Svovelsyre: sammensetning, produksjonsprosesser, industriell bruk og sikkerhet

Denne forbindelsen er så mye brukt i industrier over hele verden at bruken til og med bestemmer utviklingsnivået i den sektoren i land. Produksjonen av svovelsyre er ekstremt høy fordi den har mange egenskaper som gjør den utmerket for produksjon av visse materialer som er svært populære globalt. Den har egenskaper som gir den en korrosiv kraft utrolig, derav navnet.

I middelalderen var denne forbindelsen kjent som vitriololje, hvis navn ble gitt av datidens alkymister, omtrent mellom det 8. og 9. århundre. Disse var også de viktigste århundrene med tanke på oppdagelsen og begynnelsen på studiet av dens funksjoner.

Det finnes flere prosesser for å utvinne svovelsyre, den følgende er en av dem blykammerprosess Den eldste av alle, som fortsatt kan observeres i historiske sammenhenger eller på eldre anlegg. I lang tid ble den ofte brukt i gjødselindustrien for å lette produksjonen.

Prosessene for å utvinne denne syren kan være svært farlige hvis ikke alle trinnene som skal følges er kjent nøyaktig, fordi den produserer store mengder varme Og kroppen hennes er igjen veldig varm, så ethvert sprut kan forårsake alvorlige brannskader.

Sammensetning av svovelsyre

Dette er en av de mest brukte forbindelsene i verden, og industrien som bruker mest svovelsyre er den gjødselprodusenterDen sterkeste egenskapen til denne syren er at den er en komponent ekstremt etsende, og den korrekte kjemiske formelen er H₂SO₄.

Svovelsyre er den komponenten med den høyeste produksjonen i verdenDette er fordi den har visse egenskaper som tillater produksjon av utallige derivater, og den kan også brukes til syntese av andre stoffer som syrer, sulfater, fosfatgjødsel, vaskemidler og et bredt utvalg av organiske og uorganiske forbindelser.

I oldtiden var det kjent som vitriol-olje eller -ånd, fordi det ble utvunnet fra mineraler som generelt er kjent som vitrioler (krystallinske sulfater av forskjellige metaller). Denne forbindelsen kan vanligvis utvinnes fra svoveldioksid gjennom en prosess som kalles oksidasjon med nitrogenoksider i vandig løsningeller gjennom katalytisk oksidasjon i kontaktprosessen. Etter å ha oppnådd det, er det nødvendig å utføre andre prosesser for å øke konsentrasjonen av det samme opptil verdier nær 98 vekt% for industriell bruk.

De to hydrogenatomene i dette molekylet er bundet til to oksygenatomer. Avhengig av løsningen kan disse hydrogenatomene være... dissociate i vann, og frigjør protoner (H⁺) og gir den sin sterke syrlige karakter.

Syremolekylet har en spesiell form forvrengt pyramideformet eller tetraedriskDen kjennetegnes ved å ha svovelatomet i midten, mens oksygenatomene kan sees i de fire hjørnene. I vann oppfører den seg som en sterk syre i sin første dissosiasjon, noe som resulterer i hydrogensulfatanionet (HSO₄^-), selv om den i den andre dissosiasjonen presenterer seg som en svak syre, noe som resulterer i sulfatanionet (SO₄^2-).

Fysiske og kjemiske egenskaper til svovelsyre

I tillegg til sammensetningen har svovelsyre en rekke fysisk-kjemiske egenskaper som forklarer hvorfor den er så allsidig og samtidig så farlig.

• Kjemisk formel: H₂SO₄.
• Omtrentlig molar masse: X.
• Tetthet (konsentrert syre): rundt 1,84 g / cm³ ved romtemperatur, noe som indikerer at det er mye tettere enn vann.
• Smeltepunkt: nær 10 º C, så det kan delvis størkne i svært kalde omgivelser.
• Kokepunkt: rundt 337 º C, noe som gjør den til en væske med høyt kokepunkt.
• Vannløselighet: fullstendig blandbarmen oppløsningen er sterkt eksotermisk (Det avgir mye varme).
• pH (svært konsentrert syre): Under 1, noe som indikerer en ekstremt høy surhetsgrad.
• Utseende: væske fargeløs eller litt gulaktig, oljete og tyktflytende, med en knapt merkbar lukt, men som kan være assosiert med svovelforbindelser når urenheter er tilstede.
• Ytterligere egenskaper: det er en forbindelse hygroskopisk (absorberer vann fra omgivelsene), oksidant, med flott dehydrerende kraft (i stand til å fjerne vann fra mange stoffer, til og med organiske, som sukker og vev).

