സമ്പർക്കപ്രക്രിയ

വ്യാവസായികാവശ്യങ്ങൾക്കായി ഉയർന്നസാന്ദ്രതയിൽ സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നിതിനുള്ള നിലവിലെ രീതിയാണ് സമ്പർക്കപ്രക്രിയ അഥവാ കോൺടാക്റ്റ് പ്രോസസ്. ഈ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഉത്പ്രേരകമായി പ്ലാറ്റിനത്തെയാണ് ആദ്യം ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്; എന്നിരുന്നാലും, സൾഫർ ഫീഡ്സ്റ്റോക്കിലെ ആർസെനിക് മാലിന്യങ്ങളുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കാൻ സാധ്യതയുള്ളതിനാൽ, വനേഡിയം(V) ഓക്സൈഡ് (V ₂ O ₅ ) ആണ് ഇപ്പോൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത്.

ചരിത്രം

ഈ പ്രക്രിയയ്ക്ക് 1831-ൽ ബ്രിട്ടീഷ് വിനാഗിരി വ്യാപാരി പെരെഗ്രിൻ ഫിലിപ്സ് പേറ്റന്റ് നേടി. മുൻ ലെഡ് ചേംബർ പ്രക്രിയയെക്കാൾ സാന്ദ്രതയുള്ള സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന്നതിനാലും സാമ്പത്തികലാഭമുണ്ടാക്കുന്നതിനാലും സമ്പർക്കപ്രക്രിയ വളരെയേറെ പ്രാധാന്യം നേടി.

വനേഡിയം ഓക്സൈഡിന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ സൾഫർ ഡയോക്സൈഡും ഓക്സിജനും പ്രവർത്തിച്ച് ജലത്തിൽ ലയിക്കുന്ന സൾഫർ ട്രയോക്സൈഡ് ലഭിക്കുന്ന അടിസ്ഥാനപ്രക്രിയയ്ക്ക് യൂഗൻ ദെ ഹെയ്ൻ 1901 ൽ പേറ്റൻറ് നേടിയിരുന്നു. ഈ സൾഫർ ട്രയോക്സൈഡ് ജലത്തിൽ ലയിച്ചാൽ സൾഫ്യൂരിക് ആസിഡ് ലഭിക്കുന്നു.

പ്രക്രിയ

സമ്പർക്കപ്രക്രിയയെ നാലു ഘട്ടങ്ങളായി തിരിക്കാം:

1. സൾഫറും ഓക്സിജനും (O ₂ ) സംയോജിപ്പിച്ച് സൾഫർ ഡയോക്സൈഡ് ഉണ്ടാകുന്നു. തുടർന്ന് സൾഫർ ഡയോക്സൈഡ് ഒരു ശുദ്ധീകരണ യൂണിറ്റിലൂടെ സഞ്ചരിച്ച് ശുദ്ധീകരിക്കപ്പെടുന്നു.
2. 450°C ൽ വനേഡിയം പെന്റോക്സൈഡിന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ സൾഫർ ഡയോക്സൈഡിലേക്ക് ഓക്സിജൻ അധികമായി ചേർക്കുന്നു. ഇവിടെ മർദം 1-2atm വരെയായി ക്രമീകരിക്കുന്നു
3. മേൽപ്രക്രിയയിൽനിന്നു രൂപംകൊണ്ട സൾഫർ ട്രയോക്സൈഡ് സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡിൽ ചേർക്കുന്നു, ഇത് ഓലിയം (ഡൈസൾഫ്യൂറിക് ആസിഡ്) ഉണ്ടാക്കുന്നു.
4. പിന്നീട് ഒലിയം വെള്ളത്തിൽ ചേർത്ത് സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡ് ഉണ്ടാക്കുന്നു, അത് വളരെ സാന്ദ്രമാണ്. ഈ പ്രക്രിയ ഒരു താപമോചകപ്രവർത്തനമായതിനാൽ രാസപ്രവർത്തനതാപം വളരെക്കുറവായിരിക്കണം.

ഉത്പ്രേരകനാശനം ഒഴിവാക്കുന്നതിന് വായുവിന്റെയും സൾഫർ ഡയോക്സൈഡിന്റെയും (SO ₂ ) ശുദ്ധീകരണം ആവശ്യമാണ് . വാതകം പിന്നീട് വെള്ളത്തിൽ കഴുകി സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡ് ഉപയോഗിച്ച് ഉണക്കുന്നു.

ഊർജ്ജം സംരക്ഷിക്കുന്നതിന്, കാറ്റലിറ്റിക് കൺവെർട്ടറുകളിൽനിന്നുള്ള എക്സോസ്റ്റ് വാതകങ്ങളുപയോഗിച്ച് മിശ്രിതത്തെ ചൂടാക്കുന്നു.

