Μετατροπή τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ
Η διαδικασία επαφής στη χημεία αναφέρεται στη μετατροπή του τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ. Το διοξείδιο του θείου και το οξυγόνο συνδυάζονται και σχηματίζουν τριοξείδιο του θείου, το οποίο κάνει το H2 SO4 μετά από επαφή με το νερό.
Η μετατροπή του τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ είναι η νέα μέθοδος βιομηχανικής παραγωγής θειικού οξέος. Είναι αλλιώς γνωστή ως διαδικασία επαφής. Το θειικό οξύ αποτελείται από τρία στοιχεία:θείο, αέρα και νερό.
Εφευρέθηκε από τον Βρετανό έμπορο Peregrine Phillips, η διαδικασία επαφής έχει πλέον προτεραιότητα έναντι των άλλων μεθόδων, όπως οι διαδικασίες θαλάμου ή μολύβδου. Δεν είναι μόνο μια πιο οικονομική προσέγγιση, αλλά παράγει και υποπροϊόντα όπως το τριοξείδιο του θείου και το ελαιόλαδο.
Τύποι διαδικασίας επαφής
Υπάρχουν αποκλειστικές μονάδες επεξεργασίας επαφών για τη διαδικασία παραγωγής. Οι δύο τρόποι επεξεργασίας που χρησιμοποιούνται σήμερα έχουν πολύ πιο σύγχρονη προσέγγιση από τις διαδικασίες που χρησιμοποιήθηκαν προηγουμένως.
Ο πρώτος τύπος έχει λιγότερες πολυπλοκότητες. Τα εργοστάσια με σύμβαση καύσης θείου χρησιμοποιούν το θείο ως πρώτη ύλη. Η διαδικασία περιλαμβάνει την καύση τετηγμένου θείου για τη λήψη διοξειδίου του θείου. Το διοξείδιο του θείου στη συνέχεια ψύχεται και οξειδώνεται.
Η διαδικασία πραγματοποιείται παρουσία σφαιριδίων από πορώδες πυριτικό υλικό. Τα σφαιρίδια γεμίζονται με πεντοξείδιο του βαναδίου και μια ένωση καλίου. Η διαδικασία σχηματίζει τριοξείδιο του θείου σε μέσες-υψηλές θερμοκρασίες με την ολοκλήρωση.
Ο άλλος τύπος εργοστασίου επεξεργασίας επαφής παράγει διοξείδιο του θείου από διαφορετικό είδος υλικού. Χρησιμοποιεί υλικό χαμηλής ποιότητας που περιέχει θείο, όπως ο πυρίτης.
Η διαδικασία συμπύκνωσης του αερίου είναι υποχρεωτική για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών και επίσης για τον διαχωρισμό των ευρημάτων υδρατμών, καθώς μπορεί να είναι η πηγή αραίωσης οξέος. Το επόμενο βήμα είναι η ξήρανση του αερίου διοξειδίου του θείου, μαζί με συμπυκνωμένο θειικό οξύ.
Η διαδικασία εξηγείται:
Σημασία της μετατροπής του τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ
Εκτός από τη διαδικασία επαφής, υπάρχουν αρκετοί άλλοι τρόποι παραγωγής θειικού οξέος. Παράμετροι όπως το κόστος, η προσπάθεια και η καθαρότητα του παραγόμενου θειικού οξέος ποικίλλουν σε κάθε διεργασία. Από την εφεύρεσή της, η διαδικασία επαφής έχει γίνει η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη διαδικασία.
Η διαδικασία επαφής, που χρησιμοποιείται στην παραγωγή θειικού οξέος, χωρίζεται σε τέσσερα στάδια:
Εξαγωγή θείου
Προετοιμασία διοξειδίου του θείου
Μετατροπή διοξειδίου του θείου σε τριοξείδιο του θείου
Μετατροπή τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ
Εξαγωγή θείου
Το πιο σημαντικό στοιχείο για την παραγωγή αερίου διοξειδίου του θείου είναι το καθαρό θείο. Μεταξύ των πολλών πηγών από τις οποίες μπορεί να εξαχθεί το θείο, η ανάκτηση από το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο είναι η πιο σημαντική. Το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο διαχωρίζονται από τα οργανικά και ορυκτά τους μέρη για να ληφθεί θείο.
Εκτός από το θείο, πολλά άλλα στοιχεία μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή διοξειδίου του θείου. Το έδαφος περιέχει πολλά μεταλλεύματα μετάλλων με τη μορφή σουλφιδίων. Στη συνέχεια ψήνονται προκειμένου να εξαχθεί το δικό τους οξείδιο μαζί με το διοξείδιο του θείου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται εξευγενισμός μετάλλων.
Παραγωγή διοξειδίου του θείου
Ο ευκολότερος τρόπος παρασκευής διοξειδίου του θείου είναι η καύση καθαρού θείου. Η διαδικασία πρέπει απαραίτητα να πραγματοποιείται όταν υπάρχει πρόσβαση σε άφθονο αέρα. Αυτό οδηγεί στο προϊόν του διοξειδίου του θείου.
Το διοξείδιο του θείου παρασκευάζεται με την ακόλουθη διαδικασία:
Η τηγμένη μορφή του θείου διοχετεύεται στον στατικό ψεκαστήρα, ο οποίος οδηγεί στον σχηματισμό ψεκασμένου θείου.
Στο επόμενο βήμα, το ψεκασμένο θείο εφαρμόζεται στον καυτό κλίβανο, όπου ο προθερμασμένος και ξηρός αέρας εφαρμόζεται επίσης στον κλίβανο. Ένας αφυγραντήρας θειικού οξέος χρησιμοποιείται για την προθέρμανση και την ξήρανση του αέρα.
