Il processo di contatto per l’acido solforico è una reazione a più fasi che inizia con lo zolfo grezzo e termina con l’acido concentrato. In teoria, lo zolfo può essere bruciato con l’aria per formare anidride solforosa, quindi fatto reagire direttamente con l’acqua per formare acido solforico. Questo processo crea una grande quantità di calore, non è controllabile chimicamente e di conseguenza viene utilizzato raramente. Il processo di contatto utilizza anidride solforosa per formare anidride solforosa, che viene assorbita nell’acido solforico per formare oleum, quindi una fase finale fa reagire l’oleum con l’acqua per formare acido solforico.
Lo zolfo è un minerale giallo che si trova nel terreno sotto forma di strati depositati, spesso vicino a vulcani o antichi letti di lava. Lo zolfo viene prima bruciato con l’aria per formare anidride solforosa, una molecola di uno zolfo e due atomi di ossigeno. L’aria che entra in questa reazione viene fatta gorgogliare attraverso l’acido concentrato per rimuovere l’acqua, poiché l’umidità formerà acido solforico nel reattore e causerà calore in eccesso e corrosione.
I progettisti di processi chimici controllano attentamente le quantità di reagenti per mantenere quantità vicine alle quantità stechiometriche. La stechiometria è il calcolo dei rapporti delle molecole necessari per fornire una reazione ottimizzata senza l’uso di materiali in eccesso. Mantenere le reazioni chimiche vicine ai rapporti corretti ridurrà i costi e migliorerà i rendimenti, portando spesso a prodotti più puri che richiedono meno elaborazione. Il processo di contatto per l’acido solforico deve essere utilizzato in questo modo per controllare le temperature, poiché le reazioni creano molto calore che può influenzare il prodotto e danneggiare l’attrezzatura.
Una volta che l’anidride solforosa esce dal reattore, entra in una seconda reazione con più aria per formare anidride solforosa, che aggiunge un’ulteriore molecola di ossigeno. Il processo di contatto per l’acido solforico potrebbe far reagire l’anidride solforica direttamente con l’acqua, ma questa reazione è molto instabile e difficile da controllare. L’acido solforico viene miscelato con la molecola del triossido, che forma l’oleum o acido solforico fumante. L’oleum è un acido molto reattivo contenente molecole di zolfo in eccesso, ma può essere miscelato con acqua in modo controllato per formare acido solforico mantenendo temperature adeguate.
Ogni fase di reazione con aria viene eseguita in presenza di un catalizzatore, tipicamente ossido di vanadio. Il catalizzatore metallico non viene consumato nella reazione, ma aiuta permettendo che la reazione avvenga a temperature inferiori a quelle che sarebbero necessarie senza di esso. Anche il contenuto di ossigeno deve essere attentamente controllato, perché l’aria in eccesso non crea acido aggiuntivo, ma ridurrà la quantità di anidride solforosa o triossido perché l’aria in eccesso diluisce le molecole di zolfo. Il processo di contatto per l’acido solforico creerà meno acido se nel processo è consentito ossigeno extra.
L’acido solforico è venduto in un’ampia varietà di punti di forza o concentrazioni, ma il processo di contatto per l’acido solforico produce una forma altamente concentrata. La spedizione di acido solforico concentrato è più economica di una forma diluita, perché l’acqua può essere aggiunta in seguito secondo necessità per formare la forza desiderata. L’acido concentrato assorbirà anche l’acqua molto facilmente, quindi è necessario prestare attenzione durante la produzione e la spedizione per ridurre al minimo l’acqua o l’aria esterna, che diluiscono l’acido e possono aumentare la corrosione.