Vad är kontaktprocessen för svavelsyra?

Kontaktprocessen för svavelsyra är en flerstegsreaktion som börjar med rått svavel och slutar med koncentrerad syra. I teorin kan svavel förbrännas med luft för att bilda svaveldioxid och sedan reagera direkt med vatten för att bilda svavelsyra. Denna process skapar mycket värme, är inte kemiskt kontrollerbar och används sällan som ett resultat. I kontaktprocessen används svaveldioxid för att bilda svaveltrioxid, som absorberas i svavelsyra för att bilda oleum, och sedan reagerar ett sista steg oleum med vatten för att bilda svavelsyra.

Svavel är ett gult mineral som finns i marken som avsatta lager, ofta nära vulkaner eller gamla lavabäddar. Svaveln bränns först med luft för att bilda svaveldioxid, en molekyl med ett svavel och två syreatomer. Luft som kommer in i denna reaktion bubblas genom koncentrerad syra för att avlägsna vatten, eftersom fukt kommer att bilda svavelsyra i reaktorn och orsaka överskott av värme och korrosion.

Kemiska processkonstruktörer kontrollerar noggrant mängden reaktanter för att bibehålla mängder nära de stökiometriska mängderna. Stökiometri är beräkningen av förhållandena mellan molekyler som krävs för att ge en optimerad reaktion utan användning av överskottsmaterial. Att upprätthålla kemiska reaktioner nära rätt förhållanden kommer att minska kostnaderna och förbättra utbytet, vilket ofta leder till renare produkter som kräver mindre bearbetning. Kontaktprocessen för svavelsyra måste köras på detta sätt för att kontrollera temperaturer, eftersom reaktionerna skapar mycket värme som kan påverka produkten och skada utrustningen.

När svaveldioxiden har lämnat reaktorn går den in i en andra reaktion med mer luft för att bilda svaveltrioxid, vilket tillför en ytterligare syremolekyl. Kontaktprocessen för svavelsyra kan reagera svaveltrioxid direkt med vatten, men denna reaktion är mycket instabil och svår att kontrollera. Svavelsyra blandas med trioxidmolekylen, som bildar oleum eller rökande svavelsyra. Oleum är en mycket reaktiv syra som innehåller överskott av svavelmolekyler, men den kan blandas med vatten på ett kontrollerat sätt för att bilda svavelsyra med bibehållen rätt temperatur.

Varje reaktionssteg med luft utförs i närvaro av en katalysator, vanligtvis vanadiumoxid. Metallkatalysatorn konsumeras inte i reaktionen utan hjälper genom att låta reaktionen äga rum vid lägre temperaturer än vad som skulle krävas utan den. Syreinnehållet måste också kontrolleras noggrant, eftersom extra luft inte skapar ytterligare syra, men kommer att minska mängden svaveldioxid eller trioxid eftersom överskottsluften später svavelmolekylerna. Kontaktprocessen för svavelsyra skapar mindre syra om extra syre tillåts i processen.

Svavelsyra säljs i en mängd olika styrkor eller koncentrationer, men kontaktprocessen för svavelsyra ger en mycket koncentrerad form. Transport av koncentrerad svavelsyra är mer ekonomiskt än en utspädd form, eftersom vatten kan tillsättas senare efter behov för att bilda den önskade styrkan. Koncentrerad syra kommer också att absorbera vatten mycket lätt, så man måste vara försiktig under produktion och frakt för att minimera vatten eller utomhusluft, vilket später ut syran och kan öka korrosionen.