Maskvos valstybinė akademija
Smulkioji cheminė technologija
Pavadintas M.V. Lomonosovas
Kursinis darbas
Disciplina: Cheminės technologijos pagrindai
Tema:
Sieros rūgšties gamyba iš sieros.
Mokytojas: Igumnovas Michailas Stepanovičius
Studentas: Troyan Natalija Sergeevna
M-32 grupė
Maskva, 1999 m
Įvadas ................................................... ...................................... 3
Žaliava .................................................. ........................ 7
Tikslinio produkto charakteristikos .................................. 8
Cheminė proceso schema .................................................. 10
1.Sieros deginimas. ......................................................................... 10
2. Kontaktinis SO 2 oksidavimas į SO 3 ............................................ 11
3.Sieros trioksido absorbcija. ..................................................... 12
Skaičiavimo užduotis ................................................... . .............. 14
Skaičiavimas ................................................... .............. 15
.................................. 15
............................. 16
3. Medžiagų balansas. ............................................................. 19
Bibliografija................................................................ ................ dvidešimt
Įvadas.
Sieros rūgštis yra pati stipriausia ir pigiausia rūgštis. Tarp chemijos pramonės gaminamų mineralinių rūgščių sieros rūgštis užima pirmąją vietą pagal gamybą ir vartojimą. Sieros rūgštis nerūko, koncentruota nesunaikina juodųjų metalų, tuo pačiu yra viena stipriausių rūgščių, plačiame temperatūrų diapazone (nuo -40 ... -20 iki 260 - 336,5 * C) yra skysta būsena. Jis plačiai naudojamas mineralinių trąšų, įvairių druskų ir rūgščių, visų rūšių organinių produktų, dažiklių, dūmų ir sprogmenų gamyboje ir kt. Sieros rūgštis įvairiai pritaikoma naftos, metalurgijos, metalo apdirbimo, tekstilės, odos ir kitose pramonės šakose, naudojama kaip vandenį atstumianti ir džiovinanti medžiaga, naudojama neutralizavimo procesuose, ėsdinimo ir kt. Svarbiausios sieros rūgšties panaudojimo sritys parodytos diagramoje.
Dar XIII amžiuje sieros rūgštis buvo gauta nedideliais kiekiais termiškai skaidant geležies sulfatą FeSO 4, todėl ir dabar viena iš sieros rūgšties atmainų vadinama vitriolio aliejumi, nors sieros rūgštis iš vitriolio nebuvo gaminama jau seniai. laikas.
Šiuo metu sieros rūgštis gaminama dviem būdais: azotiniu, gyvuojančiu daugiau nei 200 metų, ir kontaktiniu, kuris XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje išsivystė pramonėje. Kontaktinis metodas išstumia azoto (bokšto) metodą. Pirmasis sieros rūgšties gamybos bet kokiu būdu etapas yra sieros dioksido gamyba deginant sieringas žaliavas. Išvalius sieros dioksidą (ypač taikant kontaktinį metodą), jis oksiduojamas iki sieros trioksido, kuris sujungiamas su vandeniu ir gaunama sieros rūgštis. SO 2 oksidacija į SO 3 normaliomis sąlygomis vyksta itin lėtai. Norėdami pagreitinti procesą, naudojami katalizatoriai.
Šiuo metu kontaktiniu būdu gaunama koncentruota sieros rūgštis, oleumas ir 100 % sieros anhidridas.
Didėjant sieros rūgšties gamybai, plečiasi ir sieros rūgšties gamyklų produkcijos asortimentas, organizuojama itin grynos rūgšties, 100% SO 2, kokybiško oleumo ir rūgšties gamyba bei gamyba. daugėja naujų produktų, kurių pagrindą sudaro SO 2. Be oleumo, koncentruotos sieros rūgšties ir akumuliatorių rūgšties, buitinės gamyklos taip pat gamina daugiau grynos, geresnės kokybės kontaktinės rūgšties (dirbtinio pluošto, titano baltumo ir kt. gamybai), gryno oleumo, chemiškai grynos ir reaktyvios sieros rūgšties.
Pastaraisiais metais sieros rūgšties gamybos procesas buvo gerokai patobulintas. Plačiai naudojamas pirito deginimas verdančiame sluoksnyje ir sieros deginimas cikloninėje krosnyje, žymiai padidinamas šilumos, išsiskiriančios deginant žaliavas ir kituose sieros rūgšties gamybos etapuose, panaudojimas. Sieros rūgšties bokštų sistemų našumas nuolat didinamas išlaikant optimalų technologinį režimą, sukurtą tyrimų pagrindu; bokštų sistemų intensyvumas siekia 250 kg / m 3 per dieną. Įvaldytas kontaktinis-bokštinis sieros rūgšties gamybos procesas, kurio metu HNO 3 suvartojama 6-7 kg 1 tonai H 2 SO 4.
Susisiekus Taikant sieros rūgšties gamybos metodą, sieros dioksidas oksiduojamas į trioksidą ant kietų kontaktinių masių. Dėl patobulinto kontaktinio gamybos metodo grynesnės ir labai koncentruotos kontaktinės sieros rūgšties kaina yra tik šiek tiek didesnė nei bokštinės rūgšties. Šiuo metu daugiau nei 90% visos rūgšties pagaminama kontaktiniu būdu.
Termiškai stabili kontaktinė vanadžio masė (granulių ir žiedų pavidalu) su žema užsidegimo temperatūra dabar naudojama kaip kontaktinio proceso katalizatorius. Buvo atliktas darbas, siekiant įsisavinti SO 2 oksidacijos procesą verdančiojo katalizatoriaus sluoksnyje. Svarbus patobulinimas yra dvigubas kontaktas, kuris užtikrina aukštą SO 2 oksidacijos laipsnį ant katalizatoriaus (iki 99,8%) ir dėl to nebereikia papildomo sanitarinio išmetamųjų dujų valymo.
Įvedamas H 2 SO 4 kondensacijos procesas, pakeičiantis sieros anhidrido absorbciją.
Taip pat sieros rūgšties, anhidrido arba bevandenio kalcio sulfato CaSO 4, gipso arba dihidrato druskos CaSO 4 * 2H 2 O ir fosfogipso, kuris yra koncentruotų fosforo trąšų (gipso, fluoro junginių, fosforo mišinio) gamybos atliekos, gamybai. oksidai, SO 2 ir kitos priemaišos) naudojami ...
Azoto Azoto oksidai naudojami kaip katalizatorius. SO 2 oksidacija daugiausia vyksta skystoje fazėje ir vyksta supakuotuose bokštuose. Todėl azoto metodas, pagal instrumentinę ypatybę, vadinamas bokštas... Azoto metodo esmė yra ta, kad degimo dujos yra apdorojamos sieros rūgštimi, kurioje yra ištirpę azoto oksidai. Degimo dujų sieros anhidridas yra absorbuojamas nitrozės, o po to oksiduojamas azoto oksidais vykstant reakcijai: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + 2NO. Susidaręs NO blogai tirpsta nitrozėje ir išsiskiria, o po to iš dalies oksiduojamas deguonimi iki NO 2. NO ir NO 2 mišinys vėl absorbuojamas H2SO4.
Pramonė gamina trijų rūšių komercinę sieros rūgštį:
Bokšto rūgštis: С = 75%, t kristalai = -29,5 * С
Kontaktinė rūgštis: C = 92,5%, t kristalas = -22,0 * C
Oleum: C = 20% nemokama SO 3, t kristalai = + 2 * С
Sieros rūgšties panaudojimo schema
Žaliavos.
Tradiciškai pagrindiniai žaliavų šaltiniai yra siera ir geležies (sieros) piritas. Maždaug pusė sieros rūgšties SSRS buvo gauta iš sieros, trečdalis – iš pirito. Žaliavų balanse reikšmingą vietą užima spalvotosios metalurgijos išmetamosios dujos, kuriose yra sieros dioksido.
Siekiant apsaugoti aplinką, visame pasaulyje imamasi priemonių panaudoti pramonines atliekas, kuriose yra sieros. Su šiluminių elektrinių ir metalurgijos gamyklų išmetamosiomis dujomis į atmosferą išmetama žymiai daugiau sieros dioksido nei sunaudojama sieros rūgšties gamybai. Dėl mažos SO 2 koncentracijos tokiose išmetamosiose dujose perdirbimas ne visada įmanomas.
Tuo pačiu metu išmetamosios dujos yra pigiausia žaliava, didmeninės pirito kainos taip pat yra žemos, o siera yra pati brangiausia žaliava. Todėl norint, kad sieros rūgšties gamyba iš sieros būtų ekonomiškai pagrįsta, turi būti sukurta schema, kurioje jos perdirbimo kaštai būtų žymiai mažesni nei pirito ar išmetamųjų dujų perdirbimo kaštai.
Tikslinio produkto charakteristikos.
