Wie wird Schwefelsäure durch Kontaktverfahren hergestellt?

Beim Kontaktverfahren entsteht in drei Stufen Schwefelsäure.

Zuerst wird Schwefeldioxid erzeugt, entweder durch Verbrennen von Schwefel in der Luft oder durch Erhitzen von Sulfiderzen wie Pyrit in überschüssigem Sauerstoff.

Zweitens wird das Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid umgewandelt. Dies erfolgt bei einer Temperatur von vierhundert bis vierhundertfünfzig Grad Celsius, bei ein bis zwei Atmosphären Druck und in Gegenwart eines Vanadiumoxid-Katalysators. Diese Reaktion ist eine reversible Reaktion und die verwendeten Bedingungen sind ein Kompromiss zwischen Gleichgewichts- und Geschwindigkeitsbetrachtungen.

Die Reaktion ist eine exotherme Reaktion, so dass das Gleichgewicht bei niedrigerer Temperatur mehr Schwefeltrioxid produzieren würde. Bei niedrigeren Temperaturen wäre die Reaktion jedoch viel zu langsam, so dass eine höhere Temperatur verwendet wird.

Die Reaktion würde bei höherem Druck mehr Schwefeltrioxid erzeugen, aber wirtschaftliche Erwägungen bedeuten, dass der Druck nicht viel über dem Standarddruck liegt.

Der Katalysator beschleunigt die Reaktion erheblich und ist daher wichtig.

Der dritte Schritt ist die Herstellung von Schwefelsäure aus Schwefeltrioxid. Dies geschieht durch Auflösen in konzentrierter Schwefelsäure, um Oleum herzustellen, und dann durch Zugabe von Wasser, wodurch Schwefelsäure entsteht. Dies wird so gemacht, weil die direkte Zugabe von Schwefeldioxid zu Wasser unkontrollierbar ist und einen Nebel aus Schwefelsäuredämpfen erzeugt.

Contact Process wurde von knietsch in Deutschland entwickelt. Im Wesentlichen handelt es sich um die katalytische Verbindung von Schwefel und Sauerstoff zu Schwefelmonooxid (SO), das dann in Wasser zu Schwefelsäure gelöst wird.
Im Folgenden sind verschiedene Verfahrensschritte aufgeführt:

1. Herstellung von Schwefeldioxid:

Schwefeldioxid wird durch Verbrennen von Schwefel oder Rösten von Eisensulfid in Luft in Pyritbrennern hergestellt.
S + O2 -> SO2
4FeS2 + 1102 -> 2Fe2O3 + 8SO2

2. Reinigung von Schwefeldioxid: Die Reinigungseinheit

besteht aus Entstauber, Kühlrohren, Wäschern, Trockenturm und Prüfbox.

Staubpartikel werden aus dem Gemisch aus SO2 und O2 mit Dampf entfernt. Diese Gase werden durch Bleirohre geleitet, um sie auf 100 ° C abzukühlen. Gekühlte Gase werden durch Sprühen von Wasser gewaschen. Die Gase werden dann mit konzentrierter Schwefelsäure getrocknet, die durch Koks gefüllt rieselt im Turm. Die gereinigten Gase werden getrocknet und durch einen Lichtstrahl geleitet, um die Abwesenheit von festen Partikeln zu bestätigen.

3. Oxidation von SO2 zu SO3 im Kontaktturm:

Gereinigte und erhitzte Gase werden durch einen Kontaktturm geleitet, wo SO2 in Gegenwart des Katalysators V2O5 bei 400-500
° C zu SO3 oxidiert wird. 2SO2 + O2 ------> 2SO3

4. Herstellung von Schwefelsäure:

Schwefeltrioxid aus dem Kontaktturm wird in einen Absorptionsturm geleitet, wo es durch einen absteigenden Strom von 98%iger Schwefelsäure absorbiert wird, um Oleum zu bilden. Es wird mit Wasser verdünnt, um Schwefelsäure der gewünschten Konzentration zu erhalten.