Disse egenskapene forklarer hvorfor svovelsyre brukes som dehydrerende middel for tørking av gasser og væsker, som f.eks. oksidant i kjemiske reaksjoner og som en essensiell komponent i en rekke synteseprosesser.

Svovelsyre dannelse

Dette finnes i ulike kommersielle områder i forskjellige presentasjoner, alt fra det reneste til alle typer blandinger avledet fra det, som måles ved grader av renhet og konsentrasjon.

For at svovelsyre skal kunne dannes, er det nødvendig å gå gjennom visse prosesser for å oppnå den, blant hvilke de mest kjente og mest brukte er de av blykammer og kontaktprosessDen første er den eldste metoden for å utvinne denne forbindelsen, og selv om kontaktprosessen i dag dominerer industriell produksjon, var blykamre lenge teknikken som ble brukt av gjødselindustrien, og de kan fortsatt observeres i gamle anlegg eller i historiske sammenhenger.

Det er mulig å få tak i denne forbindelsen i laboratorier. oppnås ved å føre en strøm av svoveldioksydgass i en hydrogenperoksidløsning. Konsentrasjonen av svovelsyre oppnås gjennom denne prosessen fordamping av vannet inntil ønsket konsentrasjonsnivå er nådd.

Kontaktprosess

I denne prosessen med å utvinne svovelsyre kan man observere en blanding av gasser som inneholder omtrent mellom 7 og 10% fra operativsystemet₂, i henhold til produksjonskilden, og en omtrentlig verdi på mellom 11 og 13% av oksygen. Denne blandingen blir så... forvarm og feilsøk med største nøyaktighet for å fjerne urenheter som støv, arsenforbindelser eller andre stoffer som kan skade den påfølgende katalysatoren.

Når gassblandingen er renset så mye som mulig, føres den gjennom en Kalkulator av ett eller flere katalytiske sjikt, der platinakatalysator tradisjonelt ble brukt og deretter vanadiumpentoksid på faste bærere. I disse katalytiske sjiktene skjer følgende: SO4-oksidasjon₂ a SO₃Vanligvis brukes to eller flere omformere eller flere senger i serie for å oppnå maksimal mulig effektivitet.

Produksjonen av denne forbindelsen gjennom forbrenning av elementært svovel Den har en tendens til å ha en bedre energibalanse, noe som ikke nødvendigvis krever de strenge rensesystemene som er obligatoriske i andre tilfeller. Når svoveldioksid genereres ved brenning av sulfidmineraler, som pyritt, kreves det vanligvis mer kompleks gassbehandling.

Det er stor forskjell mellom SÅ produksjon₂ ved forbrenning av svovel og den andre metoden kjent som steking av pyrittspesielt hvis disse er arsenikk. Dette er fordi den andre etterlater mange i det endelige resultatet urenheter som aldri kan elimineres fullstendig.

I et anlegg i normal drift konverteringsytelsen til SO₂ til SÅ₃ Varierer fra 96% og 97%fordi effektiviteten avtar over tid. Denne effekten observeres oftere i anlegg som bruker utgangspyritter med et høyt arseninnhold, som ikke kan fjernes fullstendig fra forbindelsen og derfor følger med gassene som gjennomgår katalyseprosessen, noe som forårsaker katalysatorforgiftningDette er hovedårsaken til den plutselige nedgangen i ytelse.

I den andre omformeren har gassene en oppholdstid på omtrent 2 til 4 sekunder, og i dette tilfellet må temperaturen være mellom 500 og 600 ºC for å oppnå en optimal likevektskonstant og en maksimal konvertering til lavest mulig kostnad.

Etter den forrige prosessen avkjøles gassene fra katalysen til en temperatur nær 100 º C, og deretter gå gjennom en oleumtårnetTakket være dette oppnås delvis, ikke fullstendig, absorpsjon av SO₂.₃De gjenværende gassene fra denne prosessen passerer gjennom et andre tårn hvor forbindelsen renses og vaskes med konsentrert svovelsyre. Etter at alle disse trinnene er fullført, fjernes avfallet. avgasser gjennom en skorstein ut i atmosfæren, og oppfyller dermed strenge miljøkrav.

I løpet av denne prosessen ble en enorm mengde hete (eksoterm reaksjon), som i mange moderne anlegg brukes til å produsere vanndamp og fra den, elektrisk kraftI storkapasitetsanlegg selges en svært betydelig del av denne varmen som damp eller brukes internt til å drive andre industrielle prosesser, noe som forbedrer den generelle energieffektiviteten.