Sieros rūgštis gali egzistuoti kaip nepriklausomas cheminis junginys H 2 SO 4, taip pat kaip junginiai su vandeniu H 2 SO 4 * 2H 2 O, H 2 SO 4 * H 2 O, H 2 SO 4 * 4H 2 O ir su sieros trioksidu H 2 SO 4 * SO 3, H 2 SO 4 * 2SO 3.
Technologijoje sieros rūgštis dar vadinama bevandeniu H 2 SO 4 ir jos vandeniniais tirpalais (iš tikrųjų tai yra H 2 O, SO 2 ir H 2 SO 4 * nH 2 O junginių mišinys) ir sieros trioksido tirpalais bevandenyje. H 2 SO 4 - oleumas (H 2 SO 4 ir junginių H 2 SO 4 * nSO 3 mišinys).
Bevandenė sieros rūgštis yra sunkus, riebus, bespalvis skystis, bet kokiu santykiu maišantis su vandeniu ir sieros trioksidu. Sieros rūgšties fizinės savybės, tokios kaip tankis, kristalizacijos temperatūra, virimo temperatūra, priklauso nuo jos sudėties.
Bevandenė 100% rūgštis turi santykinai aukštą kristalizacijos temperatūrą - 10,7 * C. Siekiant sumažinti komercinio produkto užšalimo galimybę transportavimo ir sandėliavimo metu, techninės sieros rūgšties koncentracija parenkama tokia, kad jos kristalizacijos temperatūra būtų pakankamai žema. Pramonė gamina trijų rūšių komercinę sieros rūgštį.
Sieros rūgštis ir vanduo sudaro azeotropinį 98,3 % H 2 SO 4 ir 1,7 % H 2 O mišinį, kurio didžiausia virimo temperatūra (336,5 * C). Azeotropinės koncentracijos rūgšties pusiausvyros skysčio ir garų fazių sudėtis yra tokia pati; atskiestuose rūgščių tirpaluose garų fazėje vyrauja vandens garai, garų fazėje virš oleumo SO 3 pusiausvyrinė koncentracija didelė.
Sieros rūgštis yra labai aktyvi. Jis ištirpina metalų oksidus ir daugumą grynų metalų, aukštesnėje temperatūroje išstumia visas kitas rūgštis iš druskų. Sieros rūgštis ypač noriai dera su vandeniu dėl savo gebėjimo suteikti hidratų. Jis atima vandenį iš kitų rūgščių, iš kristalinių druskų druskų ir net angliavandenilių deguonies darinių, kuriuose nėra vandens, o vandenilio ir deguonies derinyje H: O = 2. Koncentruotoje sieros rūgštyje sunaikinama mediena ir kiti augalų bei gyvūnų audiniai, kuriuose yra celiuliozės (C 6 H 10 O 5), krakmolo ir cukraus; vanduo jungiasi su rūgštimi ir iš audinio lieka tik smulkiai išsklaidyta anglis. Atskiestoje rūgštyje celiuliozė ir krakmolas skyla, sudarydami cukrų. Koncentruota sieros rūgštis, patekusi ant žmogaus odos, sukelia nudegimus.
Proceso chemija
1.Sieros deginimas.
Kai kūrenamos dujos gaunamos deginant sierą, nereikia jų valyti nuo nešvarumų. Paruošimo etapas apims tik dujų dehidrataciją ir rūgšties panaudojimą. Deginant sierą, įvyksta negrįžtama egzoterminė reakcija:
S + O 2 = SO 2 (1)
išskiriant labai daug šilumos: H pokytis = -362,4 kJ / mol arba vieneto masė 362,4 / 32 = 11,325 kJ / t = 11325 kJ / kg S.
Išlydyta skysta siera, tiekiama degimui, išgaruoja (užverda) 444,6 * С temperatūroje; garavimo šiluma yra 288 kJ / kg. Kaip matyti iš aukščiau pateiktų duomenų, sieros degimo reakcijos šilumos pakanka žaliavai išgaruoti, todėl sieros ir deguonies sąveika vyksta dujų fazėje (homogeninė reakcija).
Sieros deginimas pramonėje atliekamas taip. Siera preliminariai išlydoma (tam galima naudoti vandens garus, gautus panaudojus pagrindinės sieros degimo reakcijos šilumą). Kadangi sieros lydymosi temperatūra yra santykinai žema, mechanines priemaišas, kurios nepateko į skystąją fazę, nesunku atskirti nusėdus ir vėliau filtruojant iš sieros ir gauti pakankamo grynumo žaliavą. Išlydytai sierai deginti naudojamos dviejų tipų krosnys - antgalis ir cikloninis. Juose turi būti numatytas skystos sieros purškimas, kad ji greitai išgaruotų ir būtų užtikrintas patikimas kontaktas su oru visose aparato dalyse.
Iš krosnies kūrenamos dujos patenka į atliekų šilumos katilą, o po to į kitus aparatus.
Sieros dioksido koncentracija degimo dujose priklauso nuo sieros ir degimui tiekiamo oro santykio. Jei oras paimamas stechiometriniu kiekiu, t.y. kiekvienam sieros moliui 1 molis deguonies, tada, visiškai sudegus sierai, koncentracija bus lygi deguonies tūrinei daliai ore С so2.max = 21%. Tačiau oro paprastai imama per daug, nes kitu atveju temperatūra orkaitėje bus per aukšta.
Adiabatiškai deginant sierą, stechiometrinės sudėties reakcijos mišinio degimo temperatūra bus ~ 1500 * C. Praktiškai galimybę padidinti temperatūrą krosnyje riboja tai, kad virš 1300 * C krosnies ir dujų kanalų pamušalas greitai suyra. Paprastai deginant sierą gaunamos skrudinimo dujos, kuriose yra 13-14% SO 2.
2. Kontaktinė SO 2 oksidacija v SO 3
Kontaktinė sieros dioksido oksidacija yra tipiškas heterogeninės oksidacinės egzoterminės katalizės pavyzdys.
Tai viena iš labiausiai ištirtų katalizinių sintezių. SSRS fundamentaliausią SO 2 oksidacijos iki SO 3 tyrimo ir katalizatorių kūrimo darbą atliko G.K. Boreskovas Sieros dioksido oksidacijos reakcija
SO 2 + 0,5 O 2 = SO 3 (2)
pasižymi labai didele aktyvacijos energijos verte, todėl praktinis jo įgyvendinimas įmanomas tik esant katalizatoriui.
Pramonėje pagrindinis SO 2 oksidacijos katalizatorius yra vanadžio oksido V 2 O 5 (vanadžio kontaktinė masė) pagrindu pagamintas katalizatorius. Kiti junginiai, pirmiausia platina, taip pat pasižymi cheminiu aktyvumu šioje reakcijoje. Tačiau platinos katalizatoriai yra ypač jautrūs net arseno, seleno, chloro ir kitų priemaišų pėdsakams, todėl palaipsniui buvo pakeisti vanadžio katalizatoriais.
Reakcijos greitis didėja didėjant deguonies koncentracijai, todėl pramonėje procesas vyksta su deguonies pertekliumi.
Kadangi SO 2 oksidacijos reakcija priklauso egzoterminiam tipui, jos veikimo temperatūros režimas turėtų artėti prie optimalių temperatūrų linijos. Temperatūros režimo pasirinkimą papildomai nustato du apribojimai, susiję su katalizatoriaus savybėmis. Žemutinė temperatūros riba yra vanadžio katalizatorių užsidegimo temperatūra, kuri, priklausomai nuo konkretaus katalizatoriaus tipo ir dujų sudėties, yra 400 - 440 * C. viršutinė temperatūros riba yra 600 - 650 * C ir yra nulemta tai, kad virš šių temperatūrų katalizatoriaus struktūra persitvarko ir jis praranda savo aktyvumą.
400–600 * C diapazone procesas turi būti vykdomas taip, kad, didėjant konversijos laipsniui, temperatūra mažėtų.
Dažniausiai pramonėje jie naudoja lentynų kontaktinius įrenginius su išoriniu šilumos mainu. Šilumos mainų schemoje numatomas maksimalus reakcijos šilumos panaudojimas tiekiamoms dujoms šildyti ir tuo pačiu metu dujų aušinimas tarp lentynų.
Vienas iš svarbiausių uždavinių, su kuriuo susiduria sieros rūgšties pramonė, yra padidinti sieros dioksido konversiją ir sumažinti jo išmetimą į atmosferą. Šią užduotį galima išspręsti keliais būdais.
Vienas iš racionaliausių šios problemos sprendimo būdų, plačiai naudojamas sieros rūgšties pramonėje, yra dvigubo kontakto ir dvigubos absorbcijos metodas (DKDA). Norint pakeisti pusiausvyrą į dešinę ir padidinti proceso išeigą, taip pat padidinti proceso greitį, procesas atliekamas šiuo metodu. Jo esmė slypi tame, kad reakcijos mišinys, kuriame SO 2 konversijos laipsnis yra 90–95%, atšaldomas ir siunčiamas į tarpinį absorberį SO 3 išleisti. Likusiose reakcijos dujose O 2: SO 2 santykis žymiai padidėja, todėl reakcijos pusiausvyra pasislenka į dešinę. Naujai įkaitintos reakcijos dujos vėl tiekiamos į kontaktinį aparatą, kuriame ant vieno ar dviejų katalizatoriaus sluoksnių pasiekiama 95% likusio SO 2 konversijos. Bendra SO 2 konversija šiame procese yra 99,5% - 99,8%.
