กรดซัลฟิวริก (H2SO4): คุณสมบัติโครงสร้างและการนำไปใช้ - เคมี

กรดกำมะถัน (H ₂ SO ₄₎เป็นของเหลว, น้ำมัน, สารเคมีไม่มีสีละลายในน้ำด้วยการเปิดตัวของความร้อนและกัดกร่อนโลหะและเนื้อผ้า ถ่านไม้และสารอินทรีย์ส่วนใหญ่สัมผัสกับมัน แต่ไม่น่าจะทำให้เกิดไฟไหม้

กรดซัลฟิวริกอาจเป็นสารเคมีที่สำคัญที่สุดในอุตสาหกรรมหนักและการบริโภคได้รับการอ้างถึงหลายครั้งว่าเป็นตัวบ่งชี้สถานะทั่วไปของเศรษฐกิจของประเทศ

กรดซัลฟิวริกบริสุทธิ์พิเศษ 96%

การได้รับสารที่มีความเข้มข้นต่ำเป็นเวลานานหรือการได้รับสารที่มีความเข้มข้นสูงในระยะสั้นอาจส่งผลเสียต่อสุขภาพได้ การใช้กรดซัลฟิวริกที่สำคัญที่สุดคือในอุตสาหกรรมปุ๋ยฟอสเฟต

การใช้งานที่สำคัญอื่น ๆ ได้แก่ การกลั่นปิโตรเลียมการผลิตเม็ดสีการดองเหล็กการสกัดโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและการผลิตวัตถุระเบิดผงซักฟอกพลาสติกเส้นใยที่มนุษย์สร้างขึ้นและเภสัชภัณฑ์

Vitriol ซึ่งเป็นสารก่อนหน้าของกรดซัลฟิวริก

ในยุโรปยุคกลางกรดซัลฟิวริกเป็นที่รู้จักกันในชื่อกรดกำมะถันน้ำมันกรดกำมะถันหรือสุรากรดกำมะถันโดยนักเล่นแร่แปรธาตุ ถือเป็นสารเคมีที่สำคัญที่สุดและพยายามใช้เป็นศิลานักปราชญ์

สูตรโครงกระดูกของกรดซัลฟิวริก

ชาวสุเมเรียนมีรายชื่อกรดกำมะถันหลายประเภท นอกจากนี้ Galen, Dioscorides แพทย์ชาวกรีกและ Pliny the Elder ได้ยกระดับการใช้ทางการแพทย์

ทางด้านซ้าย: «นักเล่นแร่แปรธาตุในการค้นหาศิลาอาถรรพ์»โดยโจเซฟไรท์, 1771 / ทางด้านขวา: รูปแอนนาแกรมมาติกที่แสดงถึงกรดกำมะถันตามคติของนักเล่นแร่แปรธาตุ "เยี่ยมชม interiora terrae; แก้ไข invenies occultum lapidem” (“ เยี่ยมชมส่วนในของโลกแก้ไขคุณจะพบหินที่ซ่อนอยู่”) Stolzius von Stolzembuirg, Theatrum Chymicum, 1614

ในงานเล่นแร่แปรธาตุขนมผสมน้ำยามีการกล่าวถึงการใช้โลหะของสาร vitriolic ไว้แล้ว Vitriol หมายถึงกลุ่มของแร่ธาตุที่มีลักษณะคล้ายแก้วซึ่งสามารถรับกรดซัลฟิวริกได้

สูตร

- สูตร : H ₂ SO ₄

- จำนวน Cas : 7664-93-9

โครงสร้างทางเคมี

ใน 2D

กรดซัลฟูริก

ใน 3d

แบบจำลองโมเลกุลของกรดซัลฟูริก / บอลและแท่ง

กรดซัลฟูริก / แบบจำลองโมเลกุลของทรงกลม

ลักษณะเฉพาะ

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

กรดซัลฟิวริกเป็นกลุ่มปฏิกิริยาของกรดออกซิไดซ์อย่างแรง

ปฏิกิริยากับอากาศและน้ำ

- ปฏิกิริยากับน้ำมีน้อยมากเว้นแต่ความเป็นกรดสูงกว่า 80-90% จากนั้นความร้อนจากการไฮโดรไลซิสจะรุนแรงมากอาจทำให้เกิดแผลไหม้อย่างรุนแรง

การลุกไหม้ได้

- กรดออกซิไดซ์อย่างแรงโดยทั่วไปไม่ติดไฟ พวกเขาสามารถเร่งการเผาไหม้ของวัสดุอื่น ๆ โดยการให้ออกซิเจนไปยังสถานที่เผาไหม้

- อย่างไรก็ตามกรดซัลฟิวริกมีปฏิกิริยาสูงและสามารถจุดไฟวัสดุที่ติดไฟได้ซึ่งแบ่งออกได้อย่างประณีตเมื่อสัมผัสกับสารเหล่านี้

- เมื่อได้รับความร้อนจะปล่อยควันพิษออกมามาก

- เป็นวัตถุระเบิดหรือเข้ากันไม่ได้กับสารหลายชนิด

- สามารถเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างรุนแรงที่อุณหภูมิและความดันสูง