Lead Chamber Process

Denne prosessen er den eldste kjente metoden for å produsere og utvinne svovelsyre. I den brukes SO₂₃ gassformig kommer inn i en reaktor kjent under navnet hansketårnhvor den gjennomgår en vaskeprosess med lystgasssom er svovelsyre med lystgass og karbondioksidpartikler oppløst i den, som igjen er blandet med to typer nitrogenoksid: nitrogenmonoksid (NO) og nitrogendioksid (NO₂).₂).

Mye av svovel(IV)oksidet som brukes her oksideres til svovel(VI)oksid og løses opp i et syrebad for å danne det som kalles tårnsyrekarakteristisk for Glover-tårnet. Dette systemet utnytter nitrogenoksidsyklusen som oksiderende og regenererbare mellomprodukter i prosessen.

Etter at gassblandingene har passert gjennom Glover-tårnet, blir de tatt til en blyforet kammer (derav navnet) hvor de behandles med rikelig med vann. Disse kamrene har forskjellige former avhengig av produsentens kriterier, blant hvilke de vanligste er torget eller de som har en form som ligner på en kjegle.

Svovelsyre kondenserer på veggene, dannet av en rekke reaksjoner, og akkumuleres på bunnen av det blyforede kammeret. Vanligvis kan man observere tilstedeværelsen av mellom 3 til 6 kameraer etter hverandre. Sluttproduktet som oppnås fra disse kamrene er vanligvis kjent som kamerasyre, eller mer vanlig som gjødselsyresiden konsentrasjonen vanligvis er lavere enn syrekonsentrasjonen som oppnås ved kontaktprosessen.

I det siste stadiet av denne prosessen føres gassene gjennom en annen reaktor som kalles Gay-Lussac-tårnethvor en kontinuerlig skrubbeprosess starter med konsentrerte, kalde syrer fra Glover-tårnet. Til slutt slippes de ubehandlede gassene ut i atmosfæren, ideelt sett med lavest mulig forurensningsinnhold.

Historien om svovelsyre

Opprinnelsen deres går tilbake til middelalderen, da de i stedet for forskere var alkymister De som eksperimenterte med stoffer hentet fra jorden, hvorav de fleste var naturlige, selv om noen klarte å produsere forbindelser. Dette er tilfellet med Jabir Ibn Hayyan, som var en av pionerene innen beskrivelsen av svovelsyre ved bruk av metoder som involverte destillasjon av sulfatmineraler og blandinger med andre forbindelser.

Senere, i de påfølgende århundrene, begynte man å studere syren grundig, etter hvert som dens bemerkelsesverdige egenskaper og potensielle bruksområder for produksjon av nye gjenstander og produkter ble anerkjent. Denne prosessen ble populær i løpet av den tiden gjennom avhandlinger og bøker av både arabere og persere, og senere av europeiske alkymister.

I Europa på den tiden, spesielt i middelalderen, var svovelsyre kjent som vitriolVitriol, eller vitriolforbindelse, vitriolvæske eller vitriololje, ble avledet fra sulfatsaltkrystaller. Ordet vitriol kommer fra latin. glasslegemet, som refererer til krystallinske salter av sulfat, og oversettelsen til spansk ville være krystall.

Denne komponenten viste seg fra starten av å være av stor interesse for alkymister, så mye at den til visse tider ble ansett som en mulig Philosopher Stoneselv om blant de vanligste bruksområdene var å reagere stoffer for å observere fargeendringer, utfellinger og transformasjoner.

Johann Glauber, en tysk kjemiker av nederlandsk avstamning, lyktes i å utvinne svovelsyre, eller vitriol, gjennom en prosess med svovelforbrenning med kaliumnitrat i nærvær av vanndamp. Dette var fordi svovelet kunne observeres oksiderende til SO₂ etter hvert som kaliumnitratet dekomponerte.₃som, når det ble kombinert med vann, ga forbindelsen. Dette ble en flott metode for kommersialisering av svovelsyre, fordi den var enklere å produsere. masseproduksjon.

Rundt midten av 1700-tallet, rundt 1746, begynte man å bruke metoden med blyforede kammer, noe som stabiliserte blyproduksjonsindustrien og muliggjorde bredere handel. Senere, på 1800-tallet, ble det utviklet mer bærekraftige og effektive prosesser. I 1831 ble det introdusert en tilnærming som, med påfølgende forbedringer i katalysatorer og absorpsjon, førte til kontaktprosess som i dag dekker mesteparten av forsyningen.

