarına bağlıdır: t ve gaz akışının bağıl hızı ve sıvı S'nin fiziksel ve kimyasal özellikleri (örneğin, S'de katı kül yabancı maddelerin varlığı) ve şunlardan oluşur: aşamalar: 1-sıvı S damlalarının havayla karıştırılması; 2-Bu damlaların ısıtılması ve buharlaşması; S buharlarının 3-termal bölünmesi; 4-Gaz fazının oluşumu ve tutuşması; 5-Gaz fazının yanması.

Bu aşamalar neredeyse aynı anda gerçekleşir.

Isıtmanın bir sonucu olarak, bir damla sıvı S buharlaşmaya başlar, S buharları yanma bölgesine yayılır, burada yüksek t'de havadaki O2 ile aktif olarak reaksiyona girmeye başlarlar ve S'nin difüzyonlu yanma işlemi meydana gelir. SO2 oluşumu.

Yüksek t'de, oksidasyon reaksiyonunun hızı S, fiziksel süreçlerin hızından daha yüksektir, dolayısıyla yanma sürecinin genel hızı, kütle ve ısı transferi süreçleri tarafından belirlenir.

Moleküler difüzyon sakin, nispeten yavaş bir yanma sürecini belirlerken türbülanslı difüzyon onu hızlandırır. Damlacık boyutu küçüldükçe buharlaşma süresi azalır. Kükürt parçacıklarının ince atomizasyonu ve bunların hava akışındaki eşit dağılımı, temas yüzeyini artırarak parçacıkların ısınmasını ve buharlaşmasını kolaylaştırır. Meşale bileşimindeki her bir S damlasını yakarken, 3 dönem ayırt edilmelidir: BEN-kuluçka; II- yoğun yanma; III- yanma sonrası dönem.

Bir damla yandığında yüzeyinden güneş patlamalarını anımsatan alevler çıkar. Yanan bir damlanın yüzeyinden alevlerin yayıldığı sıradan difüzyon yanmasının aksine, buna “patlayıcı yanma” denir.

Bir S damlacığının difüzyon modunda yanması, moleküllerin damlacık yüzeyinden buharlaşması yoluyla gerçekleşir. Buharlaşma hızı, sıvının fiziksel özelliklerine ve ortamın t'sine bağlıdır ve buharlaşma hızının karakteristiğine göre belirlenir. Diferansiyel modda S, I ve III periyotlarında yanar. Bir damlanın patlayıcı yanması yalnızca II. Dönemdeki yoğun yanma döneminde gözlenir. Yoğun yanma periyodunun süresi damlanın başlangıç çapının küpüyle orantılıdır. Bunun nedeni patlayıcı yanmanın damla hacminde meydana gelen süreçlerin bir sonucu olmasıdır. Yanma hızı hesabının özellikleri. f-le tarafından: İLE= /τсг;

d n – damlanın başlangıç çapı, mm; τ – damlanın tamamen yanma süresi, s.

Damlacık yanma hızının karakteristiği, difüzyon ve patlayıcı yanma özelliklerinin toplamına eşittir: İLE= K in + K fark; Kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙р) 2,58); K farkı= 1,21∙r +0,23; K T2= K T1 ∙ifade(E a /R∙(1/T 1 – 1/T 2)); K T1 – t 1 = 1073 K'de yanma hızı sabiti. K T2 – sabit. t'deki ısıtma hızı t 1'den farklıdır. E a – aktivasyon enerjisi (7850 kJ/mol).

O. Sıvı S'nin etkili yanması için ana koşullar şunlardır: gerekli miktarda havanın torç ağzına sağlanması, sıvı S'nin ince ve düzgün püskürtülmesi, akışın türbülansı ve yüksek t.

Sıvı S'nin buharlaşma yoğunluğunun gaz hızına ve t'ye genel bağımlılığı: K 1= a∙V/(b+V); a, b t'ye bağlı sabitlerdir. V – hız gaz, m/s. Daha yüksek t'de, buharlaşma yoğunluğunun S gaz hızına bağımlılığı şöyledir: K 1= K Ö ∙ V n ;

Kükürt, periyodik tablonun altıncı grubu ve üçüncü periyodunda bulunan kimyasal bir elementtir. Bu yazımızda kimyasal özelliklerine, üretimine, kullanımına vb. detaylı bir şekilde bakacağız. Fiziksel karakteristik, renk, elektriksel iletkenlik seviyesi, kükürtün kaynama noktası vb. gibi özellikleri içerir. Kimyasal özellikler, diğer maddelerle etkileşimini tanımlar.

Fizik açısından kükürt

Bu kırılgan bir maddedir. Normal koşullar altında katı bir toplanma halinde kalır. Kükürt limon sarısı bir renge sahiptir.

Ve çoğunlukla tüm bileşikleri sarı renktedir. Suda çözünmez. Düşük ısı ve elektrik iletkenliğine sahiptir. Bu özellikler onu tipik bir metal olmayan ürün olarak karakterize eder. Sülfürün kimyasal bileşimi hiç de karmaşık olmamasına rağmen, bu maddenin çeşitli varyasyonları olabilir. Her şey, atomların bağlandığı kristal kafesin yapısına bağlıdır, ancak molekül oluşturmazlar.