- สามารถทำปฏิกิริยากับน้ำได้อย่างรุนแรง

การเกิดปฏิกิริยา

- กรดซัลฟูริกเป็นกรดอย่างมาก

- ทำปฏิกิริยารุนแรงกับโบรมีนเพนตาฟลูออไรด์

- ระเบิดด้วยพาราไนโตรโทลูอีนที่ 80 ° C

- การระเบิดเกิดขึ้นเมื่อกรดซัลฟิวริกเข้มข้นผสมกับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตที่เป็นผลึกในภาชนะที่มีความชื้น แมงกานีสเฮปท็อกไซด์เกิดขึ้นซึ่งระเบิดที่ 70 ° C

- ส่วนผสมของอะคริโลไนไตรล์กับกรดซัลฟิวริกเข้มข้นต้องเก็บไว้ในตู้เย็นอย่างดีมิฉะนั้นจะเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนอย่างรุนแรง

- อุณหภูมิและความดันเพิ่มขึ้นเมื่อผสมกรดซัลฟิวริก (96%) ในส่วนที่เท่ากันกับสารใด ๆ ต่อไปนี้: acetonitrile, acrolein, 2-aminoethanol, ammonium hydroxide (28%), aniline, n-butyraldehyde , กรดคลอโรซัลโฟนิก, เอทิลีนไดอะมีน, เอทิลีนไนมีน, อีพิคลอโรไฮดริน, เอทิลีนไซยาโนไฮดริน, กรดไฮโดรคลอริก (36%), กรดไฮโดรฟลูออริก (48.7%), โพรพิลีนออกไซด์, โซเดียมไฮดรอกไซด์, สไตรีนโมโนเมอร์

- กรดซัลฟูริก (เข้มข้น) เป็นอันตรายอย่างยิ่งเมื่อสัมผัสกับคาร์ไบด์โบรเมตคลอเรตวัสดุรองพื้นพิกเกรตและโลหะผง

- อาจทำให้เกิดการเกิดพอลิเมอไรเซชันอย่างรุนแรงของอัลลิลคลอไรด์และทำปฏิกิริยากับโซเดียมไฮโปคลอไรท์แบบคายความร้อนเพื่อผลิตก๊าซคลอรีน

- โดยการผสมกรดคลอโรซัลฟิวริกและกรดซัลฟิวริก 98% จะได้ HCl

ความเป็นพิษ

- กรดซัลฟูริกมีฤทธิ์กัดกร่อนเนื้อเยื่อของร่างกายทุกส่วน การหายใจเอาไอเข้าไปอาจทำให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อปอด การสัมผัสกับดวงตาอาจทำให้สูญเสียการมองเห็นทั้งหมด การสัมผัสกับผิวหนังอาจทำให้เกิดเนื้อร้ายอย่างรุนแรง

- การกลืนกรดซัลฟิวริกในปริมาณระหว่าง 1 ช้อนชาถึงครึ่งออนซ์ของสารเคมีเข้มข้นอาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้สำหรับผู้ใหญ่ แม้แต่หยดเพียงเล็กน้อยก็อาจถึงแก่ชีวิตได้หากกรดเข้าไปในหลอดลม

- การได้รับสารเรื้อรังอาจทำให้เกิด tracheobronchitis, stomatitis, conjunctivitis และ gastritis การเจาะกระเพาะอาหารและเยื่อบุช่องท้องอักเสบสามารถเกิดขึ้นได้และตามมาด้วยการไหลเวียนโลหิต ภาวะช็อกจากระบบไหลเวียนโลหิตมักเป็นสาเหตุของการเสียชีวิตในทันที

- ผู้ที่เป็นโรคเกี่ยวกับระบบทางเดินหายใจระบบทางเดินอาหารหรือระบบประสาทเรื้อรังและโรคตาและผิวหนังมีความเสี่ยงสูง

การประยุกต์ใช้งาน

- กรดซัลฟูริกเป็นหนึ่งในสารเคมีอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในโลก แต่การใช้งานส่วนใหญ่ถือได้ว่าเป็นทางอ้อมโดยมีส่วนร่วมในฐานะรีเอเจนต์มากกว่าส่วนผสม

- กรดซัลฟิวริกส่วนใหญ่กลายเป็นกรดที่ใช้แล้วในการผลิตสารประกอบอื่น ๆ หรือเป็นกากซัลเฟตบางชนิด

- ผลิตภัณฑ์จำนวนหนึ่งมีส่วนผสมของกำมะถันหรือกรดซัลฟิวริก แต่เกือบทั้งหมดเป็นผลิตภัณฑ์ปริมาณต่ำพิเศษ

- ประมาณ 19% ของกรดซัลฟิวริกที่ผลิตในปี 2014 ถูกใช้ไปในกระบวนการทางเคมีประมาณ 20 ขั้นตอนและส่วนที่เหลือถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมและทางเทคนิคที่หลากหลาย

- การเติบโตของความต้องการกรดซัลฟิวริกทั่วโลกเกิดจากการผลิตกรดฟอสฟอริกไททาเนียมไดออกไซด์กรดไฮโดรฟลูออริกแอมโมเนียมซัลเฟตและในการแปรรูปยูเรเนียมและการใช้งานโลหะ