3.Sieros trioksido absorbcija.
Paskutinis sieros rūgšties gamybos proceso kontaktiniu metodu etapas – sieros trioksido absorbcija iš dujų mišinio ir jo pavertimas sieros rūgštimi.
nSO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + (n-1) SO 3 + Q ……… (3)
jei n> 1, tada gaunamas oleumas (SO 3 tirpalas H 2 SO 4)
jei n = 1, tada gaunamas monohidratas (98,3 % H2SO4)
jei n<1, то получается разбавленная серная кислота
Renkantis absorbentą ir absorbcijos etapo vykdymo sąlygas, būtina užtikrinti beveik 100% SO 3 ištraukimą iš dujų fazės. Norint visiškai ekstrahuoti SO 3, būtina, kad pusiausvyros dalinis SO 2 slėgis virš tirpiklio būtų nereikšmingas, nes tai bus didelė varomoji jėga absorbcijos procesui. Tačiau tokie tirpalai, virš kurių paviršiaus yra didelis pusiausvyros dalinis vandens garų slėgis, negali būti naudojami kaip absorbentai. Tokiu atveju dar neištirpusios SO 3 molekulės reaguos su vandens molekulėmis dujų fazėje, sudarydamos sieros rūgšties garus ir greitai kondensuosis, sudarydamos mažyčius sieros rūgšties lašelius, išsisklaidžiusius inertinėje dujinėje terpėje – azote, t.y susidarant sieros rūgšties rūkui:
SO 3 (g) + H 2 O (g) H 2 SO 4 (g) H 2 SO 4 (rūkas); Q> 0
Rūkas prastai sulaikomas įprastoje absorbcinėje įrangoje ir daugiausia su išmetamosiomis dujomis nunešamas į atmosferą, taip užteršdamas aplinką ir padidindamas sieros rūgšties nuostolius.
Pirmiau pateikti svarstymai leidžia išspręsti absorbento pasirinkimo klausimą. Optimalus absorbentas yra 98,3% sieros rūgšties (techninis pavadinimas - monohidratas), atitinkantis azeotropinę sudėtį. Iš tiesų virš šios rūgšties praktiškai nėra vandens garų ar SO 3 garų. Šiuo atveju vykstantį procesą sąlygiškai galima apibūdinti reakcijos lygtimi:
SO 3 + nH 2 SO 4 + H 2 O = (n + 1) H 2 SO 4
Naudojant mažiau koncentruotą sieros rūgštį kaip absorberį, gali susidaryti sieros rūgšties rūkas, o daugiau kaip 100 % sieros rūgšties arba oleumo garų fazėje, pusiausvyros dalinis SO 3 slėgis yra gana didelis, todėl jis nebus visiškai absorbuojamas. Tačiau jei oleumas turi būti gaunamas kaip vienas iš proceso produktų, galima derinti absorbciją oleumu (1-asis absorberis) ir absorbciją 98,3% rūgštimi (2-asis absorberis).
Iš esmės, esant aukštai temperatūrai virš 98,3% rūgšties, pačios rūgšties dalinis garų slėgis gali būti reikšmingas, o tai taip pat sumažins SO 3 absorbcijos laipsnį. Žemesnėje nei 100 * C temperatūroje H 2 SO 4 pusiausvyros garų slėgis yra labai mažas, todėl galima pasiekti beveik 100 % absorbciją.
Taigi, norint užtikrinti aukštą absorbcijos laipsnį, sieros rūgšties koncentracija absorberyje turi būti artima 98,3%, o temperatūra turi būti žemesnė nei 100 * C. Tačiau SO 3 absorbcijos procese rūgštis fiksuojama (padidėja jos koncentracija), o temperatūra kyla dėl reakcijos egzotermiškumo. Siekiant sumažinti šių reiškinių slopinamąjį poveikį, absorbcija vykdoma taip, kad H 2 SO 4 koncentracija vienu metu per absorberį padidėtų tik 1-1,5%, fiksuota sieros rūgštis kolektoriuje praskiedžiama iki koncentracijos. 98,3%, atšaldomas išoriniame šaldytuve ir vėl naudojamas absorbcijai, užtikrinant didelį cirkuliacijos greitį.
Skaičiavimo užduotis
Pasirinkimo numeris 3
Sieros rūgšties gamybos etapai:
1. žaliavų paruošimas : sieros valymas ir lydymas; oro valymas, džiovinimas ir dozavimas;
2. deginant sierą : S + O 2 = SO 2 (1) Procesas atliekamas esant oro pertekliui;
3. kontaktinė oksidacija SO 2 v SO 3: SO 2 + 0,5O 2 = SO 3 (2) Procesas vykdomas ant vanadžio katalizatoriaus 420-550 * C temperatūroje;
4. absorbcija SO 3 : SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 (3). Absorbcijos bokštas virinamas su grįžtamu šaldytuvu 98,3 % H2SO4. Prieš išsiunčiant į sandėlį, rūgštis atskiedžiama iki ~ 93% H 2 SO 4 pagal GOST reikalavimus.
Pradiniai skaičiavimo duomenys
Skaičiavimo atlikimas.
1. Sudarome gamybos schemą.
|
|
|||
 |
||||
011 - Skysta siera
012 - Oras
12 - SO 2 kiekis. dujų
23 – SO 3 turinys. dujų
301 - Išmetamosios dujos
302 – sieros rūgštis
2. Kiekvieno mazgo lygčių sudarymas.
1. Sudarykite pirmojo mazgo lygtis:
0,92 * N 011 = N 12 SO2
N 12 SO2 = N 12 * 0,08 N 011 = X 1
0,92 * N 011 = N 12 * 0,08 N 12 = X 3
0,92 * X 1 = X 3 * 0,08 (1)
2 ... Sudarome antrojo mazgo lygtis:
a) 0,99 * N 12 SO2 = N 23 SO3
0,99 * N 12 * 0,08 = N 23 SO3 N 23 SO3 = X 4
0,99 * X 3 * 0,08 = X 4 (2)
b) N 12 * (0,21–0,08) = 2N 23 SO3
X * (0,21–0,08) = 2X 4 (3)
3 . Sudarome trečiojo mazgo lygtį:
a) G 302 * 0,925 = 2000 pagrindinė lygtis G 302 = X 7
X 7 * 0,925 = 2000 (4)
b) 0,998 * N 23 SO3 = 2000 / ponas (H 2 SO 4)
0,998 * X 4 = 2000/98 (5)
c) N 301 = N 301 SO2 + N 301 N2 + N 301 SO3 + N 301 O2
N 301 SO2 = N 12 SO2 * (1–0,99) = N 12 SO2 * 0,01 = N 12 * 0,08 * 0,01
N 301 N2 = 0,79 * N 012
N 301 SO3 = N 23 SO3 * (1–0,998) = 0,002 * N 23 SO3
N 301 O2 = N 12 * (0,21–0,08) -1 / 2 * N 12 * (0,21–0,08) = N 12 * 0,13 * (1–
1/2) = 0,13 / 2 * N 12
N 301 = N 12 * 0,08 * 0,01 + 0,79 * N 012 + 0,002 * N 23 SO3 + 0,065 * N 12
N 301 = 0,0658 * N 12 + 0,79 * N 012 + 0,002 * N 23 SO3
X 6 = 0,0658 * X 3 + 0,79 * X 2 + 0,002 * X 1 (6)
Bet turime atsižvelgti į tai, kad N 12 = N 012, t.y. X 2 = X 3 (7)
6 nežinomieji ir 7 lygtys. Atmetame (3) lygtį ir gauname lygčių sistemą:
