Physikalische und chemische Grundlagen des Schwefelverbrennungsprozesses.

Die Verbrennung von S erfolgt unter Freisetzung einer großen Wärmemenge: 0,5 S 2 g + O 2 g \u003d SO 2 g, ΔH \u003d -362,43 kJ

Verbrennung ist ein Komplex aus chemischen und physikalischen Phänomenen. In einer Verbrennungsanlage hat man es mit komplexen Geschwindigkeits-, Konzentrations- und Temperaturfeldern zu tun, die mathematisch schwer zu beschreiben sind.

Die Verbrennung von geschmolzenem S hängt von den Wechselwirkungs- und Verbrennungsbedingungen einzelner Tröpfchen ab. Die Effizienz des Verbrennungsprozesses wird durch den Zeitpunkt der vollständigen Verbrennung jedes Schwefelpartikels bestimmt. Der Verbrennung von Schwefel, die nur in der Gasphase stattfindet, geht die Verdampfung von S, die Vermischung seiner Dämpfe mit Luft und das Erhitzen des Gemisches auf t voraus, was die erforderliche Reaktionsgeschwindigkeit liefert. Da die Verdunstung von der Tropfenoberfläche erst bei einer bestimmten t intensiver einsetzt, muss jeder Tropfen flüssigen Schwefels auf diese t erhitzt werden. Je höher t, desto länger dauert es, den Tropfen zu erhitzen. Wenn sich über der Tropfenoberfläche ein brennbares Gemisch aus Dämpfen S und Luft maximaler Konzentration und t bildet, kommt es zur Entzündung. Der Verbrennungsprozess eines Tropfens S hängt von den Verbrennungsbedingungen ab: t und der Relativgeschwindigkeit des Gasstroms sowie den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Flüssigkeit S (z. B. das Vorhandensein von festen Ascheverunreinigungen in S) und besteht aus den folgenden Phasen : 1-Mischen von Flüssigkeitstropfen S mit Luft; 2-Erhitzung dieser Tropfen und Verdampfung; 3-Thermische Brüdenspaltung S; 4-Bildung der Gasphase und deren Zündung; 5-Verbrennung der Gasphase.

Diese Stadien treten fast gleichzeitig auf.

Infolge des Erhitzens beginnt ein Flüssigkeitstropfen S zu verdampfen, S-Dämpfe diffundieren in die Verbrennungszone, wo sie bei hohem t beginnen, aktiv mit O 2 der Luft zu reagieren, der Prozess der Diffusionsverbrennung von S tritt auf Bildung von SO2.

Bei hoher t ist die Geschwindigkeit der Oxidationsreaktion S größer als die Geschwindigkeit physikalischer Prozesse, sodass die Gesamtgeschwindigkeit des Verbrennungsprozesses durch die Prozesse der Stoff- und Wärmeübertragung bestimmt wird.

Die molekulare Diffusion bestimmt einen ruhigen, relativ langsamen Verbrennungsprozess, während die turbulente Diffusion ihn beschleunigt. Mit abnehmender Tröpfchengröße nimmt die Verdampfungszeit ab. Die feine Zerstäubung von Schwefelpartikeln und deren gleichmäßige Verteilung im Luftstrom vergrößert die Kontaktfläche, erleichtert die Erwärmung und Verdampfung der Partikel. Bei der Verbrennung jedes einzelnen Tropfens S in der Zusammensetzung der Fackel sind 3 Perioden zu unterscheiden: ich- Inkubation; II- starkes Brennen; III- Burnout-Phase.

Wenn ein Tropfen brennt, schlagen Flammen aus seiner Oberfläche hervor, die Sonneneruptionen ähneln. Im Gegensatz zur herkömmlichen Diffusionsverbrennung mit Flammenausstoß aus der Oberfläche eines brennenden Tropfens wurde sie „explosive Verbrennung“ genannt.

Die Verbrennung des S-Tropfens im Diffusionsmodus erfolgt durch die Verdampfung von Molekülen von der Oberfläche des Tropfens. Die Verdunstungsrate hängt von den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit und der t der Umgebung ab und wird durch die Charakteristik der Verdunstungsrate bestimmt. Im Differentialmodus leuchtet S in den Perioden I und III. Die explosionsartige Verbrennung eines Tropfens wird nur in der Periode intensiver Verbrennung in Periode II beobachtet. Die Dauer der intensiven Brennperiode ist proportional zur dritten Potenz des anfänglichen Tröpfchendurchmessers. Dies liegt daran, dass die explosionsartige Verbrennung eine Folge der im Volumen des Tropfens ablaufenden Prozesse ist. Abbrandkennlinie errechnet von f-le: Zu= /τ sg;

d n ist der anfängliche Tröpfchendurchmesser, mm; τ ist die Zeit der vollständigen Verbrennung des Tropfens, s.

Die Eigenschaft der Brenngeschwindigkeit eines Tropfens ist gleich der Summe der Eigenschaften der Diffusion und der explosiven Verbrennung: Zu= K vz + K diff; kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙p) 2,58); K diff= 1,21∙p +0,23; K T2\u003d K T1 ∙ exp (E a ​​​​/ R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); K T1 - Brenngeschwindigkeitskonstante bei t 1 \u003d 1073 K. K T2 - const. Heizrate bei t unterschiedlich zu t 1 . Еа ist die Aktivierungsenergie (7850 kJ/mol).

DANN. Die Hauptbedingungen für eine effiziente Verbrennung von Flüssigkeit S sind: die Zufuhr der gesamten erforderlichen Luftmenge zur Mündung des Brenners, feines und gleichmäßiges Zerstäuben von Flüssigkeit S, Strömungsturbulenzen und hohe t.

