Rikin polttoprosessin fysikaaliset ja kemialliset perusteet.

S:n palaminen tapahtuu vapauttamalla suuri määrä lämpöä: 0,5S 2g + O 2g \u003d SO 2g, ΔH \u003d -362,43 kJ

Palaminen on kemiallisten ja fysikaalisten ilmiöiden kompleksi. Polttolaitoksessa on käsiteltävä monimutkaisia ​​nopeuksien, pitoisuuksien ja lämpötilojen kenttiä, joita on vaikea kuvata matemaattisesti.

Sulan S:n palaminen riippuu yksittäisten pisaroiden vuorovaikutus- ja palamisolosuhteista. Polttoprosessin tehokkuus määräytyy kunkin rikkihiukkasen täydellisen palamisen ajan. Ainoastaan ​​kaasufaasissa tapahtuvaa rikin palamista edeltää S:n haihduttaminen, sen höyryjen sekoittuminen ilman kanssa ja seoksen kuumennus t:hen, mikä saa aikaan tarvittavan reaktionopeuden. Koska haihtuminen pisaran pinnalta alkaa voimakkaammin vasta tietyllä t:llä, on jokainen nestemäisen rikin pisara lämmitettävä tähän t:hen. Mitä korkeampi t, sitä kauemmin pisaran lämmittäminen kestää. Kun pisaran pinnan yläpuolelle muodostuu palava seos höyryjä S ja ilmaa, jonka pitoisuus on maksimi ja t, syttyminen tapahtuu. Pisaran S palamisprosessi riippuu palamisolosuhteista: t ja kaasuvirran suhteellinen nopeus sekä nesteen S fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista (esimerkiksi kiinteän tuhkan epäpuhtauksien läsnäolo S:ssä), ja se koostuu seuraavista vaiheista : 1 - nestemäisen S-pisaroiden sekoittaminen ilman kanssa; 2- näiden pisaroiden lämmitys ja haihdutus; 3-lämpöhöyrynjako S; 4-kaasufaasin muodostuminen ja sen syttyminen; 5-kaasufaasin poltto.

Nämä vaiheet tapahtuvat lähes samanaikaisesti.

Kuumentamisen seurauksena pisara nestettä S alkaa haihtua, S:n höyryt leviävät palamisvyöhykkeelle, jossa korkealla t alkavat aktiivisesti reagoida ilman O 2:n kanssa, S:n diffuusiopalamisprosessi tapahtuu SO 2:n muodostuminen.

Korkealla t:llä hapetusreaktion S nopeus on suurempi kuin fysikaalisten prosessien nopeus, joten palamisprosessin kokonaisnopeus määräytyy massan ja lämmönsiirtoprosessien mukaan.

Molekyylidiffuusio määrittää rauhallisen, suhteellisen hitaan palamisprosessin, kun taas turbulenttinen diffuusio kiihdyttää sitä. Kun pisarakoko pienenee, haihtumisaika lyhenee. Rikkihiukkasten hienosumutus ja tasainen jakautuminen ilmavirrassa lisää kosketuspintaa, helpottaa hiukkasten kuumenemista ja haihtumista. Kunkin yksittäisen pisaran S palamisen aikana polttimen koostumuksessa on erotettava 3 jaksoa: minä- inkubointi; II- voimakas polttaminen; III- burnout-aika.

Kun pisara palaa, sen pinnalta purkautuu liekkejä, jotka muistuttavat auringonpurkausta. Toisin kuin perinteinen diffuusiopoltto, jossa liekit poistuvat palavan pisaran pinnalta, sitä kutsuttiin "räjähdysmäiseksi palamiseksi".

S-pisaran palaminen diffuusiotilassa tapahtuu haihduttamalla molekyylejä pisaran pinnalta. Haihtumisnopeus riippuu nesteen fysikaalisista ominaisuuksista ja ympäristön t:stä, ja sen määrää haihtumisnopeuden ominaisuus. Differentiaalitilassa S palaa jaksoissa I ja III. Pisaran räjähdysmäinen palaminen havaitaan vain intensiivisen palamisen aikana jaksossa II. Voimakkaan palamisen kesto on verrannollinen alkupisaran halkaisijan kuutioon. Tämä johtuu siitä, että räjähdysmäinen palaminen on seurausta pisaran tilavuudessa tapahtuvista prosesseista. Palonopeuden ominaiskäyrä lask. kirjoittaja f-le: Vastaanottaja= /τ sg;

d n on pisaran alkuhalkaisija, mm; τ on pisaran täydellisen palamisen aika, s.

Pisaran palamisnopeuden ominaisuus on yhtä suuri kuin diffuusion ja räjähdysmäisen palamisen ominaisuuksien summa: Vastaanottaja= K vz + K diff; kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙p) 2,58); K ero= 1,21∙p +0,23; K T2\u003d K T1 ∙ exp (E a ​​/ R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); K T1 - palamisnopeusvakio t 1 \u003d 1073 K. K T2 - vakio. kuumennusnopeus t:llä eri kuin t 1 . Еа on aktivointienergia (7850 kJ/mol).

SITTEN. Tärkeimmät edellytykset nesteen S tehokkaalle palamiselle ovat: kaiken tarvittavan ilmamäärän syöttö polttimen suuhun, nesteen S hieno ja tasainen ruiskutus, virtauksen turbulenssi ja korkea t.