ทางอ้อม

- ผู้บริโภคกรดซัลฟิวริกรายใหญ่ที่สุดคืออุตสาหกรรมปุ๋ย คิดเป็นเพียงกว่า 58% ของการบริโภคทั่วโลกในปี 2557 อย่างไรก็ตามส่วนแบ่งนี้คาดว่าจะลดลงเหลือประมาณ 56% ภายในปี 2562 ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการเติบโตที่สูงขึ้นในการใช้งานทางเคมีและอุตสาหกรรมอื่น ๆ

- การผลิตวัสดุปุ๋ยฟอสเฟตโดยเฉพาะกรดฟอสฟอริกเป็นตลาดหลักของกรดซัลฟิวริก นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการผลิตวัสดุปุ๋ยเช่น superphosphate สามเท่าและโมโนและฟอสเฟต diammonium ใช้ในการผลิต superphosphate และแอมโมเนียมซัลเฟตในปริมาณที่น้อยกว่า

- ในงานอุตสาหกรรมอื่น ๆ กรดซัลฟิวริกจำนวนมากถูกใช้เป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยาการคายน้ำของกรดในเคมีอินทรีย์และกระบวนการปิโตรเคมีที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเช่นไนเตรตการควบแน่นและการคายน้ำรวมทั้งในการกลั่น ปิโตรเลียมซึ่งใช้ในการกลั่นการอัลคิเลชันและการทำให้บริสุทธิ์ของการกลั่นน้ำมันดิบ

- ในอุตสาหกรรมเคมีอนินทรีย์มีการใช้ในการผลิตเม็ดสี TiO2 กรดไฮโดรคลอริกและกรดไฮโดรฟลูออริกเป็นสิ่งที่น่าสังเกต

- ในอุตสาหกรรมแปรรูปโลหะกรดซัลฟิวริกถูกใช้สำหรับการดองเหล็กการชะล้างทองแดงยูเรเนียมและแร่วานาเดียมในกระบวนการทางไฮโดรเมทัลลิกของแร่ธาตุและในการเตรียมอ่างอิเล็กโทรไลต์สำหรับการทำให้บริสุทธิ์และการชุบ โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก

- กระบวนการบางอย่างของการผลิตเยื่อไม้ในอุตสาหกรรมกระดาษในการผลิตสิ่งทอบางอย่างในการผลิตเส้นใยเคมีและในการฟอกหนังสัตว์ก็ต้องใช้กรดซัลฟิวริกเช่นกัน

โดยตรง

- น่าจะเป็นการใช้กรดซัลฟิวริกที่ใหญ่ที่สุดซึ่งกำมะถันรวมอยู่ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายอยู่ในกระบวนการซัลโฟเนชันอินทรีย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตผงซักฟอก

- Sulfonation ยังมีบทบาทสำคัญในการได้รับสารอินทรีย์อื่น ๆ และเภสัชภัณฑ์รายย่อย

- แบตเตอรี่ตะกั่วกรดเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคที่มีกรดซัลฟิวริกซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีคิดเป็นสัดส่วนเพียงเล็กน้อยของปริมาณการใช้กรดซัลฟิวริกทั้งหมด

- ภายใต้เงื่อนไขบางประการกรดซัลฟิวริกถูกใช้โดยตรงในการเกษตรเพื่อการฟื้นฟูดินที่มีความเป็นด่างสูงเช่นที่พบในพื้นที่ทะเลทรายทางตะวันตกของสหรัฐอเมริกา อย่างไรก็ตามการใช้นี้ไม่สำคัญมากนักในแง่ของปริมาตรทั้งหมดของกรดซัลฟิวริกที่ใช้

การพัฒนาอุตสาหกรรมกรดซัลฟิวริก

กระบวนการ Vitriol

ทองแดง (II) ผลึกซัลเฟตที่สร้างกรดกำมะถันสีน้ำเงิน

วิธีการที่เก่าแก่ที่สุดในการได้รับกรดซัลฟิวริกคือสิ่งที่เรียกว่า "กระบวนการกรดกำมะถัน" ซึ่งอาศัยการสลายตัวทางความร้อนของกรดกำมะถันซึ่งเป็นซัลเฟตจากแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติหลายชนิด

นักเล่นแร่แปรธาตุชาวเปอร์เซียJābir ibn Hayyān (หรือที่รู้จักกันในชื่อ Geber ค.ศ. 721 - 815) Razi (ค.ศ. 865 - 925) และ Jamal Din al-Watwat (ค.ศ. 1318) รวมกรดกำมะถันไว้ในรายการจำแนกแร่

การกล่าวถึง "กระบวนการกรดกำมะถัน" เป็นครั้งแรกปรากฏในงานเขียนของ Jabir ibn Hayyan จากนั้นนักเล่นแร่แปรธาตุนักบุญอัลเบิร์ตมหาราชและบาซิลิอุสวาเลนตินัสได้อธิบายขั้นตอนนี้โดยละเอียด มีการใช้สารส้มและ Chalcanthite (กรดกำมะถันสีน้ำเงิน) เป็นวัตถุดิบ