Die allgemeine Abhängigkeit der Verdampfungsintensität der Flüssigkeit S von der Gasgeschwindigkeit und t: K1= a∙V/(b+V); a, b sind von t abhängige Konstanten. V - Geschwindigkeit Gas, m/s. Bei höheren t ist die Abhängigkeit der Verdampfungsintensität S von der Gasgeschwindigkeit gegeben durch: K1= K Ö ∙ V n ;

t, oC	lgK über	n
	4,975	0,58
	5,610	0,545
	6,332	0,8

Mit einer Erhöhung von t von 120 auf 180 ° C erhöht sich die Intensität der Verdampfung von S um das 5- bis 10-fache und von t 180 auf 440 ° C um das 300- bis 500-fache.

Die Verdampfungsrate bei einer Gasgeschwindigkeit von 0,104 m/s wird bestimmt durch: = 8,745 - 2600/T (bei 120-140 o C); = 7.346 -2025/T (bei 140-200 o C); = 10,415 - 3480 / T (bei 200-440 ° C).

Um die Verdampfungsrate S bei beliebigen t von 140 bis 440 °C und Gasgeschwindigkeiten im Bereich von 0,026–0,26 m/s zu bestimmen, wird zunächst für eine Gasgeschwindigkeit von 0,104 m/s ermittelt und auf eine andere Geschwindigkeit umgerechnet: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Ein Vergleich des Werts der Verdampfungsintensität von flüssigem Schwefel und der Verbrennungsgeschwindigkeit legt nahe, dass die Verbrennungsintensität die Verdampfungsintensität am Siedepunkt von Schwefel nicht überschreiten kann. Dies bestätigt die Richtigkeit des Verbrennungsmechanismus, wonach Schwefel nur im Dampfzustand verbrennt. Die Geschwindigkeitskonstante der Schwefeldampfoxidation (die Reaktion verläuft nach der Gleichung zweiter Ordnung) wird durch die kinetische Gleichung bestimmt: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; C S die Dampfkonzentration S ist; C O2 - konz. I-Dämpfe O 2; K ist die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante. Die Gesamtkonzentration der Dämpfe S und O 2 op-yut: C S= a(1-x); Mit O2= b - 2ax; a ist die anfängliche Dampfkonzentration S; b - Anfangskonzentration von O 2 -Dämpfen; х ist der Dampfoxidationsgrad S. Dann gilt:

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

Die Geschwindigkeitskonstante der Oxidationsreaktion S zu SO 2: lgK\u003d B - A / T;

über C	650 - 850	850 - 1100
BEIM	3,49	2,92
SONDERN

Schwefeltropfen d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm in Sprengstoff, im Bereich von 100-160 µm erhöht sich die Brenndauer von Tropfen nicht.

Dass. Zur Intensivierung des Verbrennungsprozesses empfiehlt es sich, Schwefel in Tröpfchen d = 130-200 µm zu versprühen, was zusätzliche Energie erfordert. Beim Brennen die gleiche Anzahl von S erhalten. SO 2 ist umso konzentrierter, je kleiner das Gichtgasvolumen und je höher seine t ist.

1 - CO2; 2 - Mit SO2

Die Figur zeigt eine ungefähre Beziehung zwischen t und der SO 2 -Konzentration im Ofengas, das durch die adiabatische Verbrennung von Schwefel in Luft erzeugt wird. In der Praxis wird hochkonzentriertes SO 2 erhalten, begrenzt durch die Tatsache, dass bei t > 1300 die Auskleidung des Ofens und der Gaskanäle schnell zerstört werden. Außerdem können unter diesen Bedingungen Nebenreaktionen zwischen O 2 und N 2 der Luft mit der Bildung von Stickoxiden auftreten, die eine unerwünschte Verunreinigung in SO 2 darstellen, weshalb in Schwefelöfen üblicherweise t = 1000–1200 eingehalten wird. Und Ofengase enthalten 12–14 Vol.-% SO 2 . Aus einem Volumen O 2 wird ein Volumen SO 2 gebildet, daher beträgt der maximale theoretische Gehalt an SO 2 im Verbrennungsgas bei der Verbrennung von S in Luft 21 %. Beim Brennen von S in Luft, Brennen. O 2 Je nach O 2 -Konzentration kann der Gehalt an SO 2 im Gasgemisch ansteigen. Der theoretische SO 2 -Gehalt beim Verbrennen von S in reinem O 2 kann 100 % erreichen. Die mögliche Zusammensetzung des durch Verbrennen von S an Luft und in verschiedenen Sauerstoff-Stickstoff-Gemischen gewonnenen Röstgases ist in der Abbildung dargestellt:

Öfen zum Verbrennen von Schwefel.

Die Verbrennung von S bei der Schwefelsäureherstellung erfolgt in Öfen im Zerstäubungs- oder TV-Zustand. Verwenden Sie zum Verbrennen des geschmolzenen S Düsen-, Zyklon- und Vibrationsöfen. Die am weitesten verbreiteten sind Zyklon und Injektor. Diese Öfen werden nach den Zeichen klassifiziert:- je nach Art der installierten Düsen (mechanisch, pneumatisch, hydraulisch) und ihrer Position im Ofen (radial, tangential); - durch das Vorhandensein von Sieben in den Brennkammern; - nach Ausführung (Horizonte, Vertikale); - je nach Lage der Einlassöffnungen für die Luftzufuhr; - für Geräte zum Mischen von Luftströmen mit S-Dämpfen; - für Geräte zur Nutzung der Verbrennungswärme S; - nach Anzahl der Kameras.