De opprinnelige konsentrasjonsnivåene i de gamle prosessene var relativt lave, omtrent én 40%Dette ble imidlertid forbedret ved å studere forbindelsens egenskaper, noe som førte til produksjon av nye produkter som krevde høyere konsentrasjoner. Med forbedringer i katalysatorer og absorpsjonssystemer begynte svovelsyre å bli produsert i stadig renere og konsentrerte former, og ble en søylen i den moderne kjemiske industrien og som en nøkkelindikator på industrialiseringsnivået i land.

Svovelsyre ved 98 % og andre konsentrasjoner

I industrisektoren er en av de viktigste presentasjonene 98 % svovelsyresom anses som praktisk talt konsentrert. Denne renheten er grunnleggende for å utføre prosesser som krever en presis kontroll av surhetsgraden og minimere tilstedeværelsen av vann.

Fra denne konsentrerte syren er det mulig å fremstille løsninger med forskjellige konsentrasjoner. kommersielle konsentrasjonersom er tilpasset spesifikke bruksområder innen industri, landbruk, bilindustri eller rengjøring. Noen vanlige konsentrasjoner er:

• 30-40%Brukes i visse overflatebehandlinger og spesifikke formuleringer, med en moderat, men fortsatt svært etsende surhet.
• 50-60%Brukes i industrielle prosesser som krever en balanse mellom reaktivitet og håndtering, for eksempel i noen stadier av gjødsel- eller vaskemiddelproduksjon.
• 98%høykonsentrert syre, typisk for kontaktprosessen, brukt som basisråmateriale for de fleste industrielle applikasjoner og for produksjon av olje (blanding av svovelsyre med SO)₃).

Å kontrollere konsentrasjonen er avgjørende, da det er essensielt for andres prestasjoner. viskositetden Reaksjonskapasitet, The risiko for korrosjon av utstyr og materialer, samt sikkerhetskrav ved transport og lagring.

Bruksområder og forholdsregler for svovelsyre

Når alle aspekter og historien bak hvordan denne forbindelsen først ble utvunnet er kjent, er det ekstremt viktig å vite hva dens vanligste applikasjoner og forholdsregler Det må tas i betraktning, fordi stoffet i de fleste av disse prosessene varmes opp til et slikt punkt at det kan forårsake alvorlig brannskader ved kontakt.

De vanligste applikasjonene

• Noen bransjeprosesser Produsenter av tre- og papirprodukter trenger svovelsyre, i likhet med tekstilindustrien, der den brukes til fiberbehandling og pH-justering på ulike stadier av prosesseringen.
• Gjødselindustrien har sett økt forbruk og etterspørsel etter denne forbindelsen, ettersom komponentene er svært effektive for... produksjon av fosfatgjødsel og uorganisk. Dette er fordi det fungerer som et reagens for å produsere fosforsyre y ammoniumsulfat, blant annet, som brukes som gjødsel.
• I de fleste tilfeller brukes denne forbindelsen som råmaterialeselv om det sjelden gjenspeiles i det endelige produktet. Det griper inn som katalysator, dehydrerings- eller oksidasjonsmiddel i mange kjemiske synteseprosesser.
• Blant de viktigste bruksområdene er oljeraffineringStålbehandling (beising og rengjøring av metalloverflater), pigmentproduksjon, produksjon av eksplosiver, plast, syntetiske fibre og vaskemidler, samt utvinning av jernholdige metaller som kobber, nikkel eller sink.
• Det fungerer som en metode for metallbehandling forskjellige materialer som stål, kobber, vanadium, blant annet, fjerning av overflateoksider og klargjøring av overflater for belegg, galvanisering eller påfølgende behandlinger.
• I noen land er bruken strengt tatt overvåket av myndighetene fordi det kan brukes i produksjonen av ulovlige narkotika eller eksplosiver, samt på grunn av faren for miljøet hvis det håndteres feil.
• Den mest direkte bruken, så å si, er i produksjonen av sulfonerte overflateaktive stoffer, som innlemmes gjennom organisk sulfonering eller svovling, grunnleggende prosesser i industrien av vaskemidler og rengjøringsprodukter.
• I bilindustrien Den brukes i blybatterierhvor en svovelsyreløsning fungerer som en elektrolytt, noe som tillater lagring og frigjøring av elektrisk energi.
• I farmasøytisk industri Det er involvert i syntesen av en rekke aktive ingredienser og hjelpestoffer, på grunn av sin rolle som et sulfonerings-, dehydrerings- og pH-justeringsmiddel i reaksjons- og rensetrinn.
• På området rengjøring og vedlikehold i hjemmetI kontrollerte konsentrasjoner og under spesifikke formuleringer brukes det i noen avblokkere og avløpsrensere, og utnytter deres evne til å løse opp organisk materiale. Bruken av dem må imidlertid være ekstremt forsiktig.

forholdsregler

Produksjonsprosessene for svovelsyre kan være ekstremt farlige fordi forbindelsen i de fleste, om ikke alle, tilfeller varmes opp til ekstreme temperaturer. Derfor er det viktig å huske at når den fortynnes, må den tilberedes på riktig måte. helles på vannet og aldri omvendt, fordi det kan forårsake aggressive sprut som kan forårsake alvorlige hudforbrenninger.

