اسید سولفوریک

اسید سولفوریک که در گذشته با نام جوهر گوگرد شناخته می شده است اسیدی بسیار قوی با فرمول شیمیایی H₂SO₄ است. این اسید خطرناک با هر نسبتی قابل حل شدن در آب است. واکنش اسید سولفوریک و آب فرآیندی بسیار گرماده است.

اسید سولفوریک میل ترکیبی زیادی با آب دارد به طوری‌که در واکنش با سایر مواد، هیدروژن و اکسیژن آن ها را به صورت آب جدا می کند. اسید سولفوریک خورنده است و قسمت عمده ای از باران اسیدی را تشکیل می دهد. قطرات آب به هنگام بارش با آلاینده های کارخانه ها و خودرو ها که در هوا معلق هستند واکنش می دهند و تولید اسید می کنند. اسید سولفوریک با فلزات واکنش می دهد و هر چه دما بالاتر رود میزان این واکنش بیشتر خواهد شد اما بر روی جیوه و سرب تاثیری ندارد.

ساختار مولکولی و ویژگی اسیدی

این ماده از مولکول هایی شامل یک اتم گوگرد، چهار اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن ساخته شده‌است. از آن‌جا که هیدروژن‌ها به اتم های اکسیژن متصل هستند، حامل بار مثبت جزیی می‌باشند و قادرند به عنوان هیدروژن اسیدی عمل کنند. با از دست دادن اولین هیدروژن، آنیون هیدروژن سولفات تولید می‌شود که با توجه به ساختارهای رزونانسی، بسیار پایدار است؛ بنابراین اولین تفکیک سولفوریک اسید، به شکل کامل انجام می‌شود:

H₂SO₄ + H₂O —> HSO₄^– + H₃O^–

برای دومین مرحله، باید هیدروژن به شکل کاتیون، آنیون هیدروژن سولفات را ترک کند که چندان راحت نیست؛ بنابراین تفکیک دومین هیدروژن اسیدی در سولفوریک اسید، کامل نیست و یک واکنش تعادلی است

HSO₄^– + H₂O <—> H₃O⁺ + SO₄^2-

کاربرد اسید سولفوریک

اسید سولفوریک جزء مواد شیمیایی پر کاربرد در صنعت می‌باشد. این ماده در واکنش‌های شیمیایی و فرآیندهای تولید سایر ترکیبات، کاربرد فراوانی دارد. عمده ترین استفاده آن در کارخانه‌های تولید کود شیمیایی، استخراج فلزات، سنتزهای شیمیایی، تصفیه پساب‌ها و پالایشگاه‌های نفت می‌باشد. اسید سولفوریک در اثر واکنش با اسید نیتریک، یون نیترونیوم تولید می‌کند که در فرآیند نیترو‌دار کردن ترکیبات استفاده می‌شود.

فرآیند نیترودار کردن در صنایع تولید مواد منفجره مانند تولید تری‌نیتروتولوئن (TNT)، نیترو گلیسیرین و … استفاده می‌شود. اسید سولفوریک در انباره های سربی (باطری های سربی) به عنوان محلول الکترولیت استفاده می‌شود.

اسید سولفوریک، یک عامل آبگیری بسیار قوی است. در اکثر واکنش ها به عنوان عامل هیدراتاسیون استفاده می‌شود و در تولید میوه‌های خشک هم به میزان کم، از اسید سولفوریک برای جذب آب استفاده می‌کنند.

• تولید کودهای شیمیایی
• تصفیه مواد نفتی
• صنایع شیمیایی (ضد یخ، حشره کشها، داروئی، احیای آلومینیوم)
• صنعت آهن و فولاد
• پاک کننده‌های مصنوعی
• اسیدی کردن چاه‌های نفت
• جداسازی مس با عیار کم
• استخراج اورانیوم و چسب مصنوعی
• مواد رنگی (نایلون رنگی، جوهر تحریر و تهیه ‏‏‏TiO2 از ایلمنیت)
• ابریشم مصنوعی و فیلم (پارچه‌های ابریشمی، نخ اطراف تایر و فیلم‌های عکاسی)
• صنایع کاغذ سازی (دستمال کاغذی، روزنامه، جعبه‌های مقوایی، کاغذ تحریر و سایر مقواها)
• استفاده در آنودایزینگ آلومینیوم از غلظت های متفاوت ، این اسید به عنوان الکترولیت