Nesteen S haihtumisintensiteetin yleinen riippuvuus kaasun nopeudesta ja t:stä: K 1= a∙V/(b+V); a, b ovat vakioita riippuen t:stä. V - nopeus kaasu, m/s. Suuremmalla t:llä haihtumisintensiteetin S riippuvuus kaasun nopeudesta saadaan seuraavasti: K 1= K o ∙ V n ;

t, o C	lgK noin	n
	4,975	0,58
	5,610	0,545
	6,332	0,8

Kun t nousee 120 o C:sta 180 o C:een, S:n haihtumisintensiteetti kasvaa 5-10-kertaiseksi ja t 180:n 440 o C:een 300-500-kertaiseksi.

Haihtumisnopeus kaasun nopeudella 0,104 m/s määritetään: = 8,745 - 2600/T (120-140 o C:ssa); = 7,346 -2025/T (140 - 200 °C:ssa); = 10,415 - 3480/T (200 - 440 °C:ssa).

Haihtumisnopeuden S määrittämiseksi missä tahansa t:ssä 140 - 440 °C ja kaasun nopeudessa välillä 0,026-0,26 m / s, se löydetään ensin kaasun nopeudelle 0,104 m / s ja lasketaan uudelleen toiseen nopeuteen: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Nestemäisen rikin haihtumisintensiteetin ja palamisnopeuden arvon vertailu osoittaa, että palamisen intensiteetti ei voi ylittää haihtumisintensiteettiä rikin kiehumispisteessä. Tämä vahvistaa palamismekanismin oikeellisuuden, jonka mukaan rikki palaa vain höyrytilassa. Rikkihöyryn hapettumisen nopeusvakio (reaktio etenee toisen kertaluvun yhtälön mukaisesti) määräytyy kineettisellä yhtälöllä: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; C S on höyryn pitoisuus S; C02 - väkevät I-höyryt O 2; K on reaktionopeusvakio. Höyryjen kokonaispitoisuus S ja O 2 op-yut: C S= a(1-x); O2:n kanssa= b - 2ax; a on alkuperäinen höyrypitoisuus S; b - 02-höyryjen alkupitoisuus; х on höyryn hapetusaste S. Sitten:

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

Hapettumisreaktion S nopeusvakio SO 2:ksi: lgK\u003d B - A / T;

noin C	650 - 850	850 - 1100
AT	3,49	2,92
MUTTA

Rikkipisarat d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm räjähdysaineessa, alueella 100-160 µm, pisaroiden palamisaika ei kasva.

Että. palamisprosessin tehostamiseksi on suositeltavaa ruiskuttaa rikkiä pisaroihin d = 130-200 µm, mikä vaatii lisäenergiaa. Kun poltetaan sama määrä S:tä vastaanotettiin. SO 2 on mitä väkevämpi, sitä pienempi on uunikaasun tilavuus ja sitä suurempi sen t.

1 - C02; 2 - SO2:lla

Kuvassa on likimääräinen suhde t:n ja uunikaasun SO 2 -pitoisuuden välillä, joka syntyy ilmassa olevan rikin adiabaattisen polton seurauksena. Käytännössä saadaan erittäin väkevää S02:ta, jota rajoittaa se, että t > 1300:ssa uunin ja kaasukanavien vuoraus tuhoutuu nopeasti. Lisäksi näissä olosuhteissa voi tapahtua sivureaktioita ilman O 2:n ja N 2:n välillä, jolloin muodostuu typen oksideja, jotka ovat SO 2:n ei-toivottuja epäpuhtauksia, joten t = 1000-1200 yleensä ylläpidetään rikkiuuneissa. Ja uunikaasut sisältävät 12-14 tilavuusprosenttia SO 2 . Yhdestä tilavuudesta 02 muodostuu yksi tilavuus SO 2:ta, joten teoreettinen maksimi SO 2 -pitoisuus palamiskaasussa poltettaessa S:ta ilmassa on 21 %. Kun poltetaan S ilmassa, ammutaan. O 2 Kaasuseoksen SO 2 -pitoisuus voi nousta riippuen O 2 -pitoisuudesta. S02:n teoreettinen pitoisuus poltettaessa S:tä puhtaassa O 2:ssa voi olla 100 %. Sillä polttamalla ilmassa ja erilaisissa happi-typpiseoksissa saadun paahtokaasun mahdollinen koostumus on esitetty kuvassa:

Uunit rikin polttamiseen.

S:n poltto rikkihapon tuotannossa suoritetaan uuneissa sumutetussa tai TV-tilassa. Käytä sulaneen S:n polttamiseen suutinta, sykloni- ja täryuuneja. Yleisimmin käytettyjä ovat sykloni ja injektori. Nämä uunit luokitellaan merkkien mukaan:- asennettujen suuttimien tyypin (mekaaninen, pneumaattinen, hydraulinen) ja niiden sijainnin mukaan uunissa (säteittäinen, tangentiaalinen); - seulojen läsnäololla palokammioiden sisällä; - toteutuksen mukaan (horisontit, pystysuorat); - ilmansyöttöä koskevien tuloreikien sijainnin mukaan; - laitteille, jotka sekoittavat ilmavirtoja S-höyryjen kanssa; - laitteille, jotka käyttävät palamislämpöä S; - kameroiden lukumäärän mukaan.

