Как происходит контакт для серной кислоты?

Процесс контакта для серной кислоты представляет собой многоступенчатую реакцию, которая начинается с необработанной серы и заканчивается концентрированной кислотой. Теоретически, сера может сжигаться с воздухом с образованием диоксида серы, а затем реагировать непосредственно с водой с образованием серной кислоты. Этот процесс создает большое количество тепла, не контролируется химически и в результате редко используется. В контактном процессе используется диоксид серы с образованием триоксида серы, который абсорбируется в серную кислоту с образованием олеума, а затем на конечной стадии происходит взаимодействие олеума с водой с образованием серной кислоты.

Сера - это желтый минерал, найденный в земле в виде отложений, часто вблизи вулканов или древних слоев лавы. Сначала сера сжигается воздухом с образованием диоксида серы, молекулы из одной серы и двух атомов кислорода. Воздух, поступающий в эту реакцию, барботируется через концентрированную кислоту, чтобы удалить любую воду, потому что влага будет образовывать серную кислоту в реакторе и вызывать избыточное тепло и коррозию.

Разработчики химических процессов тщательно контролируют количество реагентов, чтобы поддерживать количества, близкие к стехиометрическим количествам. Стехиометрия - это расчет соотношений молекул, необходимых для обеспечения оптимизированной реакции без использования избыточных материалов. Поддержание химических реакций вблизи правильных соотношений приведет к снижению затрат и повышению урожайности, что часто приводит к получению более чистых продуктов, требующих меньшего количества обработки. Процесс контакта с серной кислотой должен осуществляться таким образом, чтобы контролировать температуру, потому что реакции создают много тепла, которое может повлиять на продукт и повредить оборудование.

Как только диоксид серы выходит из реактора, он вступает во вторую реакцию с большим количеством воздуха с образованием триоксида серы, который добавляет дополнительную молекулу кислорода. Процесс контакта с серной кислотой может взаимодействовать с триоксидом серы непосредственно с водой, но эта реакция очень нестабильна и ее трудно контролировать. Серная кислота смешивается с молекулой триоксида, которая образует олеум или дымящую серную кислоту. Олеум является очень реакционноспособной кислотой, содержащей избыток молекул серы, но его можно смешивать с водой контролируемым образом с образованием серной кислоты при поддержании надлежащих температур.

Каждая стадия реакции с воздухом проводится в присутствии катализатора, обычно оксида ванадия. Металлический катализатор не расходуется в реакции, но помогает, позволяя реакции протекать при более низких температурах, чем было бы необходимо без него. Содержание кислорода также должно тщательно контролироваться, потому что дополнительный воздух не создает дополнительную кислоту, но уменьшает количество диоксида серы или триоксида, потому что избыточный воздух разбавляет молекулы серы. Процесс контакта для серной кислоты создаст меньше кислоты, если в процессе будет допущен дополнительный кислород.

Серная кислота продается в широком спектре сильных сторон или концентраций, но в процессе контакта с серной кислотой образуется высококонцентрированная форма. Доставка концентрированной серной кислоты более экономична, чем разбавленная форма, поскольку воду можно добавлять позже по мере необходимости для формирования желаемой прочности. Концентрированная кислота также очень легко впитывает воду, поэтому необходимо соблюдать осторожность при производстве и транспортировке, чтобы минимизировать попадание воды или наружного воздуха, что разбавляет кислоту и может усилить коррозию.