Yani ilk seçenek eşkenar dörtgen kükürttür. En stabil olanıdır. Bu tür kükürtün kaynama noktası dört yüz kırk beş santigrat derecedir. Ancak belirli bir maddenin gaz halinde toplanma durumuna geçebilmesi için önce sıvı halden geçmesi gerekir. Yani kükürtün erimesi yüz on üç santigrat derece sıcaklıkta meydana gelir.

İkinci seçenek monoklinik kükürttür. Koyu sarı renkte iğne şeklinde bir kristaldir. Birinci tür kükürtün eritilmesi ve daha sonra yavaş yavaş soğutulması bu türün oluşumuna yol açar. Bu çeşitlilik hemen hemen aynı fiziksel özelliklere sahiptir. Mesela bu tür kükürtün kaynama noktası aynı dört yüz kırk beş derecedir. Ayrıca bu maddenin plastik gibi bir çeşitliliği de var. Neredeyse kaynama noktasına kadar ısıtılan eşkenar dörtgen suyun soğuk suya dökülmesiyle elde edilir. Bu tür kükürtün kaynama noktası aynıdır. Ancak maddenin kauçuk gibi esneme özelliği vardır.

Bahsetmek istediğim fiziksel özelliklerin bir diğer bileşeni de kükürtün tutuşma sıcaklığıdır.

Bu gösterge malzemenin türüne ve kökenine bağlı olarak değişebilir. Örneğin teknik kükürtün tutuşma sıcaklığı yüz doksan derecedir. Bu oldukça düşük bir rakam. Diğer durumlarda kükürtün parlama noktası iki yüz kırk sekiz derece, hatta iki yüz elli altı derece olabilir. Her şey hangi malzemeden çıkarıldığına ve yoğunluğunun ne olduğuna bağlıdır. Ancak kükürtün yanma sıcaklığının diğer kimyasal elementlere göre oldukça düşük olduğunu söyleyebiliriz; yanıcı bir maddedir. Ayrıca bazen kükürt birleşerek sekiz, altı, dört veya iki atomdan oluşan moleküller oluşturabilir. Şimdi kükürdü fizik açısından ele aldıktan sonra bir sonraki bölüme geçelim.

Kükürtün kimyasal özellikleri

Bu element, mol başına otuz iki grama eşit olan nispeten düşük bir atom kütlesine sahiptir. Kükürt elementinin özellikleri, bu maddenin farklı derecelerde oksidasyona sahip olma yeteneği gibi bir özelliğini içerir. Bu, örneğin hidrojen veya oksijenden farklıdır. Kükürt elementinin kimyasal özellikleri nelerdir sorusuna bakıldığında, şartlara bağlı olarak hem indirgeyici hem de yükseltgen özellikler sergilediğini söylemeden geçmek mümkün değildir. Şimdi sırasıyla bu maddenin çeşitli kimyasal bileşiklerle etkileşimine bakalım.

Kükürt ve basit maddeler

Basit maddeler yalnızca bir kimyasal element içeren maddelerdir. Atomları, örneğin oksijen durumunda olduğu gibi moleküller halinde birleşebilir veya metallerde olduğu gibi birleşmeyebilirler. Böylece kükürt metallerle, diğer metal olmayanlarla ve halojenlerle reaksiyona girebilir.

Metallerle etkileşim

Bu tür bir işlemi gerçekleştirmek için yüksek sıcaklık gereklidir. Bu koşullar altında bir ekleme reaksiyonu meydana gelir. Yani metal atomları kükürt atomlarıyla birleşerek karmaşık maddeler sülfürler oluşturur. Örneğin iki mol potasyumu ısıtıp bir mol kükürt ile karıştırırsanız, bu metalden bir mol sülfür elde edersiniz. Denklem şu şekilde yazılabilir: 2K + S = K 2 S.

Oksijen ile reaksiyon

Bu kükürtün yanmasıdır. Bu işlem sonucunda oksidi oluşur. İkincisi iki tip olabilir. Bu nedenle kükürt yanması iki aşamada gerçekleşebilir. Birincisi, bir mol kükürt ve bir mol oksijenden bir mol kükürt dioksitin oluşmasıdır. Bu kimyasal reaksiyonun denklemi şu şekilde yazılabilir: S + O 2 = SO 2. İkinci aşama dioksite başka bir oksijen atomunun eklenmesidir. Bu, yüksek sıcaklıklarda iki mol oksijene bir mol oksijen eklerseniz meydana gelir. Sonuç iki mol kükürt trioksittir. Bu kimyasal etkileşimin denklemi şu şekildedir: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Bu reaksiyon sonucunda sülfürik asit oluşur. Böylece açıklanan iki işlemi gerçekleştirdikten sonra ortaya çıkan trioksiti bir su buharı akışından geçirebilirsiniz. Ve şunu elde ederiz: Böyle bir reaksiyonun denklemi şu şekilde yazılmıştır: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.