Düsenofen (Reis)

1 - Stahlzylinder, 2 - Auskleidung. 3 - Asbest, 4 - Trennwände. 5 - Düse zum Sprühen von Kraftstoff, 6 Düsen zum Sprühen von Schwefel,

7 - ein Kasten zum Zuführen von Luft zum Ofen.

Es hat ein ziemlich einfaches Design, ist leicht zu warten, hat ein Gasbild und eine konstante SO 2 -Konzentration. Zu gravierenden Mängeln umfassen: allmähliche Zerstörung von Trennwänden aufgrund hoher t; geringe Hitzebelastung der Brennkammer; Schwierigkeit, hochkonzentriertes Gas zu erhalten, tk. verwenden Sie einen großen Luftüberschuss; Abhängigkeit des Verbrennungsanteils von der Sprühqualität S; erheblicher Brennstoffverbrauch beim Anfahren und Aufheizen des Ofens; vergleichsweise große Abmessungen und Gewicht und als Ergebnis erhebliche Kapitalinvestitionen, Produktionsflächen, Betriebskosten und große Wärmeverluste an die Umgebung.

Mehr perfekt Zyklonöfen.

1 - Vorkammer, 2 - Luftkasten, 3, 5 - Nachbrennkammern, 4. 6 Quetschringe, 7, 9 - Düsen für die Luftzufuhr, 8, 10 - Düsen für die Schwefelzufuhr.

Lieferung: tangentialer Lufteintritt und S; sorgt durch bessere Strömungsturbulenz für eine gleichmäßige Verbrennung von S im Ofen; die Möglichkeit, das endgültige Prozessgas mit bis zu 18 % SO 2 zu erhalten; hohe thermische Belastung des Ofenraums (4,6 · 10 6 W / m 3); das Volumen der Apparatur wird gegenüber dem Volumen eines Düsenofens gleicher Kapazität um den Faktor 30-40 reduziert; Dauerkonzentration SO 2; einfache Regelung des Verbrennungsprozesses S und dessen Automatisierung; geringe Zeit und brennbares Material zum Aufheizen und Starten des Ofens nach einem langen Stopp; geringerer Gehalt an Stickoxiden nach dem Ofen. Basiswochen verbunden mit hoher t im Verbrennungsprozess; mögliche Rissbildung der Auskleidung und Schweißnähte; Ein unbefriedigendes Versprühen von S führt zu einem Durchbruch seiner Dämpfe in der t/Austausch-Ausrüstung nach dem Ofen und folglich zu einer Korrosion der Ausrüstung und einer Unbeständigkeit von t am Einlass zur t/Austausch-Ausrüstung.

Geschmolzenes S kann durch tangentiale oder axiale Düsen in den Ofen eintreten. Durch die axiale Anordnung der Düsen liegt die Verbrennungszone näher an der Peripherie. Bei Tangente - näher an der Mitte, wodurch die Wirkung von hohem t auf die Auskleidung verringert wird. (Reis) Die Gasströmungsgeschwindigkeit beträgt 100-120 m / s - dies schafft günstige Bedingungen für die Stoff- und Wärmeübertragung und die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht sich S.

Vibrationsofen (Reis).

1 – Kopf des Brennerofens; 2 - Rückschlagventile; 3 - Vibrationskanal.

Während der vibrierenden Verbrennung ändern sich alle Parameter des Prozesses periodisch (Druck in der Kammer, Geschwindigkeit und Zusammensetzung des Gasgemisches, t). Gerät für Vibrationen. Verbrennung S wird Ofenbrenner genannt. Vor dem Ofen werden S und Luft gemischt und strömen durch die Rückschlagventile (2) in den Kopf des Ofenbrenners, wo das Gemisch verbrannt wird. Die Rohstoffversorgung erfolgt portionsweise (Prozesse sind zyklisch). Bei dieser Version des Ofens nehmen die Hitzebelastung und die Brenngeschwindigkeit erheblich zu, aber vor dem Zünden der Mischung ist eine gute Durchmischung des versprühten S mit Luft erforderlich, damit der Prozess sofort abläuft. Dabei vermischen sich die Verbrennungsprodukte gut, der die S-Partikel umgebende SO 2 -Gasfilm wird zerstört und erleichtert den Zutritt neuer O 2 -Anteile in die Verbrennungszone. In einem solchen Ofen enthält das entstehende SO 2 keine unverbrannten Partikel, seine Konzentration ist oben hoch.

Ein Zyklonofen zeichnet sich im Vergleich zu einem Düsenofen durch eine 40- bis 65-mal höhere thermische Belastung, die Möglichkeit, konzentrierteres Gas zu erhalten, und eine größere Dampferzeugung aus.

Die wichtigste Ausrüstung für Öfen zum Verbrennen von Flüssigkeit S ist die Düse, die einen dünnen und gleichmäßigen Sprühnebel der Flüssigkeit S, eine gute Vermischung mit Luft in der Düse selbst und dahinter sowie eine schnelle Einstellung der Durchflussmenge der Flüssigkeit S gewährleisten muss Beibehaltung des erforderlichen Verhältnisses zu Luft, Stabilität einer bestimmten Form, Länge des Brenners sowie solides Design, zuverlässig und einfach zu bedienen. Für den reibungslosen Betrieb der Düsen ist es wichtig, dass der S gut von Asche und Bitumen gereinigt wird. Düsen sind mechanisch (erbringen unter ihrem eigenen Druck) und pneumatisch (Luft ist immer noch beim Sprühen beteiligt).