Suutinuuni (riisi)

1 - terässylinteri, 2 - vuori. 3 - asbesti, 4 - väliseinät. 5 - suutin polttoaineen ruiskuttamiseen, 6 suutinta rikin ruiskuttamiseen,

7 - laatikko ilman syöttämiseksi uuniin.

Siinä on melko yksinkertainen rakenne, helppo huoltaa, siinä on kaasukuva, vakio SO 2 -pitoisuus. Vakaviin puutteisiin sisältävät: osioiden asteittainen tuhoaminen korkean t:n vuoksi; polttokammion alhainen lämpöjännitys; vaikeus saada korkean pitoisuuden kaasua, tk. käytä paljon ilmaa; palamisprosentin riippuvuus ruiskutuksen laadusta S; merkittävä polttoaineenkulutus uunin käynnistyksen ja lämmityksen aikana; verrattain suuret mitat ja paino, ja sen seurauksena merkittäviä pääomainvestointeja, tuotantoalueita, käyttökustannuksia ja suuria lämpöhäviöitä ympäristöön.

Täydellisempi sykloniuunit.

1 - esikammio, 2 - ilmalaatikko, 3, 5 - jälkipolttokammiot, 4. 6 puristusrengasta, 7, 9 - suuttimet ilmansyöttöä varten, 8, 10 - suuttimet rikin syöttöä varten.

Toimitus: tangentiaalinen ilmansyöttö ja S; varmistaa S:n tasaisen palamisen uunissa paremman virtauksen turbulenssin ansiosta; mahdollisuus saada lopullinen prosessikaasu jopa 18 % SO 2:sta; uunitilan suuri lämpöjännitys (4,6 10 6 W / m 3); laitteen tilavuus pienenee kertoimella 30-40 verrattuna saman kapasiteetin suutinuunin tilavuuteen; pysyvä pitoisuus SO 2; palamisprosessin S yksinkertainen säätö ja sen automatisointi; lyhyt aika ja palava materiaali uunin lämmittämiseen ja käynnistämiseen pitkän tauon jälkeen; pienempi typen oksidipitoisuus uunin jälkeen. Perusviikot liittyy korkeaan t:hen palamisprosessissa; vuorauksen ja hitsien mahdollinen halkeilu; Epätyydyttävä S:n ruiskutus johtaa sen höyryjen läpimurtoon uunin jälkeisessä t/-vaihtolaitteistossa ja tämän seurauksena laitteiston korroosioon ja t:n epäyhtenäisyyteen t/-vaihtolaitteiston sisääntulossa.

Sula S voi päästä uuniin tangentiaalisten tai aksiaalisten suuttimien kautta. Suuttimien aksiaalisen sijainnin myötä palamisvyöhyke on lähempänä reunaa. Tangentissa - lähempänä keskustaa, minkä vuoksi korkean t:n vaikutus vuoraukseen vähenee. (riisi) Kaasun virtausnopeus on 100-120m/s - tämä luo suotuisat olosuhteet massan ja lämmön siirrolle ja palamisnopeus kasvaa S.

Vibroiva uuni (riisi).

1 – poltinuunin pää; 2 - paluuventtiilit; 3 - värähtelykanava.

Tärinäpolton aikana kaikki prosessin parametrit muuttuvat ajoittain (paine kammiossa, kaasuseoksen nopeus ja koostumus, t). Laite vibraateille. polttoa S kutsutaan uunipolttimeksi. Ennen uunia S ja ilma sekoitetaan ja ne virtaavat takaiskuventtiilien (2) kautta uuni-polttimen kärkeen, jossa seos poltetaan. Raaka-aineiden toimitus tapahtuu osissa (prosessit ovat syklisiä). Tässä uunin versiossa lämpöjännitys ja palamisnopeus kasvavat merkittävästi, mutta ennen seoksen syttämistä ruiskutetun S:n hyvä sekoitus ilman kanssa on välttämätöntä, jotta prosessi sujuu välittömästi. Tällöin palamistuotteet sekoittuvat hyvin, S-hiukkasia ympäröivä SO 2 -kaasukalvo tuhoutuu ja helpottaa uusien O 2 -osien pääsyä palamisvyöhykkeelle. Tällaisessa uunissa syntynyt SO 2 ei sisällä palamattomia hiukkasia, sen pitoisuus on korkea yläosassa.

Sykloniuunille verrattuna suutinuuniin, sille on ominaista 40-65 kertaa suurempi lämpöjännitys, mahdollisuus saada väkevämpää kaasua ja suurempi höyryntuotanto.

Nesteen S polttouunien tärkein varuste on suutin, jonka tulee varmistaa nesteen S ohut ja tasainen suihku, sen hyvä sekoittuminen ilman kanssa itse suuttimessa ja sen takana, nesteen S virtausnopeuden nopea säätö samalla kun säilyttää tarvittava suhde ilman kanssa, tietyn muodon vakaus, polttimen pituus, ja niillä on myös vankka rakenne, luotettava ja helppokäyttöinen. Suuttimien sujuvan toiminnan kannalta on tärkeää, että S on hyvin puhdistettu tuhkasta ja bitumista. Suuttimet ovat mekaanisia (saanto omalla paineella) ja pneumaattisia (ilma on edelleen mukana ruiskutuksessa).

Rikin palamislämmön hyödyntäminen.