Halojenlerle etkileşim

Diğer metal olmayanlar gibi kimyasallar da belirli bir madde grubuyla reaksiyona girmesine izin verir. Flor, brom, klor, iyot gibi bileşikleri içerir. Kükürt sonuncusu dışında herhangi biriyle reaksiyona girer. Örnek olarak, ele aldığımız periyodik tablonun elementinin florürlenme sürecinden bahsedebiliriz. Bahsedilen metal olmayan maddenin bir halojen ile ısıtılmasıyla iki çeşit florür elde edilebilir. İlk durum: Bir mol kükürt ve üç mol flor alırsak, formülü SF6 olan bir mol florür elde ederiz. Denklem şuna benzer: S + 3F 2 = SF 6. Ayrıca ikinci bir seçenek daha var: Bir mol kükürt ve iki mol flor alırsak, kimyasal formülü SF4 olan bir mol florür elde ederiz. Denklem şu şekilde yazılmıştır: S + 2F 2 = SF 4. Gördüğünüz gibi her şey bileşenlerin karıştırıldığı oranlara bağlıdır. Aynen aynı şekilde kükürt klorlama (iki farklı madde de oluşturulabilir) veya bromlama işlemi gerçekleştirilebilir.

Diğer basit maddelerle etkileşim

Kükürt elementinin özellikleri burada bitmiyor. Bu madde ayrıca hidrojen, fosfor ve karbon ile kimyasal olarak reaksiyona girebilir. Hidrojen ile etkileşime bağlı olarak sülfit asit oluşur. Metallerle reaksiyonunun bir sonucu olarak, sülfürleri elde edilebilir ve bunlar da doğrudan sülfürün aynı metalle reaksiyona sokulmasıyla elde edilir. Hidrojen atomlarının kükürt atomlarına eklenmesi yalnızca çok yüksek sıcaklık koşullarında gerçekleşir. Kükürt fosforla reaksiyona girdiğinde fosfit oluşur. Aşağıdaki formüle sahiptir: P 2 S 3. Bu maddeden bir mol elde etmek için iki mol fosfor ve üç mol kükürt almanız gerekir. Kükürt karbonla etkileşime girdiğinde söz konusu ametalin bir karbürü oluşur. Kimyasal formülü şuna benzer: CS 2. Belirli bir maddenin bir molünü elde etmek için bir mol karbon ve iki mol kükürt almanız gerekir. Yukarıda açıklanan tüm ekleme reaksiyonları yalnızca reaktifler yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında meydana gelir. Kükürtün basit maddelerle etkileşimini inceledik, şimdi bir sonraki noktaya geçelim.

Kükürt ve kompleks bileşikler

Karmaşık maddeler, molekülleri iki (veya daha fazla) farklı elementten oluşan maddelerdir. Sülfürün kimyasal özellikleri, alkaliler gibi bileşiklerin yanı sıra konsantre sülfat asidiyle reaksiyona girmesine izin verir. Bu maddelerle olan reaksiyonları oldukça tuhaftır. Öncelikle söz konusu ametal alkali ile karıştırıldığında ne olacağına bakalım. Örneğin, altı mol alıp üç mol kükürt eklerseniz iki mol potasyum sülfit, bir mol potasyum sülfit ve üç mol su elde edersiniz. Bu tür bir reaksiyon aşağıdaki denklemle ifade edilebilir: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Aynı etkileşim ilkesini eklerseniz de ortaya çıkar. Sonra, konsantre bir sülfat asidi çözeltisi olduğunda kükürtün davranışını düşünün. ona eklenir. Birinci maddenin bir molünü ve ikinci maddenin iki molünü alırsak, aşağıdaki ürünleri elde ederiz: üç mol miktarında kükürt trioksit ve ayrıca iki mol su. Bu kimyasal reaksiyon yalnızca reaktanlar yüksek sıcaklığa ısıtıldığında meydana gelebilir.

Söz konusu metal olmayanın elde edilmesi

Çeşitli maddelerden kükürtün çıkarılmasının birkaç ana yolu vardır. İlk yöntem onu piritten izole etmektir. İkincisinin kimyasal formülü FeS2'dir. Bu madde oksijene erişimi olmadan yüksek bir sıcaklığa ısıtıldığında başka bir demir sülfür - FeS - ve kükürt elde edilebilir. Reaksiyon denklemi şu şekilde yazılır: FeS 2 = FeS + S. Kükürt üretmenin endüstride sıklıkla kullanılan ikinci yöntemi, kükürt sülfürün az miktarda oksijen koşullarında yakılmasıdır. Bu durumda söz konusu ametali ve suyu alabilirsiniz. Reaksiyonu gerçekleştirmek için bileşenleri ikiye bir molar oranda almanız gerekir. Sonuç olarak nihai ürünleri ikiye iki oranında elde ediyoruz. Bu kimyasal reaksiyonun denklemi şu şekilde yazılabilir: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. Ayrıca kükürt, çeşitli metalurjik işlemler yoluyla, örneğin nikel gibi metallerin üretiminde elde edilebilir. , bakır ve diğerleri.