Nutzung der Verbrennungswärme von Schwefel.

Die Reaktion ist stark exotherm, dadurch wird viel Wärme freigesetzt und die Gastemperatur am Ausgang der Öfen beträgt 1100–1300 0 C. Bei der Kontaktoxidation von SO 2 beträgt die Gastemperatur am Eingang zum 1 Schicht des Cat-Ra sollte 420 - 450 0 C nicht überschreiten. Daher ist es notwendig, vor der SO 2 -Oxidationsstufe den Gasstrom zu kühlen und überschüssige Wärme zu nutzen. In Schwefelsäureanlagen, die mit Schwefel zur Wärmerückgewinnung betrieben werden, sind Wasserrohr-Abhitzekessel mit natürlicher Wärmezirkulation am weitesten verbreitet. SETA-C (25-24); RKS 95 / 4,0 - 440.

Der energietechnologische Kessel RKS 95/4.0 - 440 ist ein gasdichter Wasserrohr-Kessel mit natürlicher Zirkulation, der für den Betrieb mit Druckhaltung ausgelegt ist. Der Kessel besteht aus Verdampfern der 1. und 2. Stufe, Fernvorwärmern der Stufe 1.2, Fernüberhitzern der Stufe 1.2, Trommel, Schwefelverbrennungsöfen. Der Ofen ist für die Verbrennung von bis zu 650 Tonnen Flüssigkeit ausgelegt. Schwefel pro Tag. Der Ofen besteht aus zwei in einem Winkel von 110° zueinander geschalteten Zyklonen und einer Übergangskammer.

Innenkörper mit einem Durchmesser von 2,6 m, ruht frei auf Stützen. Das Außengehäuse hat einen Durchmesser von 3 m. Der aus Innen- und Außengehäuse gebildete Ringraum wird mit Luft gefüllt, die dann durch Düsen in die Brennkammer eintritt. Schwefel wird dem Ofen durch 8 Schwefeldüsen zugeführt, 4 an jedem Zyklon. Die Schwefelverbrennung erfolgt in einem wirbelnden Gas-Luft-Strom. Die Verwirbelung der Strömung wird durch tangentiales Einführen von Luft in den Verbrennungszyklon durch Luftdüsen, 3 in jedem Zyklon, erreicht. Die Luftmenge wird durch motorisierte Klappen an jeder Luftdüse gesteuert. Die Übergangskammer dient dazu, den Gasstrom von den horizontalen Zyklonen zum vertikalen Gaskanal des Verdampfers zu leiten. Die Innenfläche des Feuerraums ist mit 250 mm dickem Mulitkorundstein der Marke MKS-72 ausgekleidet.

1 - Zyklone

2 - Übergangskammer

3 - Verdampfungsgeräte

Bei der Gewinnung von Röstgas durch Verbrennen von Schwefel ist es nicht erforderlich, es von Verunreinigungen zu reinigen. Die Vorbereitungsphase umfasst nur Gastrocknung und Säureentsorgung. Beim Verbrennen von Schwefel tritt eine irreversible exotherme Reaktion auf:

S + Ö 2 = SO 2 (1)

unter Freisetzung einer sehr großen Wärmemenge: eine Änderung von H \u003d -362,4 kJ / mol oder in Bezug auf eine Masseneinheit 362,4 / 32 \u003d 11,325 kJ / t \u003d 11325 kJ / kg S.

Geschmolzener flüssiger Schwefel, der der Verbrennung zugeführt wird, verdampft (siedet) bei einer Temperatur von 444,6 °C; die Verdampfungswärme beträgt 288 kJ/kg. Wie aus den obigen Daten ersichtlich ist, reicht die Wärme der Verbrennungsreaktion von Schwefel völlig aus, um das Ausgangsmaterial zu verdampfen, sodass die Wechselwirkung von Schwefel und Sauerstoff in der Gasphase stattfindet (homogene Reaktion).

Die Verbrennung von Schwefel in der Industrie wird wie folgt durchgeführt. Schwefel wird vorgeschmolzen (dazu kann Wasserdampf verwendet werden, der durch Nutzung der Wärme der Hauptverbrennungsreaktion von Schwefel gewonnen wird). Da der Schmelzpunkt von Schwefel relativ niedrig ist, ist es einfach, mechanische Verunreinigungen durch Absetzen und anschließende Filtration von nicht in die Flüssigphase übergegangenem Schwefel vom Schwefel abzutrennen und einen Einsatzstoff ausreichender Reinheit zu erhalten. Zwei Arten von Öfen werden verwendet, um geschmolzenen Schwefel zu verbrennen - Düse und Zyklon. Es ist notwendig, flüssigen Schwefel in sie zu sprühen, um ihn schnell zu verdampfen und einen zuverlässigen Kontakt mit Luft in allen Teilen des Geräts zu gewährleisten.

Von der Darre gelangt das Röstgas in den Abhitzekessel und dann in die nachfolgenden Apparate.

Die Konzentration von Schwefeldioxid im Röstgas hängt vom Verhältnis von Schwefel und Luft ab, die der Verbrennung zugeführt werden. Wird Luft in stöchiometrischer Menge angesaugt, d.h. für jedes Mol Schwefel 1 Mol Sauerstoff, dann ist bei vollständiger Verbrennung von Schwefel die Konzentration gleich dem Volumenanteil von Sauerstoff in der Luft C also 2. max \u003d 21%. Üblicherweise wird jedoch Luft im Überschuss entnommen, da sonst die Ofentemperatur zu hoch wird.