Reaktio on erittäin eksoterminen, minkä seurauksena vapautuu suuri määrä lämpöä ja kaasun lämpötila uunien ulostulossa on 1100-1300 0 C. SO 2:n kontaktihapettumiseen kaasun lämpötila 1. Cat-ra-kerroksen lämpötila ei saa ylittää 420 - 450 0 C. Siksi ennen SO 2 -hapetusvaihetta on välttämätöntä jäähdyttää kaasuvirtaa ja käyttää ylimääräistä lämpöä. Lämmön talteenottoon tarkoitetuissa rikillä toimivissa rikkihappojärjestelmissä käytetään yleisimmin vesiputkilämmöntalteenottokattiloita, joissa on luonnollinen lämmönkierto. SETA - C (25 - 24); RKS 95 / 4,0 - 440.

Energiatekninen kattila RKS 95/4.0 - 440 on vesiputki, luonnollinen kierto, kaasutiivis kattila, joka on suunniteltu toimimaan paineistuksen kanssa. Kattila koostuu 1. ja 2. vaiheen haihduttajista, vaiheen 1.2 etäekonomaisereista, vaiheen 1.2 kaukotulistimista, rumpuista, rikkipolttouuneista. Uuni on suunniteltu polttamaan jopa 650 tonnia nestettä. Rikki päivässä. Uuni koostuu kahdesta syklonista, jotka on kytketty toisiinsa nähden 110°:n kulmassa, ja siirtymäkammiosta.

Sisärunko, jonka halkaisija on 2,6 m, lepää vapaasti tukien varassa. Ulkovaipan halkaisija on 3 m. Sisä- ja ulkovaipan muodostama rengasmainen tila täyttyy ilmalla, joka tulee sitten suuttimien kautta palotilaan. Rikki syötetään uuniin 8 rikkisuuttimella, 4 jokaisessa syklonissa. Rikin palaminen tapahtuu pyörivässä kaasu-ilmavirtauksessa. Virran pyörittäminen saadaan aikaan tuomalla tangentiaalisesti ilmaa palamissykloniin ilmasuuttimien kautta, 3 jokaisessa syklonissa. Ilman määrää ohjataan jokaisen ilmasuuttimen moottoroiduilla läppäillä. Siirtymäkammio on suunniteltu ohjaamaan kaasuvirta vaakasuuntaisista sykloneista höyrystimen pystysuoraan kaasukanavaan. Tulipesän sisäpinta on vuorattu MKS-72-merkkisellä muliittikorunditiilellä, paksuus 250 mm.

1 - syklonit

2 - siirtymäkammio

3 - haihdutuslaitteet

Kun paahtokaasua vastaanotetaan polttamalla rikkiä, sitä ei tarvitse puhdistaa epäpuhtauksista. Valmistusvaihe sisältää vain kaasukuivauksen ja hapon hävityksen. Kun rikkiä poltetaan, tapahtuu peruuttamaton eksoterminen reaktio:

S + O 2 = NIIN 2 (1)

erittäin suuren lämpömäärän vapautuessa: muutos H \u003d -362,4 kJ / mol tai massayksikkönä 362,4 / 32 \u003d 11,325 kJ / t \u003d 11325 kJ / kg S.

Polttoa varten toimitettu sula nestemäinen rikki haihtuu (kiehuu) lämpötilassa 444,6 *C; höyrystymislämpö on 288 kJ/kg. Kuten yllä olevista tiedoista voidaan nähdä, rikin palamisreaktion lämpö on varsin riittävä haihduttamaan syöttöraaka-aine, joten rikin ja hapen vuorovaikutus tapahtuu kaasufaasissa (homogeeninen reaktio).

Rikin poltto teollisuudessa suoritetaan seuraavasti. Rikki on esisulatettu (tätä varten voit käyttää vesihöyryä, joka on saatu hyödyntämällä rikin pääpalamisreaktion lämpöä). Koska rikin sulamispiste on suhteellisen alhainen, on mekaaniset epäpuhtaudet helppo erottaa rikistä laskeuttamalla ja sen jälkeen suodattamalla rikistä, joka ei ole päässyt nestefaasiin, ja saada riittävän puhdasta raaka-ainetta. Sulan rikin polttamiseen käytetään kahden tyyppisiä uuneja - suutin ja sykloni. Nestemäisen rikin ruiskuttaminen niihin on tarpeen, jotta se haihtuu nopeasti ja varmistetaan luotettava kosketus ilman kanssa laitteen kaikissa osissa.

Uunista paahtokaasu menee hukkalämpökattilaan ja sitten seuraaviin laitteisiin.

Rikkidioksidin pitoisuus pasutuskaasussa riippuu rikin ja polttoilman suhteesta. Jos ilmaa otetaan stoikiometrinen määrä, ts. jokaista rikkimoolia kohden 1 mooli happea, silloin kun rikki palaa täydellisesti, pitoisuus on yhtä suuri kuin hapen tilavuusosuus ilmassa C, joten 2. max \u003d 21%. Ilmaa otetaan kuitenkin yleensä liikaa, muuten uunin lämpötila nousee liian korkeaksi.

Rikin adiabaattisen polton yhteydessä stoikiometrisen koostumuksen reaktioseoksen polttolämpötila on ~ 1500*C. Käytännössä mahdollisuutta nostaa uunin lämpötilaa rajoittaa se, että yli 1300*C uunin ja kaasukanavien vuoraus tuhoutuu nopeasti. Yleensä rikkiä poltettaessa saadaan paahtokaasua, joka sisältää 13 - 14 % SO 2:ta.