0,92 * X 1 = 0,08 * X 3
0,99 * 0,08 * X 3 = X 4
0,998 * X 4 = 20,41
X 6 = 0,0658 * X 3 + 0,79 * X 2 + 0,002 * X 4
0,92 * X 1 -0,08 * X 3 = 0
0,0792 * X 3 - X 4 = 0
0,8558 * X 3 + 0,002 * X 4 - X 6 = 0
0,92 * X 1 -0,08 * X 3 = 0
0,0792 * X 3 -20,45 = 0
0,8558 * X 3 + 0,002 * 20,45 - X 6 = 0
0,92 * X 1 -0,08 * X 3 = 0
0,8558 * X 3 + 0,041-X 6 = 0
0,92 * X 1 = 0,08 * 257,23
0,8558 * 257,23 + 0,041-X 6 = 0
X 1 = 22,37 = N 011
X 3 = 257,23 = X 2 = N 12 = N 012
X 7 = 2162,2 = G 301
X 4 = 20,45 = N 23 SO3
X 6 = 220,18 = N 301
1. Tikslinio produkto kiekis:
X 7 = G 301 = 2162,2 kg 92,5 % sieros rūgšties
2. Sieros suvartojimas:
X 1 = N 011 = 22,37 kmol
m s = N s * M S = 22,37 * 32 = 715,84 kg
Į sistemą įvesta G S start = 715,84 / 0,92 = 778,1 kg
3. Oro suvartojimas:
X 2 = X 3 = N 012 = 257,23 kmol
G oro = N oro * M oro = 257,23 * 29 = 7459,67 kg
4. Deguonies ir azoto suvartojimo nustatymas
G O2 = 7459,67 * 0,21 = 1566,7 kg
G N2 = 7459,67 * 0,79 = 5893,1 kg
5. Nustatykite SO 2 kiekį dujose:
X 3 = N 12 = 257,23 kmol
N 12SO2 = 257,23 * 0,08 = 20,58 kmol
G SO2 = N SO2 * M SO2 = 20,58 * 64 = 1317 kg
6. Dujose esančio SO 3 nustatymas:
X 4 = N 23 SO3 = 20,45 kmol
G SO3 = N SO3 * M SO3 = 20,45 * 80 = 1636 kg
7. Vandens suvartojimas absorbcijai:
G 03 = G 301 * M H2O / M H2SO4 = 2162,2 * 18/98 = 397 kg
8. Eismo dūmai:
X 6 = N 301 = 220,18 kmol
G 301 = G 301 SO2 + G 301 N2 + G 301 SO3 + G 301 O2 = 1317 * 0,01 + 5893,1 +
0.002*1636+0.065*7459.67=13.17+5893.1+3.27+484.88=
3. Medžiagų balansas.
| Įvesta | Gauta | ||||
| Reagentai | kilogramas | % masės | Produktai | kilogramas | % masės |
| Siera | 778,1 | 9 | Sieros rūgštis: | 2162,2 | 25 |
| Vanduo | 397 | 4,6 | H2SO4 | 2000 | 23,2 |
| Oras: | 7459,67 | 86,4 | H2O | 162,2 | 1,8 |
| 21% O 2 | 1566,7 | 18,1 | Eismo dūmai: | 6394,42 | 74,1 |
| 79% N 2 | 5893,1 | 69,3 | SO 2 | 13,17 | 0,15 |
| N 2 | 5893,1 | 68,25 | |||
| SO 3 | 3,27 | 0,06 | |||
| O 2 | 484,88 | 5,64 | |||
| Neatitikimas | 78,15 | 0,9 | |||
| Iš viso | 8634,77 | 100 | Iš viso | 8634,77 | 100 |
Bibliografija.
1.G.N. Kononova, V.V. Safonovas, N.G. Ganytojas. Cheminės-technologinės sistemos medžiagų balanso algoritmo sukūrimas ir skaičiavimas. Maskva. 1995 metai.
2. Universitetų chemijos-technologinių specialybių vadovėlis, redagavo prof. I.P. Mukhlenova. Bendroji cheminė technologija. 2 dalis „Svarbiausios chemijos pramonės šakos“. Maskvos „aukštoji mokykla“ 1984 m.
3. A.M. Kutepovas, T.I. Bondareva, M.G. Berengarten. Bendroji cheminė technologija. Antrasis leidimas pataisytas ir padidintas. Maskvos „aukštoji mokykla“ 1990 m.
4. Paskaitų konspektas (lektorius: G. N. Kononova)
Gryna siera tiekiama šildomu vamzdynu iš estakados į kolektorių. Skystos sieros, patenkančios į skrudinimo skyrių, šaltinis gali būti ir vienkartinės sieros lydymo bei filtravimo, ir skystos sieros iš geležinkelio cisternų išleidimo ir laikymo įrenginys. Iš kolektoriaus per tarpinį kolektorių, kurio talpa 32 m
Deginant sierą, vykstant reakcijai susidaro sieros dioksidas:
S (skystis) + O2 (dujos) = SO2 (dujos) + 362,4 kJ.
Ši reakcija vyksta išskiriant šilumą.
Skystos sieros degimo procesas oro atmosferoje priklauso nuo degimo sąlygų (temperatūros, dujų srauto greičio), nuo fizikinių ir cheminių savybių (pelenų ir bitumo priemaišų buvimo joje ir kt.) ir susideda iš atskirų nuoseklių etapų:
skystos sieros lašelių maišymas su oru;
kaitinimas ir lašų išgarinimas;
dujų fazės susidarymas ir dujinės sieros užsidegimas;
garų degimas dujų fazėje.
Išvardyti etapai yra neatskiriami vienas nuo kito ir vyksta vienu metu ir lygiagrečiai. Vyksta difuzinis sieros degimo procesas, susidarant sieros dioksidui, nedidelis sieros dioksido kiekis oksiduojamas iki trioksido. Deginant sierą, kylant dujų temperatūrai, SO2 koncentracija didėja proporcingai temperatūrai. Deginant sierą, taip pat susidaro azoto oksidai, kurie teršia rūgšties gamybą ir teršia kenksmingas išmetamąsias dujas. Susidarančių azoto oksidų kiekis priklauso nuo sieros degimo būdo, oro pertekliaus ir proceso temperatūros. Kylant temperatūrai, didėja susidarančių azoto oksidų kiekis. Didėjant oro pertekliaus santykiui, susidarančių azoto oksidų kiekis didėja, pasiekdamas maksimumą, kai oro pertekliaus santykis yra nuo 1,20 iki 1,25, tada mažėja.
Sieros degimo procesas vykdomas ne aukštesnėje kaip 1200 °C projektinėje temperatūroje, kai į ciklonines krosnis tiekiamas oro perteklius.
Deginant skystą sierą susidaro nedidelis kiekis SO3. Bendra sieros dioksido ir trioksido tūrinė dalis proceso dujose po katilo yra iki 12,8%.
Dėl šalto išdžiovinto oro pučiamo į dujų kanalą prieš kontaktinį įrenginį, atliekamas papildomas proceso dujų aušinimas ir praskiedimas iki eksploatacinių normų (bendra sieros dioksido ir sieros trioksido tūrinė dalis ne didesnė kaip 11,0 proc. , temperatūra yra nuo 390 ° C iki 420 ° C).
Skysta siera į degimo įrenginio cikloninių krosnių purkštukus tiekiama dviem panardinamaisiais siurbliais, iš kurių vienas yra rezervinis.
Oras, išdžiovintas džiovinimo bokšte orapūte (vienas – darbinis, vienas – budėjimo režimas), tiekiamas į įrenginį sieros deginimui ir dujų atskiedimui pagal eksploatacinius standartus.
Skystos sieros deginimas nuo 5 iki 15 m 3 / h (nuo 9 iki 27 t / h) atliekamas 2 cikloninėse krosnyse, išdėstytose viena kitos atžvilgiu 110 laipsnių kampu. ir prie katilo prijungta jungiamoji kamera.
Degimui tiekiama skysta filtruota siera, kurios temperatūra yra nuo 135 ° C iki 145 ° C. Kiekvienoje krosnyje yra 4 purkštukai sierai su garų apvalkalu ir vienas paleidimo dujų degiklis.
Dujų temperatūra energetikos katilo išleidimo angoje reguliuojama karšto aplinkkelio droselio sklende, kuri praleidžia dujas iš cikloninių krosnių degimo kameros, taip pat šaltu aplinkkeliu, kuris dalį oro apeina už katilo bloko. į dūmtakį po katilo.
Natūralios cirkuliacijos, vieno praėjimo dujomis varomas vandens vamzdžių energijos technologijos blokas skirtas sieringoms dujoms aušinti deginant skystą sierą ir generuoti perkaitintus garus, kurių temperatūra nuo 420 °C iki 440 °C, esant 3,5–3,9 MPa slėgiui. .
Energetikos bloką sudaro šie pagrindiniai mazgai: būgnas su būgno įtaisu, garinimo įrenginys su konvekciniu ryšuliu, aušinamas vamzdinis rėmas, krosnis, susidedanti iš dviejų ciklonų ir pereinamosios kameros, portalas, rėmas būgnas. 1 pakopos perkaitintuvas ir 1 pakopos ekonomaizeris yra sujungti į vieną nuotolinį bloką, 2 pakopos perkaitintuvas ir 2 pakopos ekonomaizeris yra atskiruose nuotoliniuose blokuose.
Dujų temperatūra už krosnių prieš garinimo bloką pakyla iki 1170 o C. Katilo garintuvo dalyje proceso dujos atšaldomos nuo 450 o C iki 480 o C, po šaltojo aplinkkelio dujų temperatūra mažėja nuo 390 o C iki 420 o C. Atvėsusios proceso dujos nukreipiamos į kitą sieros rūgšties gamybos etapą – sieros dioksido oksidavimą į sieros trioksidą kontaktiniame aparate.
