La diluizione dell’acido solforico è un passaggio indispensabile per abbassare la concentrazione della sostanza.

L’acido solforico è una risorsa preziosa che trova applicazione in numerose attività industriali, dalla produzione delle batterie e dei fertilizzanti al trattamento del ferro e dell’acciaio, dall’industria chimica a quella petrolifera.

I rischi nel processo di diluizione dell’acido solforico

L’acido solforico (formula molecolare H2SO4) è un acido forte, altamente corrosivo ed estremamente pericoloso anche se presente in piccole quantità. Di conseguenza, il suo utilizzo in impianti industriali e laboratori deve essere organizzato in modo tale da ridurre i rischi per il personale.
L’acido solforico è estremamente versatile poiché si presta a numerose applicazioni. In base all’uso è necessario tuttavia alterarne la concentrazione miscelandolo con acqua.

Da un punto di vista chimico, l’acido solforico è solubile in acqua ed è igroscopico, ossia è in grado di catturare l’umidità presente nell’aria. Dimostra complessivamente un’elevata capacità di interazione con le molecole d’acqua. In particolare, la dissoluzione dell’acido in acqua è un processo altamente esotermico, in grado di sviluppare una notevole quantità di calore in un arco temporale assai breve. Tale calore può comportare l’aumento della temperatura della soluzione fino al raggiungimento del punto di ebollizione. Gli eventuali schizzi generano poi condizioni di elevato pericolo per gli addetti ai lavori.

Per limitare il rischio che si verifichino questi fenomeni, si effettua la miscelazione aggiungendo l’acido, in piccole quantità e poco per volta, all’acqua e non viceversa. Sfruttando l’intero volume di acqua a disposizione, questo procedimento consente una migliore dissipazione dell’energia. L’esempio illustrativo è riportato in Figura 1.

Nella sezione seguente si mostra un semplice esempio di processo per effettuare la diluizione dell’acido solforico andando a evidenziare i principali aspetti di carattere tecnologico e progettuale.

Metodo di miscelazione di acqua e acido solforico

Figura 1 – Metodo di miscelazione acqua – acido solforico

 

Esempio di processo

La miscelazione di due sostanze è un processo che non conta numerosi passaggi. Tuttavia, per ottenere la soluzione desiderata occorre analizzare attentamente le proprietà delle sostanze coinvolte. In particolare, quando si progetta il processo di diluizione dell’acido solforico, la scelta dei componenti diventa un passaggio fondamentale.

Per ottenere un sistema a elevata vita utile, affidabile e in grado di garantire ottime prestazioni è necessario prestare la massima attenzione alla tipologia di materiali utilizzati lungo la linea di produzione. Vetro, plastica, grafite e carburo di silicio sono ottime scelte per l’applicazione qui trattata poiché manifestano un comportamento pressoché inerte nei confronti dell’acido.

La linea di produzione proposta è illustrata in Figura 2. L’acqua e l’acido solforico in forma concentrata al 98% vengono pompati in una camera di diluizione in plastica o in vetro rispettando un certo rapporto. Per garantire tale rapporto si può ricorrere ad un sistema di controllo in anello chiuso (Figura 3).

Si indichi con ref il valore di riferimento della portata e con mis il valore di misura letto dal flussimetro installato lungo la tubatura. Il controllore si assicura che la pompa, comandata da un inverter, eroghi la portata di riferimento ref. Matematicamente, la condizione si traduce in: mis ≈ ref.

Importanza dei componenti

In questo specifico caso applicativo, è fondamentale scegliere componenti che non siano soggetti a corrosione a causa della presenza dell’acido. Si può quindi ricorrere a materiali plastici.
La soluzione contenente l’acqua e l’acido viene poi trasferita a uno scambiatore di calore, il cui scopo è quello di dissipare il calore introdotto dalla reazione esotermica. Lo scambiatore qui analizzato è del tipo shell and tube.

Tale dispositivo è dotato di una serie di tubi che consentono lo scambio di calore tra un fluido che scorre all’interno delle tubature e un altro fluido che circonda le pareti delle stesse.

Nel caso in analisi, la sostanza a elevata temperatura è la soluzione diluita di acido solforico, mentre il liquido adibito al compito di raffreddamento è l’acqua. Una volta raggiunto il grado di concentrazione desiderato e una temperatura opportuna, l’acido solforico diluito viene trasferito in un serbatoio di plastica (o vetro) per la conservazione.

A valle del processo è possibile aggiungere una pompa in grado di prelevare la sostanza prodotta e immetterla nuovamente nella camera di diluizione favorendo così il controllo della temperatura nella fase iniziale del processo.

Occorre inoltre evidenziare come tutte le tubature, i raccordi e gli altri elementi della linea debbano essere in grado di accogliere sostanze corrosive.

In aggiunta, per motivi di sicurezza oppure per monitorare meglio lo stato del sistema si possono aggiungere valvole di ritegno, strumenti per l’analisi della concentrazione e misuratori di pH per rilevare eventuali perdite di carico. Infine, occorre dotare il sistema di un pannello di controllo in grado di consentire all’operatore di impostare i parametri del processo aumentando di fatto la versatilità del sistema.

diluizione dell'acido solforico

Figura 2 – Esempio di processo per la diluizione dell’acido solforico. La lettera P indica la presenza di una pompa.

 

Il controllo in anello chiuso della portata

Figura 3 – Controllo in anello chiuso della portata

Conclusioni

In questo articolo è stato presentato il processo di diluizione dell’acido solforico. Innanzitutto, sono state introdotte le proprietà dell’acido che influenzano maggiormente la miscelazione e che vanno tenute in considerazione in fase di progettazione.

Tra queste, vale la pena ricordare l’alta reattività con l’acqua e la pericolosità. Dopodiché, si è illustrato un esempio di linea di produzione contenente i principali dispositivi. È stato quindi sottolineato come la scelta dei componenti del sistema sia fondamentale per garantire alta efficienza ed elevata stabilità. L’uso di materiali inerti al passaggio dell’acido permette infatti di progettare un sistema affidabile e che richiede poca manutenzione.

5/5 - (2 votes)