Processo de contato

O processo de contato é um processo industrial químico para a produção de ácido sulfúrico usando um catalisador fixo como por exemplo compostos de vanádio. O processo foi inventado pelo comerciante de vinagre britânico Peregrine Phillips e patenteado em 1831.

Etapas do processo de contato

Numa primeira etapa deste processo, queima-se o enxofre (S) ao ar (O₂), produzindo dióxido de enxofre (SO₂):

$S(s)+O_{2}(g)\rightarrow \ SO_{2}(g)\;\!$

O excesso de calor de combustão do enxofre é utilizado para produzir o vapor necessário à própria fusão do enxofre e noutros usos de vapor na fábrica. Posteriormente, o dióxido de enxofre produzido é oxidado a trióxido de enxofre (o anidrido sulfúrico) na presença de pentóxido de vanádio (V₂O₅) como catalisador:

$SO_{2}(g)+1/2O_{2}(g){\xrightarrow[{V_{2}O_{5}}]{\ }}SO_{3}(g)\;\!$

Neste processo, uma mistura de gases secos que contém de 7 a 10% de SO₂, segundo a fonte de produção de SO₂ (o valor inferior corresponde a plantas que tostam piritas e o superior às que queimam enxofre), e de uns 11 a 14% de O₂, se preaquecem e uma vez depurada ao máximo, passa a um conversor de um ou mais leitos catalíticos, por regra geral de platina ou óxido de vanádio (V), onde se forma o SO₃, a pressão de operação de 1 a 2 atmosferas. O catalisador típico é constituído de terra diatomácea impregnada com mais de 7% de V₂O₅. A durabilidade (vida útil) de tal catalisador é da ordem de 5 a 6 anos. Podem ser empregados dois ou mais conversores.

Os rendimentos de conversão do SO₂ a SO₃ em uma planta em funcionamento normal oscilam entre 96 e 97%, pois a eficácia inicial de 98% se reduz com o passar do tempo. Este efeito de reduções se vê mais destacado nas plantas onde se utilizam piritas de partida com um alto conteúdo de arsênico, assim como antimônio, que não se eliminam totalmente e o pó produzido acompanha os gases que se submetem a catálise, provocando o envenenamento do catalisador e sensível influência sobre o rendimento geral da planta. Por conseguinte, em determinadas ocasiões, o rendimento pode diminuir até alcançar valores próximos a 95%.

A produção do ácido sulfúrico por combustão de enxofre elementar apresenta um melhor balanço energético pois não tem que ajustar-se aos sistemas de purificação tão rígidos obrigatoriamente necessários nas plantas de calcinação de piritas.

No segundo conversor, a temperatura varia entre 500º e 600 °C. Opera-se a conversão na temperatura considerada ideal de 550 °C, onde dá-se o máximo rendimento da oxidação de SO₂ a SO₃ sem decomposição do SO₃. Esta se seleciona para obter uma constante ótima de equilibrio com uma conversão máxima a um custo mínimo. O tempo de residência dos gases no conversor é aproximadamente de 2 a 4 segundos.

Tal temperatura é determinada pelo princípio de Le Chatelier, que indica que baixas temperaturas favoreceriam melhores rendimentos em SO₃, mas sob estas condições a reação se processaria demasiado lenta e operando nesta temperatura obtém-se o máximo rendimento em produto a uma velocidade de reação viável economicamente. O mesmo princípio determina que a pressão seja realizado a altas pressões, mas a pressão atmosférica é recomendada pelos mesmo motivos econômicos.

Por fim, o trióxido de enxofre produzido sofre absorção com água (H₂O) ou uma solução de ácido sulfúrico, com a formação de ácido sulfúrico concentrado a 98~99%:

$SO_{3}(g)+H_{2}O(g)\rightarrow \ H_{2}SO_{4}(l)\;\!$

Esta absorção é sempre realizada por um sistema de torre de absorção com recheios de cerâmica. Os gases procedentes da catálise se esfriam a uns 100 °C aproximadamente e atravessam uma torre de oleum, para obter a absorção parcial de SO₃. Para o oleum, a torre de aço não precisa ser revestida internamente com substâncias resistentes à corrosão, mas para o ácido a 98,5 a 99%, usam-se torres de aço revestidas de porcelana química.

É de se observar que a reação por dissolução direta total do SO₃ em água não é muito viável como processo industrial devido a sua extrema exotermicidade. Formaria-se uma névoa e não um líquido no processo.

Na prática, se procede a tal absorção por absorção do SO₃ em concentrações crescentes de H₂SO₄ em água até que os gases residuais atravessam uma segunda torre, onde o SO₃ restante se lava com ácido sulfúrico a 98% de concentração que absorve o SO₃ para formar oleum (H₂S₂O₇), que é então diluído com água, formando o ácido sulfúrico final desejado.

$H_{2}SO_{4}(l)+SO_{3}(g)\rightarrow \ H_{2}S_{2}O_{7}(l)\;\!$

Este oleum formado reage então com água, como citado, para formar H₂SO₄ concentrado.

$H_{2}S_{2}O_{7}(l)+H_{2}O(l)\rightarrow \ 2H_{2}SO_{4}(l)\;\!$

Entre as etapas resfria-se os ácidos de absorção. Por último, os gases não absorvidos se descarregam à atmosfera através de uma chaminé, atualmente com tratamento por dispositivos para eliminar tanto poeiras quanto depurar os gases que afetem o ambiente.

Notas

• A seção "Etapas do processo de contato" é baseada no artigo Ácido Sulfúrico - Produção publicado por Francisco Quiumento (perfil) no Knol (com licença Creative Commons Attribution 3.0 Unported)

Ligações externas

• «Descrição do processo de contato» (em inglês) 

Ver também

• Absorção de gases