In diesem Artikel beschäftigen wir uns mit dem sogenannten Kontaktverfahren. Wir erklären dir mithilfe von Reaktionsgleichungen und Formeln, wie das Kontaktverfahren abläuft, wofür es benötigt wird, und wie man es beschleunigen kann. Ebenso gehen wir auf das doppelte Kontaktverfahren ein.
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Leg kostenfrei losWas unterscheidet das Doppelkontaktverfahren vom einfachen Kontaktverfahren?
Wie viele Schritte besitzt das Kontaktverfahren?
Wie viel Prozent von Schwefeldioxid kann beim Doppelkontaktverfahren umgesetzt werden?
Wie nennt man den Prozess, wenn Schwefeldioxid mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid regaiert?
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Wie viel Prozent von Schwefeldioxid kann beim Doppelkontaktverfahren umgesetzt werden?
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Feedback sendenDas Kontaktverfahren ist ein technisches Verfahren, welches in der Industrie genutzt wird, um Schwefelsäure herzustellen. Schwefelsäure ist eine vielfach benötigte Säure in der Industrie.
Du kannst dir gerne auch unseren Artikel zur Schwefelsäure durchlesen. Dort erfährst du, wieso es so wichtig ist, die Säure in größeren Mengen herzustellen.
Das Doppelkontaktverfahren ist eine Weiterentwicklung des einfachen Kontaktverfahrens, welche rentabler und ökologischer ist. Früher wurden anstelle des Kontakt- oder Doppelkontaktverfahrens das Bleikammerverfahren und das Vitriolverfahren genutzt.
Das Kontaktverfahren wird in einem System, welches aus ca. 3 Behältnissen besteht, durchgeführt. Das System besteht aus Verbrennungsofen, Kontaktofen und Absorber. Ebenso lassen sich dort sogenannte Wärmetauscher finden, welche das entstehende Gas kühlen, damit es vor Eintritt in eine neue "Schicht" des Systems die passende Temperatur hat, um in Reaktion zu treten.
Im Verbrennungsofen werden entweder sulfidische Erze oder Schwefel an sich verbrannt, um so an Schwefeldioxid zu gelangen, welches zur Weiterverarbeitung zu Schwefelsäure notwendig ist. Danach wird das Schwefeldioxid und der Sauerstoff zu dem Kontaktofen weitergeleitet.
Im Kontaktofen befinden sich mehrere Kontaktplatten sowie Wärmetauscher. Auf den Kontaktplatten liegt eine Vanadiumpentoxidschicht auf Kieselgel, welche als Katalysator dient. Dort entsteht dann Schwefeltrioxid.
Im Absorber trifft das Schwefeltrioxid auf Wasser, wo sich nun Schwefelsäure bildet. Diese Schwefelsäure wird dann absorbiert. Sie ist nun fertiggestellt und zur Nutzung in der Industrie bereit.
Beim Wärmetauscher bewegen sich zwei Luftströme entgegen voneinander entlang. Dabei kann die warme Luft die kühle Luft aufwärmen, und die kühle Luft kann die warme Luft bis zu einem gewissen Grad abkühlen.
Das Kontaktverfahren lässt sich in fünf verschiedene Schritte einteilen:
Zuallererst wird aus Schwefel das sogenannte Schwefeldioxid gewonnen, indem der Schwefel in Zerstäubungsbrennern verbrannt wird. Die Umgebungsluft während der Verbrennung muss sehr trocken sein, damit es nicht zu Korrosion oder einer anderen nicht geplanten Reaktion führt.
Schwefeldioxid kann auch entstehen, wenn man bestimmte sulfidische Erze (wie Eisensulfiderze) verbrennt
Nun wird das entstandene Schwefeldioxid mithilfe einer sogenannten Gleichgewichtsreaktion mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid umgewandelt. Dies findet im sogenannten Kontaktofen statt.
Eine Gleichgewichtsreaktion ist eine Reaktion, bei dem die Hin- und Rückreaktion mit identischer Geschwindigkeit zueinander ablaufen. Dies lässt es so wirken, als würden die beiden Stoffe nicht mehr miteinander reagieren, was aber nicht stimmt. Es hat sich lediglich ein Gleichgewicht eingestellt.
Das gerade eben hergestellte Schwefeltrioxid reagiert nun mithilfe von zugefügtem Wasser zu der sogenannten Schwefelsäure. Dieser Prozess läuft im Zwischenabsorber/Absorber ab. Die Schwefelsäure kann nun bereits abgeführt und genutzt werden, einige Industriestandorte stellen jedoch auch Oleum, auch rauchende Schwefelsäure genannt, her. Dort sind dann weitere Schritte nötig, die du dir unten durchlesen kannst.
