Proceso de contacto
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Para conocer el proceso estocástico utilizado para modelar la población, consulte Proceso de contacto (matemáticas) .

El proceso de contacto es el método actual para producir ácido sulfúrico en las altas concentraciones necesarias para los procesos industriales. El platino se utilizó inicialmente como catalizador para esta reacción; sin embargo, como es susceptible de reaccionar con impurezas de arsénico en la materia prima de azufre, ahora se prefiere el óxido de vanadio (V) (V 2 O 5 ). [1]

Historia

Este proceso fue patentado en 1831 por el comerciante británico de vinagre Peregrine Phillips. [2] [3] [4] Además de ser un proceso mucho más económico para producir ácido sulfúrico concentrado que el proceso de cámara de plomo anterior , el proceso de contacto también produce trióxido de azufre y oleum .

En 1901 Eugen de Haën patentó un proceso con óxidos de vanadio . [5] Este proceso fue reemplazado por un proceso inventado por dos químicos de BASF en 1914. [6] [7] [8]

Proceso

El proceso se puede dividir en seis etapas:

  1. Combinación de azufre y oxígeno (O 2 ) para formar dióxido de azufre
  2. Purificar el dióxido de azufre en una unidad de purificación.
  3. Agregar un exceso de oxígeno al dióxido de azufre en presencia del catalizador pentóxido de vanadio a 450 ° C y 1-2 atm
  4. El trióxido de azufre formado se añade al ácido sulfúrico que da lugar al oleum (ácido disulfúrico).
  5. A continuación, se añade el óleo al agua para formar ácido sulfúrico que está muy concentrado.
  6. Como este proceso es una reacción exotérmica, la temperatura debe ser lo más baja posible.

La purificación del aire y el dióxido de azufre (SO 2 ) es necesaria para evitar el envenenamiento del catalizador (es decir, eliminar las actividades catalíticas). A continuación, el gas se lava con agua y se seca con ácido sulfúrico.

Para conservar energía, la mezcla se calienta mediante los gases de escape del convertidor catalítico mediante intercambiadores de calor.

El dióxido de azufre y el dióxido de oxígeno reaccionan de la siguiente manera:

2 SO 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2 SO 3 (g)  : Δ H = -197 kJ · mol −1

De acuerdo con el principio de Le Chatelier , se debe usar una temperatura más baja para desplazar el equilibrio químico hacia la derecha, aumentando así el porcentaje de rendimiento. Sin embargo, una temperatura demasiado baja reducirá la tasa de formación a un nivel antieconómico. Por lo tanto, para aumentar la velocidad de reacción, se utilizan altas temperaturas (450 ° C), presiones medias (1-2  atm ) y óxido de vanadio (V) (V 2 O 5 ) para asegurar una conversión adecuada (> 95%). El catalizador solo sirve para aumentar la velocidad de reacción ya que no cambia la posición del equilibrio termodinámico . El mecanismo de acción del catalizador consta de dos pasos:

  1. Oxidación de SO 2 en SO 3 por V 5+ :
    2SO 2 + 4V 5+ + 2O 2− → 2SO 3 + 4V 4+
  2. Oxidación de V 4+ de nuevo a V 5+ por dioxígeno (regeneración del catalizador):
    4V 4+ + O 2 → 4V 5+ + 2O 2−

El trióxido de azufre caliente pasa a través del intercambiador de calor y se disuelve en H 2 SO 4 concentrado en la torre de absorción para formar óleo :

H 2 SO 4 (l) + SO 3 (g) → H 2 S 2 O 7 (l)

Tenga en cuenta que disolver SO 3 directamente en agua no es práctico debido a la naturaleza altamente exotérmica de la reacción. Se forman vapores o nieblas ácidos en lugar de un líquido.

Oleum se hace reaccionar con agua para formar H 2 SO 4 concentrado .

H 2 S 2 O 7 (l) + H 2 O (l) → 2 H 2 SO 4 (l)

Unidad de purificación

Esto incluye la torre de polvo, las tuberías de enfriamiento, los depuradores, la torre de secado, el purificador de arsénico y la caja de prueba. El dióxido de azufre tiene muchas impurezas como vapores, partículas de polvo y óxido de arsénico. Por lo tanto, debe purificarse para evitar el envenenamiento del catalizador (es decir, la destrucción de la actividad catalítica y la pérdida de eficacia). En este proceso, el gas se lava con agua y se seca con ácido sulfúrico. En la torre de polvo, el dióxido de azufre se expone a un vapor que elimina las partículas de polvo. Después de que el gas se enfría, el dióxido de azufre ingresa a la torre de lavado donde se rocía con agua para eliminar las impurezas solubles. En la torre de secado, se rocía ácido sulfúrico sobre el gas para eliminar la humedad. Finalmente, el óxido de arsénico se elimina cuando el gas se expone al hidróxido férrico.