Siera yra cheminis elementas, priklausantis šeštoje grupėje ir trečiajame periodinės lentelės periode. Šiame straipsnyje atidžiau pažvelgsime į jo cheminę sudėtį ir paruošimą, naudojimą ir pan. Fizinė charakteristika apima tokias charakteristikas kaip spalva, elektrinio laidumo lygis, sieros virimo temperatūra ir kt. Cheminė medžiaga apibūdina jos sąveiką su kitomis medžiagomis.
Siera fizikos požiūriu
Tai trapi medžiaga. Įprastomis sąlygomis jis yra kietos agregacijos būsenos. Siera turi citrinos geltoną spalvą.
Ir dažniausiai visi jo junginiai turi geltonus atspalvius. Jis netirpsta vandenyje. Jis turi mažą šilumos ir elektros laidumą. Šios savybės apibūdina jį kaip tipišką nemetalą. Nepaisant to, kad sieros cheminė sudėtis nėra visiškai sudėtinga, ši medžiaga gali turėti keletą variantų. Viskas priklauso nuo kristalinės gardelės sandaros, kurios pagalba jungiasi atomai, tačiau jie nesudaro molekulių.
Taigi, pirmasis variantas yra rombinė siera. Ji pati stabiliausia. Šio tipo sieros virimo temperatūra yra keturi šimtai keturiasdešimt penki laipsniai Celsijaus. Tačiau tam, kad tam tikra medžiaga patektų į dujinę agregacijos būseną, ji pirmiausia turi praeiti per skystą. Taigi, siera tirpsta šimto trylikos laipsnių Celsijaus temperatūroje.
Antrasis variantas yra monoklininė siera. Tai aštrūs kristalai, turintys tamsiai geltoną spalvą. Pirmojo tipo siera tirpsta, o paskui lėtai aušinama, todėl susidaro šios rūšies. Ši veislė turi beveik tas pačias fizines savybes. Pavyzdžiui, šio tipo sieros virimo temperatūra yra tokia pati keturi šimtai keturiasdešimt penki laipsniai. Be to, yra tokia šios medžiagos įvairovė kaip plastikas. Jis gaunamas į šaltą, beveik iki virimo pašildytą vandenį, užpylus rombiniu vandeniu. Šios rūšies sieros virimo temperatūra yra tokia pati. Tačiau medžiaga turi savybę temptis kaip guma.
Kitas fizikinės charakteristikos komponentas, apie kurį norėčiau pakalbėti, yra sieros užsidegimo temperatūra.
Šis indikatorius gali skirtis priklausomai nuo medžiagos tipo ir jos kilmės. Pavyzdžiui, techninės sieros užsidegimo temperatūra yra šimtas devyniasdešimt laipsnių. Tai gana žemas skaičius. Kitais atvejais sieros pliūpsnio temperatūra gali būti du šimtai keturiasdešimt aštuoni laipsniai ir net du šimtai penkiasdešimt šeši. Viskas priklauso nuo to, iš kokios medžiagos jis buvo išgautas, kokio tankio. Tačiau galime daryti išvadą, kad sieros degimo temperatūra yra gana žema, palyginti su kitais cheminiais elementais, ji yra degi medžiaga. Be to, kartais siera gali susijungti į molekules, susidedančias iš aštuonių, šešių, keturių ar dviejų atomų. Dabar, apžvelgę sierą fizikos požiūriu, pereikime prie kito skyriaus.
Cheminis sieros apibūdinimas
Šio elemento atominė masė yra palyginti maža, ji yra lygi trisdešimt dviem gramams vienam moliui. Elemento sieros savybė apima tokią šios medžiagos savybę kaip gebėjimas turėti skirtingą oksidacijos būseną. Tuo jis skiriasi nuo, tarkime, vandenilio ar deguonies. Atsižvelgiant į klausimą, kokia yra sieros elemento cheminė charakteristika, negalima nepaminėti, kad, priklausomai nuo sąlygų, jis turi ir redukuojančių, ir oksiduojančių savybių. Taigi apsvarstykite tam tikros medžiagos sąveiką su įvairiais cheminiais junginiais.
Siera ir paprastos medžiagos
Paprastosios medžiagos yra medžiagos, kuriose yra tik vienas cheminis elementas. Jo atomai gali jungtis į molekules, kaip, pavyzdžiui, deguonies atveju, arba gali nesijungti, kaip yra metalų atveju. Taigi, siera gali reaguoti su metalais, kitais nemetalais ir halogenais.
Sąveika su metalais
Norint atlikti tokį procesą, reikalinga aukšta temperatūra. Esant tokioms sąlygoms, vyksta prisijungimo reakcija. Tai yra, metalo atomai jungiasi su sieros atomais ir sudaro sudėtingas medžiagas, sulfidus. Pavyzdžiui, jei pakaitinate du molius kalio, sumaišydami juos su vienu moliu sieros, gausite vieną molį šio metalo sulfido. Lygtį galima parašyti taip: 2K + S = K 2 S.
Reakcija su deguonimi
Tai sieros deginimas. Dėl šio proceso susidaro jo oksidas. Pastarasis gali būti dviejų tipų. Todėl sieros degimas gali vykti dviem etapais. Pirmasis yra tada, kai vienas molis sieros dioksido susidaro iš vieno molio sieros ir vieno molio deguonies. Šios cheminės reakcijos lygtį galima užrašyti taip: S + O 2 = SO 2. Antrasis etapas yra dar vieno deguonies atomo pridėjimas prie dioksido. Taip atsitinka, jei prie dviejų molių deguonies pridedate vieną molį aukštos temperatūros sąlygomis. Dėl to gauname du molius sieros trioksido. Šios cheminės sąveikos lygtis atrodo taip: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Dėl šios reakcijos susidaro sieros rūgštis. Taigi, atlikę du aprašytus procesus, gautą trioksidą galite praleisti per vandens garų srovę. Ir gauname tokios reakcijos lygtį, parašytą taip: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.
6sąveika su halogenais
Cheminės medžiagos, kaip ir kiti nemetalai, leidžia reaguoti su tam tikra medžiagų grupe. Tai apima tokius junginius kaip fluoras, bromas, chloras, jodas. Siera reaguoja su bet kuriuo iš jų, išskyrus paskutinį. Pavyzdys yra mūsų svarstomos periodinės lentelės elemento fluoravimo procesas. Kaitinant minėtą nemetalą halogenu, galima gauti dvi fluoro variacijas. Pirmasis atvejis: paėmę vieną molį sieros ir tris molius fluoro, gauname vieną molį fluoro, kurio formulė yra SF 6. Lygtis atrodo taip: S + 3F 2 = SF 6. Be to, yra ir antras variantas: paėmę vieną molį sieros ir du molius fluoro, gausime vieną molį fluorido, kurio cheminė formulė SF 4. Lygtis parašyta taip: S + 2F 2 = SF 4. Kaip matote, viskas priklauso nuo komponentų maišymo proporcijų. Lygiai taip pat galite atlikti sieros chlorinimo (taip pat gali susidaryti dvi skirtingos medžiagos) arba brominimo procesą.
Sąveika su kitomis paprastomis medžiagomis
Tai dar nesibaigia elemento sieros apibūdinimas. Jis taip pat gali chemiškai reaguoti su vandeniliu, fosforu ir anglimi. Dėl sąveikos su vandeniliu susidaro sulfidinė rūgštis. Dėl jo reakcijos su metalais galima gauti jų sulfidus, kurie, savo ruožtu, taip pat gaunami tiesiogiai sąveikaujant sierai su tuo pačiu metalu. Vandenilio atomai prisijungia prie sieros atomų tik esant labai aukštai temperatūrai. Kai siera reaguoja su fosforu, susidaro jos fosfidas. Jo formulė yra tokia: P 2 S 3. Norint gauti vieną molį šios medžiagos, reikia paimti du molius fosforo ir tris molius sieros. Kai siera sąveikauja su anglimi, susidaro nemetalinis karbidas. Jo cheminė formulė atrodo taip: CS 2. Norint gauti vieną molį tam tikros medžiagos, reikia paimti vieną molį anglies ir du molius sieros. Visos aukščiau aprašytos pridėjimo reakcijos vyksta tik tada, kai reagentai kaitinami iki aukštos temperatūros. Išnagrinėjome sieros sąveiką su paprastomis medžiagomis, dabar pereikime prie kito punkto.
Sieros ir kompleksiniai junginiai
Sudėtingos medžiagos yra tos medžiagos, kurių molekulės susideda iš dviejų (ar daugiau) skirtingų elementų. Cheminės sieros savybės leidžia jai reaguoti su tokiais junginiais kaip šarmai ir koncentruota sulfatinė rūgštis. Jo reakcijos su šiomis medžiagomis yra gana savotiškos. Pirmiausia apsvarstykite, kas atsitinka, kai atitinkamas nemetalas sumaišomas su šarmu. Pavyzdžiui, jei paimsite šešis molius ir į juos įpilsite tris molius sieros, gausite du molius kalio sulfido, vieną molį šio metalo sulfito ir tris molius vandens. Tokio tipo reakciją galima išreikšti tokia lygtimi: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Jei pridėsite, sąveika vyksta pagal tą patį principą. Toliau apsvarstykite sieros elgseną, kai koncentruota įpilama sulfato rūgšties tirpalo. Jei paimtume vieną molį pirmosios ir du molius antrosios medžiagos, gautume tokius produktus: sieros trioksidas po tris molius, o vanduo - du moliai. Ši cheminė reakcija gali vykti tik tada, kai reagentai pašildomi iki aukštos temperatūros.