ในตอนท้ายของยุคกลางกรดซัลฟิวริกได้รับในปริมาณเล็กน้อยในภาชนะแก้วซึ่งกำมะถันถูกเผาด้วยดินประสิวในสภาพแวดล้อมที่ชื้น

กระบวนการกรดกำมะถันถูกนำมาใช้ในระดับอุตสาหกรรมตั้งแต่ศตวรรษที่ 16 เนื่องจากความต้องการกรดซัลฟิวริกมากขึ้น

Vitriol ของ Nordhausen

จุดสนใจของการผลิตอยู่ที่เมือง Nordhausen ของเยอรมัน (ซึ่งเป็นสาเหตุที่กรดกำมะถันเริ่มถูกเรียกว่า "Nordhausen vitriol") ซึ่งใช้เหล็ก (II) ซัลเฟต (กรดกำมะถันสีเขียว, FeSO ₄ - 7H ₂ O) เป็นวัตถุดิบซึ่งได้รับความร้อนและนำกำมะถันไตรออกไซด์ที่ได้มาผสมกับน้ำเพื่อให้ได้กรดซัลฟิวริก (น้ำมันของกรดกำมะถัน)

กระบวนการนี้ดำเนินการในห้องเก็บของซึ่งบางแห่งมีหลายระดับควบคู่กันเพื่อให้ได้น้ำมันกรดกำมะถันในปริมาณที่มากขึ้น

แกลลีย์ใช้ในการผลิตกรดกำมะถัน

ห้องนำ

ในศตวรรษที่ 18 มีการพัฒนากระบวนการที่ประหยัดกว่าสำหรับการผลิตกรดซัลฟิวริกซึ่งเรียกว่า "กระบวนการห้องนำ"

จนกระทั่งถึงเวลานั้นความเข้มข้นสูงสุดของกรดที่ได้คือ 78% ในขณะที่ได้กรดเข้มข้นและโอเลม "กระบวนการ vitriol" ดังนั้นวิธีนี้จึงยังคงใช้ในบางภาคส่วนของอุตสาหกรรมจนกระทั่งการปรากฏตัวของ "กระบวนการของ contact” ในปี 1870 ซึ่งกรดเข้มข้นสามารถหาได้ในราคาถูกกว่า

น้ำมันหรือไอกรดกำมะถัน (CAS: 8014-95-7) เป็นวิธีการแก้ปัญหาของความมั่นคงมันและสีน้ำตาลเข้มมีองค์ประกอบตัวแปร trioxide กำมะถันและกรดซัลฟูริกซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วย H สูตร₂ SO 4 xSO ₃ (โดยที่ x แสดงถึงปริมาณโมลาร์อิสระของซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI)) ค่า x ของ 1 ให้สูตรเชิงประจักษ์ H ₂ S ₂ O ₇ซึ่งสอดคล้องกับกรดไดซัลฟูริก (หรือกรดไพโรซัลฟิวริก)

กระบวนการ

กระบวนการห้องนำเป็นวิธีการทางอุตสาหกรรมที่ใช้ในการผลิตกรดซัลฟิวริกในปริมาณมากก่อนที่จะถูกแทนที่ด้วย "กระบวนการสัมผัส"

ในปี 1746 ในเบอร์มิงแฮมประเทศอังกฤษ John Roebuck เริ่มผลิตกรดซัลฟิวริกในห้องที่มีตะกั่วซึ่งมีความแข็งแรงและราคาไม่แพงกว่าภาชนะแก้วที่ใช้ก่อนหน้านี้และสามารถทำให้ใหญ่ขึ้นได้มาก

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (จากการเผาไหม้ของธาตุกำมะถันหรือแร่โลหะที่มีกำมะถันเช่นไพไรต์) ถูกนำมาใช้กับไอน้ำและไนโตรเจนออกไซด์ในห้องขนาดใหญ่ที่เรียงรายไปด้วยแผ่นตะกั่ว

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไนโตรเจนไดออกไซด์จะละลายและในช่วงเวลาประมาณ 30 นาทีก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะถูกออกซิไดซ์เป็นกรดซัลฟิวริก

สิ่งนี้อนุญาตให้ใช้ในการผลิตกรดซัลฟิวริกในเชิงอุตสาหกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพและด้วยการปรับแต่งต่างๆกระบวนการนี้ยังคงเป็นวิธีการผลิตมาตรฐานมาเกือบสองศตวรรษ

ในปี 1793 Clemente และ Desormes ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นโดยการนำอากาศเสริมเข้าสู่กระบวนการห้องนำ

ในปีพ. ศ. 2370 Gay-Lussac ได้แนะนำวิธีการดูดซับไนโตรเจนออกไซด์จากก๊าซเสียในห้องนำ

ในปีพ. ศ. 2402 Glover ได้พัฒนาวิธีการกู้คืนไนโตรเจนออกไซด์จากกรดที่เกิดขึ้นใหม่โดยการลอกด้วยก๊าซร้อนซึ่งทำให้สามารถทำกระบวนการเร่งปฏิกิริยาไนโตรเจนออกไซด์ได้อย่างต่อเนื่อง