സൾഫർ ഡയോക്സൈഡും ഡയോക്സിജനും ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നു:

2 SO _2(g) + O _2(g) ⇌ 2 SO _3(g) : Δ H = -197 kJ·mol ^-1

ലെ ഷാറ്റ്ലിയർ തത്ത്വമനുസരിച്ച് രാസസന്തുലിതാവസ്ഥയെ വലത്തേക്ക് മാറ്റാൻ കുറഞ്ഞ താപനില ഉപയോഗിക്കണം. അങ്ങനെയെങ്കിൽമാത്രമേ ഉത്പാദനം വർധിപ്പിക്കാൻ സാധിക്കൂ. എന്നിരുന്നാലും വളരെ താഴ്ന്ന താപനില ഉത്പാദനനിരക്ക് സാമ്പത്തികമല്ലാത്ത ഒരു തലത്തിലേക്ക് കുറയ്ക്കും. അതിനാൽ പ്രതികരണനിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന്, ഉയർന്ന താപനില (450 °C), ഇടത്തരം മർദ്ദം (1-2 atm ), വനേഡിയം(V) ഓക്സൈഡ് (V ₂ O ₅ ) എന്നിവ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നു. ഈ രാസപ്രവർത്തനത്തിൽ ഉത്പ്രേരകമായ വനേഡിയം ഓക്സൈഡ് രാസപ്രവർത്തനനിരക്കുമാത്രമേ വർധിപ്പിക്കൂ. അതു താപഗതികസന്തുലിതാവസ്ഥയെ ബാധിക്കില്ല. കാറ്റലിസ്റ്റിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള സംവിധാനത്തിൽ രണ്ടു ഘട്ടങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു:

1. V ⁵⁺ ഉപയോഗിച്ചുകൊണ്ട് SO₂ യെ SO₃ ആക്കി ഓക്സീകരിക്കുന്നത്.

   2SO ₂ + 4V ⁵⁺ + 2O ²⁻ → 2SO ₃ + 4V ⁴⁺

2. ഡയോക്‌സിജൻ കൊണ്ട് V ⁴⁺ നെ ഓക്‌സീകരിച്ച് വീണ്ടും V⁵⁺ ആക്കി മാറ്റുന്നത്. (ഉത്പ്രേരകത്തെ പുനരുദ്ധരിക്കുക)

   4V ⁴⁺ + O ₂ → 4V ⁵⁺ + 2O ²⁻

ചൂടുള്ള സൾഫർ ട്രയോക്സൈഡ് ഹീറ്റ് എക്സ്ചേഞ്ചറിലൂടെ കടന്നുപോകുകയും, ആഗിരണസ്തംഭത്തിലെ സാന്ദ്രീകൃത സൾഫ്യൂരിക് അമ്ലത്തിൽ ലയിപ്പിച്ച് ഒലിയം രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു:

H ₂ SO ₄ (l) + SO ₃ (g) → H ₂ S ₂ O ₇ (l)

പ്രതികരണത്തിന്റെ ഉയർന്ന താപ സ്വഭാവം കാരണം SO ₃ നേരിട്ട് വെള്ളത്തിൽ ലയിപ്പിക്കുന്നത് അപ്രായോഗികമാണെന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക. ഇങ്ങനെ ചെയ്യുമ്പോൾ ഒരു ദ്രാവകത്തിനു പകരം അസിഡിക് നീരാവി അല്ലെങ്കിൽ മൂടൽമഞ്ഞ് രൂപം കൊള്ളുന്നു.

ഒലിയം വെള്ളവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് ഗാഢ H₂SO₄ രൂപവത്കരിക്കപ്പെടുന്നു.

H ₂ S ₂ O ₇ (l) + H ₂ O (l) → 2 H ₂ SO ₄ (l)