Aptariamo nemetalo gavimas
Yra keli pagrindiniai būdai, kuriais galite išskirti sierą iš įvairių medžiagų. Pirmasis būdas yra išgauti jį iš pirito. Pastarojo cheminė formulė yra FeS 2. Kai tam tikra medžiaga kaitinama iki aukštos temperatūros nepasiekiant deguonies, galima gauti kitą geležies sulfidą – FeS – ir sierą. Reakcijos lygtis parašyta tokia forma: FeS 2 = FeS + S. Antrasis sieros gamybos būdas, dažnai naudojamas pramonėje, yra sieros sulfido deginimas, jei yra nedidelis deguonies kiekis. Tokiu atveju galima gauti atitinkamą nemetalą ir vandenį. Norėdami atlikti reakciją, turite paimti komponentus moliniu santykiu nuo dviejų iki vieno. Dėl to galutinius produktus gauname proporcijomis nuo dviejų iki dviejų. Šios cheminės reakcijos lygtį galima parašyti taip: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. Be to, siera gali būti gaunama vykstant įvairiems metalurginiams procesams, pavyzdžiui, gaminant metalus, pvz. nikelis, varis ir kt.
Pramoninis naudojimas
Nemetalas, apie kurį mes svarstome, buvo plačiai pritaikytas chemijos pramonėje. Kaip minėta aukščiau, čia jis naudojamas iš jo gauti sulfato rūgštį. Be to, siera naudojama kaip degtukų gamybos sudedamoji dalis, nes ji yra degi medžiaga. Ji taip pat nepakeičiama gaminant sprogmenis, paraką, kibirkštis ir kt. Be to, siera naudojama kaip vienas iš kenkėjų kontrolės ingredientų. Medicinoje jis naudojamas kaip komponentas gaminant vaistus nuo odos ligų. Taip pat nagrinėjama medžiaga naudojama įvairių dažiklių gamyboje. Be to, jis naudojamas fosforo gamyboje.
Elektroninė sieros struktūra
Kaip žinote, visi atomai susideda iš branduolio, kuriame yra protonų – teigiamai įkrautų dalelių – ir neutronų, tai yra dalelių, kurių įkrovimas nulinis. Elektronai sukasi aplink branduolį, kurio krūvis yra neigiamas. Kad atomas būtų neutralus, jo struktūroje turi būti tiek pat protonų ir elektronų. Jei pastarųjų yra daugiau, tai jau yra neigiamas jonas – anijonas. Jei, priešingai, protonų yra daugiau nei elektronų, tai yra teigiamas jonas arba katijonas. Sieros anijonas gali veikti kaip rūgštinė liekana. Tai yra medžiagų, tokių kaip sulfidinė rūgštis (vandenilio sulfidas) ir metalų sulfidai, molekulių dalis. Anijonas susidaro elektrolitinės disociacijos metu, kai medžiaga ištirpsta vandenyje. Šiuo atveju molekulė skyla į katijoną, kuris gali būti metalo jono arba vandenilio pavidalu, taip pat katijonas – rūgšties liekanos arba hidroksilo grupės (OH-) jonas.
Kadangi sieros eilės skaičius periodinėje lentelėje yra šešiolika, galime daryti išvadą, kad jos branduolyje yra tik tiek protonų. Remdamiesi tuo, galime teigti, kad aplink taip pat skrieja šešiolika elektronų. Neutronų skaičių galima rasti iš molinės masės atėmus cheminio elemento eilės skaičių: 32 - 16 = 16. Kiekvienas elektronas sukasi ne chaotiškai, o tam tikra orbita. Kadangi siera yra cheminis elementas, priklausantis trečiajam periodinės lentelės periodui, aplink branduolį yra trys orbitos. Pirmasis iš jų turi du elektronus, antrasis – aštuonis, trečiasis – šešis. Sieros atomo elektroninė formulė užrašoma taip: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Paplitimas gamtoje
Iš esmės nagrinėjamas cheminis elementas randamas mineralų, kurie yra įvairių metalų sulfidai, sudėtyje. Visų pirma, tai piritas – geležies druska; taip pat yra švino, sidabro, vario blizgesio, cinko mišinio, cinoberio – gyvsidabrio sulfido. Be to, siera taip pat gali būti mineralų, kurių struktūrą reprezentuoja trys ar daugiau cheminių elementų, dalis.
Pavyzdžiui, chalkopiritas, mirabilitas, kizeritas, gipsas. Galite apsvarstyti kiekvieną iš jų išsamiau. Piritas yra geležies sulfidas arba FeS 2. Jis yra šviesiai geltonos spalvos su auksiniu blizgesiu. Šio mineralo dažnai kaip priemaišą galima rasti lapis lazuli, kuris plačiai naudojamas papuošalams gaminti. Taip yra dėl to, kad šie du mineralai dažnai turi bendrą telkinį. Vario blizgesys – chalkocitas, arba chalkocitas – yra melsvai pilka medžiaga, panaši į metalą. ir sidabro blizgesys (argentitas) pasižymi panašiomis savybėmis: abu savo išvaizda primena metalus, turi pilką spalvą. Cinabaras yra rusvai raudonas, nuobodus mineralas su pilkomis dėmėmis. Chalkopiritas, kurio cheminė formulė yra CuFeS 2, yra aukso geltonumo, jis taip pat vadinamas aukso mišiniu. Cinko mišinys (sfaleritas) gali būti nuo gintaro iki ugniai oranžinės spalvos. Mirabilitas – Na 2 SO 4 x10H 2 O – skaidrūs arba balti kristalai. Jis taip pat vadinamas vartojamu medicinoje. Kizerito cheminė formulė yra MgSO 4 xH 2 O. Jis atrodo kaip balti arba bespalviai milteliai. Gipso cheminė formulė yra CaSO 4 x2H 2 O. Be to, šis cheminis elementas yra gyvų organizmų ląstelių dalis ir yra svarbus mikroelementas.
Sieros degimo proceso fizikiniai ir cheminiai pagrindai.
S degimas vyksta išskiriant didelį šilumos kiekį: 0,5S 2g + O 2g = SO 2g, ΔH = -362,43 kJ
Degimas yra cheminių ir fizikinių reiškinių kompleksas. Degimo įtaisas turi susidoroti su sudėtingais greičių, koncentracijų ir temperatūrų laukais, kuriuos sunku apibūdinti matematiškai.
Išlydyto S degimas priklauso nuo atskirų lašelių sąveikos ir degimo sąlygų. Degimo proceso efektyvumą lemia kiekvienos sieros dalelės visiško degimo laikas. Prieš sieros degimą, kuris vyksta tik dujų fazėje, išgaruoja S, jo garai sumaišomi su oru ir mišinio kaitinimas iki t, kuris užtikrina reikiamą reakcijos greitį. Kadangi nuo lašo paviršiaus intensyviau pradeda garuoti tik ties tam tikra t, tai kiekvienas skystos sieros lašas turi būti įkaitintas iki šio t. Kuo t didesnis, tuo ilgiau lašelis sušyla. Virš lašelio paviršiaus susidarius degiam garų S ir oro mišiniui, kurio didžiausia koncentracija ir t, užsiliepsnoja. Lašelio S degimo procesas priklauso nuo degimo sąlygų: t ir santykinio dujų srauto greičio bei skysčio S fizikinių ir cheminių savybių (pavyzdžiui, kietųjų pelenų priemaišų buvimo S) ir susideda iš etapų: 1-skysčio S lašelių sumaišymas su oru; 2-šių lašų kaitinimas ir išgarinimas; 3-terminis S garų skilimas; 4-dujinės fazės susidarymas ir jos uždegimas; 5-dujų fazės degimas.
Šie etapai vyksta beveik vienu metu.
Dėl kaitinimo pradeda garuoti skysčio S lašas, S garai difunduoja į degimo zoną, kur esant dideliam t pradeda aktyviai reaguoti su ore esančiu O 2, vyksta difuzinis S degimo procesas su SO 2 susidarymas.
Esant dideliam t, oksidacijos reakcijos S greitis yra didesnis už fizikinių procesų greitį, todėl bendrą degimo proceso greitį lemia masės ir šilumos perdavimo procesai.
Molekulinė difuzija lemia ramų, gana lėtą degimo procesą, o turbulentinė difuzija jį pagreitina. Mažėjant lašelių dydžiui, trumpėja jų išgaravimo laikas. Smulkus sieros dalelių purškimas ir tolygus jų pasiskirstymas oro sraute padidina kontaktinį paviršių, palengvina dalelių kaitinimą ir išgaravimą. Degimo metu kiekvienam degiklio sudėtyje esančiam lašui S reikia išskirti 3 laikotarpius: aš-inkubacija; II- intensyvus deginimas; III- vėlesnio deginimo laikotarpis.
