20.38 Descreva o processo de contato para a fabricação de \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}.

Passo 1

O enunciado pede que descrevamos o processo de contato para a fabricação de \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4}. Esse processo envolve basicamente cinco etapas principais: produção de dióxido de enxofre ( \mathrm{SO}_2), purificação do gás, oxidação catalítica de \mathrm{SO}_2 a \mathrm{SO}_3, absorção de \mathrm{SO}_3 em ácido sulfúrico para formar oleum e, finalmente, diluição do oleum para obter o ácido sulfúrico comercial.

Passo 2

Produção de \mathrm{SO}_2 pela queima de enxofre ou torrefação de sulfetos metálicos.
– Queima de enxofre elementar:
\mathrm{S} + \mathrm{O}_2 \;\longrightarrow\; \mathrm{SO}_2
– Torrefação de pirita (por exemplo \mathrm{FeS}_2):
4\,\mathrm{FeS}_2 + 11\,\mathrm{O}_2 \;\longrightarrow\; 2\,\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 + 8\,\mathrm{SO}_2
Essas reações liberam calor e geram o gás \mathrm{SO}_2, que seguirá para purificação.

Passo 3

Purificação do gás \mathrm{SO}_2 para remover poeira, óxidos de nitrogênio e outros contaminantes que envenenariam o catalisador. As operações incluem:
– Resfriamento do gás e passagem por ciclones ou filtros para retirar partículas sólidas.
– Lavagem em torres com água ou solução alcalina para remover \mathrm{SO}_3 e \mathrm{NO}_x.
– Secagem final do gás, garantindo alta pureza antes da oxidação.

Passo 4

Oxidação catalítica de \mathrm{SO}_2 a \mathrm{SO}_3 num conversor com catalisador de pentóxido de vanádio ( \mathrm{V}_2\mathrm{O}_5). A reação principal é:
2\,\mathrm{SO}_2 + \mathrm{O}_2 \;\rightleftharpoons\; 2\,\mathrm{SO}_3 \quad (\Delta H = -197\;\mathrm{kJ/mol})
Para maximizar o rendimento, mantém-se:
– Temperatura em torno de 400\text{–}600\,^\circ\mathrm{C} (compromisso entre cinética e conversão em equilíbrio).
– Pressão ligeiramente elevada.
– Reator em leitos múltiplos, com recirculação dos gases não convertidos para alcançar cerca de 98\% de conversão global.

Passo 5

Absorção do \mathrm{SO}_3 produzido em ácido sulfúrico concentrado ( \sim98\%) para formar oleum (ácido pirossulfúrico):
\mathrm{SO}_3 + \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 \;\longrightarrow\; \mathrm{H}_2\mathrm{S}_2\mathrm{O}_7
Esse procedimento evita a formação de névoa ao adicionar \mathrm{SO}_3 diretamente na água, pois a reação é muito exotérmica e forma aerossóis difíceis de controlar.

Passo 6

Diluição do oleum com água para obter o ácido sulfúrico na concentração desejada (geralmente 98\%):
\mathrm{H}_2\mathrm{S}_2\mathrm{O}_7 + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \;\longrightarrow\; 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4
Controla-se cuidadosamente o acréscimo de água para dissipar calor e evitar ebulição violenta.

Resposta

O processo de contato para fabricação de \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4} consiste em:
  1. Produção de \mathrm{SO}_2 por queima de enxofre ou torrefação de sulfetos.
  2. Purificação do gás \mathrm{SO}_2 para remoção de impurezas.
  3. Oxidação catalítica de \mathrm{SO}_2 a \mathrm{SO}_3 em conversor com \mathrm{V}_2\mathrm{O}_5.
  4. Absorção de \mathrm{SO}_3 em \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4 concentrado formando oleum ( \mathrm{H}_2\mathrm{S}_2\mathrm{O}_7).
  5. Diluição do oleum com água para obter o ácido sulfúrico comercial.

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