مخزن اسید سولفوریک
اسید سولفوریک (Sulfuric acid) با نماد شیمیایی H۲SO۴، یکی از سیالات صنعتی پرکاربرد و در عین حال خطرناک شیمیایی است. به علت دایره وسیع مصرف این ماده در صنایع مختلف، ذخیرهسازی ایمن آن بسیار حائز اهمیت بوده و همواره مورد توجه صاحبان کارخانجات و صنایع قرار دارد.
مخزن نگهداری اسید سولفوریک یکی از تخصصیترین محصولات گروه صنعتی سازه مخزن است. این مجموعه با توجه به تجارب ارزشمند قبلی و بهرهگیری از متخصصین مجرب در این حوزه، آمادگی کامل جهت تولید مخازن نگهداری اسید سولفوریک در ظرفیتهای گوناگون را دارا میباشد.
فهرست مطالب
طراحی و تولید مخازن نگهداری اسید سولفوریک با توجه به چالشهایی نظیر خورندگی شدید، جرم حجمی (دانسیته) بالا در اسید غلیظ و همچنین واکنشپذیری شدید آن (علیالخصوص با عوامل محیطی)، نیازمند تخصص و دانش فنی ویژه در علوم مواد و شیمی است. گروه تولیدی سازه مخزن با تکیه بر دانش فنی عوامل مهندسی خود و تسلط بر آییننامههای بینالمللی و آپدیتهای جهانی، ایمنترین مخازن نگهداری و ذخیره اسید سولفوریک را ارائه میدهد. به این ترتیب، هر مخزن اسید تولیدشده در این شرکت بر اساس بالاترین استانداردهای ایمنی روانه بازار میشود.
آشنایی با اسید سولفوریک
اسید سولفوریک (H۲SO۴) یک اسید معدنی، سمی و بسیار خورنده است که از عناصر گوگرد، اکسیژن و هیدروژن تشکیل میشود. اسید سولفوریک را با نامهایی چون جوهر گوگرد، غبار اسیدی، اسید گوگرد، اسید سولفین، روغن ویتریول، سولفات هیدروژن و اسید غوطهوری نیز میشناسند. این ماده گرانروی (ویسکوزیته) زیادی داشته و هنگام ترکیب با آب، واکنشی شدید همراه با تولید گرمای بسیار زیاد ایجاد میکند.
اسید سولفوریک جزو اسیدهای دیپروتیک است؛ بدین معنی که اسید در دو مرحله یونهای هیدروژن خود را آزاد میکند:
- در ابتدا یون هیدرونیوم H۳O (+) به صورت کاملاً یونیزه آزاد میشود.
- در مرحله دوم، یون بیسولفات HSO۴ (-) آزاد میگردد که این فرآیند نشاندهنده خاصیت اسیدی بسیار شدید آن است.
جوهر گوگرد دارای نقطه ذوب ۱۰.۳۵ و نقطه جوش ۳۱۵ الی ۳۳۸ میباشد.
کاربردهای اسید سولفوریک
- تولید کودهای شیمیایی
- پالایش نفت و تولید سوختهای فسیلی
- تولید مواد شیمیایی و صنعتی
- تصفیه آب و فاضلاب
- تولید حشرهکش
- لیچینگ و الکترووینینگ (استخراج فلزات)
- تولید مواد منفجره مانند نیتروگلیسیرین و TNT
- صنایع نظامی
- صنایع باتریسازی (به عنوان محلول الکترولیت در باتریهای سربی)
- کارخانجات تولید رنگ، الیاف و پلاستیک
- چرمسازی و صنایع داروسازی
- صنایع غذایی و تولید مواد شوینده و بهداشتی
غلظتهای مختلف اسید سولفوریک و مخازن پیشنهادی
با توجه به مشخصههای متفاوت در غلظتهای مختلف اسید سولفوریک، شناخت خواص آنها نقش تعیینکنندهای در نحوه ذخیرهسازی، کاربردها و شاخصهای ایمنی دارد. در ادامه رایجترین غلظتهای اسید سولفوریک بررسی شدهاند:
۱. اسید سولفوریک ۹۸ درصد
اسید سولفوریک ۹۸ درصد پرکاربردترین نوع و صنعتیترین شکل این اسید است. این غلظت به دلیل قدرت جذب بالای رطوبت و کمترین درصد آب، به عنوان یک عامل خشککننده در صنایع مختلف (مانند تولید کودهای فسفاته، تولید اسید نیتریک، استخراج طلا، سنتز مواد آلی و…) نقش کلیدی ایفا میکند.
- مشخصات فنی: ویسکوزیته و دانسیته این اسید غلیظ بسیار بالا بوده و چگالی آن برابر با ۱.۸۶ در دمای ۷۷ و غلظت آن برابر با ۱۸.۴ mol/L است. پایداری اسید سولفوریک در غلظت ۹۸.۳ درصد در بالاترین میزان و خورندگی آن در بیشترین حالت خود قرار دارد.
