¿Cuál es el proceso de contacto para el ácido sulfúrico?

El proceso de contacto para el ácido sulfúrico es una reacción de varios pasos que comienza con azufre crudo y termina con ácido concentrado. En teoría, el azufre puede quemarse con aire para formar dióxido sulfúrico, y luego reaccionar directamente con agua para formar ácido sulfúrico. Este proceso crea una gran cantidad de calor, no es químicamente controlable y, como resultado, rara vez se usa. El proceso de contacto utiliza dióxido de azufre para formar trióxido de azufre, que se absorbe en ácido sulfúrico para formar oleum, y luego un paso final reacciona oleum con agua para formar ácido sulfúrico.

El azufre es un mineral amarillo que se encuentra en el suelo como capas depositadas, a menudo cerca de volcanes o antiguos lechos de lava. El azufre se quema primero con aire para formar dióxido de azufre, una molécula de un azufre y dos átomos de oxígeno. El aire que ingresa a esta reacción se burbujea a través de ácido concentrado para eliminar el agua, porque la humedad formará ácido sulfúrico en el reactor y causará calor y corrosión en exceso.

Los diseñadores de procesos químicos controlan cuidadosamente las cantidades de reactivos para mantener cantidades cercanas a las cantidades estequiométricas. La estequiometría es el cálculo de las proporciones de moléculas necesarias para proporcionar una reacción optimizada sin el uso de materiales en exceso. Mantener las reacciones químicas cerca de las proporciones adecuadas reducirá los costos y mejorará los rendimientos, lo que a menudo conduce a productos más puros que requieren menos procesamiento. El proceso de contacto para el ácido sulfúrico se debe operar de esta manera para controlar las temperaturas, porque las reacciones crean mucho calor que puede afectar el producto y dañar el equipo.

Una vez que el dióxido de azufre sale del reactor, entra en una segunda reacción con más aire para formar trióxido de azufre, que agrega una molécula de oxígeno adicional. El proceso de contacto para el ácido sulfúrico podría hacer reaccionar el trióxido de azufre directamente con agua, pero esta reacción es muy inestable y difícil de controlar. El ácido sulfúrico se mezcla con la molécula de trióxido, que forma oleum o ácido sulfúrico humeante. El oleum es un ácido muy reactivo que contiene moléculas de azufre en exceso, pero se puede mezclar con agua de forma controlada para formar ácido sulfúrico mientras se mantienen las temperaturas adecuadas.

Cada paso de reacción con aire se realiza en presencia de un catalizador, típicamente óxido de vanadio. El catalizador metálico no se consume en la reacción, pero ayuda al permitir que la reacción ocurra a temperaturas más bajas de las que se requerirían sin él. El contenido de oxígeno también debe controlarse cuidadosamente, porque el aire adicional no crea ácido adicional, pero reducirá la cantidad de dióxido de azufre o trióxido porque el exceso de aire diluye las moléculas de azufre. El proceso de contacto para el ácido sulfúrico creará menos ácido si se permite oxígeno adicional en el proceso.

El ácido sulfúrico se vende en una amplia variedad de concentraciones o concentraciones, pero el proceso de contacto del ácido sulfúrico produce una forma altamente concentrada. El envío de ácido sulfúrico concentrado es más económico que una forma diluida, ya que se puede agregar agua más tarde según sea necesario para formar la concentración deseada. El ácido concentrado también absorberá el agua muy fácilmente, por lo que se debe tener cuidado durante la producción y el envío para minimizar el agua o el aire exterior, lo que diluye el ácido y puede aumentar la corrosión.