ในปีพ. ศ. 2466 ปีเตอร์เซนได้นำเสนอกระบวนการหอคอยที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งช่วยให้สามารถแข่งขันกับกระบวนการติดต่อได้จนถึงปี 1950

กระบวนการในห้องมีความแข็งแกร่งมากจนในปีพ. ศ. 2489 ยังคงเป็นตัวแทนของการผลิตกรดซัลฟิวริกถึง 25% ของโลก

การผลิตปัจจุบัน: ขั้นตอนการติดต่อ

กระบวนการสัมผัสเป็นวิธีการปัจจุบันในการผลิตกรดซัลฟิวริกในความเข้มข้นสูงซึ่งจำเป็นในกระบวนการอุตสาหกรรมสมัยใหม่ แพลตตินั่มเคยเป็นตัวเร่งปฏิกิริยานี้ อย่างไรก็ตามวานาเดียมเพนออกไซด์ (V2O5) เป็นที่ต้องการ

ในปีพ. ศ. 2374 ในเมืองบริสตอลประเทศอังกฤษ Peregrine Phillips ได้จดสิทธิบัตรการออกซิเดชั่นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นซัลเฟอร์ไตรออกไซด์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมที่อุณหภูมิสูงขึ้น

อย่างไรก็ตามการยอมรับสิ่งประดิษฐ์ของเขาและการพัฒนาขั้นตอนการติดต่ออย่างเข้มข้นเริ่มขึ้นหลังจากที่ความต้องการเสื่อน้ำมันสำหรับการผลิตสีย้อมเพิ่มขึ้นหลังจากประมาณปีพ. ศ. 2415

จากนั้นจะค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งที่ดีกว่าและตรวจสอบทางเคมีและอุณหพลศาสตร์ของสมดุล SO2 / SO3

ขั้นตอนการติดต่อสามารถแบ่งออกเป็นห้าขั้นตอน:

การรวมกันของกำมะถันและ dioxygen (O2) เพื่อสร้างก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์
การทำให้บริสุทธิ์ของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในหน่วยการทำให้บริสุทธิ์
การเติม dioxygen ส่วนเกินไปยังซัลเฟอร์ไดออกไซด์ต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาวานาเดียมเพนออกไซด์ที่อุณหภูมิ 450 ° C และความดัน 1-2 atm
กำมะถันไตรออกไซด์ที่เกิดขึ้นจะถูกเพิ่มเข้าไปในกรดซัลฟิวริกซึ่งจะให้โอเลม (กรดไดซัลฟูริก)
จากนั้นเติมน้ำมันลงในน้ำเพื่อสร้างกรดซัลฟิวริกซึ่งมีความเข้มข้นสูง

โครงการผลิตกรดซัลฟิวริกโดยวิธีการสัมผัสโดยใช้ไพไรต์เป็นวัตถุดิบ

ข้อเสียพื้นฐานของกระบวนการไนโตรเจนออกไซด์ (ในระหว่างกระบวนการห้องนำ) คือความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกที่ได้รับนั้น จำกัด ไว้ที่สูงสุด 70 ถึง 75% ในขณะที่กระบวนการสัมผัสก่อให้เกิดกรดเข้มข้น (98 %)

ด้วยการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาวาเนเดียมราคาไม่แพงสำหรับกระบวนการสัมผัสประกอบกับความต้องการกรดซัลฟิวริกเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นการผลิตกรดซัลฟิวริกในโรงงานแปรรูปไนโตรเจนออกไซด์ทั่วโลกลดลงอย่างต่อเนื่อง

ในปี 1980 แทบจะไม่มีการผลิตกรดในโรงงานแปรรูปไนโตรเจนออกไซด์ในยุโรปตะวันตกและอเมริกาเหนือ

กระบวนการติดต่อสองครั้ง

กระบวนการดูดซึมแบบสัมผัสสองชั้น (DCDA หรือ Double Contact Double Absorption) นำมาปรับปรุงกระบวนการสัมผัสสำหรับการผลิตกรดซัลฟิวริก

ในปีพ. ศ. 2503 ไบเออร์ได้ยื่นขอสิทธิบัตรสำหรับกระบวนการเร่งปฏิกิริยาคู่ที่เรียกว่า โรงงานแห่งแรกที่ใช้กระบวนการนี้เริ่มต้นในปีพ. ศ. 2507

ด้วยการผสมผสานขั้นตอนการดูดซับ SO ₃เบื้องต้นก่อนขั้นตอนการเร่งปฏิกิริยาขั้นสุดท้ายกระบวนการสัมผัสที่ได้รับการปรับปรุงช่วยให้การแปลง SO ₂เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญซึ่งช่วยลดการปล่อยสู่บรรยากาศได้อย่างมาก

ก๊าซจะถูกส่งกลับผ่านคอลัมน์การดูดซึมสุดท้ายซึ่งไม่เพียง แต่จะได้รับประสิทธิภาพการแปลงสูงจาก SO ₂ถึง SO ₃ (ประมาณ 99.8%) แต่ยังช่วยให้สามารถผลิตความเข้มข้นที่สูงขึ้น กรดซัลฟูริก.