ശുദ്ധീകരണ യൂണിറ്റ്

ഡസ്റ്റിങ് ടവർ, കൂളിംഗ് പൈപ്പുകൾ, സ്‌ക്രബ്ബറുകൾ, ഡ്രൈയിംഗ് ടവർ (ശോഷകസ്തംഭം), ആർസെനിക് പ്യൂരിഫയർ, ടെസ്റ്റിംഗ് ബോക്‌സ് എന്നിവ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. സൾഫർ ഡയോക്സൈഡിൽ നീരാവി, പൊടിപടലങ്ങൾ, ആഴ്സണസ് ഓക്സൈഡ് തുടങ്ങി നിരവധി അപദ്രവ്യങ്ങളുണ്ട്. അതിനാൽ, ഉത്പ്രേരകത്തിന്റെ ഉത്പ്രേരണസ്വഭാവം നഷ്ടപ്പെടാതിരിക്കാൻ (കാറ്റലിറ്റിക് പോയ്സണിങ്) ഇതിനെ ശുദ്ധീകരിക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയിൽ, വാതകം വെള്ളത്തിൽ കഴുകി, സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡ് ഉപയോഗിച്ച് ഉണക്കുന്നു. വാതകം തണുപ്പിച്ച ശേഷം, സൾഫർ ഡയോക്സൈഡ് വാഷിംഗ് ടവറിൽ പ്രവേശിക്കുന്നു, അവിടെ ലയിക്കുന്ന മാലിന്യങ്ങൾ നീക്കംചെയ്യുന്നതിനായി അതു വെള്ളത്തിൽ തളിക്കുന്നു. ഡ്രൈയിംഗ് ടവറിൽ, വാതകത്തിൽനിന്ന് ഈർപ്പം നീക്കംചെയ്യുന്നതിനായി സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡ് സ്പ്രേ ചെയ്യുന്നു. അവസാനമായി, വാതകം ഫെറിക് ഹൈഡ്രോക്സൈഡുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുമ്പോൾ ആർസെനിക് ഓക്സൈഡ് നീക്കം ചെയ്യപ്പെടുന്നു.

ഡബിൾ കോണ്ടാക്റ്റ് ഡബിൾ അബ്സോർപ്ഷൻ

സമ്പർക്കപ്രക്രിയയുടെ അടുത്ത ഘട്ടം ഡബിൾ കോൺടാക്റ്റ് ഡബിൾ അബ്സോർപ്ഷൻ (ഡിസിഡിഎ) ആണ്. ഈ പ്രക്രിയയിൽ ഉത്പന്നവാതകങ്ങൾ (SO₂ ) ഉം (SO_{3 )} കൂടുതൽ ആഗിരണംചെയ്യാനും, SO₂ യെ SO₃ ലേക്കു പരിവർത്തനം ചെയ്യാനും ഉയർന്ന ഗ്രേഡ് സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡിന്റെ ഉത്പാദനം നേടാനും രണ്ടു തവണ അബ്സോർപ്ഷൻ ടവറിലൂടെ കടന്നുപോകുന്നു.

SO₂ സമ്പന്നമായ വാതകങ്ങൾ കാറ്റലിറ്റിക് കൺവെർട്ടറിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നു. ഇതിൽ വളരെയധികം കാറ്റലിറ്റിക് ബെഡ്ഡുകളുള്ളതിനാൽ വാതകങ്ങൾ സൾഫർ ട്രയോക്സൈഡായി മാറുന്നു. ഈ ഘട്ടത്തിൽ പുറത്തുകടക്കുന്ന വാതകങ്ങളിൽ SO₂ ഉം SO₃ ഉം അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. അവ മധ്യവർത്തി അബ്സോർപ്ഷൻ ടവറുകളിലൂടെ കടന്നുപോകുന്നു. അവിടെ സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡ് പായ്ക്ക് ചെയ്ത നിരകളിലേക്ക് ഒഴുകുകയും SO₃ ജലവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുകയും സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡിന്റെ സാന്ദ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. SO _2- ഉം ടവറിലൂടെ കടന്നുപോകുന്നുണ്ടെങ്കിലും അത് പ്രവർത്തനരഹിതമാകുകയും അബ്സോർപ്ഷൻ ടവറിൽനിന്ന് പുറത്തുവരുകയും ചെയ്യുന്നു.

SO₂ അടങ്ങിയ ഈ വാതക പ്രവാഹം, ആവശ്യമായ കൂളിംഗിനുശേഷം കാറ്റലറ്റിക് കൺവെർട്ടറിലെ ബെഡ് കോളത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുമ്പോൾ വീണ്ടും SO ₃ ലേക്ക് പരിവർത്തനം കൈവരിക്കുന്നു, കൂടാതെ വാതകങ്ങൾ വീണ്ടും അന്തിമ അബ്സോർപ്ഷൻ കോളത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുകയും അങ്ങനെ ഉയർന്ന പരിവർത്തനക്ഷമത കൈവരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

സൾഫ്യൂറിക് ആസിഡിന്റെ വ്യാവസായികോത്പാദനത്തിൽ വാതകങ്ങളുടെ താപനിലയുടെയും ഒഴുക്കിന്റെയും ശരിയായ നിയന്ത്രണം ഉൾപ്പെടുന്നു, കാരണം പരിവർത്തനകാര്യക്ഷമതയും ആഗിരണവും ഇവയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.

ഇതും കാണുക

• ലെഡ് ചേമ്പർ പ്രക്രിയ

 

അവലംബം

• Jim Clark (2002). "The Contact Process". Chemguide.
• "The Contact Process". City Collegiate. 2009. Archived from the original on 2015-03-02. Retrieved 2021-11-08.
• "Absorption Tower". Mining Encyclopedia.