روش تولید اسید سولفوریک

به طور کلی فرایند تولید اسید سولفوریک چهار مرحله دارد:

الف) استخراج گوگرد
ب) تبدیل گوگرد به گوگرد دی اکسید
ج) تبدیل گوگرد دی اکسید به گوگرد تری اکسید
د) تبدیل گوگرد تری اکسید به اسید سولفوریک

یکی از مهمترین منابع تهیه گوگرد نفت و گاز طبیعی است. ترکیبات حاوی گوگرد هم به شکل ترکیبات آلی و هم هیدروژن سولفید، هر دو باید از نفت یا گاز طبیعی که قرار است به عنوان سوخت یا مواد خام شیمیایی به کار روند، زدوده شوند. یکی دیگر از منابع گوگرد به شکل گوگرد دی اکسید حاصل تصفیه فلزات است. بسیاری از سنگ معادن فلزات به شکل ترکیبات سولفیدی هستند که پس از حرارت دادن اکسید فلزات و گوگرد دی‌اکسید تولید می‌شود برای مثال در تولید سرب:

2PbS(s) + 3O₂ —> 2PbO(S) + 2SO₂

از دیگر فلزاتی که از سنگ معادن سولفیدی استحصال می‌شوند مس، روی و نیکل می‌توان نام برد. در سراسر جهان حدود ۳۵ درصد از گوگرد تولید شده از حرارت دادن سنگ معادن سولفیدی و به شکل گوگرد دی اکسید بدست می‌آید و استفاده از این روش در حال افزایش است. به طور خاص کشور چین حجم زیادی از اسید سولفوریک را از سنگ چخماق و سنگ معدن سولفیدی آهن تولید می‌کند.

در روش مرسوم، نخست گوگرد با خلوص بالا را با گرم کردن غیر مستقیم، به وسیله کویل بخار، به حالت مایع در می‌آورند. گوگرد در دمای ۱۵۰ درجه سانتی گراد به حالت مایع در می‌آید. و به راحتی می‌توان آن را به کمک پمپ مخصوص، جهت سوزاندن به درون کوره احتراق انتقال داد. مقدار جرم گوگرد مذاب منتقل شده به درون کوره احتراق باید تنظیم شود. این عمل به دو روش زیر انجام می‌شود:

کنترل مسیر برگشتی به درون حوضچه
تنظیم سوزن مشعل کوره

با توجه به گنجایش هر کوره، به ازای هر تن اسید ۹۸ درصد، ۲۰۰ کیلوگرم گوگرد وارد کوره می‌شود. گوگرد در کوره احتراق در دمای ۱۰۰۰-۹۵۰ درجه سانتی گراد به گوگرد دی‌اکسید تبدیل می‌شود:

S + O2 —> SO₂ + q

اکسیژن از طریق هوای فشرده توسط دمنده هوا تامین می‌شود و پیش از ورود به کوره، برای جلوگیری از پایین آمدن دمای کوره، توسط مبدل گرمایی تا دمای ۱۵۰ درجه سانتی گراد گرم ‌می‌شود.

در برج مخصوص کاتالیزگر، تبدیل SO₂ به SO₃ انجام می‌شود. کاتالیزگر در این برج وانادیم پنتااکسید است که درون برج به صورت چهارلایه قرار دارد. هر دو لایه، متصل به هم بوده، تنها با یک صفحه فلزی مشبک، از هم جدا شده‌اند. مقدار کاتالیزگر در این چهار لایه متفاوت است. لایه چهارم که پایین‌ترین لایه است شامل ۷۰ درصد کاتالیزگر بوده، بقیه لایه‌ها به ترتیب ۲۰، ۷ و ۳ درصد کاتالیز در بردارند. مقدار کل کاتالیزگر به ازای هر تن اسید ۹۸ درصد ۲۰۰ کیلوگرم است. گاز SO₂ تولید شده دمای بالایی دارد و اگر با این دما وارد برج کاتالیزگر شود موجب تخریب کاتالیزگر می‌شود.