Bei der adiabatischen Verbrennung von Schwefel liegt die Brenntemperatur für das Reaktionsgemisch stöchiometrischer Zusammensetzung bei ~ 1500 °C. Praktisch ist die Möglichkeit der Temperaturerhöhung im Ofen dadurch begrenzt, dass oberhalb von 1300°C die Auskleidung des Ofens und der Gaskanäle schnell zerstört werden. Üblicherweise wird beim Verbrennen von Schwefel ein Röstgas mit 13 - 14 % SO 2 erhalten.

2. Kontaktoxidation von so2 zu so3

Die Kontaktoxidation von Schwefeldioxid ist ein typisches Beispiel für heterogene oxidative exotherme Katalyse.

Dies ist eine der am besten untersuchten katalytischen Synthesen. In der UdSSR wurden die gründlichsten Arbeiten zur Untersuchung der Oxidation von SO 2 zu SO 3 und zur Entwicklung von Katalysatoren von G.K. Boreskow. Schwefeldioxid-Oxidationsreaktion

SO 2 + 0,5 Ö 2 = SO 3 (2)

zeichnet sich durch eine sehr hohe Aktivierungsenergie aus und ist daher nur in Gegenwart eines Katalysators in der Praxis umsetzbar.

In der Industrie ist der Hauptkatalysator für die Oxidation von SO 2 ein Katalysator auf Basis von Vanadiumoxid V 2 O 5 (Vanadium-Kontaktmasse). Katalytische Aktivität bei dieser Reaktion zeigen auch andere Verbindungen, hauptsächlich Platin. Allerdings sind Platin-Katalysatoren selbst gegenüber Spuren von Arsen, Selen, Chlor und anderen Verunreinigungen äußerst empfindlich und wurden daher nach und nach durch Vanadium-Katalysatoren ersetzt.

Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Sauerstoffkonzentration, sodass der Prozess in der Industrie mit einem Überschuss davon durchgeführt wird.

Da die SO 2 -Oxidationsreaktion zum exothermen Typ gehört, sollte sich das Temperaturregime ihrer Durchführung der Linie optimaler Temperaturen annähern. Die Wahl des Temperaturmodus wird zusätzlich durch zwei Beschränkungen auferlegt, die mit den Eigenschaften des Katalysators verbunden sind. Die untere Temperaturgrenze ist die Zündtemperatur von Vanadium-Katalysatoren, die je nach Katalysatortyp und Gaszusammensetzung bei 400 - 440 * C liegt. die obere Temperaturgrenze liegt bei 600 - 650 °C und wird dadurch bestimmt, dass oberhalb dieser Temperaturen die Katalysatorstruktur umgelagert wird und ihre Aktivität verliert.

Im Bereich von 400 - 600 * C wird angestrebt, den Prozess so zu führen, dass mit steigendem Umwandlungsgrad die Temperatur sinkt.

Am häufigsten werden in der Industrie Regalkontaktgeräte mit externem Wärmeaustausch verwendet. Das Wärmeaustauschschema geht von der maximalen Nutzung der Reaktionswärme zum Erhitzen des Quellgases und gleichzeitigem Kühlen des Gases zwischen den Regalen aus.

Eine der wichtigsten Aufgaben der Schwefelsäureindustrie besteht darin, die Umwandlung von Schwefeldioxid zu steigern und seine Emissionen in die Atmosphäre zu reduzieren. Dieses Problem kann auf mehrere Arten gelöst werden.

Eine der rationellsten Methoden zur Lösung dieses Problems, die in der Schwefelsäureindustrie weit verbreitet ist, ist die Doppelkontakt- und Doppelabsorptionsmethode (DKDA). Um das Gleichgewicht nach rechts zu verschieben und die Ausbeute des Verfahrens zu erhöhen, sowie um die Geschwindigkeit des Verfahrens zu erhöhen, wird das Verfahren nach diesem Verfahren durchgeführt. Sein Wesen liegt darin, dass das Reaktionsgemisch, in dem der Umwandlungsgrad von SO 2 90–95 % beträgt, gekühlt und zu einem Zwischenabsorber geleitet wird, um SO 3 abzutrennen. Im verbleibenden Reaktionsgas steigt das Verhältnis von O 2 :SO 2 deutlich an, was zu einer Verschiebung des Reaktionsgleichgewichts nach rechts führt. Das neu aufgeheizte Reaktionsgas wird erneut in den Kontaktapparat geleitet, wo an einer oder zwei Katalysatorschichten 95 % des Umsatzes des restlichen SO 2 erreicht werden Der Gesamtumsatz an SO 2 beträgt bei diesem Verfahren 99,5 % - 99,8 %.

Schwefel ist ein chemisches Element, das in der sechsten Gruppe und dritten Periode des Periodensystems steht. In diesem Artikel werfen wir einen detaillierten Blick auf seine Chemie und Produktion, Verwendung und so weiter. Die physikalische Eigenschaft umfasst Merkmale wie Farbe, elektrische Leitfähigkeit, Schwefelsiedepunkt etc. Die chemische beschreibt die Wechselwirkung mit anderen Stoffen.

Schwefel in physikalischer Hinsicht

Dies ist eine zerbrechliche Substanz. Unter normalen Bedingungen befindet es sich in einem festen Aggregatzustand. Schwefel hat eine zitronengelbe Farbe.

