Hva er kontaktprosessen for svovelsyre?

Kontaktprosessen for svovelsyre er en reaksjon i flere trinn som begynner med rått svovel og ender med konsentrert syre. I teorien kan svovel brennes med luft for å danne svoveldioksyd, og deretter reagere direkte med vann for å danne svovelsyre. Denne prosessen skaper mye varme, er ikke kjemisk kontrollerbar og brukes sjelden som et resultat. Kontaktprosessen bruker svoveldioksyd for å danne svoveltrioksyd, som tas opp i svovelsyre for å danne oleum, og deretter reagerer et slutttrinn oleum med vann for å danne svovelsyre.

Svovel er et gult mineral som finnes i bakken som avsatte lag, ofte i nærheten av vulkaner eller gamle lavasenger. Svovelen brennes først med luft for å danne svoveldioksid, et molekyl med ett svovel og to oksygenatomer. Luft som kommer inn i denne reaksjonen blir boblet gjennom konsentrert syre for å fjerne vann, fordi fuktighet vil danne svovelsyre i reaktoren og forårsake overflødig varme og korrosjon.

Kjemiske prosessdesignere kontrollerer nøye mengdene av reaktanter for å opprettholde mengder nær de støkiometriske mengdene. Støkiometri er beregningen av forholdene mellom molekyler som er nødvendige for å gi en optimalisert reaksjon uten bruk av overflødig materiale. Å opprettholde kjemiske reaksjoner i nærheten av de rette forholdene vil redusere kostnadene og forbedre utbyttet, ofte føre til renere produkter som krever mindre prosessering. Kontaktprosessen for svovelsyre må drives på denne måten for å kontrollere temperaturer, fordi reaksjonene skaper mye varme som kan påvirke produktet og skade utstyret.

Når svoveldioksid kommer ut av reaktoren, går det inn i en andre reaksjon med mer luft for å danne svoveltrioksyd, som tilfører et ekstra oksygenmolekyl. Kontaktprosessen for svovelsyre kan reagere svoveltrioksyd direkte med vann, men denne reaksjonen er veldig ustabil og vanskelig å kontrollere. Svovelsyre blandes med trioksydmolekylet, som danner oleum eller røkende svovelsyre. Oleum er en veldig reaktiv syre som inneholder overskudd av svovelmolekyler, men den kan blandes med vann på en kontrollert måte for å danne svovelsyre mens den opprettholder riktige temperaturer.

Hvert reaksjonstrinn med luft utføres i nærvær av en katalysator, typisk vanadiumoksyd. Metallkatalysatoren forbrukes ikke i reaksjonen, men hjelper ved å la reaksjonen skje ved lavere temperaturer enn det som ville være nødvendig uten den. Oksygeninnhold må også kontrolleres nøye, fordi ekstra luft ikke skaper ekstra syre, men vil redusere mengden svoveldioksid eller trioksid fordi overflødig luft fortynner svovelmolekylene. Kontaktprosessen for svovelsyre vil skape mindre syre hvis ekstra oksygen er tillatt i prosessen.

Svovelsyre selges i en rekke styrker eller konsentrasjoner, men kontaktprosessen for svovelsyre gir en meget konsentrert form. Frakt av konsentrert svovelsyre er mer økonomisk enn en fortynnet form, fordi vann kan tilsettes senere etter behov for å danne den ønskede styrke. Konsentrert syre vil også absorbere vann veldig enkelt, så man må være forsiktig under produksjon og frakt for å minimere vann eller uteluft, noe som fortynner syren og kan øke korrosjonen.