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกระบวนการนี้กับกระบวนการสัมผัสธรรมดาอยู่ที่จำนวนขั้นตอนการดูดซึม

เริ่มตั้งแต่ปี 1970 ประเทศอุตสาหกรรมหลักได้นำกฎข้อบังคับที่เข้มงวดขึ้นสำหรับการปกป้องสิ่งแวดล้อมและกระบวนการซื้อกิจการซ้ำสองได้แพร่หลายมากขึ้นในโรงงานใหม่ อย่างไรก็ตามกระบวนการติดต่อแบบเดิมยังคงใช้ในหลายประเทศกำลังพัฒนาที่มีมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดน้อยกว่า

แรงผลักดันที่สำคัญสำหรับการพัฒนากระบวนการติดต่อในปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มการฟื้นตัวและการใช้พลังงานจำนวนมากที่ผลิตในกระบวนการนี้

ในความเป็นจริงโรงงานผลิตกรดซัลฟิวริกสมัยใหม่ขนาดใหญ่ไม่เพียง แต่เป็นโรงงานเคมีเท่านั้น แต่ยังเป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนอีกด้วย

วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตกรดซัลฟิวริก

ไพไรต์

ไพไรต์เป็นวัตถุดิบที่โดดเด่นในการผลิตกรดซัลฟิวริกจนถึงกลางศตวรรษที่ 20 เมื่อกำมะถันจำนวนมากเริ่มได้รับการกู้คืนจากกระบวนการกลั่นน้ำมันและการทำให้ก๊าซธรรมชาติบริสุทธิ์กลายเป็นวัสดุหลัก พรีเมี่ยมอุตสาหกรรม

ซัลเฟอร์ไดออกไซด์

ปัจจุบันก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์สามารถหาได้ด้วยวิธีการที่แตกต่างกันจากวัตถุดิบต่างๆ

ในสหรัฐอเมริกาอุตสาหกรรมนี้มีพื้นฐานมาตั้งแต่ช่วงปีแรก ๆ ของศตวรรษที่ 20 ในการได้รับธาตุกำมะถันจากการสะสมใต้ดินโดย“ กระบวนการ Frasch”

นอกจากนี้กรดซัลฟิวริกที่มีความเข้มข้นปานกลางยังเกิดขึ้นจากการทำให้บริสุทธิ์และทำให้กรดซัลฟิวริกจำนวนมากเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการทางอุตสาหกรรมอื่น ๆ

รีไซเคิล

การรีไซเคิลกรดนี้มีความสำคัญมากขึ้นจากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศที่พัฒนาแล้วหลัก ๆ

แน่นอนว่าการผลิตกรดซัลฟิวริกโดยใช้ธาตุกำมะถันและไพไรต์นั้นค่อนข้างอ่อนไหวต่อสภาวะตลาดเนื่องจากกรดที่ผลิตจากวัสดุเหล่านี้เป็นผลิตภัณฑ์หลัก

ในทางตรงกันข้ามเมื่อกรดซัลฟิวริกเป็นผลพลอยได้ที่ผลิตขึ้นเพื่อกำจัดของเสียจากกระบวนการอื่นระดับการผลิตไม่ได้ถูกกำหนดโดยเงื่อนไขในตลาดกรดซัลฟิวริก แต่เป็นไปตามสภาวะตลาดสำหรับ ผลิตภัณฑ์หลัก

ผลทางคลินิก

- กรดซัลฟิวริกใช้ในอุตสาหกรรมและผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดในครัวเรือนบางประเภทเช่นน้ำยาล้างห้องน้ำ นอกจากนี้ยังใช้ในแบตเตอรี่

- การกลืนกินโดยเฉพาะอย่างยิ่งผลิตภัณฑ์ที่มีความเข้มข้นสูงอาจทำให้บาดเจ็บสาหัสและเสียชีวิตได้ ความเสี่ยงจากการกลืนกินเหล่านี้หาได้ยากในสหรัฐอเมริกา แต่พบได้ทั่วไปในส่วนอื่น ๆ ของโลก

- เป็นกรดแก่ที่ทำให้เนื้อเยื่อถูกทำลายและการแข็งตัวของโปรตีน มีฤทธิ์กัดกร่อนผิวหนังตาจมูกเยื่อเมือกทางเดินหายใจและทางเดินอาหารหรือเนื้อเยื่อใด ๆ ที่สัมผัสได้

- ความรุนแรงของการบาดเจ็บขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและระยะเวลาของการสัมผัส

- การรับแสงต่ำ (ความเข้มข้นน้อยกว่า 10%) ทำให้เกิดการระคายเคืองต่อผิวหนังทางเดินหายใจส่วนบนและเยื่อบุทางเดินอาหารเท่านั้น

- ผลกระทบทางเดินหายใจของการได้รับสารหายใจเข้าไปแบบเฉียบพลัน ได้แก่ : การระคายเคืองของจมูกและลำคอการไอการจามการสะท้อนกลับของหลอดลมการหายใจลำบากและอาการบวมน้ำที่ปอด ความตายอาจเกิดขึ้นได้จากการไหลเวียนโลหิตล้มลงอย่างกะทันหันอาการบวมน้ำและการมีส่วนร่วมของทางเดินหายใจหรือการบาดเจ็บที่ปอดเฉียบพลัน

