Pengertian Proses Kontak, tahapan, katalis

Proses kontak adalah proses produksi asam sulfat dengan menggunakan katalis (biasanya vanadium pentoksida pada silika). Metode ini dipatenkan oleh Peregrine Phillips pada tahun 1831. Ini telah diterapkan pada skala industri, metode ini telah berkembang dan versi ganda yang paling hemat biaya dan ekologis digunakan. Sebelumnya, proses ruang timbal dan proses vitriol juga digunakan.

Tahapan Proses Kontak

Langkah pertama adalah menghasilkan belerang dioksida dengan membakar belerang dengan oksigen dari udara. Udara yang digunakan untuk pembakaran harus cukup kering untuk menghindari korosi dan penonaktifan katalis, sehingga produk yang dihasilkan adalah sulfur dioksida.

Pembakaran belerang di udara berlebih dalam tungku dengan lapisan tahan api gas dengan kandungan belerang sekitar 10 sampai 11%. Suhu gas setelah pembakaran harus diturunkan menjadi sekitar 410 hingga 440 ° C untuk tahap oksidasi katalitik berikutnya.

Sulfur dioksida juga dapat diproduksi dengan memanggang mineral sulfida seperti pirit.

Sulfur dioksida bereaksi dengan oksigen dengan adanya katalis, platinum – atau vanadium – (pada silika gel SiO2), dalam reaksi kesetimbangan dengan sulfur trioksida.

Misi katalis adalah untuk meningkatkan laju reaksi tetapi tidak mengubah titik kesetimbangan. Menurut prinsip Le Chatelier, suhu yang lebih rendah menggeser kesetimbangan kimia ke kanan, sehingga meningkatkan persentase hasil. Jika, dengan menurunkan suhu, kecepatan pembentukan juga menurun dan dapat mencapai tingkat yang tidak ekonomis. Sebagai kompromi antara dua faktor penentu, suhu tinggi sekitar 450 ° C, tekanan rata-rata antara 1 hingga 2 atm.

Karena reaksi bersifat eksotermis setelah melewati baki katalis, gas dikeluarkan dari reaktor dan didinginkan hingga 400ºC sebelum dimasukkan kembali, untuk mencapai proses yang paling isotermal.

Meskipun belerang trioksida yang dihasilkan dapat direaksikan dengan air membentuk asam sulfat.

Tetapi hal itu tidak dilakukan karena merupakan reaksi eksoterm yang kuat dan akan membuat campuran mendidih menghasilkan uap asam atau kabut. Sebaliknya ia mengambil keuntungan dari SO3 yang memiliki kelarutan yang lebih tinggi dalam H2SO4 daripada dalam air. Ini menciptakan oleum (juga dikenal sebagai asam sulfat berasap):

Ini dapat dicampur dengan air untuk mendapatkan dua kali asam sulfat.

Sebagai aturan di pabrik asam sulfat, lebih dari larutan SO3 dengan kekuatan 97 hingga 99%, asam sulfat digunakan, dan konsentrasi asam sulfat dengan menambahkan air diatur sehingga tidak terbentuk asam sulfat yang berasap. Di beberapa tanaman asam sulfat, oleum juga dibuat sadar, yang kemudian tidak diencerkan dengan air, tetapi digunakan untuk kegunaan tertentu.

Adalah penting bahwa dalam reaksi belerang dioksida dengan oksigen untuk menghasilkan belerang trioksida, suhunya tidak melebihi kisaran 400-700 ° C. Di bawah 400 ° C katalis tidak efektif dan di atas 700 ° C bahan reaktor terlalu tertekan.

Sumber SO2

Untuk proses ini, dapat dikelompokkan menjadi dua cara untuk memperoleh SO2, satu dengan membakar belerang asli dan yang lainnya dengan zat di mana belerang muncul dengan pengotor: pemanggangan pirit, regenerasi asam sulfat bekas, dan hidrogen sulfida. Ini mengkondisikan kemurnian SO2.