Und zum größten Teil haben alle seine Verbindungen gelbe Farbtöne. Löst sich nicht in Wasser auf. Es hat eine geringe thermische und elektrische Leitfähigkeit. Diese Eigenschaften charakterisieren es als typisches Nichtmetall. Trotz der Tatsache, dass die chemische Zusammensetzung von Schwefel überhaupt nicht kompliziert ist, kann diese Substanz mehrere Variationen aufweisen. Es hängt alles von der Struktur des Kristallgitters ab, mit dessen Hilfe Atome verbunden sind, aber keine Moleküle bilden.

Die erste Option ist also rhombischer Schwefel. Sie ist am stabilsten. Der Siedepunkt dieser Art von Schwefel beträgt vierhundertfünfundvierzig Grad Celsius. Damit aber ein bestimmter Stoff in einen gasförmigen Aggregatzustand übergehen kann, muss er zunächst einen flüssigen Aggregatzustand durchlaufen. Das Schmelzen von Schwefel erfolgt also bei einer Temperatur von einhundertdreizehn Grad Celsius.

Die zweite Option ist monokliner Schwefel. Es ist ein nadelförmiger Kristall mit einer dunkelgelben Farbe. Das Schmelzen von Schwefel des ersten Typs und dann seine langsame Abkühlung führt zur Bildung dieses Typs. Diese Sorte hat fast die gleichen physikalischen Eigenschaften. Beispielsweise beträgt der Siedepunkt von Schwefel dieser Art immer noch dieselben vierhundertfünfundvierzig Grad. Darüber hinaus gibt es eine solche Vielfalt dieser Substanz wie Kunststoff. Es wird durch Eingießen in kaltes Wasser gewonnen, das fast rhombisch zum Sieden erhitzt wird. Der Siedepunkt von Schwefel dieser Art ist derselbe. Aber der Stoff hat die Eigenschaft, sich wie Gummi zu dehnen.

Eine weitere Komponente der physikalischen Eigenschaft, über die ich sprechen möchte, ist die Zündtemperatur von Schwefel.

Dieser Indikator kann je nach Art des Materials und seiner Herkunft variieren. Beispielsweise liegt die Zündtemperatur von technischem Schwefel bei einhundertneunzig Grad. Dies ist eine eher niedrige Zahl. In anderen Fällen kann der Flammpunkt von Schwefel zweihundertachtundvierzig Grad und sogar zweihundertsechsundfünfzig Grad betragen. Es hängt alles davon ab, aus welchem ​​​​Material es abgebaut wurde und welche Dichte es hat. Aber wir können daraus schließen, dass die Verbrennungstemperatur von Schwefel im Vergleich zu anderen chemischen Elementen ziemlich niedrig ist, es ist eine brennbare Substanz. Außerdem kann sich Schwefel manchmal zu Molekülen verbinden, die aus acht, sechs, vier oder zwei Atomen bestehen. Nachdem wir Schwefel aus physikalischer Sicht betrachtet haben, gehen wir nun zum nächsten Abschnitt über.

Chemische Charakterisierung von Schwefel

Dieses Element hat eine relativ niedrige Atommasse, sie beträgt zweiunddreißig Gramm pro Mol. Die Eigenschaft des Schwefelelements umfasst ein Merkmal dieser Substanz wie die Fähigkeit, unterschiedliche Oxidationsgrade zu haben. Darin unterscheidet es sich beispielsweise von Wasserstoff oder Sauerstoff. Betrachtet man die Frage nach der chemischen Eigenschaft des Elements Schwefel, so ist es unumgänglich zu erwähnen, dass es je nach Bedingungen sowohl reduzierende als auch oxidierende Eigenschaften aufweist. Betrachten Sie also der Reihe nach die Wechselwirkung einer bestimmten Substanz mit verschiedenen chemischen Verbindungen.

Schwefel und einfache Substanzen

Einfache Substanzen sind Substanzen, die nur ein chemisches Element enthalten. Seine Atome können sich zu Molekülen verbinden, wie zum Beispiel im Fall von Sauerstoff, oder sie können sich nicht verbinden, wie es bei Metallen der Fall ist. So kann Schwefel mit Metallen, anderen Nichtmetallen und Halogenen reagieren.

Wechselwirkung mit Metallen

Zur Durchführung dieser Art von Verfahren ist eine hohe Temperatur erforderlich. Unter diesen Bedingungen findet eine Additionsreaktion statt. Das heißt, Metallatome verbinden sich mit Schwefelatomen und bilden so komplexe Substanzen Sulfide. Wenn Sie beispielsweise zwei Mol Kalium erhitzen, indem Sie sie mit einem Mol Schwefel mischen, erhalten Sie ein Mol des Sulfids dieses Metalls. Die Gleichung kann in der folgenden Form geschrieben werden: 2K + S = K 2 S.

Reaktion mit Sauerstoff

Das ist Schwefelverbrennung. Als Ergebnis dieses Prozesses wird sein Oxid gebildet. Letzteres kann von zwei Arten sein. Daher kann die Verbrennung von Schwefel in zwei Stufen erfolgen. Die erste ist, wenn ein Mol Schwefel und ein Mol Sauerstoff ein Mol Schwefeldioxid bilden. Sie können die Gleichung für diese chemische Reaktion wie folgt schreiben: S + O 2 \u003d SO 2. Die zweite Stufe ist die Addition eines weiteren Sauerstoffatoms an das Dioxid. Das passiert, wenn man bei hoher Temperatur zwei Mol Sauerstoff zu einem Mol hinzufügt. Das Ergebnis sind zwei Mol Schwefeltrioxid. Die Gleichung für diese chemische Wechselwirkung sieht so aus: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Als Ergebnis dieser Reaktion wird Schwefelsäure gebildet. Durch die Durchführung der beiden beschriebenen Verfahren ist es also möglich, das entstehende Trioxid durch einen Wasserdampfstrahl zu leiten. Und wir bekommen Die Gleichung für eine solche Reaktion lautet wie folgt: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.

