3.6. Принципиальная схема производства.

По технологическому оформлению производство серной кислоты из железного колчедана является наиболее сложным и состоит из нескольких последовательных стадий.

На Рис. 19 представлена принципиальная схема этого производства.

Рис. 19. Принципиальная схема производства серной кислоты из флотационного колчедана:

1 – обжиг флотационного колчедана и получение обжигового газа; 2 – охлаждение газа в котле-утилизаторе; 3 – очистка газа от пыли; 4 – промывка и осушка газа; 5 – подогрев газа; 6 – окисление сернистого ангидрида в серный на катализаторе; 7 – абсорбция серного ангидрида и образование серной кислоты.

Лекция №8 Получение диоксида серы из серы.

ВОПРОСЫ

1. Технологические свойства серы.

2. Теоретические основы горения серы.

3. Схема установки для сжигания серы в распылённом состоянии.

4. Схема производства серной кислоты из серы.

1. Технологические свойства серы.

Кристаллическая сера имеет две модификации ромбическую и моноклинную.

Ромбическая сера. При обычных давлениях сера образует хрупкие кристаллы жёлтого цвета, плавящиеся при 112,8°С, плотность которых равна 2,07 г/см³.

Такая сера нерастворима в воде, но довольно хорошо растворяется в сероуглероде, бензоле и некоторых других жидкостях.

Получается ромбическая сера при испарении растворителя.

Моноклинная сера. Если медленно охлаждать расплавленную серу и, когда она частично затвердевает, слить еще не успевшую застыть жидкость, то на стенках сосуда образуются длинные темно-желтые игольчатые кристаллы моноклинной системы.

Она имеет плотность равную 1,69 г/см³, а температуру плавления – 119,3°С.

Такая сера устойчива только при температуре 96°С. При более низкой температуре кристаллы моноклинной серы светлеют, превращаясь в октаэдры ромбической серы.

Пластическая сера. Получается пластическая сера, если расплавленную серу, нагретую до кипения (444,6°С), вылить тонкой струёй в холодную воду. Образуется мягкая резиноподобная коричневая масса, которая растягивается в нити.

Пластическая сера уже через несколько часов становится хрупкой, приобретает желтый цвет и постепенно превращается в ромбическую.

Строение молекул серы. Криоскопическим методом установлено, что молекулы серы состоят из восьми атомов (S₈). Молекулы серы (S₈) имеют кольцевое строение. Кристаллы и ромбической, и моноклинной серы построены из молекул (S₈). Различие в свойствах кристаллических модификаций обусловлено не различным числом атомов в молекулах, а не одинаковой структурой кристаллов.

Рассмотрим, какие изменения претерпевает сера при медленном нагревании её до температуры кипения.

При 112,8°С сера плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость. При дальнейшем нагревании жидкость темнеет, приобретая красновато бурый цвет. При температуре около 250°С становится настолько вязкой, что не выливается из опрокинутого сосуда. Выше 300°С жидкая сера снова становится подвижной, но цвет её остаётся таким же тёмным. Наконец, при температуре кипения 444,6°С сера закипает, образуя оранжево-желтые пары.

При охлаждении те же явления повторяются в обратном порядке.

Описанные изменения имеют следующие объяснения.

При температурах, превышающих 150 – 160°С, кольцевые молекулы серы (S₈) начинают разрываться. Образующиеся цепочки атомов соединяются друг с другом, в результате получаются длинные полимерные цепи, вследствие чего вязкость расплава сильно увеличивается.

А дальнейшее нагревание приводит к разрыву этих цепей, и вязкость серы вновь снижается.

Возникновение полимерных молекул проходит следующим образом. Сначала восьмичленные циклы S₈ подвергаются термическому разложению до линейного дирадикала:

S₈→•S–S₆–S•.

Радикал соединяется с другими кольцами (S₈):

•S–S₆–S• + S₈→• S– S₆–S–S₈,

далее идёт рост цепи

•S–S₆–S–S₈ +• S–S₆–S–S₈ = S₈–S–S₆–S–S–S₆–S–S₈

или

•S–S₆–S–S₈ + •S–S₆–S• = S₈–S–S₆–S–S–S₆–S•–

и т.д. до S_n, где n = 106 атомов, что приводит к образованию полимера.

Вязкость серы начинает очень быстро возрастать при нагревании выше 160°С, как уже отмечено, благодаря одновременному возрастанию длины цепочек полимера и их концентрации. Максимальная вязкость при 190°С. Далее с увеличением температуры вязкость начинает медленно падать, что является результатом противоположного эффекта (деструкции полимера).

Нагревание серы выше температуры кипения. В парах серы с увеличением температуры число атомов в молекуле постепенно уменьшается.

При 800 –1400°С пары серы состоят главным образом из молекул S₂ .

При 1700°С – из атомов S.

Химические свойства серы.

Сера типичный неметалл.

Со многими металлами, например с медью, железом, цинком, сера соединяется непосредственно с выделением большого количества теплоты.

Она соединяется почти со всеми неметаллами, но далеко не так легко и энергично, как с металлами.

Сера обладает как окислительными, так и восстановительными свойствами.

Применение.

Сера широко используется в резиновой промышленности для превращения каучука в резину.

В виде серного цвета серу используют для уничтожения некоторых вредителей растений.

Сера применяется также для приготовления спичек, ультрамарина, сероуглерода и ряда других веществ.

В странах, богатых серой, она служит сырьём для получения серной кислоты.

Сера в природе.

В природе встречаются:

– самородные серные руды;

– самородные сульфидные руды;

– сульфаты (гипс CaSO₄·2H₂O, ангидрит СаSO₄, мирабилит Na₂SO₄·10H₂O);

– природные газы содержат соединения серы.

Получение.

Серу получают не только из природных соединений, но и из промышленных газов, которые обычно содержат SO₂ и H₂S, это:

– отходящие газы цветной металлургии;

– газы нефтепереработки;

– коксовый газ;

– генераторные газы.