Практикум по химической технологии - Тихвинская М.Ю.
Скачать (прямая ссылка):
Эта обратимая реакция идет с выделением теплоты и уменьшением объема. С понижением температуры равновесная степень окисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI) увеличивается и при 673 К достигает 99,2%. Однако при этом уменьшается скорость реакции, поэтому для ее ускорения применяют катализаторы. В настоящее время широко используют катализаторы типа БАВ (барий — алюминий — ванадий), основным компонентом которых является оксид ванадия (V). Оксид ванадия (V) выполняет роль переносчика кислорода:
V2O8 + SO2 V2O4 +SO8 V2O4+ 0,5O2-VV8O5
Температурный интервал работы данного катализатора при окислении оксида серы (IV) 613—873 К- При температуре ниже 613 К V2O5 переходит в неактивный сульфат ванадила:
V2O5 + SO2 + SO3-v 2VOSO4
Выше 873 К происходит спекание катализатора.
На равновесную степень окисления влияет состав газовой смеси, поступающей на контактирование. Наиболее выгодным является состав: 7% SO2, 11 % O2. При этом в смеси газов содержится до 82% N2, так как окисление протекает с участием кислорода воздуха. Более высокое содержание оксида серы (IV) уменьшает равновесную степень его окисления, а при меньшем содержании понижается производительность контактного аппарата. При таком соотношении компонентов повышение давления становится нерациональным, так как 80% энергии расходуется на сжатие балластного азота.
РАБОТА 5
ОБЖИГ СЕРНОГО КОЛЧЕДАНА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ В НЕМ СЕРЫ
Цель работы. Определить процентное содержание серы в серном колчедане и установить зависимость между условиями проведения обжига и массой выгоревшей серы.
Реактивы: серный колчедан FeS2, растворы иода концентрации 0,05 моль/л, тиосульфата натрия 0,8 моль/л.
Оборудование: установка для обжига серного колчедана (рис. 4), ступка C пестиком, фарфоровая или кварцевая лодочка, секундомер, коническая колба на 250 мл.
Порядок проведения работы. Установка, предназначенная для обжига серного колчедана, может быть собрана отдельно (рис. 4), а можно воспользоваться частью установки для получения серной кислоты (рис. 5).
Рис. 4 Схема установки для обжига серного колчедана:
1 — газометр; !, S, 4 — краиы; 5 — реометр; Є — поглотительная склянка с серной кислотой; 7 — осушительная колонка с гидроксидом натрия; в — муфельная печь; 9— кварцевая трубка; 10 — трехходовой край; 11. 12 — промывные скляики с раствором иода; 13 -~ Терморегулятор с термопарой; 14 — дифманометр.
Обжиг серного колчедана проводят в кварцевой трубке печи 8 в токе кислорода воздуха, поступающего из газометра /. Объемная скорость воздуха, проходящего через установку, поддерживается постоянной и замеряется реометром 5. Воздух для осушки проходит через поглотительную склянку с серной кислотой 6 и осушительную колонку с гидроксидом натрия 7. Образующийся в результате обжига оксид серы (IV) поглощается в двух поглотительных склянках //, 12, содержащих по 100 мл раствора иода концентрации 0,05 моль/л (эти склянки могут быть присоединены к трехходовому крану 9а, который устанавливается вместо склянки 9. См. схему на рис. 5).
Перед началом работы (рис. 4) проверяют установку на герметичность. С этой целью создают давление в газометре /, открывая кран 2, и медленно открывают кран 4, предварительно установив кран 10 в положение (т). Установка считается герметичной, если в промежуточных склянках прекращается пробулькивание пузырьков воздуха, и показания дифманометра 14 указывают на наличие постоянного давления в системе. После проверки герметичности установки закрывают кран 4, включают печь и нагревают ее до заданной температуры (723—1023 К), которую поддерживают при помощи автоматического терморегулятора 18.
Серный колчедан растирают в фарфоровой ступке и на аналитических весах отбирают навеску в фарфоровую илн кварцевую лодочку. Навеску равномерно распределяют по длине лодочки, которую вносят в печь и осторожно продвигают при помощи металлического крючка к середине кварцевой трубки. После этого быстро закрывают трубку пробкой и переключают кран 10 на одну из по-
глотательных склянок. Если кран 10 поставить в положение (H), то подключается склянка //, если в положение (ь), то склянка 12. Сразу же после этого открывают кран 4 и начинают подачу воздуха в печь 8 из газометра /. Процесс стараются вести при постоянном объемном расходе воздуха, ориентируясь на показания реометра 5 и поддерживая в системе постоянное давление, которое замеряется дифманометром 14. Необходимо следить за тем, чтобы уровень воды в колоколе газометра по возможности оставался постоянным. Время начала подачи воздуха фиксируют с момента открытия крана 4.
В зависимости от задания обжиг серного колчедана либо ведут до полного выгорания серы с целью определения ее процентного содержания в исходной навеске, либо определяют массу выгоревшей серы в зависимости от температуры и времени обжига. И в том и в другом случае проводят последовательное переключение трехходового крана 10 с одной поглотительной склянки на другую либо после полного обесцвечивания раствора иода, либо по истечении определенного времени. Склянку с отработанным раствором снимают , переносят раствор в колбу на 250 мл и оттитровывают не вступивший в реакцию с оксидом серы (IV) избыток иода раствором тиосульфата натрия (0,1 моль/л). Поглотительную склянку снова заполняют раствором иода и соединяют с установкой. При полном обесцвечивании раствора иода рассчитывают массу серы по уравнению реакции, исходя из массы иода, находившейся в поглотительной склянке:
