Doppelkontaktverfahren- Herstellung/Gewinnung von Schwefelsäure nach dem Doppelkontakt-Verfahren

Großtechnische Verfahren:
Das Doppelkontaktverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure

Schwefelsäure und deren Darstellung

Eigenschaften:

- hygroskopisch
- ätzend
- reagiert mit Wasser stark sauer und unter starker Wärmeentwicklung

Verwendung:

Herstellung von Düngemitteln, Waschmitteln und Kunststoffe

Strukturformel.

Schwefel steht in der 6.Hauptgruppe (3. Periode) und hat somit
6 Außenelektronen (Valenzelektronen). Gemäß der Lewis Schreibweise verfügt es über 2 Elektronenpaare sowie über 2 einzelne Valenzelektronen.

Da Schwefel in der 3. Periode steht, muss die Oktettregel, welche für die 2. Periode verbindlich ist, bei Schwefel nicht eingehalten sein. In dem Molekül Schwefelsäure ist der Schwefel von 10 Elektronen direkt umgeben.

Strukturformeln wichtiger Schwefel-Sauerstoffverbindungen:

Hydrogensulfat	Hydrogensulfit	Stickstoffmonoxid


Schwefeldioxid	Schwefeldioxid	Schwefeldioxid
Schwefeldioxid: farbloses, stechend riechendes Gas, nicht brennbar, entfärbt organische Farbstoffe, Bleichung von Wolle und Stroh, wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung von Schwefelsäure.

Doppelkontakt-
Verfahren:

S+ O₂ SO₂2SO₂+ O₂ 2 SO₃

SO₃+ H₂O H₂SO₄

Synthese von Schwefelsäure nach dem Doppelkontakt - Verfahren

1. Schritt: Verbrennung von geschmolzenem Schwefel mit Überschuss an Luft
Schwefel	+ Sauerstoff	Schwefeldioxid
S (s)	+ 2 O₂ (g)	SO₂ + O₂	(exotherm)

Der wegen der hohen Temperatur geschmolzene Schwefel wird in einem turmförmigen Reaktor mittels Luft durch Düsen fein zerstäubt. Seitlich wird zusätzlich Verbrennungsluft eingeblasen. Die Verbrennungstemperatur beträgt etwa 1000°C. Es wird mit O₂-Überschuß gearbeitet, da dieser die Ausbeute der Oxidation günstig beeinflußt. Die immense Verbrennungswärme wird übrigens zur Dampferzeugung genutzt. Dem Verbrennungsreaktor ist ein Dampfkessel nachgeschaltet.

2. Schritt: Kontaktofen
Der entscheidende Schritt des Doppelkontaktverfahrens ist die Oxidation von SO₂ zu SO₃. Die Oxidation ist eine Gleichgewichtsreaktion. Sie ist exotherm und verläuft unter Volumenabnahme. Für die Reaktionsbedingungen der technischen Durchführung sind zum einen die Reaktionsge- schwindigkeit sowie die Lage des Gleichgewichts in Abhängigkeit von Druck und Temperatur bestimmend. Die Reaktionsbedingungen: 500°C, O₂-Überschuß, ohne Überdruck. Bei 500°C und bei O₂ Überschuss wird Schwefeldioxid durch poröse Vanadium-oxidböden (V₂O₅) geleitet. Der Katalysator ist hier also V₂O₅ auf SiO₂/K₂O-Trägermaterial.
Schwefeldioxid	+ Sauerstoff	Schwefeltrioxid
2 SO₂	+ O₂ (g)	2 SO₃	(stark exotherm)

Da SO₃ stark temperaturempfindlich ist und leicht zerfällt, muss die in den Katalysatoren entstehende Wärme durch Wärmetauscher abgeführt werden.

3. Schritt: Absorber
Abkühlung des Gases auf 70°C, Einleiten von Schwefeltrioxid in konzentrierte rauchende Schwefelsäure (Oleum). Als Oleum bezeichnet man eine Mischung von Schwefelsäure und Dischwefelsäure. Im sogenannten Absorber wird das Schwefeltrioxid mit 96%iger Schwefelsäure vermengt. Das Schwefeltrioxid reagiert mit dem Wasseranteil in der leicht verdünnten Säure.
Schwefeltrioxid	+ Wasser	Schwefelsäure
SO₃(g)	+ H₂O (g)	H₂SO₄(aq)	(exotherm)

Man gibt nun eine leicht verdünnte, 96%igen Säure zu dem Gemisch, um das Entstehen von Dischwefelsäure, H₂S₂O₇ zu verhindern. Diese würde vermehrt entstehen wenn Schwefeltrioxid in konzentrierte Schwefelsäure eingeleitet wird.

Die Dischwefel(VI)säure wird also durch eine berechnete Menge Wasser zu der konzentrierten Schwefelsäure zersetzt.

H₂S₂O₇ + H₂O

2 H₂SO₄

Das Restgas, das noch ca. 5% Schwefeldioxid enthält, wird nocheinmal in den Wärmetauschern erhitzt und in einen weiteren Kontaktofen geleitet.
Daher auch die Bezeichnung "DOPPEL KONTAKT VERFAHREN"

Somit wird eine Ausbeute von bis zu 99,8 % erreicht.

Verfahrensskizze:

Herstellung von Ammoniak nach dem Haber Bosch Verfahren

Doppelkontakt
Verfahren

zur Herstellung von Schwefelsäure (H₂SO₄)

- Temperatur T = 500°C
im Kontaktofen

Katalysator:

Vanadiumoxid

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(Wichtige Themengebiete kurz, prägnant und gut zusammengefasst)
-> Haber Bosch Verfahren: Ammoniaksynthese
-> Ostwald Verfahren: Darstellung von Salpetersäure
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