Wechselwirkung mit Halogenen

Chemische wie andere Nichtmetalle lassen es mit dieser Stoffgruppe reagieren. Es enthält Verbindungen wie Fluor, Brom, Chlor, Jod. Schwefel reagiert mit jedem von ihnen, mit Ausnahme des letzten. Als Beispiel können wir den Prozess der Fluorierung des Elements des Periodensystems anführen, das wir betrachten. Durch Erhitzen des erwähnten Nichtmetalls mit einem Halogen können zwei Variationen von Fluorid erhalten werden. Der erste Fall: Wenn wir ein Mol Schwefel und drei Mol Fluor nehmen, erhalten wir ein Mol Fluorid, dessen Formel SF 6 ist. Die Gleichung sieht so aus: S + 3F 2 = SF 6. Außerdem gibt es noch eine zweite Möglichkeit: Wenn wir ein Mol Schwefel und zwei Mol Fluor nehmen, erhalten wir ein Mol Fluorid mit der Summenformel SF 4 . Die Gleichung wird in der folgenden Form geschrieben: S + 2F 2 = SF 4 . Wie Sie sehen können, hängt alles von den Anteilen ab, in denen die Komponenten gemischt werden. Genauso ist es möglich, den Prozess der Schwefelchlorierung (es können auch zwei unterschiedliche Stoffe entstehen) oder der Bromierung durchzuführen.

Wechselwirkung mit anderen einfachen Substanzen

Die Charakterisierung des Elements Schwefel endet hier nicht. Der Stoff kann auch eine chemische Reaktion mit Wasserstoff, Phosphor und Kohlenstoff eingehen. Durch die Wechselwirkung mit Wasserstoff entsteht Schwefelsäure. Durch seine Reaktion mit Metallen können deren Sulfide erhalten werden, die wiederum auch durch direkte Reaktion von Schwefel mit dem gleichen Metall erhalten werden. Die Addition von Wasserstoffatomen an Schwefelatome erfolgt nur unter sehr hohen Temperaturbedingungen. Wenn Schwefel mit Phosphor reagiert, entsteht sein Phosphid. Es hat die folgende Formel: P 2 S 3. Um ein Mol dieser Substanz zu erhalten, müssen Sie zwei Mol Phosphor und drei Mol Schwefel nehmen. Wenn Schwefel mit Kohlenstoff wechselwirkt, wird das Carbid des betrachteten Nichtmetalls gebildet. Seine chemische Formel sieht so aus: CS 2. Um ein Mol dieser Substanz zu erhalten, müssen Sie ein Mol Kohlenstoff und zwei Mol Schwefel nehmen. Alle oben beschriebenen Additionsreaktionen finden nur statt, wenn die Reaktanten auf hohe Temperaturen erhitzt werden. Wir haben die Wechselwirkung von Schwefel mit einfachen Stoffen betrachtet, kommen wir nun zum nächsten Punkt.

Schwefel und komplexe Verbindungen

Verbindungen sind solche Stoffe, deren Moleküle aus zwei (oder mehr) verschiedenen Elementen bestehen. Die chemischen Eigenschaften von Schwefel ermöglichen es ihm, mit Verbindungen wie Alkalien sowie konzentrierter Sulfatsäure zu reagieren. Seine Reaktionen mit diesen Substanzen sind ziemlich eigentümlich. Überlegen Sie zunächst, was passiert, wenn das fragliche Nichtmetall mit Alkali gemischt wird. Wenn wir zum Beispiel sechs Mol nehmen und drei Mol Schwefel hinzufügen, erhalten wir zwei Mol Kaliumsulfid, ein Mol dieses Metallsulfits und drei Mol Wasser. Diese Art von Reaktion kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Die Wechselwirkung erfolgt nach dem gleichen Prinzip, wenn Sie hinzufügen. Als nächstes betrachten Sie das Verhalten von Schwefel in einer konzentrierten Lösung Sulfatsäure wird dazugegeben. Wenn wir ein Mol der ersten und zwei Mol der zweiten Substanz nehmen, erhalten wir folgende Produkte: Schwefeltrioxid in einer Menge von drei Mol sowie Wasser - zwei Mol. Diese chemische Reaktion kann nur stattfinden, wenn die Reaktanten auf eine hohe Temperatur erhitzt werden.

Erhalt des betrachteten Nichtmetalls

Es gibt mehrere Hauptmethoden, mit denen Schwefel aus einer Vielzahl von Substanzen extrahiert werden kann. Die erste Methode besteht darin, es aus Pyrit zu isolieren. Letzteres hat die chemische Formel FeS 2 . Wenn diese Substanz ohne Zugang zu Sauerstoff auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, können ein weiteres Eisensulfid - FeS - und Schwefel erhalten werden. Die Reaktionsgleichung lautet wie folgt: FeS 2 \u003d FeS + S. Die zweite Methode zur Gewinnung von Schwefel, die häufig in der Industrie verwendet wird, ist die Verbrennung von Schwefelsulfid unter der Bedingung einer geringen Menge Sauerstoff. In diesem Fall können Sie das betrachtete Nichtmetall und Wasser erhalten. Um die Reaktion durchzuführen, müssen Sie die Komponenten in einem Molverhältnis von zwei zu eins einnehmen. Als Ergebnis erhalten wir die Endprodukte im Verhältnis von zwei zu zwei. Die Gleichung für diese chemische Reaktion kann wie folgt geschrieben werden: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Darüber hinaus kann Schwefel bei verschiedenen metallurgischen Prozessen gewonnen werden, beispielsweise bei der Herstellung von Metallen wie Nickel. Kupfer und andere.