Kai lašas dega nuo jo paviršiaus, atsiranda liepsnos emisijos, panašios į saulės blyksnius. Priešingai nei įprastas difuzinis degimas, kai nuo degančio lašo paviršiaus išstumiami liepsnos liežuvėliai, jis vadinamas „sprogiu degimu“.
Lašelių S degimas difuzijos režimu vykdomas išgarinant molekules nuo lašelio paviršiaus. Garavimo greitis priklauso nuo skysčio fizikinių savybių ir t aplinkos, jį lemia garavimo greičio charakteristika. Diferencialiniame režime S užsidega I ir III laikotarpiais. Sprogstamasis lašelio deginimas stebimas tik intensyvaus deginimo periodu antrajame periode. Intensyvaus degimo periodo trukmė proporcinga pradinio lašelio skersmens kubui. Taip yra dėl to, kad sprogstamasis degimas yra procesų, vykstančių lašelių tūryje, seka. Degimo greičio charakteristika vyčas. f-le: KAM= / τ cg;
d n - pradinis lašo skersmuo, mm; τ – visiško lašo sudegimo laikas, s.
Lašelio degimo greičio charakteristika yra lygi difuzijos ir sprogstamojo degimo charakteristikų sumai: KAM= K vz + K dif; Kvz= 0,78 ∙ exp (- (1,59 ∙ p) 2,58); K skirt= 1,21 ∙ p +0,23; K T2= K T1 ∙ exp (E a / R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); К Т1 - degimo greičio konstanta esant t 1 = 1073 K. К Т2 - konstanta. šildymo greitis esant t skiriasi nuo t 1. E a yra aktyvacijos energija (7850 kJ / mol).
TADA. Pagrindinės efektyvaus skysčio S degimo sąlygos yra: viso reikiamo oro kiekio tiekimas į liepsnos žiotis, smulkus ir tolygus skysčio S purškimas, srauto turbulencija ir didelė t.
Bendroji skysčio S garavimo intensyvumo priklausomybė nuo dujų greičio ir t: K 1= a ∙ V / (b + V); a, b – konstantos priklausomai nuo t. V - greitis dujos, m/s. Esant didesnei t, garavimo greičio S priklausomybė nuo dujų greičio yra tokia: K 1= Iki maždaug ∙ V n;
| t, о С | lgK apie | n |
| 4,975 | 0,58 | |
| 5,610 | 0,545 | |
| 6,332 | 0,8 |
Padidėjus t nuo 120 iki 180 ° C, garavimo greitis S padidėja 5–10 kartų, o nuo 180 iki 440 ° C – 300–500 kartų.
Garavimo intensyvumas esant 0,104 m/s dujų greičiui nustatomas: = 8,745 - 2600 / T (esant 120-140 o C); = 7.346 –2025 / Т (esant 140-200 о С); = 10.415 - 3480 / T (esant 200-440 o C).
Norint nustatyti garavimo S intensyvumą bet kuriuo t nuo 140 iki 440 ° C ir dujų greitį 0,026-0,26 m / s diapazone, pirmiausia jis nustatomas esant 0,104 m / s dujų greičiui ir perskaičiuojamas į kitą greitį. : lg = lg + n ∙ lgV `` / V `; Palyginus skystos sieros garavimo intensyvumą ir degimo greitį, galima teigti, kad degimo intensyvumas negali viršyti garavimo intensyvumo sieros virimo temperatūroje. Tai patvirtina degimo mechanizmo teisingumą, pagal kurį siera dega tik garų pavidalu. Sieros garų oksidacijos greičio konstanta (reakcija vyksta pagal antros eilės lygtį) nustatoma pagal kinetinę lygtį: -dС S / d = К ∙ С S ∙ С О2; С S - garų koncentracija S; С О2 - О 2 garų galas; K yra reakcijos greičio konstanta. Bendra garų S ir O 2 koncentracija yra: C S= a (1-x); C O2= b - 2х; a – pradinė garų koncentracija S; b - pradinis O 2 garų galas; x yra garų S oksidacijos būsena. Tada:
К ∙ τ= (2,3 / (b - 2a)) ∙ (lg (b - ax / b (1 - x)));
S oksidacijos reakcijos į SO 2 greičio konstanta: lgK= B - A / T;
| o C | 650 - 850 | 850 - 1100 |
| V | 3,49 | 2,92 |
| A |
Sieros lašai d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm sprogmenyje, 100-160 µm srityje lašelių degimo laikas nepadidėja.
Tai. degimo procesui suintensyvinti patartina purkšti sierą ant lašelių d = 130-200 imkm, tam reikia papildomos energijos. Deginant tiek pat S gauta. SO 2 yra kuo labiau koncentruotas, tuo mažesnis krosnies dujų tūris ir didesnis jo t.
1 - С О2; 2 - SU SO2
Paveiksle parodytas apytikslis ryšys tarp t ir SO2 koncentracijos krosnies dujose, susidariusiose adiabatiškai degant sierai ore. Praktiškai gaunamas labai koncentruotas SO 2, kurį riboja tai, kad esant t> 1300, krosnies ir dujų kanalų pamušalas greitai sunaikinamas. Be to, tokiomis sąlygomis gali įvykti šalutinės oro O 2 ir N 2 reakcijos, susidarant azoto oksidams, kurie yra nepageidaujama SO 2 priemaiša, todėl sieros krosnyse dažniausiai palaikoma t = 1000-1200. O krosnies dujose yra 12-14 tūrio% SO 2. Iš vieno tūrio O 2 susidaro vienas tūris SO 2, todėl maksimalus teorinis SO 2 kiekis skrudinimo dujose deginant S ore yra 21%. Deginant S ore, šaudant. O 2 SO 2 kiekis dujų mišinyje gali padidėti priklausomai nuo O 2 koncentracijos. Teorinis SO 2 kiekis deginant S gryname O 2 gali siekti 100 %. Galima skrudinimo dujų, gaunamų deginant S ore ir įvairiuose deguonies-azoto mišiniuose, sudėtis parodyta paveikslėlyje:
Krosnys sieros deginimui.
S deginimas sieros rūgšties gamyboje atliekamas krosnyse susmulkintoje arba kietoje būsenoje. Išlydytam S deginti naudokite purkštuką, ciklonines ir vibracines krosnis. Plačiausiai naudojamas cikloninis ir antgalis. Šios krosnys klasifikuojamos pagal šias charakteristikas:- pagal sumontuotų purkštukų tipą (mechaninis, pneumatinis, hidraulinis) ir jų vietą krosnyje (radialinis, tangentinis); - degimo kamerose esantys ekranai; - pagal vykdymą (horizontalus, vertikalus); - pagal oro įleidimo angų vietą; - ant prietaisų, skirtų oro srautams maišyti su garais S; - pagal degimo šilumos S panaudojimo įrangą; - pagal kamerų skaičių.
Purkštukų krosnis (ryžiai)
1 - plieninis cilindras, 2 - pamušalas. 3 - asbestas, 4 - pertvaros. 5 - kuro purškimo antgalis, 6 - sieros purškimo antgalis,
7 - dėžė oro tiekimui į krosnį.
Jis gana paprastos konstrukcijos, lengvai prižiūrimas, jame susidaro dujos, pastovi SO 2 koncentracija. Iki rimtų trūkumų apima: laipsnišką pertvarų sunaikinimą dėl didelio t; mažas degimo kameros šilumos įtempis; sunku gauti didelės koncentracijos dujas, tk. naudoti didelį oro perteklių; degimo proceso priklausomybė nuo purškimo S kokybės; didelės degalų sąnaudos paleidžiant ir kaitinant krosnį; palyginti dideli matmenys ir svoris ir dėl to didelės kapitalo investicijos, išvestiniai plotai, eksploatacinės išlaidos ir dideli šilumos nuostoliai aplinkai.
Tobulesnis cikloninės krosnys.
1 - prieškamerinė, 2 - oro dėžė, 3, 5 - papildomo degiklio kameros, 4. 6 gnybtų žiedai, 7, 9 - purkštukai oro tiekimui, 8, 10 - purkštukai sierai tiekti.
Dost-va: tangentinis oro ir S įėjimas; užtikrina tolygų S degimą krosnyje dėl geresnio srautų turbulizacijos; galimybė gauti koncentruotas technologines dujas iki 18 tūrio % SO 2; didelis degimo kameros terminis įtempis (4,6 10 6 W / m 3); aparato tūris sumažėja 30-40 kartų, lyginant su tokio paties našumo purkštukų krosnies tūriu; pastovi SO 2 koncentracija; paprastas degimo procentų S reguliavimas ir jo automatizavimas; mažas laiko ir degiųjų medžiagų suvartojimas krosnies šildymui ir paleidimui po ilgo išjungimo; mažesnis azoto oksidų kiekis po krosnies. Pagrindinis ned-ki susijęs su dideliu degimo procento t; galimas pamušalo ir suvirinimo siūlių įtrūkimas; Nepatenkinamai išpurškus S, jo garai prasiskverbia į įrangos t / mainus po krosnies, taigi ir įrangos koroziją bei t nepastovumą prie įėjimo į įrangos t / mainus.