Endüstriyel kullanım

Düşündüğümüz ametal en geniş uygulamasını kimya endüstrisinde bulmuştur. Yukarıda belirtildiği gibi burada ondan sülfat asidi üretmek için kullanılır. Ayrıca kükürt yanıcı bir madde olduğundan kibrit yapımında bileşen olarak kullanılır. Patlayıcı, barut, maytap vb. üretiminde de vazgeçilmezdir. Ayrıca haşere kontrol ürünlerinin içerik maddelerinden biri olarak kükürt kullanılmaktadır. Tıpta cilt hastalıklarına yönelik ilaçların üretiminde bileşen olarak kullanılır. Söz konusu madde çeşitli boyaların üretiminde de kullanılıyor. Ayrıca fosfor üretiminde de kullanılır.

Kükürtün elektronik yapısı

Bildiğiniz gibi tüm atomlar, içinde protonların (pozitif yüklü parçacıklar) ve nötronların yani sıfır yüklü parçacıkların bulunduğu bir çekirdekten oluşur. Negatif yüklü elektronlar çekirdeğin etrafında döner. Bir atomun nötr olabilmesi için yapısında aynı sayıda proton ve elektronun bulunması gerekir. İkincisinin daha fazlası varsa, bu zaten negatif bir iyondur - bir anyondur. Aksine, protonların sayısı elektronlardan daha fazlaysa, bu pozitif bir iyon veya katyondur. Sülfür anyonu bir asit kalıntısı gibi davranabilir. Sülfür asit (hidrojen sülfür) ve metal sülfürler gibi maddelerin moleküllerinin bir parçasıdır. Anyon, bir madde suda çözündüğünde meydana gelen elektrolitik ayrışma sırasında oluşur. Bu durumda molekül, bir metal veya hidrojen iyonu şeklinde sunulabilen bir katyonun yanı sıra bir katyon - bir asidik kalıntı iyonu veya bir hidroksil grubu (OH-) şeklinde sunulabilen bir katyona ayrılır.

Periyodik tablodaki kükürdün seri numarası on altı olduğundan, çekirdeğinin tam olarak bu sayıda proton içerdiği sonucunu çıkarabiliriz. Buna dayanarak etrafta dönen on altı elektronun da olduğunu söyleyebiliriz. Nötron sayısı, kimyasal elementin seri numarasının molar kütleden çıkarılmasıyla bulunabilir: 32 - 16 = 16. Her elektron düzensiz bir şekilde değil, belirli bir yörüngede döner. Kükürt periyodik tablonun üçüncü periyoduna ait kimyasal bir element olduğundan çekirdeğin etrafında üç yörünge vardır. Bunlardan birincisinde iki, ikincisinde sekiz, üçüncüsünde ise altı elektron bulunur. Kükürt atomunun elektronik formülü şu şekilde yazılır: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Doğada yaygınlık

Temel olarak söz konusu kimyasal element, çeşitli metallerin sülfürleri olan minerallerde bulunur. Her şeyden önce pirittir - bir demir tuzu; Ayrıca kurşun, gümüş, bakır cilası, çinko blende, zinober – cıva sülfürdür. Ek olarak kükürt, yapısı üç veya daha fazla kimyasal elementle temsil edilen minerallerin bir parçası da olabilir.

Örneğin kalkopirit, mirabilit, kieserit, alçıtaşı. Her birini daha ayrıntılı olarak düşünebilirsiniz. Pirit ferrum sülfür veya FeS2'dir. Altın parlaklığa sahip açık sarı bir renge sahiptir. Bu mineral genellikle mücevher yapımında yaygın olarak kullanılan lapis lazuli'de bir yabancı madde olarak bulunabilir. Bunun nedeni, bu iki mineralin çoğunlukla ortak bir yatakta bulunmasıdır. Bakır parlaklığı - kalkosit veya kalkosit - metale benzer mavimsi gri bir maddedir. ve gümüş parlaklığı (arjantit) benzer özelliklere sahiptir: ikisi de görünüş olarak metallere benzer ve gri renktedir. Cinnabar, gri benekli, donuk kahverengimsi kırmızı bir mineraldir. Kimyasal formülü CuFeS 2 olan kalkopirit altın sarısıdır, altın blende olarak da adlandırılır. Çinko blende (sfalerit), kehribar renginden ateşli turuncuya kadar değişebilir. Mirabilite - Na 2 SO 4 x10H 2 O - şeffaf veya beyaz kristaller. Tıpta kullanılanlara da denir. Kieseritin kimyasal formülü MgSO 4 xH 2 O'dur. Beyaz veya renksiz bir toz gibi görünür. Alçıtaşının kimyasal formülü CaSO 4 x2H 2 O'dur. Ayrıca bu kimyasal element, canlı organizma hücrelerinin bir parçasıdır ve önemli bir eser elementtir.

t, veya C	lgK hakkında	N
	4,975	0,58
	5,610	0,545
	6,332	0,8

T'nin 120'den 180 o C'ye artmasıyla buharlaşma yoğunluğu S 5-10 kat, 180'den 440 o C'ye 300-500 kat artar.