Industrielle Nutzung

Das von uns betrachtete Nichtmetall hat seine breiteste Anwendung in der chemischen Industrie gefunden. Wie oben erwähnt, wird es hier verwendet, um daraus Sulfatsäure zu gewinnen. Darüber hinaus wird Schwefel als Bestandteil für die Herstellung von Streichhölzern verwendet, da es sich um ein brennbares Material handelt. Auch bei der Herstellung von Sprengstoff, Schießpulver, Wunderkerzen etc. ist es unverzichtbar. Darüber hinaus wird Schwefel als einer der Inhaltsstoffe in Schädlingsbekämpfungsmitteln verwendet. In der Medizin wird es als Bestandteil bei der Herstellung von Arzneimitteln gegen Hautkrankheiten verwendet. Außerdem wird die betreffende Substanz bei der Herstellung verschiedener Farbstoffe verwendet. Darüber hinaus wird es bei der Herstellung von Leuchtstoffen verwendet.

Elektronische Struktur von Schwefel

Wie Sie wissen, bestehen alle Atome aus einem Kern, in dem sich Protonen – positiv geladene Teilchen – und Neutronen, also Teilchen mit der Ladung Null, befinden. Elektronen kreisen mit negativer Ladung um den Kern. Damit ein Atom neutral ist, muss es in seiner Struktur die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen haben. Sind von Letzteren mehr vorhanden, handelt es sich bereits um ein negatives Ion – ein Anion. Ist dagegen die Zahl der Protonen größer als die Zahl der Elektronen, handelt es sich um ein positives Ion oder Kation. Das Schwefelanion kann als Säurerest wirken. Es ist Teil der Moleküle von Substanzen wie Sulfidsäure (Schwefelwasserstoff) und Metallsulfiden. Ein Anion wird während der elektrolytischen Dissoziation gebildet, die auftritt, wenn eine Substanz in Wasser gelöst wird. In diesem Fall zerfällt das Molekül in ein Kation, das als Metall- oder Wasserstoffion dargestellt werden kann, sowie in ein Kation – ein Ion eines Säurerests oder einer Hydroxylgruppe (OH-).

Da die Seriennummer des Schwefels im Periodensystem sechzehn ist, können wir schließen, dass sich genau diese Anzahl an Protonen in seinem Kern befindet. Auf dieser Grundlage können wir sagen, dass sich auch sechzehn Elektronen drehen. Die Anzahl der Neutronen kann ermittelt werden, indem die Seriennummer des chemischen Elements von der Molmasse abgezogen wird: 32 - 16 \u003d 16. Jedes Elektron dreht sich nicht zufällig, sondern entlang einer bestimmten Umlaufbahn. Da Schwefel ein chemisches Element ist, das zur dritten Periode des Periodensystems gehört, gibt es drei Umlaufbahnen um den Kern. Das erste hat zwei Elektronen, das zweite acht und das dritte sechs. Die elektronische Formel des Schwefelatoms lautet wie folgt: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Verbreitung in der Natur

Grundsätzlich findet sich das betrachtete chemische Element in der Zusammensetzung von Mineralien, die Sulfide verschiedener Metalle sind. Zunächst einmal ist es Pyrit - Eisensalz; es ist auch Blei, Silber, Kupferglanz, Zinkblende, Zinnober - Quecksilbersulfid. Darüber hinaus kann Schwefel auch in die Zusammensetzung von Mineralien aufgenommen werden, deren Struktur durch drei oder mehr chemische Elemente dargestellt wird.

Zum Beispiel Chalkopyrit, Mirabilit, Kieserit, Gips. Sie können jeden von ihnen genauer betrachten. Pyrit ist ein Eisensulfid oder FeS 2 . Es hat eine hellgelbe Farbe mit einem goldenen Glanz. Dieses Mineral findet sich oft als Verunreinigung in Lapislazuli, der häufig zur Herstellung von Schmuck verwendet wird. Dies liegt daran, dass diese beiden Mineralien oft ein gemeinsames Vorkommen haben. Kupferglanz – Chalkosin oder Chalkosin – ist eine bläulich-graue Substanz, ähnlich wie Metall. und Silberglanz (Argentit) haben ähnliche Eigenschaften: Sie sehen beide aus wie Metalle, haben eine graue Farbe. Zinnober ist ein bräunlich-rotes, mattes Mineral mit grauen Flecken. Chalkopyrit, dessen chemische Formel CuFeS 2 ist, ist goldgelb, es wird auch Goldblende genannt. Zinkblende (Sphalerit) kann eine Farbe von Bernstein bis Feuerorange haben. Mirabilit – Na 2 SO 4 x10H 2 O – transparente oder weiße Kristalle. Es wird auch in der Medizin verwendet genannt. Die chemische Formel von Kieserit ist MgSO 4 x H 2 O. Es sieht aus wie ein weißes oder farbloses Pulver. Die chemische Formel von Gips lautet CaSO 4 x2H 2 O. Außerdem ist dieses chemische Element Bestandteil der Zellen lebender Organismen und ein wichtiges Spurenelement.