Jaký je kontaktní postup pro kyselinu sírovou?
Kontaktní proces pro kyselinu sírovou je vícestupňová reakce, která začíná surovou sírou a končí koncentrovanou kyselinou. Teoreticky může být síra spálena vzduchem za vzniku oxidu siřičitého, a pak přímo reagovat s vodou za vzniku kyseliny sírové. Tento proces vytváří velké množství tepla, není chemicky kontrolovatelný a jako výsledek se používá jen zřídka. Kontaktní proces používá oxid siřičitý za vzniku oxidu siřičitého, který je absorbován do kyseliny sírové za vzniku oleum, a pak poslední krok reaguje oleum s vodou za vzniku kyseliny sírové.
Síra je žlutý minerál nalezený v zemi jako uložené vrstvy, často v blízkosti sopek nebo lávových lůžek. Síra se nejprve spálí vzduchem za vzniku oxidu siřičitého, molekuly jednoho síry a dvou atomů kyslíku. Vzduch vstupující do této reakce se probublává koncentrovanou kyselinou, aby se odstranila veškerá voda, protože vlhkost bude tvořit kyselinu sírovou v reaktoru a způsobovat nadměrné teplo a korozi.
Návrháři chemických procesů pečlivě kontrolují množství reakčních složek, aby udržovaly množství v blízkosti stechiometrických množství. Stechiometrie je výpočet poměrů molekul potřebných k zajištění optimalizované reakce bez použití nadbytečných materiálů. Udržování chemických reakcí v blízkosti správných poměrů sníží náklady a zlepší výnosy, což často vede k čistším produktům vyžadujícím méně zpracování. Kontaktní proces s kyselinou sírovou musí být prováděn tímto způsobem pro regulaci teplot, protože reakce vytvářejí velké množství tepla, které může ovlivnit produkt a poškodit zařízení.
Jakmile oxid siřičitý opouští reaktor, vstupuje do druhé reakce s větším množstvím vzduchu za vzniku oxidu sírového, který přidává další molekulu kyslíku. Kontaktní proces s kyselinou sírovou by mohl reagovat s oxidem siřičitým přímo s vodou, ale tato reakce je velmi nestabilní a obtížně kontrolovatelná. Kyselina sírová je smíchána s molekulou trioxidu, která tvoří oleum nebo dýmavou kyselinu sírovou. Oleum je velmi reaktivní kyselina obsahující nadbytek molekul síry, ale může být mísena s vodou kontrolovaným způsobem za vzniku kyseliny sírové při udržování správné teploty.
Každý reakční krok se vzduchem se provádí v přítomnosti katalyzátoru, obvykle oxidu vanadu. Kovový katalyzátor není při reakci spotřebován, ale napomáhá tím, že umožňuje reakci probíhat při nižších teplotách, než jaké by byly vyžadovány bez této reakce. Obsah kyslíku musí být také pečlivě kontrolován, protože další vzduch nevytváří další kyselinu, ale sníží množství oxidu siřičitého nebo oxidu sírového, protože přebytek vzduchu zředí molekuly síry. Kontaktní proces s kyselinou sírovou vytvoří méně kyseliny, pokud je v procesu povolen další kyslík.
Kyselina sírová se prodává v široké škále sil nebo koncentrací, ale při kontaktu s kyselinou sírovou se získá vysoce koncentrovaná forma. Přeprava koncentrované kyseliny sírové je ekonomičtější než zředěná forma, protože voda může být přidána později podle potřeby k vytvoření požadované síly. Koncentrovaná kyselina také velmi snadno absorbuje vodu, takže během výroby a přepravy je třeba dbát opatrnosti, aby se minimalizovala voda nebo vnější vzduch, který zředí kyselinu a může zvýšit korozi.