Jaki jest proces kontaktu z kwasem siarkowym?
Proces kontaktowy kwasu siarkowego jest wieloetapową reakcją, która rozpoczyna się od surowej siarki i kończy się stężonym kwasem. Teoretycznie siarkę można spalać powietrzem z wytworzeniem dwutlenku siarki, a następnie bezpośrednio reagować z wodą z wytworzeniem kwasu siarkowego. Proces ten wytwarza dużą ilość ciepła, nie jest kontrolowany chemicznie i dlatego jest rzadko stosowany. W procesie kontaktowym stosuje się dwutlenek siarki, aby wytworzyć trójtlenek siarki, który jest absorbowany do kwasu siarkowego z wytworzeniem oleum, a następnie ostatni etap reaguje oleum z wodą z wytworzeniem kwasu siarkowego.
Siarka to żółty minerał występujący w ziemi jako zdeponowane warstwy, często w pobliżu wulkanów lub starożytnych koryt lawy. Siarka jest najpierw spalana powietrzem z wytworzeniem dwutlenku siarki, cząsteczki jednej siarki i dwóch atomów tlenu. Powietrze wchodzące do tej reakcji jest barbotowane przez stężony kwas w celu usunięcia wody, ponieważ wilgoć utworzy kwas siarkowy w reaktorze i spowoduje nadmierne ciepło i korozję.
Projektanci procesów chemicznych dokładnie kontrolują ilości reagentów, aby utrzymać ilości zbliżone do ilości stechiometrycznych. Stechiometria to obliczanie proporcji cząsteczek potrzebnych do zapewnienia zoptymalizowanej reakcji bez użycia nadmiaru materiałów. Utrzymywanie reakcji chemicznych w pobliżu właściwych proporcji obniży koszty i poprawi wydajność, często prowadząc do czystszych produktów wymagających mniejszego przetwarzania. Proces kontaktowania kwasu siarkowego musi odbywać się w ten sposób, aby kontrolować temperatury, ponieważ reakcje wytwarzają dużo ciepła, które może wpłynąć na produkt i uszkodzić sprzęt.
Gdy dwutlenek siarki opuszcza reaktor, wchodzi w drugą reakcję z większą ilością powietrza, tworząc trójtlenek siarki, który dodaje dodatkową cząsteczkę tlenu. Proces kontaktowania kwasu siarkowego może reagować z trójtlenkiem siarki bezpośrednio z wodą, ale ta reakcja jest bardzo niestabilna i trudna do kontrolowania. Kwas siarkowy miesza się z cząsteczką trójtlenku, która tworzy oleum lub dymiący kwas siarkowy. Oleum jest bardzo reaktywnym kwasem zawierającym nadmiar cząsteczek siarki, ale można go mieszać z wodą w kontrolowany sposób, tworząc kwas siarkowy, utrzymując odpowiednią temperaturę.
Każdy etap reakcji z powietrzem przeprowadza się w obecności katalizatora, zazwyczaj tlenku wanadu. Katalizator metaliczny nie jest zużywany w reakcji, ale pomaga, umożliwiając reakcję w niższych temperaturach, niż byłoby to konieczne bez niego. Należy również dokładnie kontrolować zawartość tlenu, ponieważ dodatkowe powietrze nie tworzy dodatkowego kwasu, ale zmniejszy ilość dwutlenku siarki lub trójtlenku, ponieważ nadmiar powietrza rozcieńcza cząsteczki siarki. Proces kontaktowy dla kwasu siarkowego spowoduje wytworzenie mniejszej ilości kwasu, jeśli w procesie będzie dozwolony dodatkowy tlen.
Kwas siarkowy jest sprzedawany w wielu różnych mocach lub stężeniach, ale proces kontaktowania kwasu siarkowego daje wysoce skoncentrowaną formę. Transport stężonego kwasu siarkowego jest bardziej ekonomiczny niż forma rozcieńczona, ponieważ w razie potrzeby można później dodać wodę, aby uzyskać pożądaną wytrzymałość. Stężony kwas również bardzo łatwo wchłania wodę, dlatego należy zachować ostrożność podczas produkcji i wysyłki, aby zminimalizować wodę lub powietrze zewnętrzne, które rozcieńcza kwas i może zwiększać korozję.