- การกลืนกรดซัลฟิวริกเข้าไปอาจทำให้เกิดอาการปวดบริเวณลิ้นปี่คลื่นไส้น้ำลายไหลและอาเจียนจากวัสดุที่มีลักษณะคล้ายกับกากกาแฟ มีการอาเจียนเป็นเลือดสดเป็นครั้งคราว

- การกลืนกินกรดซัลฟิวริกเข้มข้นอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนของหลอดอาหารเนื้อร้ายและการทะลุของหลอดอาหารหรือกระเพาะอาหารโดยเฉพาะในไพโลรัส ในบางครั้งอาจเห็นการบาดเจ็บที่ลำไส้เล็ก ภาวะแทรกซ้อนในภายหลังอาจรวมถึงการตีบและการสร้างช่องทวาร หลังจากการกลืนกินอาจเกิดภาวะกรดจากการเผาผลาญ

- ผิวหนังไหม้อย่างรุนแรงอาจเกิดขึ้นพร้อมกับเนื้อร้ายและแผลเป็น สิ่งเหล่านี้อาจถึงแก่ชีวิตได้หากได้รับผลกระทบบริเวณผิวกายที่ใหญ่พอ

- ดวงตามีความไวต่อการบาดเจ็บจากการกัดกร่อนเป็นพิเศษ การระคายเคืองการฉีกขาดและเยื่อบุตาอักเสบสามารถเกิดขึ้นได้แม้จะมีกรดซัลฟิวริกความเข้มข้นต่ำก็ตาม การกระเด็นของกรดซัลฟิวริกในความเข้มข้นสูงทำให้กระจกตาไหม้สูญเสียการมองเห็นและบางครั้งโลกทะลุ

- การได้รับสารเรื้อรังอาจเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของการทำงานของปอดหลอดลมอักเสบเรื้อรังเยื่อบุตาอักเสบถุงลมโป่งพองการติดเชื้อทางเดินหายใจบ่อยโรคกระเพาะการสึกกร่อนของเคลือบฟันและอาจเป็นมะเร็งทางเดินหายใจ

ความปลอดภัยและความเสี่ยง

ข้อความแสดงความเป็นอันตรายของระบบการจำแนกประเภทและการติดฉลากสารเคมีที่สอดคล้องกันทั่วโลก (GHS)

ระบบการจำแนกประเภทและการติดฉลากสารเคมีที่เป็นไปอย่างกลมกลืนทั่วโลก (GHS) เป็นระบบที่ตกลงกันในระดับสากลซึ่งสร้างขึ้นโดยองค์การสหประชาชาติซึ่งออกแบบมาเพื่อแทนที่มาตรฐานการจำแนกประเภทและการติดฉลากต่างๆที่ใช้ในประเทศต่างๆผ่านการใช้เกณฑ์ที่สอดคล้องกันทั่วโลก (Nations ประชาชาติ, 2015).

ระดับความเป็นอันตราย (และบท GHS ที่เกี่ยวข้อง) มาตรฐานการจำแนกประเภทและการติดฉลากและคำแนะนำสำหรับกรดซัลฟิวริกมีดังต่อไปนี้ (European Chemicals Agency, 2017; United Nations, 2015; PubChem, 2017):

คลาสความเป็นอันตรายตามระบบ GHS

H303: อาจเป็นอันตรายหากกลืนกิน (PubChem, 2017)

H314: ทำให้ผิวหนังไหม้อย่างรุนแรงและทำลายดวงตา (PubChem, 2017)

H318: ทำลายดวงตาอย่างรุนแรง (PubChem, 2017)

H330: ร้ายแรงจากการหายใจเข้าไป (PubChem, 2017)

H370: ทำให้อวัยวะเสียหาย (PubChem, 2017)

H372: ทำให้อวัยวะเสียหายจากการรับสัมผัสเป็นเวลานานหรือซ้ำ ๆ (PubChem, 2017)

H402: เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ (PubChem, 2017)

รหัสคำสั่งข้อควรระวัง

P260, P264, P270, P271, P273, P280, P284, P301 + P330 + P331, P303 + P361 + P353, P304 + P340, P305 + P351 + P338, P307 + P311, P310, P312, P314, P320, P321, P363, P403 + P233, P405 และ P501 (PubChem, 2017)

