Qual é o processo de contato para ácido sulfúrico?
O processo de contato do ácido sulfúrico é uma reação de várias etapas que começa com o enxofre bruto e termina com o ácido concentrado. Em teoria, o enxofre pode ser queimado com ar para formar dióxido sulfúrico e depois reagir diretamente com água para formar ácido sulfúrico. Esse processo cria uma grande quantidade de calor, não é quimicamente controlável e raramente é usado como resultado. O processo de contato usa dióxido de enxofre para formar trióxido de enxofre, que é absorvido pelo ácido sulfúrico para formar o petróleo e, em seguida, uma etapa final reage ao petróleo com água para formar o ácido sulfúrico.
O enxofre é um mineral amarelo encontrado no solo como camadas depositadas, geralmente perto de vulcões ou antigos leitos de lava. O enxofre é primeiramente queimado com ar para formar dióxido de enxofre, uma molécula de um enxofre e dois átomos de oxigênio. O ar que entra nessa reação é borbulhado através de ácido concentrado para remover qualquer água, porque a umidade forma ácido sulfúrico no reator e causa excesso de calor e corrosão.
Os projetistas de processos químicos controlam cuidadosamente as quantidades de reagentes para manter quantidades próximas às quantidades estequiométricas. Estequiometria é o cálculo das proporções de moléculas necessárias para fornecer uma reação otimizada sem o uso de materiais em excesso. Manter reações químicas próximas das proporções adequadas reduzirá custos e melhorará os rendimentos, geralmente levando a produtos mais puros que exigem menos processamento. O processo de contato com o ácido sulfúrico deve ser operado desta maneira para controlar as temperaturas, porque as reações criam muito calor que pode afetar o produto e danificar o equipamento.
Uma vez que o dióxido de enxofre sai do reator, ele entra em uma segunda reação com mais ar para formar trióxido de enxofre, o que adiciona uma molécula de oxigênio adicional. O processo de contato com o ácido sulfúrico pode reagir com trióxido de enxofre diretamente com a água, mas essa reação é muito instável e difícil de controlar. O ácido sulfúrico é misturado com a molécula de trióxido, que forma o petróleo ou o ácido sulfúrico fumegante. O oleo é um ácido muito reativo que contém excesso de moléculas de enxofre, mas pode ser misturado com água de maneira controlada para formar ácido sulfúrico, mantendo as temperaturas adequadas.
Cada etapa da reação com o ar é realizada na presença de um catalisador, tipicamente óxido de vanádio. O catalisador de metal não é consumido na reação, mas ajuda permitindo que a reação ocorra a temperaturas mais baixas do que seria necessário sem ele. O conteúdo de oxigênio também deve ser cuidadosamente controlado, porque o ar extra não cria ácido adicional, mas reduz a quantidade de dióxido de enxofre ou trióxido, porque o excesso de ar dilui as moléculas de enxofre. O processo de contato com o ácido sulfúrico criará menos ácido se o oxigênio extra for permitido no processo.
O ácido sulfúrico é vendido em uma grande variedade de pontos fortes ou concentrações, mas o processo de contato com o ácido sulfúrico produz uma forma altamente concentrada. O envio de ácido sulfúrico concentrado é mais econômico que uma forma diluída, porque a água pode ser adicionada posteriormente conforme necessário para formar a força desejada. O ácido concentrado também absorve a água com muita facilidade; portanto, deve-se tomar cuidado durante a produção e o transporte para minimizar a água ou o ar externo, que dilui o ácido e pode aumentar a corrosão.