Abschluss des Kontaktverfahrens und Weiterentwicklungen

Der letzte Schritt des Kontaktverfahrens zur Herstellung von Schwefelsäure findet im Absorber statt. Hier reagiert das Schwefeltrioxid mit Wasser zu Schwefelsäure:

Reaktionsgleichung: SO3 $g$ + H2O $g$ → H2SO4 $l$ ΔH = -177 kJ/mol

Interessanterweise hat Schwefeltrioxid eine höhere Löslichkeit in Schwefelsäure als in Wasser. Dies kann zur Bildung von Dischwefelsäure führen:

SO3 $g$ + H2SO4 $l$ → H2S2O7 $l$

Die Dischwefelsäure wird dann in Wasser gelöst, um die doppelte Menge der eingesetzten Schwefelsäure zu erhalten:

H2S2O7 $l$ + H2O $l$ → 2H2SO4 $l$

Highlight: Das Doppelkontaktverfahren ist eine Weiterentwicklung des ursprünglichen Kontaktverfahrens. Es ist effizienter und umweltfreundlicher, weshalb es heute häufiger angewendet wird.

Der Hauptunterschied beim Doppelkontaktverfahren besteht darin, dass nicht umgesetztes Schwefeldioxid aus dem ersten Kontaktofen in einen zweiten Kontaktofen geleitet wird. Dies erhöht die Gesamtausbeute und reduziert Emissionen.

Vocabulary: Katalytische Nachverbrennung - Ein Prozess, bei dem Restgase in einem zweiten Reaktor weiter umgesetzt werden.

Die Verwendung von Schwefelsäure ist vielfältig und umfasst wichtige industrielle und alltägliche Anwendungen:

• Herstellung von Autobatterien
• Papierproduktion
• Produktion von Sulfaten
• Düngemittelherstellung
• Waschmittelproduktion

Example: In Autobatterien dient Schwefelsäure als Elektrolyt, der die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt.

Das Kontaktverfahren und seine Weiterentwicklung, das Doppelkontaktverfahren, sind somit von zentraler Bedeutung für die moderne chemische Industrie und viele Bereiche unseres täglichen Lebens.

Einführung in das Kontaktverfahren

Das Kontaktverfahren ist ein bedeutendes technisches Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure. Es wurde 1831 vom britischen Chemiker Peregrine Phillips patentiert, aber die erste industrielle Anlage entstand erst 1875 in Freiberg. Dieses Verfahren nutzt einen Katalysator, um die Produktion von Schwefelsäure zu ermöglichen.

Definition: Das Kontaktverfahren ist ein industrieller Prozess zur Herstellung von Schwefelsäure unter Verwendung eines Katalysators.

Der Prozess beginnt mit der Verbrennung von Schwefel zu Schwefeldioxid im Verbrennungsofen. Die Reaktionsgleichung für diesen Schritt lautet:

Highlight: S8 $s$ + 8O2 $g$ → 8SO2 $g$ ΔH = -2376 kJ/mol

Diese stark exotherme Reaktion erzeugt ein Gasgemisch, das zu 10-11% aus Schwefeldioxid besteht. Anschließend wird das Gas gefiltert, gereinigt und getrocknet. Die Reinigung ist besonders wichtig, um Verunreinigungen zu entfernen, die den Katalysator beeinträchtigen oder die Anlage beschädigen könnten.

Vocabulary: Hordenreaktor - Ein Festbettreaktor, der für heterogene Katalyse verwendet wird und in mehrere Abschnitte unterteilt ist.

Im Hordenreaktor findet der nächste entscheidende Schritt statt. Hier wird ein Platin- oder Vanadium-Katalysator verwendet, um Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid zu oxidieren:

Example: 2SO2$g$ + O2$g$ → 2SO3$g$ ΔH = -198 kJ/mol

Diese Reaktion ist ebenfalls exotherm und das Gleichgewicht wird durch sorgfältige Temperaturkontrolle beeinflusst. Die optimale Temperatur liegt zwischen 410-440 °C, um das Gleichgewicht günstig in Richtung Schwefeltrioxid zu verschieben.