2. So2:n kontaktihapetus so3:ksi

Rikkidioksidin kontaktihapetus on tyypillinen esimerkki heterogeenisestä oksidatiivisesta eksotermisestä katalyysistä.

Tämä on yksi tutkituimpia katalyyttisiä synteesejä. Neuvostoliitossa perusteellisimman työn SO 2:n hapettumista SO 3:ksi ja katalyyttien kehittämistä teki G.K. Boreskov. Rikkidioksidin hapetusreaktio

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

sille on ominaista erittäin korkea aktivointienergian arvo ja siksi sen käytännön toteutus on mahdollista vain katalyytin läsnä ollessa.

Teollisuudessa SO 2:n hapetuksen pääkatalysaattori on vanadiinioksidiin V 2 O 5 (vanadiinikosketusmassa) perustuva katalyytti. Katalyyttistä aktiivisuutta tässä reaktiossa osoittavat myös muut yhdisteet, pääasiassa platina. Platinakatalyytit ovat kuitenkin erittäin herkkiä jopa arseenin, seleenin, kloorin ja muiden epäpuhtauksien jäämille, ja siksi ne on vähitellen korvattu vanadiinikatalyyteillä.

Reaktionopeus kasvaa happipitoisuuden kasvaessa, joten teollisuuden prosessi suoritetaan sen ylimäärällä.

Koska SO 2 -hapetusreaktio kuuluu eksotermiseen tyyppiin, sen toteuttamisen lämpötilajärjestelmän tulisi lähestyä optimaalisten lämpötilojen linjaa. Lämpötilatilan valintaan liittyy lisäksi kaksi katalyytin ominaisuuksiin liittyvää rajoitusta. Alempi lämpötilaraja on vanadiinikatalyyttien syttymislämpötila, joka katalyyttityypistä ja kaasukoostumuksesta riippuen on 400 - 440 * C. lämpötilan yläraja on 600 - 650*C ja sen määrää se tosiasia, että näiden lämpötilojen yläpuolella katalyyttirakenne järjestyy uudelleen ja se menettää aktiivisuutensa.

Alueella 400 - 600*C prosessi pyritään toteuttamaan siten, että konversioasteen kasvaessa lämpötila laskee.

Useimmiten teollisuudessa käytetään ulkoisella lämmönvaihdolla varustettuja hyllykoskettimia. Lämmönvaihtokaavio olettaa reaktiolämmön maksimaalisen käytön lähdekaasun lämmittämiseen ja kaasun samanaikaiseen jäähdytykseen hyllyjen välillä.

Yksi rikkihappoteollisuuden tärkeimmistä tehtävistä on nostaa rikkidioksidin konversioastetta ja vähentää sen päästöjä ilmakehään. Tämä ongelma voidaan ratkaista useilla tavoilla.

Yksi rationaalisimmista menetelmistä tämän ongelman ratkaisemiseksi, jota käytetään laajalti rikkihappoteollisuudessa, on kaksoiskontakti- ja kaksoisabsorptiomenetelmä (DKDA). Tasapainon siirtämiseksi oikealle ja prosessin tuoton lisäämiseksi sekä prosessin nopeuden lisäämiseksi prosessi suoritetaan tämän menetelmän mukaisesti. Sen olemus on siinä, että reaktioseos, jossa S02:n konversioaste on 90 - 95 %, jäähdytetään ja lähetetään väliabsorberiin SO 3:n erottamiseksi. Jäljelle jäävässä reaktiokaasussa 02:S02-suhde kasvaa merkittävästi, mikä johtaa reaktiotasapainon siirtymiseen oikealle. Äskettäin kuumennettu reaktiokaasu syötetään jälleen kosketuslaitteistoon, jossa 95 % jäljellä olevan SO 2:n konversiosta saavutetaan yhdellä tai kahdella katalyyttikerroksella.S02:n kokonaiskonversio tässä prosessissa on 99,5 % - 99,8 %.

Rikki on kemiallinen alkuaine, joka on jaksollisen järjestelmän kuudennessa ryhmässä ja kolmannessa jaksossa. Tässä artikkelissa tarkastelemme yksityiskohtaisesti sen kemikaaleja ja tuotantoa, käyttöä ja niin edelleen. Fysikaalinen ominaisuus sisältää sellaisia ​​ominaisuuksia kuin väri, sähkönjohtavuus, rikin kiehumispiste jne. Kemiallinen ominaisuus kuvaa sen vuorovaikutusta muiden aineiden kanssa.

Rikki fysiikan kannalta

Tämä on herkkä aine. Normaaleissa olosuhteissa se on kiinteässä aggregaatiotilassa. Rikillä on sitruunankeltainen väri.

Ja suurimmaksi osaksi kaikilla sen yhdisteillä on keltaisia ​​sävyjä. Ei liukene veteen. Sillä on alhainen lämmön- ja sähkönjohtavuus. Nämä ominaisuudet luonnehtivat sitä tyypilliseksi ei-metalliksi. Huolimatta siitä, että rikin kemiallinen koostumus ei ole ollenkaan monimutkainen, tällä aineella voi olla useita muunnelmia. Kaikki riippuu kidehilan rakenteesta, jonka avulla atomit yhdistetään, mutta ne eivät muodosta molekyylejä.