SO3 + H2SO4 -----> H2S2O7
H2S2O7 + H20 -----> 2H2SO4

Ein Molekül Schwefelsäure, H2SO4, besteht aus zwei Wasserstoffatomen, einem Schwefelatom und vier Sauerstoffatomen. Schwefelsäure ist eine ölige und farblose Flüssigkeit. Sein Schmelzpunkt beträgt 10,3 Grad und 338 Grad Celsius. Schwefelsäure wird durch Auflösen von Schwefeltrioxid in Wasser hergestellt. Es ist eine starke Säure im Bleikammerverfahren. Wurde es seit Mitte der 1930er Jahre zur Herstellung von Schwefelsäure verwendet, wird dieses Verfahren heute durch das Kontaktverfahren einschließlich der katalytischen Oxidation von Schwefeldioxid ersetzt.

Das Kontaktverfahren, das durch Verbrennen von Schwefel oder durch Rösten von Sulfiderzen hergestellt wird, wird zur Herstellung von Schwefelsäure und zur Verdampfung von Schwefelsäure aus Schwefeldioxid verwendet,
Zur Herstellung von Schwefeltrioxid in Gegenwart eines Katalysators wird Schwefeldioxid mit Sauerstoff in Form von Luft kombiniert. Als Katalysator wird Valadiumoxid (V2O5) verwendet. Um die Temperatur bei 450 Grad C zu halten, werden die Bedingungen kontrolliert. Die rauchende Schwefelsäure heißt Oleum. Schwefeltrioxid löst sich in Schwefelsäure auf und bildet Oleum.

S (s) + O 2 (g) ==> SO2 (g)
Sulfur
Dioxide
2SO2 (g) + O2 (g) ==> 2SO3 (g)
Sulfur
Trioxide

SO3 (g) + H2SO4 (l) ==> H2S2O7 ( l)
Oleum

Dieses Oleum, H2S2O7, wird dann mit Wasser, H2O, gemischt, um konzentrierte Schwefelsäure, H2SO4, herzustellen.

H2S2O7(l)+ H2O (l) ==> 2 H2SO4(l)
Oleum Schwefelsäure
Säure

Schwefelsäure wurde zuerst im Labor von einem muslimischen Wissenschaftler Jabir-Bin-Hayan hergestellt. Es ist eine der wichtigsten bekannten chemischen Verbindungen. In Pakistan und anderen Ländern wird Schwefelsäure im Kontaktverfahren hergestellt. Die sechs wichtigsten Schritte des Kontaktprozesses. Zunächst wird Schwefeldioxid durch das Verbrennen von Schwefel oder das Rösten von Sulfiderz in der Luft hergestellt. Schwefeldioxid wird dann gereinigt, indem Verunreinigungen wie Staub und Arsenverbindungen entfernt werden, die sonst den Katalysator vergiften würden. Es wird dann durch die Reinigungskammer geleitet und mit Dampf besprüht. Die festen Schmutzpartikel haften an den Wassertröpfchen und setzen sich ab.

Anschließend werden die feuchten Gase (Schwefeldioxid und Luft) getrocknet, indem sie durch einen Trockenturm geleitet werden, in dem konzentrierte Schwefelsäure versprüht wird. Nach vollständiger Entfernung von Staub und anderen Verunreinigungen wird Schwefeldioxidgas über Vanadiumpentaoxid oder Platinkatalysator bei 450 °C und 2–3 Atmosphärendruck durch eine Kontaktkammer geleitet. Die Reaktion ist reversibel, aber unter diesen Temperatur- und Druckbedingungen wird eine 98%ige Umwandlung in Schwefeltrioxid erreicht. Es ist eine exotherme Reaktion und es wird viel Energie freigesetzt.
In der Kontaktkammer gebildetes Schwefeltrioxidgas wird dann in 98%iger Schwefelsäure absorbiert, um Oleum oder Pyroschwefelsäure zu erzeugen, die dann mit einer geeigneten Menge verdünnt wird, um 98-100% Schwefelsäure herzustellen.