Molten S gali patekti į krosnį per tangentinius arba ašinius purkštukus... Esant purkštukų išdėstymui, degimo zona yra arčiau periferijos. Su tangen-m - arčiau centro, dėl to sumažėja didelio t poveikis pamušalui. (Pav.) Dujų srautas yra 100-120 m/s – tai sudaro palankias sąlygas masės ir šilumos perdavimui bei degimo greičiui S.
Vibracinė orkaitė (ryžiai).
1 - degiklio krosnies galvutė; 2 - grįžtamieji vožtuvai; 3 - vibracijos kanalas.
Vibracinio degimo metu periodiškai kinta visi proceso parametrai (slėgis kameroje, dujų mišinio greitis ir sudėtis, t). Prietaisas vibracijai. degimas S vadinamas degikliu. S ir oras sumaišomi prieš krosnį ir per atbulinius vožtuvus (2) patenka į degiklio krosnies galvutę, kur mišinys deginamas. Žaliavų tiekimas vykdomas porcijomis (ciklinis procesas). Šioje krosnies versijoje šiluminis įtempis ir degimo greitis žymiai padidėja, tačiau prieš uždegant mišinį būtina gerai sumaišyti purškiamą S su oru, kad procesas vyktų akimirksniu. Tokiu atveju degimo produktai gerai susimaišo, suardoma S daleles supanti SO 2 dujų plėvelė ir palengvinamas naujų O 2 dalių patekimas į degimo zoną. Tokioje krosnyje susidaręs SO 2 neturi nesudegusių dalelių, jo koncentracija didelė.
Cikloninei krosnei, palyginti su purkštine krosnele, būdingas 40-65 kartus didesnis šiluminis įtempis, galima gauti labiau koncentruotas dujas ir didesnę garo gamybą.
Svarbiausia skysčio S deginimo krosnių įranga yra antgalis, kuris turi užtikrinti smulkų ir tolygų skysčio S purškimą, gerą jo sumaišymą su oru pačiame purkštuke ir už jo, greitą skysčio S debito reguliavimą išlaikant. reikiamą jo santykį su oru, konkrečios formos stabilumą, degiklio ilgį, taip pat turi tvirtą struktūrą, patikimą ir paprastą naudoti. Kad purkštukai veiktų sklandžiai, svarbu, kad S būtų gerai išvalytas nuo pelenų ir bitumo. Purkštukai yra mechaninio (skystis veikiamas savo slėgio) ir pneumatinio (purškiant vis dar dalyvauja oras) veikimo.
Sieros degimo šilumos panaudojimas.
Reakcija yra labai egzoterminė, dėl to išsiskiria didelis šilumos kiekis, o dujų temperatūra išėjimo iš krosnių angoje yra 1100-1300 0 C. Kontaktinei SO 2 oksidacijai dujų temperatūra prie įėjimo į krosnį. 1-as pjaustytuvo sluoksnis neturi viršyti 420 - 450 0 С. Todėl prieš SO 2 oksidacijos etapą būtina atvėsinti dujų srautą ir panaudoti šilumos perteklių. Sieros rūgšties sistemose, kuriose naudojama siera šilumos atgavimui, dažniausiai naudojami vandenvamzdžiai šilumos rekuperaciniai katilai su natūralia šilumos cirkuliacija. SETA - C (25 - 24); RKS 95 / 4,0–440.
Energetikos katilas RKS 95 / 4,0 - 440 yra vandenvamzdis, natūralios cirkuliacijos, sandarus dujoms katilas, skirtas slėginiam darbui. Katilą sudaro 1 ir 2 pakopos garinimo įrenginiai, 1,2 pakopos išoriniai ekonomaizeriai, 1,2 pakopos išoriniai perkaitintuvai, būgnas, sieros deginimo krosnys. Krosnis skirta kūrenti iki 650 tonų skysčio. Siera per dieną. Krosnis susideda iš dviejų ciklonų, sujungtų vienas kito atžvilgiu 110° kampu, ir pereinamosios kameros.
Vidinis korpusas 2,6 m skersmens, laisvai remiasi į atramas. Išorinis korpusas yra 3 m skersmens.Žiedinę erdvę sudaro vidinis ir išorinis korpusai, įvedamas oras, kuris vėliau per purkštukus patenka į degimo kamerą. Į krosnį siera tiekiama naudojant 8 sieros purkštukus, po 4 kiekviename ciklone. Sieros degimas vyksta besisukančioje dujų-oro srovėje. Srauto sūkurys pasiekiamas tangentiškai į degimo cikloną įleidžiant orą per oro purkštukus, po 3 kiekviename ciklone. Oro kiekis reguliuojamas motoriniais sklendėmis ant kiekvieno oro purkštuko. Pereinamoji kamera skirta nukreipti dujų srautą iš horizontalių ciklonų į vertikalų garinimo įrenginio dujų kanalą. Vidinis krosnies paviršius išklotas 250 mm storio mulito-korundo plyta MKS-72.
1 - ciklonai
2 - perėjimo kamera
3 - garinimo įrenginiai
Sieros degimas yra sudėtingas procesas dėl to, kad sieros molekulės turi skirtingą atomų skaičių skirtingose alotropinėse būsenose ir jos fizikinės bei cheminės savybės labai priklauso nuo temperatūros. Reakcijos mechanizmas ir produktų išeiga kinta priklausomai nuo temperatūros ir deguonies slėgio.
| Rasos taško priklausomybės nuo CO2 kiekio degimo produktuose pavyzdys. |
Sieros degimas 80 ° C temperatūroje galimas dėl įvairių priežasčių. Dar nėra tvirtai nusistovėjusios šio proceso teorijos. Daroma prielaida, kad dalis to atsiranda pačioje krosnyje esant aukštai temperatūrai ir esant pakankamai oro pertekliui. Tyrimai šia kryptimi (66 pav.) rodo, kad esant nedideliam oro pertekliui (maždaug cst 1 05 ir mažiau), 80 s susidarymas dujose smarkiai sumažėja.
Sieros degimas deguonyje vyksta 280 C temperatūroje, o ore – 360 C temperatūroje.
Sieros degimas vyksta visame krosnies tūryje. Tokiu atveju dujos gaunamos labiau koncentruotos ir jų apdorojimas atliekamas mažesnių matmenų įrenginiuose, o dujų valymas beveik neįtraukiamas. Sieros dioksidas, gaunamas deginant sierą, be sieros rūgšties gamybos, daugelyje pramonės šakų naudojamas naftos distiliatų valymui kaip šaldymo agentas, cukraus gamyboje ir kt. SCb transportuojamas plieniniuose cilindruose ir cisternos skystos būsenos. SO2 suskystinamas suspaudžiant iš anksto išdžiovintas ir atšaldytas dujas.
Sieros degimas vyksta visame krosnies tūryje ir baigiasi pertvarų 4 suformuotose kamerose, į kurias tiekiamas papildomas oras. Iš šių kamerų pašalinamos karštos krosnies dujos, kuriose yra sieros dioksido.
Sieros deginimą labai lengva atlikti mechaninėse krosnyse. Viršutiniuose krosnelių aukštuose, kur degančioje medžiagoje yra daug FeS2, visa liepsna nuspalvinta mėlyna spalva – tai būdinga siera deganti liepsna.
Sieros degimo procesas aprašomas lygtimi.
Sieros degimas stebimas per stebėjimo stiklą krosnies sienelėje. Išlydytos sieros temperatūra turi būti palaikoma 145 - 155 C ribose. Jei temperatūra ir toliau kyla, sieros klampumas palaipsniui didėja ir 190 C temperatūroje ji virsta tiršta tamsiai ruda mase, todėl ją itin sunku išgauti. siurblys ir purškimas.
Kai siera deginama, vienam sieros atomui tenka viena deguonies molekulė.
| Kombinuotos kontaktinės bokšto sistemos schema, naudojant natūralią rūgštį kaip žaliavą bokšto rūgšties gamybai. |
Kai krosnyje deginama siera, gaunamos skrudinimo sieros dujos, kuriose yra apie 14% SO2, o temperatūra krosnies išleidimo angoje yra apie 1000 C. Esant tokiai temperatūrai, dujos patenka į atliekinės šilumos katilą 7, kur garai. gaunamas sumažinus jo temperatūrą iki 450 C. Į kontaktinį aparatą 8 būtina tiekti sieros dioksidą, kuriame yra apie 8% SO2, todėl po atliekinės šilumos katilo dalis dujų arba visos degimo dujos atskiedžiamos iki 8% SO2 šildomu oru. šilumokaitis 9. Kontaktiniame aparate 50–70 % sieros anhidrido oksiduojasi į sieros anhidridą.