Procés de la cambra de plom

El procés de la cambra de plom va ser un método industrial utilisat per a produir àcit sulfúric en grans cantitats. Ha segut suplantat en gran mida pel procés de contacte.

En 1746 en Birmingham, Anglaterra, John Roebuck va començar a produir àcit sulfúric en cambres en revestiment de plom, que eren més forts i menys costoses, i podien fer-se molt més grans que els recipients de vidre que s'havien utilisat anteriorment. Açò va permetre l'industrialisació efectiva de la producció d'àcit sulfúric i, en varis refinament, este procés va seguir sent el método estàndar de producció durant casi dos sigles. El procés va ser tan robust que ya en 1946, el procés de la cambra encara representava el 25 % de l'àcit sulfúric fabricat.

Història

El diòxit de sofre s'introduïx en vapor i diòxit de nitrogen en grans cambres revestides en plom en làmines, a on els gasos es rocían en aigua i àcit de cambra (62-70 % d'àcit sulfúric). El diòxit de sofre i el diòxit de nitrogen es dissolen, i durant un periodo d'aproximadament 30 minuts, el diòxit de sofre es oxida a àcit sulfúric. La presència de diòxit de nitrogen és necessària per a que la reacció alvance a una velocitat raonable. El procés és altament exotèrmic, i una consideració important del disseny de les cambres va ser proporcionar una forma de dissipar la calor formada en les reaccions.

Les primeres plantes usaven cambres rectangulars de fusta en revestiment de plom molt grans (cambres de caixa de falles) que es gelaven en aire ambiental. El revestiment intern de plom va servir per a contindre l'àcit sulfúric corroent i per a impermeabilizar les cambres de fusta. Al començament de el XIX, tals plantes requerien aproximadament mig metro cúbic de volum per a processar l'equivalent de diòxit de sofre d'un quilogram de sofre cremat. A mitan de el XIX, el químic francés Joseph Louis Gai-Lussac va redissenyar les cambres com a cilindres de mampostería replets de gres. En el XX, les plantes que usaven cambres Mills-Packard varen suplantar els dissenys anteriors. Estes cambres eren cilindres cònics alts que es gelaven externament per l'aigua que fluïa per la superfície exterior de la cambra.

El diòxit de sofre per al procés es va proporcionar cremant sofre elemental o torrant minerals metàlics que contenien sofre en una corrent d'aire en un forn. Durant el periodo inicial de fabricació, es produïen òxits de nitrogen per la descomposició del nitro a alta temperatura en presència d'àcit, pero este procés va ser suplantat gradualment per l'oxidació a l'aire d'amoníac a òxit nítric en presència d'un catalisador. La recuperació i reutilisació d'òxits de nitrogen va ser una consideració econòmica important en l'operació d'una planta de procés de cambra.

En les cambres de reacció, l'òxit nítric reacciona en l'oxigen per a produir diòxit de nitrogen. El líquit del fondo de les cambres es diluïx i es bombeja a la part superior de la cambra, i es rocía cap a avall en una fina boira. El diòxit de sofre i el diòxit de nitrogen s'absorbixen en el líquit i reaccionen per a formar àcit sulfúric i òxit nítric. L'òxit nítric lliberat és escassament soluble en aigua i retorna al gas en la cambra a on reacciona en l'oxigen en l'aire per a reformar el diòxit de nitrogen. Algun percentage dels òxits de nitrogen se seqüestra en el licor de reacció com àcit nitrosilsulfúrico i àcit nítric, per lo que es deu agregar òxit nítric fresca a mida que alvança el procés. Les versions posteriors de plantes de cambra inclouen una alta temperatura torre de Glover per a recuperar els òxits de nitrogen a partir del licor de cambra, mentres es concentra l'àcit cambra a tant com 78 % H₂SO_4. Els gasos d'escape de les cambres es netegen passant-los a una torre, a través de la qual partix de l'àcit Glover fluïx sobre els taulells trencats. Els òxits de nitrogen s'absorbixen per a formar àcit nitrosilsulfúrico, que després es torna a la torre Glover per a recuperar els òxits de nitrogen.

L'àcit sulfúric produït en les cambres de reacció està llimitat a una concentració d'aproximadament el 35 %. A concentracions més altes, l'àcit nitrosilsulfúrico precipita sobre les parets de plom en forma de "cristals de cambra", i ya no és capaç de catalizar les reaccions d'oxidació.

Química

El diòxit de sofre es genera en cremar sofre elemental o en torrar mineral pirítico en una corrent d'aire:

S₈ + 8 O₂ → 8 SO₂

4 FES₂ + 11 O₂ → 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂

Els òxits de nitrogen es produïxen per descomposició de nitrat en presència d'àcit sulfúric, o per hidrólisis d'àcit nitrosilsulfúrico:

2 NaNO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + NO + NO₂ + O₂

2 NOHSO₄ + H₂O → 2 H₂SO₄ + NO + NO₂

En les cambres de reacció, el diòxit de sofre i el diòxit de nitrogen es dissolen en el licor de reacció. El diòxit de nitrogen es hidrata per a produir àcit nitroso, que després oxida el diòxit de sofre a àcit sulfúric i òxit nítric. Les reaccions no estan ben caracterisades, pero se sap que l'àcit nitrosilsulfúrico és un intermediari en a lo manco una via. Les principals reaccions generals són:

2 NO₂ + H₂O → HNO₂ + HNO₃

SO₂ (aq) + HNO₃ → NOHSO₄

NOHSO₄ + HNO₂ → H₂SO₄ + NO₂ + NO

SO₂ (aq) + 2 HNO₂ → H₂SO₄ + 2 NO

L'òxit nítric escapa del licor de reacció i posteriorment es reoxida per oxigen molecular a diòxit de nitrogen. Est és el pas determinant de la taxa general en el procés:

2 NO + O₂ → 2 NO₂

Els òxits de nitrogen s'absorbixen i regeneren en el procés i, per lo tant, servixen com catalisador per a la reacció general:

2 SO₂ + 2 H₂O + O₂ → 2 H₂SO₄