Doble absorción de doble contacto

El siguiente paso del proceso de contacto es la doble absorción de contacto doble (DCDA). En este proceso, los gases producto (SO 2 ) y (SO 3 ) pasan a través de torres de absorción dos veces para lograr una mayor absorción y conversión de SO 2 en SO 3 y la producción de ácido sulfúrico de mayor calidad.

Los gases ricos en SO 2 ingresan al convertidor catalítico, generalmente una torre con múltiples lechos de catalizador, y se convierten en SO 3 , logrando la primera etapa de conversión. Los gases de salida de esta etapa contienen SO 2 y SO 3 que pasan a través de torres de absorción intermedias donde el ácido sulfúrico se filtra por columnas empaquetadas y el SO 3 reacciona con el agua aumentando la concentración de ácido sulfúrico. Aunque el SO 2 también pasa a través de la torre, no reacciona y sale de la torre de absorción.

Esta corriente de gas que contiene SO 2 , después del enfriamiento necesario, se pasa a través de la columna del lecho del convertidor catalítico nuevamente logrando hasta un 99,8% de conversión de SO 2 a SO 3 y los gases pasan nuevamente a través de la columna de absorción final, lo que resulta no solo logrando una alta conversión. eficiencia para el SO 2, pero también permite la producción de una mayor concentración de ácido sulfúrico.

La producción industrial de ácido sulfúrico implica un control adecuado de las temperaturas y los caudales de los gases, ya que tanto la eficiencia de conversión como la absorción dependen de estos.

Ver también

  • Proceso de cámara de plomo

Notas

  1. ^ "Historia" . Ravensdown. Archivado desde el original el 23 de mayo de 2010 . Consultado el 1 de marzo de 2010 .
  2. ^ McDonald, Donald; Hunt, Leslie B. (enero de 1982). Una historia del platino y sus metales afines . ISBN 9780905118833.
  3. ^ Reino Unido 6093 , Peregrine Phillips Junior, "Fabricación de ácido sulfúrico", publicado en 1831 
  4. ^ Anderson, John R .; Boudart, Michel (6 de diciembre de 2012). Catálisis: ciencia y tecnología . ISBN 9783642932786.
  5. ^ US 687834 , Carl Johann Eugen de Haën, "Método de fabricación de anhídrido sulfúrico", publicado el 8 de mayo de 1921 
  6. ^ US 1371004 , Franz Slama & Hans Wolf, "Oxidación de dióxido de azufre y su catalizador", expedido el 8 de mayo de 1921, asignado a General Chemical Company 
  7. ^ Anderson, John R .; Boudart, Michel (6 de diciembre de 2012). Catálisis: ciencia y tecnología . ISBN 9783642932786.
  8. ^ Química industrial . 1991. ISBN 9788187224990.

Referencias

  • El Repertorio de invenciones de patentes , núm. 72 (abril de 1831), página 248 .
  • (Anon.) (1832) "Patentes inglesas: Especificación de la patente concedida a Peregrine Phillips, Jr. de Bristol, en el condado de Somersetshire, Vinegar Maker, para una mejora en la fabricación de ácido sulfúrico. Con fecha del 21 de marzo de 1831". Revista del Instituto Franklin , nueva serie, vol. 9, páginas 180-182.
  • Ernest Cook (20 de marzo de 1926) "Peregrine Phillips, el inventor del proceso de contacto para el ácido sulfúrico" , Nature , 117 (2942): 419–421.
  • Lunge, Tratado teórico y práctico sobre la fabricación de ácido sulfúrico y álcali, con las ramas colaterales , 3ª ed., Vol. 1, parte 2 (Londres, Inglaterra: Gurney y Jackson, 1903), página 975

enlaces externos

  • Jim Clark (2002). "El proceso de contacto" . Chemguide .
  • "El proceso de contacto" . Colegiata de la Ciudad . 2009.
  • "Torre de absorción" . Enciclopedia minera .
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