อ้างอิง

Arribas, H. (2012) แผนผังการผลิตกรดซัลฟิวริกโดยวิธีการสัมผัสโดยใช้ไพไรต์เป็นวัตถุดิบสืบค้นจาก wikipedia.org.
คู่มือเศรษฐศาสตร์เคมี, (2017). กรดซัลฟูริก. กู้คืนจาก ihs.com
คู่มือเศรษฐศาสตร์เคมี (2017) การบริโภคกรดซัลฟิวริกทั่วโลก - 2013 กู้คืนจาก ihs.com
ChemIDplus, (2017). โครงสร้าง 3 มิติของ 7664-93-9 - กรดซัลฟูริกกู้คืนจาก: chem.nlm.nih.gov.
Codici Ashburnhamiani (1166) ภาพเหมือนของ« Geber »จากศตวรรษที่ 15 ห้องสมุด Laurenziana Medicea สืบค้นจาก wikipedia.org.
European Chemicals Agency (ECHA), (2017). สรุปการจำแนกประเภทและการติดฉลาก การจัดประเภทที่กลมกลืนกัน - ภาคผนวก VI ของกฎระเบียบ (EC) หมายเลข 1272/2008 (ระเบียบ CLP)
ธนาคารข้อมูลวัตถุอันตราย (HSDB) TOXNET (2017) กรดซัลฟูริก. Bethesda, MD, EU: หอสมุดแห่งชาติแพทยศาสตร์ สืบค้นจาก: toxnet.nlm.nih.gov.
Leyo (2007) สูตรโครงกระดูกของกรดซัลฟิวริก. สืบค้นจาก: commons.wikimedia.org.
สารสกัดจากเนื้อ บริษัท ของ Liebig (1929) Albertus Magnus, Chimistes Celebres สืบค้นจาก: wikipedia.org.
มึลเลอร์, H. (2000). กรดซัลฟิวริกและซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ ในสารานุกรมเคมีอุตสาหกรรมของ Ullmann Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA ดูได้ที่: doi.org
องค์การสหประชาชาติ (2558). ระบบการจำแนกและการติดฉลากสารเคมีที่สอดคล้องกันทั่วโลก (GHS) ฉบับปรับปรุงครั้งที่หก New York, EU: United Nations Publication. ดึงมาจาก: unce.org.
ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ PubChem ฐานข้อมูลแบบผสม, (2017). กรดซัลฟูริก - โครงสร้าง PubChem Bethesda, MD, EU: หอสมุดแห่งชาติแพทยศาสตร์ สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ PubChem ฐานข้อมูลแบบผสม, (2017). กรดซัลฟูริก. Bethesda, MD, EU: หอสมุดแห่งชาติแพทยศาสตร์ สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
การบริหารมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติ (NOAA) CAMEO เคมีภัณฑ์ (2017) เอกสารข้อมูลทางเคมี ใช้กรดซัลฟูริก ซิลเวอร์สปริงนพ. สหภาพยุโรป; กู้คืนจาก: cameochemicals.noaa.gov.
การบริหารมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติ (NOAA) CAMEO เคมีภัณฑ์ (2017) เอกสารข้อมูลทางเคมี กรดซัลฟูริก. ซิลเวอร์สปริงนพ. สหภาพยุโรป; กู้คืนจาก: cameochemicals.noaa.gov.
การบริหารมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติ (NOAA) CAMEO เคมีภัณฑ์ (2017) แผ่นข้อมูลกลุ่มปฏิกิริยา กรดออกซิไดซ์อย่างแรง ซิลเวอร์สปริงนพ. สหภาพยุโรป; กู้คืนจาก: cameochemicals.noaa.gov.
Oelen, W. (2011) กรดซัลฟูริกบริสุทธิ์พิเศษ 96 เปอร์เซ็นต์ สืบค้นจาก: wikipedia.org.
Oppenheim, R. (1890). Schwefelsäurefabrik nach dem Bleikammerverfahren ใน der zweiten Hälfte des 19. Lehrbuch der Technischen Chemie. สืบค้นจาก: wikipedia.org.
Priesner, C. (1982) Johann Christian Bernhardt und die Vitriolsäure, in: Chemie in unserer Zeit. . สืบค้นจาก: wikipedia.org.
Stephanb (2006) คอปเปอร์ซัลเฟต. สืบค้นจาก: wikipedia.org.
Stolz, D. (1614) แผนภาพการเล่นแร่แปรธาตุ. Theatrum Chymicum สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). กรดซัลฟิวริก สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). กรดซัลฟูริก. สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). Bleikammerverfahren สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). ขั้นตอนการติดต่อ. สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). กระบวนการห้องนำ สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). น้ำมัน สืบค้นจาก: https://en.wikipedia.org/wiki/Oleum
วิกิพีเดีย, (2017). น้ำมัน สืบค้นจาก: https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93leum
วิกิพีเดีย, (2017). ซัลเฟอร์ออกไซด์ สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). กระบวนการ Vitriol สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). กรดซัลฟูริก. สืบค้นจาก: wikipedia.org.
วิกิพีเดีย, (2017). Vitriolverfahren สืบค้นจาก: wikipedia.org.
Wright, J. (1770) นักเล่นแร่แปรธาตุค้นหาศิลาอาถรรพ์ค้นพบฟอสฟอรัสและสวดภาวนาเพื่อให้ผลการดำเนินงานของเขาประสบความสำเร็จเช่นเดียวกับธรรมเนียมของนักโหราศาสตร์ Chymical โบราณ สืบค้นจาก: wikipedia.org.

กรดซัลฟิวริก (H2SO4): คุณสมบัติโครงสร้างและการนำไปใช้ - เคมี - 2026