Joten ensimmäinen vaihtoehto on rombinen rikki. Hän on vakain. Tämän tyyppisen rikin kiehumispiste on neljäsataaneljäkymmentäviisi celsiusastetta. Mutta jotta tietty aine voisi siirtyä kaasumaiseen aggregaatiotilaan, sen on ensin läpäistävä nestemäinen tila. Joten rikin sulaminen tapahtuu lämpötilassa, joka on satakoltoista celsiusastetta.

Toinen vaihtoehto on monokliininen rikki. Se on neulan muotoisia kiteitä, joiden väri on tummankeltainen. Ensimmäisen tyypin rikin sulaminen ja sitten sen hidas jäähtyminen johtaa tämän tyypin muodostumiseen. Tällä lajikkeella on lähes samat fyysiset ominaisuudet. Esimerkiksi tämän tyyppisen rikin kiehumispiste on edelleen sama neljäsataaneljäkymmentäviisi astetta. Lisäksi tätä ainetta on niin monenlaisia ​​kuin muovi. Se saadaan kaatamalla kylmään veteen, joka on kuumennettu melkein kiehuvaksi rombiseksi. Tämän tyyppisen rikin kiehumispiste on sama. Mutta aineella on ominaisuus venyä kuin kumi.

Toinen fysikaalisen ominaisuuden komponentti, josta haluaisin puhua, on rikin syttymislämpötila.

Tämä indikaattori voi vaihdella materiaalityypin ja sen alkuperän mukaan. Esimerkiksi teknisen rikin syttymislämpötila on satayhdeksänkymmentä astetta. Tämä on melko alhainen luku. Muissa tapauksissa rikin leimahduspiste voi olla kaksisataaneljäkymmentäkahdeksan astetta ja jopa kaksisataaviisikymmentäkuusi. Kaikki riippuu siitä, mistä materiaalista se louhittiin, mikä tiheys sillä on. Mutta voimme päätellä, että rikin palamislämpötila on melko alhainen, verrattuna muihin kemiallisiin alkuaineisiin, se on syttyvä aine. Lisäksi joskus rikki voi yhdistyä molekyyleiksi, jotka koostuvat kahdeksasta, kuudesta, neljästä tai kahdesta atomista. Nyt, kun on tarkasteltu rikkiä fysiikan näkökulmasta, siirrytään seuraavaan osaan.

Rikin kemiallinen karakterisointi

Tällä elementillä on suhteellisen pieni atomimassa, se on kolmekymmentäkaksi grammaa moolia kohden. Rikkielementin ominaisuus sisältää sellaisen tämän aineen ominaisuuden kuin kyvyn eri hapetusasteisiin. Tässä se eroaa esimerkiksi vedystä tai hapesta. Kun otetaan huomioon kysymys siitä, mikä on rikkialkuaineen kemiallinen ominaisuus, on mahdotonta olla mainitsematta, että olosuhteista riippuen sillä on sekä pelkistäviä että hapettavia ominaisuuksia. Joten harkitse järjestyksessä tietyn aineen vuorovaikutusta erilaisten kemiallisten yhdisteiden kanssa.

Rikki ja yksinkertaiset aineet

Yksinkertaiset aineet ovat aineita, jotka sisältävät vain yhden kemiallisen alkuaineen. Sen atomit voivat yhdistyä molekyyleiksi, kuten esimerkiksi hapen tapauksessa, tai ne eivät välttämättä yhdisty, kuten metallien tapauksessa. Joten rikki voi reagoida metallien, muiden ei-metallien ja halogeenien kanssa.

Vuorovaikutus metallien kanssa

Tällaisen prosessin suorittaminen vaatii korkeaa lämpötilaa. Näissä olosuhteissa tapahtuu additioreaktio. Eli metalliatomit yhdistyvät rikkiatomien kanssa muodostaen siten monimutkaisia ​​aineita sulfideja. Jos esimerkiksi lämmität kaksi moolia kaliumia sekoittamalla ne yhteen rikkimooliin, saat yhden moolin tämän metallin sulfidia. Yhtälö voidaan kirjoittaa seuraavassa muodossa: 2K + S = K 2 S.

Reaktio hapen kanssa

Tämä on rikin polttoa. Tämän prosessin seurauksena sen oksidi muodostuu. Jälkimmäinen voi olla kahta tyyppiä. Siksi rikin palaminen voi tapahtua kahdessa vaiheessa. Ensimmäinen on, kun yksi mooli rikkiä ja yksi mooli happea muodostavat yhden moolin rikkidioksidia. Voit kirjoittaa tämän kemiallisen reaktion yhtälön seuraavasti: S + O 2 \u003d SO 2. Toinen vaihe on yhden happiatomin lisääminen dioksidiin. Tämä tapahtuu, jos lisäät yhden moolin happea kahteen mooliin korkeassa lämpötilassa. Tuloksena on kaksi moolia rikkitrioksidia. Tämän kemiallisen vuorovaikutuksen yhtälö näyttää tältä: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Tämän reaktion seurauksena muodostuu rikkihappoa. Joten suorittamalla kuvatut kaksi prosessia on mahdollista johtaa tuloksena oleva trioksidi vesihöyrysuihkun läpi. Ja saamme Tällaisen reaktion yhtälö kirjoitetaan seuraavasti: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.