0,104 m/s gaz hızında buharlaşma oranı şu şekilde belirlenir: = 8,745 – 2600/T (120-140 o C'de); = 7.346 –2025/T (140-200 o C'de); = 10,415 – 3480/T (200-440 o C'de).

140 ila 440 o C arasındaki herhangi bir t değerindeki buharlaşma oranını ve 0,026-0,26 m/s aralığındaki gaz hızını belirlemek için, öncelikle 0,104 m/s gaz hızı için bulunur ve başka bir hıza göre yeniden hesaplanır: lg = lg + n ∙ lgV `` /V` ; Sıvı kükürtün buharlaşma yoğunluğu ile yanma hızının karşılaştırılması, yanma yoğunluğunun kükürtün kaynama noktasındaki buharlaşma yoğunluğunu aşamayacağını göstermektedir. Bu, kükürtün yalnızca buhar halinde yandığına göre yanma mekanizmasının doğruluğunu doğrular. Kükürt buharının oksidasyonu için hız sabiti (reaksiyon ikinci dereceden bir denkleme göre ilerler) kinetik denklem ile belirlenir: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; С S – buhar konsantrasyonu S; C O2 – O2 buharının konsantrasyonu; K reaksiyon hızı sabitidir. S ve O2 buharlarının toplam konsantrasyonu: S ile= a(1-x); O2 ile= b – 2ax; a, başlangıç buhar konsantrasyonu S'dir; b – O2 buharının başlangıç konsantrasyonu; x, S buharının oksidasyon durumudur. O zaman:

K∙τ= (2,3 /(b – 2a)) ∙ (log(b – ax/b(1 - x)));

S'nin SO2'ye oksidasyonu için hız sabiti: lgK= B – A/T;

o C	650 - 850	850 - 1100
İÇİNDE	3,49	2,92
A

Kükürt damlaları d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm patlamada, 100-160 µm alanda damlacıkların yanma süresi artmaz.

O. Yanma sürecini yoğunlaştırmak için kükürtün d = 130-200 μm damlacıklara püskürtülmesi tavsiye edilir, bu da ek enerji gerektirir. Aynı miktarda yakıldığında S elde edilir. SO 2 daha konsantredir, fırın gazının hacmi ne kadar küçükse ve t değeri o kadar yüksek olur.

1 – C O2; 2 – C SO2

Şekil, kükürtün havadaki adyabatik yanması sırasında oluşan fırın gazındaki t ile SO2 konsantrasyonu arasındaki yaklaşık ilişkiyi göstermektedir. Uygulamada, yüksek konsantrasyonlu SO2 elde edilir; bu, t > 1300'de fırın astarının ve gaz kanallarının hızlı bir şekilde çökmesi gerçeğiyle sınırlıdır. Ayrıca bu koşullar altında, SO2'de istenmeyen bir yabancı madde olan nitrojen oksitlerin oluşmasıyla havanın O2 ve N2'si arasında yan reaksiyonlar meydana gelebilir, bu nedenle kükürt fırınlarında genellikle t = 1000-1200 korunur. Fırın gazları hacimce %12-14 SO2 içerir. Bir hacim O2'den bir hacim SO2 oluşur, bu nedenle S'yi havada yakarken kalsinasyon gazındaki maksimum teorik SO2 içeriği% 21'dir. S havada yanarken yanar. Bir gaz karışımındaki O 2 SO 2 içeriği, O 2 konsantrasyonuna bağlı olarak artabilir. S'yi saf O2'de yakarken SO2'nin teorik içeriği% 100'e ulaşabilir. S'nin havada ve çeşitli oksijen-azot karışımlarında yakılmasıyla elde edilen kavurma gazının olası bileşimi şekilde gösterilmiştir:

Kükürt yakmak için fırınlar.

Sülfürik asit üretiminde S'nin yakılması atomize veya katı halde fırınlarda gerçekleştirilir. Erimiş S'nin yakılması için nozul, siklon ve vibrasyon fırınları kullanılır. En yaygın kullanılanlar siklon ve nozüldür. Bu fırınlar aşağıdaki kriterlere göre sınıflandırılır:- kurulu nozulların tipine (mekanik, pnömatik, hidrolik) ve fırındaki konumlarına (radyal, teğetsel) göre; - yanma odalarındaki ekranların varlığı; - uygulamaya göre (yatay, dikey); - hava beslemesi için giriş deliklerinin konumuna göre; - hava akışlarını buharlar S ile karıştırmaya yönelik cihazlarda; - yanma ısısı S'nin kullanılmasına yönelik ekipman üzerinde; - kamera sayısına göre.

Meme fırını (pirinç)

1 - çelik silindir, 2 - astar. 3 - asbest, 4 - bölümler. 5 - yakıt püskürtmek için ağızlık, 6 - kükürt püskürtmek için ağızlık,

7 - fırına hava sağlamak için kutu.

