« Procédé de contact » : différence entre les versions
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Le '''procédé de contact''' est le mode de production industrielle d'[[acide sulfurique]] concentré actuellement le plus employé dans le monde. Il consiste essentiellement à [[catalyse]]r, aujourd'hui par du [[pentoxyde de vanadium]] {{fchim|V|2|O|5}}, l'[[oxydation]] de [[dioxyde de soufre]] {{fchim|SO|2}} en [[trioxyde de soufre]] {{fchim|SO|3}} et à récupérer ce dernier dans l'acide sulfurique {{fchim|H|2|SO|4}} pour former un [[oléum]] à forte teneur en [[acide disulfurique]] {{fchim|H|2|S|2|O|7}}, lequel donne deux molécules d'acide sulfurique par [[hydratation]].
== Historique ==
Le procédé a été développé initialement en 1831 par Peregrine Phillips<ref>{{Article|auteur1=P¨. Phillips Jr.|titre=Manufacturing of Sulphuric Acid|périodique=UK Patent 6093|date=1831}}</ref> pour remplacer le [[procédé des chambres de plomb]], il utilisait du platine comme catalyseur. En 1921, Eugen de Haen met au point les catalyseurs à base d'oxyde de vanadium, moins chers que le platine, qui sont toujours utilisés aujourd'hui<ref>{{Article|auteur1=C. J. Eugen de Haën|titre=Method of Making Sulfuric Anhydrid|périodique=US Patent 687834|date=1921}}</ref>.
== Procédé de contact ==
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=== Purification du dioxyde de soufre ===
La purification du {{fchim|SO|2}} est nécessaire pour éviter l'empoisonnement du catalyseur de l'étape {{nobr|n° 2}} par des impuretés
=== Oxydation en trioxyde de soufre par le pentoxyde de vanadium(V) ===
On utilisait autrefois comme [[catalyseur]] du [[platine]] plutôt que du [[vanadium]], un peu moins efficace, mais le platine est plus cher et est plus facilement inhibé par des impuretés<ref>
{{en}} [http://www.chemguide.co.uk/physical/equilibria/contact.html ChemGuide – 2002]
</ref>. Le mécanisme de la réaction d'oxydation catalysée par le [[pentoxyde de vanadium]] {{fchim|V|2|O|5}} est le suivant :
:a) {{fchim|2 SO|2| + 4 V<sup>5+</sup> + 2 O<sup>
:b) {{fchim|4 V<sup>4+</sup> + O|2| → 4 V<sup>5+</sup> + 2 O<sup>
la réaction globale s'écrivant :
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:{{fchim|2 SO|2 (g)| + O|2 (g)| {{équil}} 2 SO|3 (g)}} : [[Enthalpie de réaction|ΔH]] = {{unité|−197|[[Kilojoule|kJ]]||[[Mole (unité)|mol]]|-1}}.
On atteint
Le catalyseur {{fchim|V|2|O|5}} forme un [[Complexe (chimie)|complexe]] {{fchim|[(VO)|2|O(SO|4|)|4|]<sup>
[[Fichier:Schwefeldioxid oxidation.svg|vignette|600px|gauche|Oxydation du [[dioxyde de soufre]] en [[trioxyde de soufre]] par le [[pentoxyde de vanadium]].]]
=== Addition à de l'acide sulfurique pour former un oléum ===
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:{{fchim|H|2|SO|4 (l)| + SO|3 (g)| → H|2|S|2|O|7 (l)}},
qui peut être ensuite hydraté pour libérer de l'acide sulfurique, avec un rendement moyen de
:{{fchim|H|2|S|2|O|7 (l)| + H|2|O|(l)| → 2 H|2|SO|4 (l)}}.
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== Procédé DCDA ==
L'une des difficultés de ce procédé est liée à trois phénomènes:
Le procédé de {{guil|double contact double absorption}} (DCDA) est une amélioration du procédé de contact consistant à faire passer le [[Dioxyde de soufre|{{fchim|SO|2}}]] successivement dans deux unités successives constituées chacune d'un convertisseur catalytique au [[Pentoxyde de vanadium|{{fchim|V|2|O|5}}]] suivi d'une tour d'absorption dans [[Acide sulfurique|{{fchim|H|2|SO|4}}]] :▼
* la réaction est fortement [[Réaction exothermique|exothermique]] comme indiqué dans le paragraphe précédent,
* même avec un catalyseur, il faut une température relativement élevée pour que la [[Cinétique chimique|vitesse de réaction]] soit assez élevée pour obtenir un bon rendement de conversion,
* plus la température est élevée, plus l'[[Équilibre chimique|équilibre]] 2 SO<sub>2 (g)</sub> + O<sub>2 (g)</sub> = 2 SO<sub>3 (g)</sub> est favorisé dans le sens inverse.
Donc l'avancement de la réaction, en augmentant la température et le quotient réactionnel, atteint rapidement une limite correspondant à l'équilibre.
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# Le {{fchim|SO|2}} est oxydé en {{fchim|SO|3}} par {{fchim|V|2|O|5}} dans le premier convertisseur catalytique.
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# Le mélange gazeux {{fchim|SO|2}}-{{fchim|SO|3}} issu du second convertisseur circule à travers la seconde tour d'absorption où {{fchim|SO|3}} est absorbé sous forme de {{fchim|H|2|S|2|O|7}}.
Les étapes d'absorption permettent d'éliminer le trioxyde de soufre dans le mélange réactionnel, ce qui diminue le quotient réactionnel et favorise la réaction dans le sens direct. De plus, chaque convertisseur catalytique est constitué de quatre lits de catalyseurs successif. Entre chaque lit, le refroidissement des gaz permet de garder une température pas trop élevée, ce qui évite de déplacer l'équilibre dans le sens inverse. Cette façon de procéder conduit à un [[rendement chimique]] global pouvant atteindre 99,8 % de conversion de {{fchim|SO|2}} en {{fchim|SO|3}}.
== Notes et références ==
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{{Portail|chimie}}
{{DEFAULTSORT:Procede de contact}}
[[Catégorie:Procédé chimique]]
[[Catégorie:
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