Vuorovaikutus halogeenien kanssa

Kemiallinen, kuten muutkin epämetallit, antaa sen reagoida tämän aineryhmän kanssa. Se sisältää yhdisteitä, kuten fluorin, bromin, kloorin, jodin. Rikki reagoi minkä tahansa niistä, paitsi viimeksi mainitun kanssa. Esimerkkinä voimme mainita tarkastelemamme jaksollisen järjestelmän elementin fluorausprosessin. Kuumentamalla mainittua epämetallia halogeenilla voidaan saada kaksi fluorimuunnelmaa. Ensimmäinen tapaus: jos otetaan yksi mooli rikkiä ja kolme moolia fluoria, saadaan yksi mooli fluoria, jonka kaava on SF 6. Yhtälö näyttää tältä: S + 3F 2 = SF 6. Lisäksi on toinen vaihtoehto: jos otetaan yksi mooli rikkiä ja kaksi moolia fluoria, saadaan yksi mooli fluoria, jonka kemiallinen kaava on SF 4 . Yhtälö kirjoitetaan seuraavassa muodossa: S + 2F 2 = SF 4 . Kuten näet, kaikki riippuu suhteista, joissa komponentit sekoitetaan. Täsmälleen samalla tavalla on mahdollista suorittaa rikin klooraus (voidaan myös muodostaa kaksi eri ainetta) tai bromaus.

Vuorovaikutus muiden yksinkertaisten aineiden kanssa

Alkuaineen rikki luonnehdinta ei lopu tähän. Aine voi myös päästä kemialliseen reaktioon vedyn, fosforin ja hiilen kanssa. Vuorovaikutuksesta vedyn kanssa muodostuu sulfidihappoa. Sen metallien kanssa tapahtuvan reaktion seurauksena voidaan saada niiden sulfideja, jotka puolestaan ​​saadaan myös rikin suoralla reaktiolla saman metallin kanssa. Vetyatomien lisääminen rikkiatomeihin tapahtuu vain erittäin korkeissa lämpötiloissa. Kun rikki reagoi fosforin kanssa, muodostuu sen fosfidi. Sillä on seuraava kaava: P 2 S 3. Saadaksesi yhden moolin tätä ainetta, sinun on otettava kaksi moolia fosforia ja kolme moolia rikkiä. Kun rikki on vuorovaikutuksessa hiilen kanssa, muodostuu tarkasteltavan epämetallin karbidi. Sen kemiallinen kaava näyttää tältä: CS 2. Saadaksesi yhden moolin tätä ainetta, sinun on otettava yksi mooli hiiltä ja kaksi moolia rikkiä. Kaikki edellä kuvatut additioreaktiot tapahtuvat vain, kun lähtöaineet kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin. Olemme pohtineet rikin vuorovaikutusta yksinkertaisten aineiden kanssa, siirrytään nyt seuraavaan kohtaan.

Rikki ja kompleksiyhdisteet

Yhdisteet ovat aineita, joiden molekyylit koostuvat kahdesta (tai useammasta) eri alkuaineesta. Rikin kemialliset ominaisuudet sallivat sen reagoida yhdisteiden, kuten alkalien, sekä väkevän sulfaattihapon kanssa. Sen reaktiot näiden aineiden kanssa ovat melko omituisia. Mieti ensin, mitä tapahtuu, kun kyseinen ei-metalli sekoitetaan alkaliin. Jos esimerkiksi otamme kuusi moolia ja lisäämme niihin kolme moolia rikkiä, saadaan kaksi moolia kaliumsulfidia, yksi mooli tätä metallisulfiittia ja kolme moolia vettä. Tällainen reaktio voidaan ilmaista seuraavalla yhtälöllä: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Vuorovaikutus tapahtuu saman periaatteen mukaan, jos lisäät Seuraavaksi harkitse rikin käyttäytymistä väkevänä liuoksena sulfaattihappoa lisätään siihen. Jos otamme yhden moolin ensimmäistä ja kaksi moolia toista ainetta, saamme seuraavat tuotteet: rikkitrioksidia kolme moolia ja myös vettä - kaksi moolia. Tämä kemiallinen reaktio voi tapahtua vain, kun reagoivat aineet kuumennetaan korkeaan lämpötilaan.

Tarkoituksenmukaisen ei-metallin saaminen

On olemassa useita päämenetelmiä, joilla rikkiä voidaan uuttaa erilaisista aineista. Ensimmäinen menetelmä on eristää se rikkikiisistä. Jälkimmäisen kemiallinen kaava on FeS 2 . Kun tämä aine kuumennetaan korkeaan lämpötilaan ilman happea, voidaan saada toinen rautasulfidi - FeS - ja rikki. Reaktioyhtälö kirjoitetaan seuraavasti: FeS 2 \u003d FeS + S. Toinen teollisuudessa usein käytetty menetelmä rikin saamiseksi on rikkisulfidin poltto pienen happimäärän olosuhteissa. Tässä tapauksessa voit saada harkittua ei-metallia ja vettä. Reaktion suorittamiseksi sinun on otettava komponentit moolisuhteessa kaksi: yksi. Lopputuloksena saamme lopputuotteet suhteessa kahdesta kahteen. Tämän kemiallisen reaktion yhtälö voidaan kirjoittaa seuraavasti: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Lisäksi rikkiä voidaan saada erilaisissa metallurgisissa prosesseissa, esimerkiksi valmistettaessa metalleja, kuten nikkeliä, kupari ja muut.

