Processo de contato - Contact process
O processo de contato é o método atual de produção de ácido sulfúrico nas altas concentrações necessárias aos processos industriais. A platina foi originalmente usada como catalisador para esta reação; no entanto, como é suscetível a reagir com impurezas de arsênio na matéria-prima de enxofre, o óxido de vanádio (V) (V 2 O 5 ) é agora preferido.
História
Este processo foi patenteado em 1831 pelo comerciante britânico de vinagre Peregrine Phillips. Além de ser um processo muito mais econômico para a produção de ácido sulfúrico concentrado do que o processo de câmara de chumbo anterior , o processo de contato também produz trióxido de enxofre e oleum .
Em 1901, Eugen de Haën patenteou o processo básico envolvendo a combinação de dióxido de enxofre e oxigênio na presença de óxidos de vanádio , produzindo trióxido de enxofre que era facilmente absorvido pela água, produzindo ácido sulfúrico . Este processo foi melhorado notavelmente pela redução do tamanho de partícula do catalisador (por exemplo: le 5000 mícrons), um processo descoberto por dois químicos da BASF em 1914.
Processo
O processo pode ser dividido em quatro etapas:
- Combinação de enxofre e oxigênio (O 2 ) para formar dióxido de enxofre e , em seguida, purificar o dióxido de enxofre em uma unidade de purificação
- Adicionar um excesso de oxigênio ao dióxido de enxofre na presença do catalisador pentóxido de vanádio a 450 ° C e 1-2 atm
- O trióxido de enxofre formado é adicionado ao ácido sulfúrico que dá origem ao oleum (ácido dissulfúrico)
- O oleum é então adicionado à água para formar ácido sulfúrico, que é muito concentrado. Uma vez que este processo é uma reação exotérmica, a temperatura da reação deve ser a mais baixa possível.
A purificação do ar e do dióxido de enxofre (SO 2 ) é necessária para evitar o envenenamento do catalisador (ou seja, removendo as atividades catalíticas). O gás é então lavado com água e seco com ácido sulfúrico.
Para conservar energia, a mistura é aquecida pelos gases de exaustão do conversor catalítico por trocadores de calor.
O dióxido de enxofre e o dioxigênio reagem da seguinte forma:
- 2 SO 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2 SO 3 (g) : Δ H = -197 kJ · mol −1
De acordo com o princípio de Le Chatelier , uma temperatura mais baixa deve ser usada para deslocar o equilíbrio químico para a direita, aumentando assim o rendimento percentual. No entanto, uma temperatura muito baixa reduzirá a taxa de formação a um nível não econômico. Portanto, para aumentar a taxa de reação, altas temperaturas (450 ° C), pressões médias (1-2 atm ) e óxido de vanádio (V) (V 2 O 5 ) são usados para garantir uma conversão adequada (> 95%). O catalisador serve apenas para aumentar a taxa de reação, pois não altera a posição do equilíbrio termodinâmico . O mecanismo de ação do catalisador compreende duas etapas:
- Oxidação de SO 2 em SO 3 por V 5+ :
- 2SO 2 + 4V 5+ + 2O 2− → 2SO 3 + 4V 4+
- Oxidação de V 4+ de volta para V 5+ por dioxigênio (regeneração do catalisador):
- 4V 4+ + O 2 → 4V 5+ + 2O 2−
O trióxido de enxofre quente passa pelo trocador de calor e é dissolvido em H 2 SO 4 concentrado na torre de absorção para formar oleum :
- H 2 SO 4 (l) + SO 3 (g) → H 2 S 2 O 7 (l)
Observe que dissolver diretamente o SO 3 em água é impraticável devido à natureza altamente exotérmica da reação. Vapor ácido ou névoas são formados em vez de um líquido.
Oleum reage com água para formar H 2 SO 4 concentrado .
- H 2 S 2 O 7 (l) + H 2 O (l) → 2 H 2 SO 4 (l)
Unidade de purificação
Isso inclui a torre de poeira, tubos de resfriamento, purificadores, torre de secagem, purificador de arsênio e caixa de teste. O dióxido de enxofre tem muitas impurezas, como vapores, partículas de poeira e óxido de arsenoso . Portanto, ele deve ser purificado para evitar o envenenamento do catalisador (ou seja: destruição da atividade catalítica e perda de eficiência). Nesse processo, o gás é lavado com água e seco com ácido sulfúrico. Na torre de poeira, o dióxido de enxofre é exposto a um vapor que remove as partículas de poeira. Depois que o gás é resfriado, o dióxido de enxofre entra na torre de lavagem, onde é pulverizado com água para remover quaisquer impurezas solúveis. Na torre de secagem, o ácido sulfúrico é pulverizado no gás para remover a umidade dele. Finalmente, o óxido de arsênio é removido quando o gás é exposto ao hidróxido férrico .
Absorção dupla de contato duplo
A próxima etapa do processo de contato é a absorção de duplo contato (DCDA). Neste processo, os gases do produto (SO 2 ) e (SO 3 ) são passados através de torres de absorção duas vezes para alcançar uma maior absorção e conversão de SO 2 em SO 3 e produção de ácido sulfúrico de alto grau.
Gases ricos em SO 2 entram no conversor catalítico, geralmente uma torre com vários leitos de catalisador, e são convertidos em SO 3 , alcançando o primeiro estágio de conversão. Os gases de saída deste estágio contêm SO 2 e SO 3, que são passados por torres de absorção intermediárias, onde o ácido sulfúrico é gotejado para baixo em colunas compactadas e o SO 3 reage com a água aumentando a concentração de ácido sulfúrico. Embora o SO 2 também passe pela torre, ele não reage e sai da torre de absorção.
Esta corrente de gás contendo SO 2 , após o resfriamento necessário, é passada através da coluna do leito do conversor catalítico novamente alcançando até 99,8% de conversão de SO 2 em SO 3 e os gases são novamente passados através da coluna de absorção final, alcançando não apenas alta eficiência de conversão para o SO 2, mas também possibilitando a produção de maior concentração de ácido sulfúrico.
A produção industrial de ácido sulfúrico envolve o controle adequado de temperaturas e taxas de fluxo dos gases, uma vez que a eficiência de conversão e absorção dependem disso.
Veja também
Notas
Referências
- The Repertory of Patent Inventions , no. 72 (abril de 1831), página 248 .
- (Anon.) (1832) "Patentes inglesas: Especificação da patente concedida a Peregrine Phillips, Jr. de Bristol, no condado de Somersetshire, Vinegar Maker, para uma melhoria na fabricação de ácido sulfúrico. Datado de 21 de março de 1831." Journal of the Franklin Institute , nova série, vol. 9, páginas 180-182.
- Ernest Cook (20 de março de 1926) "Peregrine Phillips, o inventor do processo de contato para ácido sulfúrico" , Nature , 117 (2942): 419-421.
- Lunge, Theoretical and Practical Treatise on the Manufacture of Sulfuric Acid and Alkali, with the Collateral Branches , 3rd ed., Vol. 1, parte 2 (Londres, Inglaterra: Gurney and Jackson, 1903), página 975
links externos
- Jim Clark (2002). "O processo de contato" . Chemguide .
- "O processo de contato" . Colegiado da cidade . 2009
- "Torre de absorção" . Enciclopédia de mineração .