Oldukça basit bir tasarıma sahiptir, bakımı kolaydır, sabit SO2 konsantrasyonuna sahip gaz üretir. Ciddi eksikliklereşunları içerir: yüksek t nedeniyle bölümlerin kademeli olarak imha edilmesi; yanma odasının düşük ısı stresi; yüksek konsantrasyonlu gaz elde etmenin zorluğu nedeniyle büyük miktarda hava tüketin; yanma yüzdesinin atomizasyon kalitesine bağımlılığı S; fırını çalıştırırken ve ısıtırken yakıt tüketimi anlamına gelir; nispeten büyük boyutları ve ağırlığı ve bunun sonucunda önemli miktarda sermaye yatırımı, elde edilen alanlar, işletme maliyetleri ve çevreye büyük ısı kayıpları.

Daha mükemmel siklon fırınlar.

1 - ön oda, 2 - hava kutusu, 3, 5 - yanma odaları, 4. 6 - sıkıştırma halkaları, 7, 9 - hava beslemesi için nozullar, 8, 10 - kükürt beslemesi için nozullar.

Erişim: teğetsel hava ve S girişi; akışların daha iyi türbülizasyonu nedeniyle fırında S'nin düzgün yanmasını sağlar; hacimce %18 SO2'ye kadar konsantre proses gazı elde etme imkanı; yanma alanının yüksek termal voltajı (4,6 10 6 W/m3); aparatın hacmi, aynı üretkenliğe sahip bir nozül fırının hacmine kıyasla 30-40 kat azalacaktır; sabit SO2 konsantrasyonu; yanma yüzdesi S'nin basit düzenlenmesi ve otomasyonu; uzun bir duruştan sonra fırının ısıtılması ve çalıştırılması için düşük zaman ve yanıcı malzeme tüketimi; fırından sonra daha düşük nitrojen oksit içeriği. Ana haftalar yanma yüzdesindeki yüksek t ile ilişkili; astarın ve kaynakların çatlaması mümkündür; S'nin yetersiz atomizasyonu, buharlarının fırından sonra değişim ekipmanına sızmasına ve sonuç olarak ekipmanın korozyonuna ve değişim ekipmanının girişinde t'nin dengesizliğine yol açar.

Erimiş S, teğetsel veya eksenel düzenlemeye sahip nozullar yoluyla fırına girebilir. Nozulların eksenel dizilimi ile yanma bölgesi çevreye daha yakındır. Tangen ile - merkeze daha yakın, bu nedenle yüksek t'nin astar üzerindeki etkisi azalır. (şekil) Gaz akış hızı 100-120 m/s'dir - bu, kütle ve ısı transferi için uygun koşullar yaratır ve yanma oranını S artırır.

Titreşimli fırın (pirinç).

1 – brülör fırın kafası; 2 – dönüş vanaları; 3 – titreşim kanalı.

Titreşimli yanma sırasında, prosesin tüm parametreleri periyodik olarak değişir (odadaki basınç, gaz karışımının hızı ve bileşimi, t). Titreşim cihazı yanma S'ye brülör sobası denir. Fırından önce S ve hava karıştırılır ve çek valflerden (2) geçerek karışımın yakılacağı fırın-brülör başlığına akar. Hammadde temini porsiyonlar halinde (döngüsel) gerçekleştirilir. Fırının bu versiyonunda, ısı stresi ve yanma hızı önemli ölçüde artacaktır, ancak karışımın ateşlenmesinden önce, işlemin anında gerçekleşmesi için püskürtülen S'nin hava ile iyi bir şekilde karıştırılması gereklidir. Bu durumda yanma ürünleri iyice karışır, S parçacıklarını çevreleyen SO2 gaz filmi yok edilir ve yanma bölgesine yeni O2 bölümlerinin erişimi kolaylaştırılır. Böyle bir fırında oluşan SO2 yanmamış parçacıkları uzaklaştırmaz, konsantrasyonu yüksektir.

Bir siklon fırını, nozül fırınına kıyasla 40-65 kat daha fazla termal stres, daha fazla konsantre gaz elde etme olasılığı ve daha fazla buhar üretimi ile karakterize edilir.

Yanma fırınları için en önemli ekipman, sıvı S'nin ince ve düzgün bir şekilde püskürtülmesini, nozulun kendisinde ve arkasında hava ile iyi bir şekilde karıştırılmasını, sıvı S'nin akış hızının hızlı bir şekilde ayarlanmasını ve aynı zamanda sıvı S'nin akış hızının hızlı bir şekilde ayarlanmasını sağlaması gereken sıvı S nozullarıdır. Hava ile ilişkisi, belirli bir şeklin stabilitesi, meşalenin uzunluğu gerekli ve aynı zamanda dayanıklı, güvenilir ve kullanımı kolay bir tasarıma sahip. Enjektörlerin düzgün çalışması için S'nin kül ve bitümden iyice temizlenmesi önemlidir. Nozullar mekanik (kendi basıncı altında sıvı) veya pnömatik (püskürtme işlemine hava da katılır) olabilir.

