Hvad er kontaktprocessen for svovlsyre?
Kontaktprocessen for svovlsyre er en reaktion i flere trin, der begynder med råt svovl og slutter med koncentreret syre. I teorien kan svovl brændes med luft for at danne svovldioxid og derefter reagere direkte med vand til dannelse af svovlsyre. Denne proces skaber megen varme, er ikke kemisk kontrollerbar og bruges sjældent som et resultat. Kontaktprocessen bruger svovldioxid til dannelse af svovltrioxid, der absorberes i svovlsyre til dannelse af oleum, og derefter reagerer et sluttrin oleum med vand til dannelse af svovlsyre.
Svovl er et gult mineral, der findes i jorden som aflejrede lag, ofte i nærheden af vulkaner eller gamle lavabed. Svovlet brændes først med luft til dannelse af svovldioxid, et molekyle med et svovl og to iltatomer. Luft, der kommer ind i denne reaktion, bobles gennem koncentreret syre for at fjerne eventuelt vand, fordi fugtighed vil danne svovlsyre i reaktoren og forårsage overskydende varme og korrosion.
Kemiske procesdesignere kontrollerer omhyggeligt mængderne af reaktanter for at opretholde mængder tæt på de støkiometriske mængder. Støkiometri er beregningen af forholdet mellem molekyler, der er nødvendige for at tilvejebringe en optimeret reaktion uden brug af overskydende materialer. Opretholdelse af kemiske reaktioner i nærheden af de rette forhold vil reducere omkostningerne og forbedre udbyttet, hvilket ofte fører til renere produkter, der kræver mindre forarbejdning. Kontaktprocessen for svovlsyre skal styres på denne måde for at kontrollere temperaturer, fordi reaktionerne skaber meget varme, der kan påvirke produktet og beskadige udstyr.
Når svovldioxid kommer ud af reaktoren, går det ind i en anden reaktion med mere luft til dannelse af svovltrioxid, hvilket tilføjer et yderligere iltmolekyle. Kontaktprocessen for svovlsyre kan reagere svovltrioxid direkte med vand, men denne reaktion er meget ustabil og vanskelig at kontrollere. Svovlsyre blandes med trioxidmolekylet, der danner oleum eller røgende svovlsyre. Oleum er en meget reaktiv syre, der indeholder overskydende svovlmolekyler, men den kan blandes med vand på en kontrolleret måde til dannelse af svovlsyre under opretholdelse af passende temperaturer.
Hvert reaktionstrin med luft udføres i nærværelse af en katalysator, typisk vanadiumoxid. Metalkatalysatoren forbruges ikke i reaktionen, men hjælper ved at lade reaktionen forekomme ved lavere temperaturer end det ville være nødvendigt uden den. Oxygenindhold skal også kontrolleres omhyggeligt, fordi ekstra luft ikke skaber yderligere syre, men vil reducere mængden af svovldioxid eller trioxid, fordi overskydende luft fortynder svovlmolekylerne. Kontaktprocessen for svovlsyre skaber mindre syre, hvis der tillades ekstra ilt i processen.
Svovlsyre sælges i en lang række styrker eller koncentrationer, men kontaktprocessen for svovlsyre giver en stærk koncentreret form. Forsendelse af koncentreret svovlsyre er mere økonomisk end en fortyndet form, fordi vand senere kan tilsættes efter behov for at danne den ønskede styrke. Koncentreret syre optager også meget let vand, så der skal tages omhu under produktion og forsendelse for at minimere vand eller udeluften, hvilket fortynder syren og kan øge korrosion.