بنابراین پیش از ورود به برج دمای آن باید کاهش یابد. برای این کار پیش از ورود این گاز به برج نخست آن را وارد دیگ تولید بخار می‌کنند. تا گرمای خود را به آب درون دیگ منتقل کرده، تا دمای ۵۰۰ درجه سانتی گراد خنک شود. در این مرحله احتمال وجود، ذره های گرد و غبار و سیلیس و عنصرهایی همچون سرب و آرسنیک (ناخالصی های احتمالی گوگرد) در گاز حاصل از احتراق هست که برای جلوگیری از ورود آن‌ها به برج کاتالیزگر، باید گاز را از صافی سیلیسی ویژه گذراند. در این صافی افزون بر به دام انداختن ناخالصی‌ها، با تزریق هوای خشک و خنک به گاز، کمبود اکسیژن نیز برطرف شده ، دما به ۴۵۰ درجه سانتی گراد می‌ر‌سد که دمایی مناسب برای ورود به برج کاتالیزگر است.تبدیل SO₂ به SO₃ در برج کاتالیزگر گرماده است.

SO₂ +1/2 O₂ —> SO₃ + q

گرمای ایجاد شده در جریان این واکنش ، به کاتالیزگر آسیب وارد می‌کند برای جلوگیری از این مشکل گاز SO3 وارد مبدل گرمایی می‌شود و تا دمای ۴۵۰ درجه سانتی گراد خنک می‌شود. همچنین افزایش دما افزون بر تخریب کاتالیزگر موجب برگشت گرمای واکنش یاد شده در جهت تولید گاز SO2 می‌شود.

گاز SO3 تولید شده، هنوز مقداری SO2 به همراه دارد و باید از لایه های سوم و چهارم کاتالیزگر بگذرد تا SO2 باقی مانده در آن به SO3 تبدیل شود. SO3 بیرون آمده از لایه‌ی چهارم وارد مبدل گرمایی دیگری شده، تا ۲۴۰ درجه سانتی گراد خنک می‌شود. آن‌گاه وارد برج اولئوم و سرانجام وارد برج اسید می‌شود.

در برج ها گاز SO3 و اسید، در خلاف جهت یکدیگر حرکت می‌کنند به این ترتیب که اسید به صورت پاششی از بالای برج به پایین حرکت می‌کند و گاز از پایین، روانه بالای برج می‌شود. طی این حرکت گاز SO3 جذب اسید شده، اولئوم یا اسید سولفوریک دودکننده ایجاد می‌کند که که همان اسید با درصد بالایی از SO3 است.

SO₃ +H₂O —-> H₂SO₄ + q
H₂SO₄ + SO₃ —> H₂S₂O₇

چنان که مشاهده می شود بنا به قانون شارل- گیلوساک، گرما به موجب بازگشت واکنش به سمت تولید گاز SO₃ می‌شود. برای جلوگیری از این عمل، اسید پیش از ورود به برج وارد دستگاه خنک کننده می‌شود تا دمای خود را از دست بدهد و به دمای۶۰-۵۰ درجه سانتی گراد برسد.

رعایت نکات ایمنی اسید سولفوریک

تماس با این ماده می تواند باعث تحریک شدید و سوختگی پوست و چشم ها گردد که آسیب چشم ها ممکن است به ضایعات چشمی و حتی نابینایی منجر گردد.

استنشاق اسید سولفوریک می تواند باعث تحریک مخاط بینی و حلق گردد.

استنشاق اسید سولفوریک می تواند از طریق تحریک ریه ها باعث بروز سرفه و یا تنگی نفس گردد.

در سطوح بالاتر در معرض بودن با این ماده می تواند باعث آب آوردن ریه ها شود که یک حالت اورژانس پزشکی است و با تنگی نفس شدید همراه می باشد.

اسید سولفوریک ممکن است عوارض مزمن (طولانی مدت) ایجاد نماید و این عوارض حتی ممکن است برای ماه ها و یا سال ها پایدار باقی بماند و حتی باعث عوارض غیر قابل برگشت شود.

تماس مکرر با این ماده ممکن است به بروز برونشیت منجر شود که برای بیمار سرفه، خلط و یا تنگی نفس به همراه دارد.

قیمت اسید سولفوریک

صدرا شیمی توانایی تامین اسید سولفوریک با مناسب ترین قیمت در بازار را دارد. قیمت اسید سولفوریک تا حدود زیادی تابع بسته بندی آن اعم از تانکر، گالن و یا بشکه است.

فروش اسید سولفوریک

جهت خرید اسید سولفوریک با کارشناسان ما تماس حاصل بفرمایید.