Kükürtün yanma ısısından faydalanılması.

Reaksiyon oldukça ekzotermiktir, bunun sonucunda büyük miktarda ısı açığa çıkar ve fırınların çıkışındaki gaz sıcaklığı 1100-1300 0 C'dir. SO2'nin temas oksidasyonu için, 1. fırının girişindeki gaz sıcaklığı fırının katmanının sıcaklığı 420 - 450 0 C'yi geçmemelidir. Bu nedenle SO 2 oksidasyon aşamasından önce gaz akışının soğutulması ve fazla ısının kullanılması gerekmektedir. Isı geri kazanımı için kükürtle çalışan sülfürik asit sistemlerinde en yaygın olarak doğal ısı sirkülasyonlu su borulu atık ısı kazanları kullanılmaktadır. SETA – C (25 – 24); RKS 95/4.0 – 440.

Enerji teknolojisine sahip kazan RKS 95/4.0 – 440, su borulu, doğal sirkülasyonlu, gaz sızdırmaz, basınçla çalışacak şekilde tasarlanmış bir kazandır. Kazan, 1. ve 2. aşamaların buharlaştırma cihazlarından, 1. ve 2. aşamaların uzak ekonomizörlerinden, 1. ve 2. aşamaların uzak kızdırıcılarından, bir tamburdan ve kükürt yakma fırınlarından oluşur. Yangın kutusu 650 tona kadar sıvı yakacak şekilde tasarlanmıştır. Günlük kükürt. Fırın birbirine 110° açıyla bağlanan iki siklon ve bir geçiş odasından oluşur.

İç mahfazanın çapı 2,6 m'dir ve destekler üzerinde serbestçe durur. Dış mahfazanın çapı 3 m'dir.İç ve dış mahfazaların oluşturduğu halka şeklindeki boşluğa hava verilir ve bu daha sonra nozüller aracılığıyla yanma odasına girer. Kükürt, her siklonda 4 adet olmak üzere 8 adet kükürt nozulu kullanılarak fırına beslenir. Kükürtün yanması, dönen bir gaz-hava akışında meydana gelir. Akış girdabı, her siklonda 3 adet bulunan hava nozulları aracılığıyla yanma siklonuna havanın teğetsel olarak verilmesiyle sağlanır. Hava miktarı, her bir hava nozülündeki elektrikle çalıştırılan kanatlarla düzenlenir. Geçiş odası, gaz akışını yatay siklonlardan buharlaştırma cihazının dikey gaz kanalına yönlendirmek için tasarlanmıştır. Şöminenin iç yüzeyi, 250 mm kalınlığında, MKS-72 dereceli mulite-korindon tuğla ile kaplanmıştır.

1 – siklonlar

2 - geçiş odası

3 – buharlaştırma cihazları

Kükürt yakılarak kavurma gazı üretilirken yabancı maddelerden arındırılmasına gerek yoktur. Hazırlık aşaması yalnızca gaz kurutma ve asit bertarafını içerecektir. Kükürt yakıldığında geri dönüşü olmayan bir ekzotermik reaksiyon meydana gelir:

S + Ö 2 = BU YÜZDEN 2 (1)

çok büyük miktarda ısı açığa çıkmasıyla: H = -362,4 kJ/mol veya birim kütle cinsinden 362,4/32 = 11,325 kJ/t = 11325 kJ/kg S değiştirin.

Yanma için sağlanan erimiş sıvı kükürt, 444,6 * C sıcaklıkta buharlaşır (kaynar); buharlaşma ısısı 288 kJ/kg'dır. Sunulan verilerden görülebileceği gibi, kükürt yanma reaksiyonunun ısısı, hammaddeyi buharlaştırmak için oldukça yeterlidir, bu nedenle kükürt ve oksijenin etkileşimi gaz fazında meydana gelir (homojen reaksiyon).

Endüstride kükürt yanması şu şekilde gerçekleştirilir. Kükürt önceden eritilir (bunun için kükürtün ana yanma reaksiyonunun ısısının geri dönüştürülmesiyle elde edilen su buharını kullanabilirsiniz). Kükürtün erime noktası nispeten düşük olduğundan, çökeltme ve ardından kükürtten filtreleme yoluyla sıvı faza geçmemiş mekanik yabancı maddeleri ayırmak ve yeterli saflık derecesine sahip hammadde elde etmek kolaydır. Erimiş kükürt yakmak için iki tip fırın kullanılır: nozul ve siklon. Sıvı kükürtün hızlı bir şekilde buharlaşması ve cihazın tüm parçalarında hava ile güvenilir temasın sağlanması için püskürtülmesini sağlamalıdırlar.

Kavurma gazı fırından atık ısı kazanına ve ardından sonraki cihazlara girer.