Το ένα άκρο του καυτού κλιβάνου έχει έναν συνδυασμό λιωμένου θείου και θερμαινόμενου ξηρού αέρα. Όταν συμβεί η αντίδραση, το άλλο άκρο του κλιβάνου παράγει διοξείδιο του θείου.
Διαδικασία μετατροπής διοξειδίου του θείου σε τριοξείδιο του θείου
Μέσα στον θάλαμο μολύβδου, η αναλογία συνδυασμού διοξειδίου του θείου και οξυγόνου είναι 1:1. Η θερμοκρασία του ρυθμίζεται μεταξύ 400 – 450 βαθμών Κελσίου, με πίεση 1 έως 2 atm. Ο καταλύτης πεντοξειδίου του βαναδίου χρησιμοποιείται για την κατάλυση της διαδικασίας.
Διαδικασία μετατροπής τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ
Υπάρχουν δύο μέθοδοι μετατροπής του τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ. Το πρώτο είναι με την αραίωση του τριοξειδίου του θείου σε νερό. Θα οδηγήσει στην παραγωγή θειικού οξέος.
Όσο απλό και αν φαίνεται, αυτή είναι μια εξαιρετικά εξώθερμη διαδικασία, επομένως είναι εξαιρετικά επικίνδυνη. Η προσθήκη τριοξειδίου του θείου στο νερό, που είναι μια εξώθερμη διαδικασία, θα οδηγήσει το θειικό οξύ σε αναθυμιάσεις. Οι αναθυμιάσεις προκαλούν επίσης τη μη πλήρη διάλυση του τριοξειδίου του θείου στο νερό. Έτσι, λαμβάνοντας υπόψη την επικινδυνότητά του και τη μερική διάλυσή του, αυτή η διαδικασία δεν ακολουθείται.
Η άλλη μέθοδος που είναι ευρέως αποδεκτή και χρησιμοποιείται είναι η αραίωση του τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ. Η διαδικασία έχει ένα υποπροϊόν που ονομάζεται ελαιόλαδο.
SO3 (g) + H2SO4 → H2S2O7
Περαιτέρω χρήση του ελαίου μπορεί να γίνει με την αραίωση του σε νερό και τη λήψη θειικού οξέος στη συμπυκνωμένη του μορφή.
H2S2O7 (1) + H2O(1) → 2H2SO4
Σημαντικές χημικές αντιδράσεις στη μετατροπή του τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ
• Παραγωγή διοξειδίου του θείου
Ονομάζεται επίσης το πρώτο στάδιο της διαδικασίας επαφής, το θείο καίγεται παρουσία αέρα για να παραχθεί διοξείδιο του θείου:
θείο + οξυγόνο → διοξείδιο του θείου
S(l) + O2(g) → SO2(g)
Πρόκειται για μη αναστρέψιμη αντίδραση.
'I' =υγρό &'g' =αέριο
• Παραγωγή τριοξειδίου του θείου
Εδώ, το διοξείδιο του θείου έρχεται σε επαφή με περισσότερο οξυγόνο για την παραγωγή τριοξειδίου του θείου:
διοξείδιο του θείου + οξυγόνο ⇌ τριοξείδιο του θείου
2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)
Πρόκειται για αναστρέψιμη αντίδραση.
‘g’ =αέριο
• Παραγωγή θειικού οξέος
Η τελική διαδικασία περιλαμβάνει την αντίδραση τριοξειδίου του θείου με το νερό για την παραγωγή θειικού οξέος:
H2O(l) + SO3(g) → H2SO4(aq)
Αυτή είναι μια μη αναστρέψιμη αντίδραση.
‘aq’ =υδατικό/διαλυμένο σε νερό.
Η προσθήκη τριοξειδίου του θείου απευθείας στο νερό είναι εξαιρετικά εξώθερμη.
Μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό νεφών θειικού οξέος.
• Προσθήκη τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ υψηλής συγκέντρωσης
Για να εκτελεστεί η διαδικασία με πολύ πιο ασφαλή τρόπο, προστίθεται τριοξείδιο του θείου στο θειικό οξύ για να ληφθεί ένα εξαιρετικά διαβρωτικό υγρό – ελαιούχο.
SO3 + H2SO4 → H2S2O7
Προστίθεται νερό στο ελαιόλαδο, το οποίο σχηματίζει θειικό οξύ με μια πολύ λιγότερο επικίνδυνη προσέγγιση:
H2S2O7 + H2O → 2H2SO4
• Τήξη και ψεκασμός
Παραγωγή διοξειδίου του θείου με χρήση του θερμού κλίβανου:
S(g) + O2 → SO2(g) + Δ
Συμπέρασμα
Η μετατροπή του τριοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ είναι η νέα μέθοδος βιομηχανικής παραγωγής θειικού οξέος. Είναι αλλιώς γνωστή ως διαδικασία επαφής. Το θειικό οξύ αποτελείται από τρία στοιχεία:θείο, αέρα και νερό.
Εφευρέθηκε από τον Βρετανό έμπορο Peregrine Phillips, η διαδικασία επαφής έχει πλέον προτεραιότητα έναντι των άλλων μεθόδων, όπως οι διαδικασίες θαλάμου ή μολύβδου. Δεν είναι μόνο μια πιο οικονομική προσέγγιση, αλλά παράγει και υποπροϊόντα όπως το τριοξείδιο του θείου και το ελαιόλαδο.