Svovelsyre er svært etsende, oksiderende og dehydrerendeDerfor kan kontakt med vev skade dem alvorlig. Selv en minimal mengde svovelsyre i kontakt med huden kan forårsake kjemiske forbrenninger veldig alvorlig. Kontakt med øynene kan forårsake permanent skade og til og med blindhet.

Du må også være forsiktig med Ikke pust inn dampene eller aerosoler som frigjøres ved reaksjoner mellom svovelsyre og andre stoffer, da de forårsaker pustevansker og en brennende følelse i luftveiene. Langvarig eksponering for svovelsyretåke er forbundet med kroniske irritasjoner og til og med økt risiko for alvorlige luftveisproblemer.

Selv om svovelsyre alene Det er ikke brannfarlig, i kontakt med visse metaller slippes ut hydrogenDet er en svært brannfarlig og eksplosiv gass. Videre kan den være brennbar i kombinasjon med andre materialer, til og med vann, hvis den ikke håndteres riktig, på grunn av dens... eksoterm reaksjon som produseres når begge blandes.

En av de viktigste forholdsreglene er at denne syren alltid må tilsett vann og aldri omvendt. Fordi fortynning av svovelsyre frigjør mye varme, kan det å helle vann på svovelsyre forårsake en voldsom eksoterm reaksjon som ville generere sprut og farlige damper.

Ved hudkontakt, ikke påfør trykkvann på en stor mengde konsentrert syre umiddelbart uten først å fjern overflødig og delvis nøytralisere, da varmen som genereres ved fortynning kan forverre skaden. Det anbefales å følge prosedyrene som er angitt i sikkerhetsdatablad av produktet, bruk rikelig såpevann eller milde nøytraliserende midler når det anbefales, og skyll deretter med rennende vann i lang tid.

For å håndtere det, bruk av personlig verneutstyr Passende personlig verneutstyr (PPE): kjemikaliebestandige hansker, vernebriller eller ansiktsskjerm, verneklær, masker eller åndedrettsvern ved risiko for innånding av damp eller aerosoler, og egnet fottøy. Oppbevaring bør skje i beholdere. godkjent og korrosjonsbestandig, som for eksempel beholdere av høydensitetspolyetylen eller spesielle glassbeholdere, på kjølige, ventilerte steder og unna inkompatible stoffer (sterke baser, reaktive metaller, reduksjonsmidler, brennbare organiske materialer osv.).

Kompatibiliteter og inkompatibiliteter med svovelsyre

Når man designer eller bruker anlegg som håndterer svovelsyre, er det viktig å vite hva materialene er kompatible og hva er de? uforenlige eller farlig.

• Kompatibel: vann (alltid tilsette syren i vannet), motstandsdyktige plastmaterialer som høydensitetspolyetylen (HDPE), noen fluorpolymerer, og borosilikatglass eller motstandsdyktig keramikk.
• Uforenlig: reaktive metaller (aluminium, sink, magnesium osv., som genererer hydrogen), brennbare organiske materialer, sterke alkaliske stoffer (hydrokside), reduksjonsmidler (sulfitter, nitritter osv.) og stoffer som kan forårsake voldsomme eller ukontrollerte eksoterme reaksjoner.

Riktig valg av materialer og utforming av passende inneslutnings- og ventilasjonssystemer reduserer risikoen forbundet med lekkasjer, utstyrskorrosjon og ulykker betydelig.

Svovelsyre har blitt en viktig innsatsfaktor for moderne industri, grunnleggende i produksjon av gjødsel, oljeraffinering, syntese av utallige kjemiske forbindelser og produksjon av batterier, vaskemidler, fibre og avanserte materialer. En grundig forståelse av dens egenskaper, historie, produksjonsprosesser og fremfor alt sikkerhetstiltakene for håndtering og lagring, lar oss maksimere potensialet samtidig som vi holder risikoen for mennesker og miljøet under kontroll.