Im Behältnis befinden sich nun Schwefeltrioxid und Wasser als auch Schwefelsäure. Daher reagiert Schwefeltrioxid ebenfalls mit der bereits entstandenen Schwefelsäure, wobei sich Dischwefelsäure bildet. In unserem Artikel über die Schwefelsäure gehen wir auch auf die Dischwefelsäure beziehungsweise das sogenannte Oleum ein. Die Entstehung von Oleum kann jedoch verhindert werden, indem 97% bis 99% Schwefelsäure verwendet.
Wenn man die Dischwefelsäure nun mit Wasser versetzt, entsteht erneut Schwefelsäure. Dadurch erhält man nun die doppelte Menge von dem, was zuerst entstanden ist. Dieser Prozess geschieht im Endabsorber des Doppelkontaktverfahrens beziehungsweise im normalen Absorber beim einfachen Verfahren. Dort wird die Schwefelsäure dann letztendlich auch abgeschöpft, also absorbiert.
In der Industrie ist es wichtig, dass die Herstellung der Schwefelsäure rentabel ist. Daher sollte kein Prozess allzu lange dauern. Um bestimmte chemische Prozesse nun zu beschleunigen, existieren sogenannte Katalysatoren. Die Aufgabe der Katalysatoren ist es einzig, den Reaktionsprozess voranzutreiben. Manche Reaktionen brauchen nämlich ihre Zeit, gerade wenn die Stoffe wenig reaktiv sind. Man müsste manchmal mehrere Tage warten, um eine Menge an Stoffen zu besitzen, die für die Großindustrie ausreicht, um damit zu arbeiten.
Bei dem Kontaktverfahren kommt hauptsächlich ein Katalysator zum Einsatz: Vanadiumpentoxid. Das Vanadiumpentoxid findet sich geschmolzen im Behältnis auf einer Kieselgel-Schicht wieder. Es kommt während der Oxidation von Schwefeldioxid mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid zum Einsatz. An den Katalysator lagert sich zunächst der Sauerstoff, anschließend dann das Schwefeldioxid an. Es entsteht beschleunigt Schwefeltrioxid.
Heutzutage wird das einfache Kontaktverfahren nur noch selten ausgeführt. Es wurde durch die Weiterentwicklung, dem sogenannten doppelten Kontaktverfahren, abgelöst, da dieses nicht nur rentabler, sondern auch umweltverträglicher ist. Für die Industrie ist es gerade in dieser Zeit wichtig, dass umweltverträglichere Alternativen gefunden werden, die es dennoch ermöglichen, wettbewerbsfähig zu bleiben.
Bei dem Doppelkontaktverfahren existieren sogenannte Zwischenabsorber. Dorthin wird das entstehende Schwefeltrioxid geführt. Dadurch, dass sich nun weniger Schwefeldioxid im Zerstäubungsbrenner befindet, verschiebt sich die Gleichgewichtsreaktion dahin, dass nun weiterhin mehr Schwefeldioxid produziert wird. Durch das Doppelkontaktverfahren können so 99,3% von Schwefeldioxid umgesetzt (also sozusagen benutzt) werden.
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Warum heißt es Kontaktverfahren?
Das Kontaktverfahren heißt Kontaktverfahren, da Schwefeldioxid und Sauerstoff mit dem Katalysator nur soweit in Kontakt gebracht werden, dass die Temperatur konstant zwischen 400 und 600 Grad liegt.
Wie funktioniert das Kontaktverfahren?
Bei dem Kontaktverfahren wird Schwefel zuerst verbrannt, um dann als Schwefeldioxid mithilfe von Sauerstoff zu Schwefeltrioxid zu reagieren. Das Schwefeltrixod reagiert anschließend mit Wasser zu Schwefelsäure, welche das Endprodukt ist.
Wie kann man Schwefelsäure industriell herstellen?
Schwefelsäure wird industriell mit dem einfachen oder dem doppelten Kontaktverfahren hergestellt. Dabei wird Schwefel verbannt und schlussendlich zu einer Säure verarbeitet, wobei Vanadiumpentoxid als Katalysator dient.
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Lily Hulatt ist Digital Content Specialist mit über drei Jahren Erfahrung in Content-Strategie und Curriculum-Design. Sie hat 2022 ihren Doktortitel in Englischer Literatur an der Durham University erhalten, dort auch im Fachbereich Englische Studien unterrichtet und an verschiedenen Veröffentlichungen mitgewirkt. Lily ist Expertin für Englische Literatur, Englische Sprache, Geschichte und Philosophie.
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Gabriel Freitas ist AI Engineer mit solider Erfahrung in Softwareentwicklung, maschinellen Lernalgorithmen und generativer KI, einschließlich Anwendungen großer Sprachmodelle (LLMs). Er hat Elektrotechnik an der Universität von São Paulo studiert und macht aktuell seinen MSc in Computertechnik an der Universität von Campinas mit Schwerpunkt auf maschinellem Lernen. Gabriel hat einen starken Hintergrund in Software-Engineering und hat an Projekten zu Computer Vision, Embedded AI und LLM-Anwendungen gearbeitet.
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