- مخزن پیشنهادی سازه مخزن: برای ذخیرهسازی اسید سولفوریک ۹۸ درصد، مخزن کربن استیل در گرید A516 Gr70 پیشنهاد میشود.
۲. اسید سولفوریک ۷۰ درصد
اسید سولفوریک ۷۰ درصد دارای قدرت اسیدی بالا در کنار امکان کنترل واکنشپذیری است که مصارف بسیاری در تصفیه فلزات، تولید مواد شیمیایی و برخی فرآیندهای باتریسازی دارد.
- مشخصات فنی: اسید سولفوریک در غلظتهای بین ۷۰ تا ۷۸ درصد دارای دانسیته ۱.۶۰ تا ۱.۷۳ KG/L میباشد که طبعاً نسبت به اسید ۹۸ درصد سبکتر است.
- مخزن پیشنهادی سازه مخزن: برای ذخیرهسازی این غلظت نیز مخزن کربن استیل در گرید A516 Gr70 پیشنهاد میگردد.
۳. اسید سولفوریک۳۵% تا ۵۰ درصد
در فرآیندهایی که نیاز به اسید نسبتاً قوی در کنار کنترل واکنشپذیری و آزادسازی گرمایی کنترلشده باشد، از این غلظت استفاده میشود. این اسید نیمهغلیظ در صنایع شوینده، رنگرزی، پالایش نفت و به عنوان الکترولیت در باتریهای سربی-اسیدی خودرو (با غلظت ۳۰ تا ۴۰ درصد) کاربرد دارد.
- مشخصات فنی: این غلظت دارای چگالی بین ۱.۲۸ تا ۱.۵۲ است.
- مخزن پیشنهادی سازه مخزن: برای ذخیرهسازی اسید سولفوریک ۵۰ درصد، مخازن کربن استیل در گریدهای A516 Gr70 و ST-37 پیشنهاد میشوند.
۴. اسید سولفوریک ۱۰ تا ۲۰ درصد
این اسید رقیق دارای درصد آب زیاد و خواص اسیدی بالا است که بیشتر در مصارف آزمایشگاهی و مطالعاتی مورد استفاده قرار میگیرد. با توجه به رقیق بودن، واکنشپذیری بالایی نداشته و خطرات اسیدهای غلیظ را در پی ندارد.
- مشخصات فنی: دانسیته این غلظت بین ۱.۱۰ تا ۱.۲۵ KG/L است.
- مخزن پیشنهادی سازه مخزن: جهت ذخیرهسازی اسیدهای رقیق در این بازه، مخازن کربن استیل و پلیاتیلن مورد استفاده قرار میگیرند.
۵. اسید سولفوریک با غلظت کمتر از ۱۰ درصد
این رده از اسید سولفوریک همچنان دارای خواص اسیدی در مقیاس کم است که در تصفیه آب (جهت تنظیم pH)، آزمایشگاهها و فرآیندهای اسیدشویی (تمیزکاری سطوح فلزات) کاربرد فراوانی دارد.
- مشخصات فنی: چگالی این اسید بسیار رقیق بین ۱ تا ۱.۲۵ کیلوگرم خواهد بود. ذخیرهسازی آن از لحاظ طراحی نسبتاً آسان و کمخطر است.
- مخزن پیشنهادی سازه مخزن: این غلظت قابلیت ذخیرهسازی در مخازن فولادی و پلاستیکی را دارا میباشد.
چالشهای اصلی در ذخیرهسازی اسید سولفوریک
- دانسیته بالا و فشار هیدرواستاتیک: دانسیته بالای اسید سولفوریک در غلظت ۹۸ درصد سبب میشود که وزن آن حدود ۲ برابر (به طور دقیق ۱.۸۶ برابر) وزن آب باشد. همین امر فشار ناشی از وزن سیال (فشار هیدرواستاتیک) را بر روی دیوارهها (Shell) و عدسیها (Cap) – بهخصوص عدسی کف مخزن (Bottom) در مقاطع عمودی – بسیار بالا میبرد. در نتیجه، ضخامت ورقهای به دست آمده در طراحی مخزن (با احتساب ضریب اطمینان) عددی بالاتر خواهد بود.
- واکنشپذیری شدید با آب: میل ترکیبی شدید اسید سولفوریک با آب، یک چالش بزرگ و خطرناک است. در صورت نفوذ رطوبت محیطی و رقیق شدن H۲SO۴ در لایههای بالایی سیال، خوردگی شدید گالوانیک و افزایش موضعی دما در مخزن رخ خواهد داد که این موضوع حساسیتهای خاص HSE (ایمنی و بهداشت) را میطلبد.
متریالهای مناسب ساخت مخزن اسید سولفوریک در سازه مخزن
مخزن فولادی اسید سولفوریک
برای ساخت این مخازن از آلیاژهای فولادی با عناوین فولاد نرمه (کربن استیل)، ورق گرید ST-37، ورق گرید ST-52 و همچنین گرید تخصصی A516 Gr70 استفاده میشود.