Kalsinasyon gazındaki kükürt dioksit konsantrasyonu, yanmaya sağlanan kükürt ve hava oranına bağlıdır. Hava stokiyometrik miktarda alınırsa; her mol kükürt için 1 mol oksijen vardır, bu durumda kükürtün tamamen yanması ile konsantrasyon havadaki oksijenin hacim fraksiyonuna (C) eşit olacaktır, yani 2. max = %21. Ancak genellikle fazla miktarda hava alınır, aksi halde fırının içindeki sıcaklık çok yüksek olacaktır.

Sülfürün adyabatik yanması sırasında, stokiyometrik bileşime sahip bir reaksiyon karışımı için pişirme sıcaklığı ~ 1500*C olacaktır. Pratik koşullarda, fırındaki sıcaklığı artırma olanakları, 1300 * C'nin üzerinde fırın kaplamasının ve gaz kanallarının hızla çökmesi nedeniyle sınırlıdır. Tipik olarak kükürt yakıldığında %13-14 SO2 içeren bir kalsine edici gaz elde edilir.

2. so2'nin so3'e temas oksidasyonu

Kükürt dioksitin temas oksidasyonu, heterojen oksidatif ekzotermik katalizin tipik bir örneğidir.

Bu, üzerinde en çok çalışılan katalitik sentezlerden biridir. SSCB'de, SO2'nin SO3'e oksidasyonu ve katalizörlerin geliştirilmesi üzerine yapılan en kapsamlı çalışma G.K. Boreskov. Kükürt dioksit oksidasyon reaksiyonu

BU YÜZDEN 2 + 0,5 Ö 2 = BU YÜZDEN 3 (2)

Çok yüksek bir aktivasyon enerjisi ile karakterize edilir ve bu nedenle pratik uygulaması yalnızca bir katalizörün varlığında mümkündür.

Endüstride, SO2 oksidasyonunun ana katalizörü, vanadyum oksit V205 (vanadyum temas kütlesi) bazlı bir katalizördür. Başta platin olmak üzere diğer bileşikler de bu reaksiyonda katalitik aktivite sergiler. Bununla birlikte, platin katalizörler eser miktarda arsenik, selenyum, klor ve diğer yabancı maddelere karşı bile son derece hassastır ve bu nedenle yavaş yavaş vanadyum katalizörü ile değiştirilmiştir.

Oksijen konsantrasyonunun artmasıyla reaksiyon hızı artar, dolayısıyla endüstride proses fazla yürütülür.

SO2 oksidasyon reaksiyonu ekzotermik olduğundan, uygulanması için sıcaklık rejiminin optimum sıcaklık çizgisine yaklaşması gerekir. Sıcaklık rejiminin seçimi ayrıca katalizörün özelliklerine ilişkin iki kısıtlamaya tabidir. Alt sıcaklık sınırı, spesifik katalizör tipine ve gaz bileşimine bağlı olarak 400 - 440 * C olan vanadyum katalizörlerinin tutuşma sıcaklığıdır. üst sıcaklık limiti 600 – 650*C olup, bu sıcaklıkların üzerinde katalizörün yapısının yeniden yapılanmaya uğraması ve aktivitesini kaybetmesi ile belirlenir.

400 - 600*C aralığında, dönüşüm derecesi arttıkça sıcaklığın düşmesini sağlayacak şekilde işlem yapmaya çalışırlar.

Endüstride çoğunlukla harici ısı değişimli raf temas cihazları kullanılır. Isı değişim şeması, kaynak gazı ısıtmak için reaksiyon ısısının maksimum kullanımını ve gazın raflar arasında eş zamanlı olarak soğutulmasını içerir.

Sülfürik asit endüstrisinin karşı karşıya olduğu en önemli görevlerden biri, kükürt dioksitin dönüşüm derecesini arttırmak ve atmosfere emisyonlarını azaltmaktır. Bu sorun birkaç yöntemle çözülebilir.

Sülfürik asit endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bu sorunu çözmenin en akılcı yöntemlerinden biri çift temas ve çift emilim (DCDA) yöntemidir. Dengeyi sağa kaydırıp proses verimini arttırmak ve proses hızını arttırmak için bu yöntem kullanılarak proses gerçekleştirilir. Bunun özü, SO2'nin dönüşüm derecesinin% 90 - 95 olduğu reaksiyon karışımının soğutulması ve SO3'ü ayırmak için bir ara emiciye gönderilmesidir. Geri kalan reaksiyon gazında O 2:SO 2 oranı önemli ölçüde artar, bu da reaksiyon dengesinin sağa doğru kaymasına yol açar. Yeni ısıtılan reaksiyon gazı tekrar temas aparatına beslenir, burada kalan SO2'nin dönüşüm derecesinin %95'i bir veya iki kat katalizör üzerinde elde edilir.Bu işlemde SO2'nin toplam dönüşüm derecesi %99,5'tir. - %99,8.

Okumak:

“Babalar ve Oğullar” Ivan Turgenev Requiem sorunlu. Denemeler. Anna Akhmatova'nın "Requiem" şiirinin kompozisyonu Mekanik fiziksel olay örnekleri Gorki "Çocukluk" plana göre kısaltıldı Genç bir teknisyenin edebi ve tarihi notları §2