Produksi asam sulfat dengan pembakaran unsur belerang menghadirkan keseimbangan energi yang lebih baik karena tidak harus menyesuaikan dengan sistem pemurnian kaku yang diperlukan di pabrik pemanggangan pirit. Pertama, udara pembakaran harus dikeringkan, artinya, menghilangkan kelembaban yang dilewatkan melalui menara pengering. Ini terdiri dari mandi asam sulfat di mana keserakahan besar ini untuk air dimanfaatkan. Saat meninggalkan tungku setelah pembakaran, ia melewati boiler untuk menurunkan suhunya, panas yang dikeluarkan digunakan untuk melelehkan belerang yang akan dibakar. Kemudian dilewatkan melalui filter untuk menghilangkan abu dan kemungkinan padatan.

Kasus yang paling ekstrim adalah pemanggangan pirit, sumber dengan banyak kotoran, proses pemurnian lebih kompleks, yang secara signifikan mempengaruhi kinerja pabrik secara keseluruhan. Udara untuk pembakaran dikeringkan dengan cara yang sama, tetapi setelah pembakaran abu dipisahkan dengan saringan. Debu yang dihasilkan dalam proses pemanggangan tidak pernah dapat sepenuhnya dihilangkan dan, bersama dengan kotoran, terutama arsenik dan antimon. Ini dapat meracuni katalis yang akan menurunkan kinerja. Kemudian melewati menara pencuci yang membersihkan dan mendinginkan gas melalui pancuran asam sulfat lemah pada 5%. Kemudian pergi ke menara pengering dengan cara mandi asam sulfat pekat. Ada berbagai filter untuk menghilangkan zat berbahaya seperti arsenik. Sebelum memasukkan gas ke dalam reaktor katalitik, suhu diatur.

Ketika mulai dari asam sulfat bekas atau hidrogen sulfida, suhu nyala harus dijaga tetap tinggi untuk memastikan konversi total menjadi SO2, yang mungkin menyiratkan penggunaan bahan bakar.

Katalisis

Langkah reaksi penting adalah oksidasi belerang dioksida dengan oksigen udara menjadi belerang trioksida dengan bantuan katalis. Yang terbaik adalah platinum, tetapi memiliki dua kelemahan yang membuatnya tidak digunakan, yang pertama, sangat rentan terhadap pengotor, terutama arsenik, dan cepat meracuni, dan yang kedua, sangat mahal. Untuk alasan ini katalis yang biasanya digunakan adalah vanadium pentoksida. Perusahaan BASF mematenkan penggunaan vanadium pentoksida pada tahun 1913. Reaktor biasanya memiliki empat baki reaksi. Karena reaksi bersifat eksotermis pada setiap keluaran tray, gas dikirim ke heat exchanger untuk menurunkan suhu dan masuk ke tray berikutnya pada suhu optimum.

Vanadium pentoksida ditemukan di pori-pori tanah diatom yang disertakan sebagai padatan, tetapi larut dalam keadaan aktif dalam lelehan logam alkali sulfat. Oleh karena itu, suhu leleh logam alkali sulfat adalah batas bawah kinerja katalis. Penggunaan katalis cesium yang memiliki suhu batas bawah dipelajari, yang memungkinkan suhu akhir gas diturunkan dan tidak membuat baja mengalami banyak tekanan.

Proses katalisis dapat dianggap terjadi dalam dua tahap dengan total dua molekul sulfur dioksida untuk bereaksi dengan oksigen menjadi sulfur trioksida. Mekanisme aksi katalis terdiri dari dua langkah:

1. Oksidasi SO2 menjadi SO3 oleh V5 +:

2. Oksidasi V4+ baru menjadi V5+ oleh oksigen (regenerasi katalis):

Tetapi proses sebenarnya agak lebih kompleks melalui kompleks komposisi [(VO) 2O (SO4) 4] 4-. Dalam oksigen ini diendapkan terlebih dahulu, diikuti oleh belerang dioksida.

Oksida besi juga kadang-kadang digunakan sebagai katalis tetapi hasilnya lebih buruk.

Related Posts