Quel est le processus de contact pour l'acide sulfurique?
Le processus de contact pour l'acide sulfurique est une réaction en plusieurs étapes qui commence par le soufre brut et se termine par l'acide concentré. En théorie, le soufre peut être brûlé à l'air pour former du dioxyde de soufre, puis directement mis à réagir avec de l'eau pour former de l'acide sulfurique. Ce processus génère beaucoup de chaleur, n'est pas contrôlable chimiquement et est donc rarement utilisé. Le processus de contact utilise du dioxyde de soufre pour former du trioxyde de soufre, qui est absorbé dans de l'acide sulfurique pour former de l'oléum, puis une dernière étape fait réagir l'oléum avec de l'eau pour former de l'acide sulfurique.
Le soufre est un minéral jaune présent dans le sol sous forme de couches déposées, souvent près de volcans ou d'anciennes couches de lave. Le soufre est d'abord brûlé à l'air pour former du dioxyde de soufre, une molécule d'un soufre et de deux atomes d'oxygène. On fait barboter de l'air dans cette réaction à travers un acide concentré pour éliminer toute eau, car l'humidité formera de l'acide sulfurique dans le réacteur et provoquera un excès de chaleur et de corrosion.
Les concepteurs de procédés chimiques contrôlent soigneusement les quantités de réactifs afin de maintenir des quantités proches des quantités stœchiométriques. La stœchiométrie est le calcul des ratios de molécules nécessaires pour obtenir une réaction optimisée sans utiliser de matériaux en excès. Le maintien de réactions chimiques proches des ratios appropriés réduira les coûts et améliorera les rendements, conduisant souvent à des produits plus purs nécessitant moins de transformation. Le processus de contact pour l'acide sulfurique doit être utilisé de cette manière pour contrôler les températures, car les réactions génèrent beaucoup de chaleur pouvant affecter le produit et endommager l'équipement.
Une fois que le dioxyde de soufre a quitté le réacteur, il entre dans une seconde réaction avec plus d'air pour former du trioxyde de soufre, qui ajoute une molécule d'oxygène supplémentaire. Le processus de contact de l'acide sulfurique pourrait faire réagir le trioxyde de soufre directement avec de l'eau, mais cette réaction est très instable et difficile à contrôler. L'acide sulfurique est mélangé à la molécule de trioxyde, qui forme de l'oléum ou de l'acide sulfurique fumant. L'oléum est un acide très réactif contenant un excès de molécules de soufre, mais il peut être mélangé à l'eau de manière contrôlée pour former de l'acide sulfurique tout en maintenant les températures appropriées.
Chaque étape de réaction avec de l'air est réalisée en présence d'un catalyseur, typiquement de l'oxyde de vanadium. Le catalyseur métallique n'est pas consommé dans la réaction, mais aide en permettant à la réaction de se produire à des températures plus basses que celles qui seraient requises sans cela. La teneur en oxygène doit également être soigneusement contrôlée, car un excès d’air ne crée pas d’acide supplémentaire, mais réduit la quantité de dioxyde de soufre ou de trioxyde, car l’excès d’air dilue les molécules de soufre. Le processus de contact pour l'acide sulfurique créera moins d'acide si un supplément d'oxygène est autorisé dans le processus.
L'acide sulfurique est vendu dans une grande variété de forces, ou concentrations, mais le processus de contact pour l'acide sulfurique produit une forme hautement concentrée. L'expédition d'acide sulfurique concentré est plus économique qu'une forme diluée, car il est possible d'ajouter de l'eau plus tard, au besoin, pour former la force souhaitée. L'acide concentré absorbera également très facilement l'eau. Par conséquent, vous devez prendre des précautions lors de la production et de l'expédition pour minimiser l'eau ou l'air extérieur, ce qui dilue l'acide et peut augmenter la corrosion.