Qual è il processo di contatto per l'acido solforico?
Il processo di contatto per l'acido solforico è una reazione a più fasi che inizia con zolfo grezzo e termina con acido concentrato. In teoria, lo zolfo può essere bruciato con aria per formare biossido solforico, quindi reagire direttamente con acqua per formare acido solforico. Questo processo crea una grande quantità di calore, non è controllabile chimicamente e di conseguenza viene raramente utilizzato. Il processo di contatto utilizza biossido di zolfo per formare triossido di zolfo, che viene assorbito nell'acido solforico per formare oleum, e quindi un passaggio finale reagisce oleum con acqua per formare acido solforico.
Lo zolfo è un minerale giallo trovato nel terreno come strati depositati, spesso vicino a vulcani o antichi letti di lava. Lo zolfo viene prima bruciato con aria per formare anidride solforosa, una molecola di uno zolfo e due atomi di ossigeno. L'aria che entra in questa reazione viene fatta gorgogliare attraverso acido concentrato per rimuovere l'eventuale acqua, poiché l'umidità formerà acido solforico nel reattore e causerà un eccesso di calore e corrosione.
I progettisti di processi chimici controllano attentamente le quantità di reagenti per mantenere le quantità vicine alle quantità stechiometriche. La stechiometria è il calcolo dei rapporti delle molecole necessari per fornire una reazione ottimizzata senza l'uso di materiali in eccesso. Il mantenimento di reazioni chimiche vicino ai rapporti adeguati ridurrà i costi e migliorerà le rese, portando spesso a prodotti più puri che richiedono una minore lavorazione. Il processo di contatto per l'acido solforico deve essere gestito in questo modo per controllare le temperature, poiché le reazioni creano molto calore che può influire sul prodotto e danneggiare l'apparecchiatura.
Una volta che l'anidride solforosa esce dal reattore, entra in una seconda reazione con più aria per formare triossido di zolfo, che aggiunge un'ulteriore molecola di ossigeno. Il processo di contatto per l'acido solforico potrebbe reagire il triossido di zolfo direttamente con l'acqua, ma questa reazione è molto instabile e difficile da controllare. L'acido solforico viene miscelato con la molecola di triossido, che forma acido olfattivo o fumante. L'olio è un acido molto reattivo contenente molecole di zolfo in eccesso, ma può essere miscelato con acqua in modo controllato per formare acido solforico mantenendo temperature adeguate.
Ogni fase di reazione con aria viene eseguita in presenza di un catalizzatore, tipicamente ossido di vanadio. Il catalizzatore metallico non viene consumato nella reazione, ma aiuta permettendo alla reazione di verificarsi a temperature più basse di quanto sarebbe necessario senza di essa. Anche il contenuto di ossigeno deve essere attentamente controllato, poiché l'aria in più non crea ulteriore acido, ma ridurrà la quantità di anidride solforosa o triossido perché l'aria in eccesso diluisce le molecole di zolfo. Il processo di contatto per l'acido solforico creerà meno acido se nel processo è consentito ossigeno supplementare.
L'acido solforico è venduto in una grande varietà di punti di forza o concentrazioni, ma il processo di contatto per l'acido solforico produce una forma altamente concentrata. La spedizione di acido solforico concentrato è più economica di una forma diluita, poiché l'acqua può essere aggiunta in seguito, se necessario, per formare la resistenza desiderata. L'acido concentrato assorbirà anche l'acqua molto facilmente, quindi è necessario prestare attenzione durante la produzione e la spedizione per ridurre al minimo l'acqua o l'aria esterna, che diluisce l'acido e può aumentare la corrosione.