Teollinen käyttö

Tarkastelemamme ei-metalli on löytänyt laajimman käyttötarkoituksensa kemianteollisuudessa. Kuten edellä mainittiin, tässä sitä käytetään sulfaattihapon saamiseksi siitä. Lisäksi rikkiä käytetään komponenttina tulitikkujen valmistuksessa, koska se on syttyvä materiaali. Se on myös välttämätön räjähteiden, ruudin, kipinöiden jne. valmistuksessa. Lisäksi rikkiä käytetään yhtenä ainesosana tuholaistorjuntatuotteissa. Lääketieteessä sitä käytetään komponenttina ihosairauksien lääkkeiden valmistuksessa. Lisäksi kyseistä ainetta käytetään erilaisten väriaineiden valmistuksessa. Lisäksi sitä käytetään fosforien valmistuksessa.

Rikin elektroninen rakenne

Kuten tiedät, kaikki atomit koostuvat ytimestä, jossa on protoneja - positiivisesti varautuneita hiukkasia - ja neutroneja, eli hiukkasia, joilla on nollavaraus. Elektronit kiertävät ytimen ympäri negatiivisella varauksella. Jotta atomi olisi neutraali, sen rakenteessa on oltava sama määrä protoneja ja elektroneja. Jos jälkimmäisiä on enemmän, tämä on jo negatiivinen ioni - anioni. Jos päinvastoin protonien lukumäärä on suurempi kuin elektronien lukumäärä, tämä on positiivinen ioni tai kationi. Rikkianioni voi toimia happojäämänä. Se on osa aineiden, kuten sulfidihapon (rikkivety) ja metallisulfidien molekyylejä. Anioni muodostuu elektrolyyttisessä dissosiaatiossa, joka tapahtuu, kun aine liukenee veteen. Tässä tapauksessa molekyyli hajoaa kationiksi, joka voidaan esittää metalli- tai vety-ionina sekä kationiksi - happotähteen tai hydroksyyliryhmän (OH-) ioniksi.

Koska rikin sarjanumero jaksollisessa taulukossa on kuusitoista, voimme päätellä, että juuri tämä määrä protoneja on sen ytimessä. Tämän perusteella voidaan sanoa, että ympäriinsä pyörii myös kuusitoista elektronia. Neutronien lukumäärä voidaan selvittää vähentämällä kemiallisen alkuaineen sarjanumero moolimassasta: 32 - 16 \u003d 16. Jokainen elektroni ei pyöri satunnaisesti, vaan tiettyä kiertorataa pitkin. Koska rikki on kemiallinen alkuaine, joka kuuluu jaksollisen järjestelmän kolmanteen jaksoon, ytimen ympärillä on kolme kiertorataa. Ensimmäisessä on kaksi elektronia, toisessa kahdeksan ja kolmannessa kuusi. Rikkiatomin elektroninen kaava kirjoitetaan seuraavasti: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Esiintyminen luonnossa

Pohjimmiltaan harkittu kemiallinen alkuaine löytyy mineraalien koostumuksesta, jotka ovat eri metallien sulfideja. Ensinnäkin se on rikkikiisu - rautasuola; se on myös lyijyä, hopeaa, kuparin kiiltoa, sinkkisekoitetta, kinaperia - elohopeasulfidia. Lisäksi rikki voidaan sisällyttää myös mineraalien koostumukseen, jonka rakennetta edustaa kolme tai useampi kemiallinen alkuaine.

Esimerkiksi kalkopyriitti, mirabiliitti, kiseriitti, kipsi. Voit tarkastella jokaista niistä yksityiskohtaisemmin. Pyriitti on ferrumsulfidi tai FeS2. Sillä on vaaleankeltainen väri kultaisella kiillolla. Tämä mineraali löytyy usein epäpuhtaudesta lapis lazulista, jota käytetään laajalti korujen valmistukseen. Tämä johtuu siitä, että näillä kahdella mineraalilla on usein yhteinen esiintymä. Kuparin kiilto - kalkosiitti tai kalkosiini - on sinertävän harmaa aine, samanlainen kuin metalli. ja hopeakiillolla (argentiitilla) on samanlaiset ominaisuudet: ne molemmat näyttävät metalleista, niillä on harmaa väri. Cinnabar on ruskeanpunainen himmeä mineraali, jossa on harmaita laikkuja. Kalkopyriitti, jonka kemiallinen kaava on CuFeS 2, on kullankeltainen, sitä kutsutaan myös kultaiseksi seokseksi. Sinkkiseoksen (sfaleriitti) väri voi olla meripihkasta tulioranssiin. Mirabilite - Na 2 SO 4 x10H 2 O - läpinäkyviä tai valkoisia kiteitä. Sitä kutsutaan myös käytettäväksi lääketieteessä. Kieseriitin kemiallinen kaava on MgSO 4 xH 2 O. Se näyttää valkoiselta tai värittömältä jauheelta. Kipsin kemiallinen kaava on CaSO 4 x2H 2 O. Lisäksi tämä kemiallinen alkuaine on osa elävien organismien soluja ja tärkeä hivenaine.