หลังจากพูดถึงเรื่องทั่วไปของกรดซัลฟิวริกไปในบทความที่แล้ว คราวนี้มาคุยกันเรื่อง #กระบวนการผลิตกรดซัลฟิวริกในอุตสาหกรรมกันบ้าง
การผลิตกรดซัลฟิวริกในอุตสาหกรรมนั้นทำได้หลายวิธี แต่วิธีที่รู้จักกันมากที่สุดในปัจจุบัน คือ กระบวนการที่ชื่อ "Contact process"
ซึ่งเจ้ากระบวนการที่ว่านี้ เสนอขึ้นโดยนาย Peregrine Phillips ชาวอังกฤษ เมื่อปี 1831 หรือก็คือราว 190 ปีมาแล้ว (โอ้วว้าวว!) แต่กว่าที่มันจะได้รับความนิยมจนถึงขั้นแทนที่กระบวนการ lead-chamber ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้กันมาดั้งเดิมนั้นก็ใช้เวลาอยู่นานเลยทีเดียว
ข้อได้เปรียบของกระบวนการ Contact นี้ก็คือมันให้กรดซัลฟิวริกที่เข้มข้นได้ถึง 99% เลยทีเดียว ซึ่ง lead-chamber นั้นทำให้ไม่ได้ (ได้มากสุดแค่ 78% เท่านั้น)
Contact Process for Sulfuric acid production ที่มา: http://www.dynamicscience.com.au/tester/solutions1/chemistry/sulfuricacid.html
ในกระบวนการ Contact แบ่งเป็น 3 ขั้นตอนย่อยได้แก่
1️⃣ เปลี่ยน elemental sulfur ให้เป็น SO2 (คายพลังงาน)
2️⃣ ให้ SO2 ทำปฏิกิริยากับ O2 ได้เป็น SO3 (คายพลังงาน)
3️⃣ ให้ SO3 ซึ่งเป็นแก๊ส "สัมผัส" กับ conc. H2SO4 ที่เสปรย์ลงมาจากด้านบนของหอ เกิดเป็น pyrosulfuric acid (H4S2O7) ได้เป็น oleum ก่อนจะเติมน้ำเข้ามาเพื่อให้ H4S2O7 แตกตัวให้กลายเป็น sulfuric acid ต่อไป
▶️ในขั้นตอนแรก elemental sulfur ที่เป็นสารตั้งต้นมักจะได้มาจากโรงกลั่นน้ำมัน โดยปกติ sulfur จะเป็นของแข็งสีเหลืองที่อุณหภูมิห้อง แต่ในการขนส่งมักลำเลียงมาเป็นของเหลว (molten sulfur) ปฏิกิริยาที่เกิดในขั้นแรกนี้คือการ combustion ด้วยอากาศ จะทำให้เราได้แก๊ส SO2 ซึ่งแก๊ส SO2 นี้ถ้าเอาไปรวมกับน้ำเลยจะได้เป็น H2SO3 (sulfurous acid) ยังไม่ใช่ sulfuric acid อย่างที่เราต้องการ เลยต้องมีขั้นตอนที่ 2 คือการเปลี่ยน SO2 ให้เป็น SO3 เสียก่อน มี vanadiumpentaoxide (V2O5) เป็นตัวช่วยเร่งปฏิกิริยา
▶️ซึ่งในขั้นตอนที่ 2 นี้เอง มีสมดุลระหว่าง SO2 + O2 <==> SO3 ซึ่งเป็น exothermic reaction แปลว่าถ้าอุณหภูมิสูงเกินไป SO3 จะเกิดได้ไม่ดี แต่ทว่าตัวเร่งปฏิกิริยา V2O5 จะทำงานได้ดีที่อุณหภูมิสูงๆเนี่ยสิ ทำให้จะใช้อุณหภูมิน้อยเกินไปก็ไม่ได้ สูงไปเกินไปก็ไม่ดี สรุปออกมาเป็นอุณหภูมิที่เขาใช้กันคือ 400-500 degC
▶️หลังจากได้ SO3 มาแล้ว มันก็สามารถรวมร่างกับน้ำแล้วเกิดเป็น sulfuric acid ได้แล้ว เหมือนที่เกิดฝนกรดในชั้นบรรยากาศ แต่ทว่าใน contact process เราจะไม่ทำแบบนั้น... แทนที่เราจะสเปรย์น้ำใส่แก๊ส SO3 เราดันสเปรย์ conc.H2SO4 ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของโรงงานใส่แทนซะนิ..!? ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น?
พักคำถามไว้ก่อนแล้วไปดูกระบวนการกันต่อ เมื่อ SO3(g) เจอกับ conc.H2SO4 ที่เราสเปรย์ลงมาแล้วจะเกิดเป็น H4S2O7 (pyrosulfuric หรือชื่อเล่นๆในวงการว่า oleum) ซึ่งก็จะมี lewis structure คล้ายๆกับของ Potassium Dichromate (K2Cr2O7) น่ะครับ คือใช้ O ตัวนึงร่วมกัน
หลังจากได้ pyrosulfuric มาแล้วเขาจึงค่อยเติมน้ำเข้าไป น้ำจะเข้าไป hydrolysis พันธะ S-O-S ที่อยู่ตรงกลางระหว่าง S สองอะตอมออกจากกัน ได้ออกมาเป็น H2SO4 จำนวน 2 โมเลกุล
สุดท้ายนี้ไปดูคลิปประกอบน่ารักๆกันได้ตามลิ้งค์ข้างล่างนี้:
คำถามชวนคิดต่อ
1) ทำไมตอนเราเผา S กับอากาศในขั้นแรกเราถึงไม่ได้ SO3 ออกมาเลยล่ะ ทั้งๆที่ SO3 thermodynamically stable than SO2? (thermodynamically stable ดูจากว่าเราสามารถให้ SO2 เกิดปฏิกิริยาเผาไหม้กับออกซิเจน แล้วเกิดเป็น SO3 พร้อมคายพลังงานออกมา แปลว่า SO2 เองก็ยังมีพลังงานสะสมอยู่ในตัวมันอีกพอสมควร; -99 kJ/mol SO2 reacted)
2) ทำไมเราจึงสเปรย์ conc.H2SO4 ใส่ SO3 แทนที่จะสเปรย์น้ำล่ะ?
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
