مخزن اسید سولفوریک چیست و چه کاربردی دارد؟

مخزن اسید سولفوریک به دلیل خواص این ماده، از نظر ایمنی باید تضمین شده باشد. خواص اسید سولفوریک به دلیل به نحوی است که، خاصیت شیمیایی و اکسید کننده دارد و با برخی از مواد فلزی و شیمیایی، ناسازگاری است. مخزن ذخیره اسید سولفوریک باید دارای ویژگی‌هایی باشد که در برابر خوردگی و آسیب‌ها مقاومت داشته باشد. این مخازن جزء انواع مخزن اسید به حساب می‌آیند که با چگالی و PH‌های متفاوت ساخته می‌شود و برای ذخیره‌سازی اسیدها و مواد قلیایی کاربرد دارد. در این مطلب، مشخصات فنی و استانداردهای تولید مخزن اسید سولفوریک و دیگر موارد مربوط به آن را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

اسید سولفوریک

اسید سولفوریک یک اسید معدنی بسیار سوزاننده است که در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. این فرمول مولکولی این اسید H2SO4 است و از نظر فیزیکی دارای یک مایع رقیق و بی‌رنگ مانند آب است. این ماده یک مایع بی‌رنگ، بی‌بو، و نیمه روغنی است و ظاهر آن متناسب با درصد خلوص آن شفاف یا زرد رنگ می‌شود.

این اسید در گستره وسیعی از صنایع مانند کشاورزی، تصفیه آب و پساب‌ها، تولید رنگدانه‌ها، تولید اسید سولفوریک با خاک فسفاته، آهن و فولاد برای اکسید زدایی، شوینده‌های صنعتی و اسید باتریِ خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد و کاربردهای زیادی دارد. از این رو این اسید را با نام‌های “اسید باتری” و “دی هیدروژن سولفات” نیز می‌شناسند.

اسید سولفوریک یک اکسید کننده قوی است که قادر به اکسیداسیون است و برخی از مواد شیمیایی و فلزی را با واکنش‌پذیری با آب به همراه دارد. خاصیت بالای خشک کننده این اسید باعث می‌شود تا فلز دچار خوردگی شود و بافت‌های زنده آن از بین برود، به همین دلیل مخزن اسید سولفوریک باید در برابر خوردگی و آسیب‌ها مقاومت داشته باشد و این خاصیت ، مخزن ذخیره اسید سولفوریک را از دیگر مخازن متمایز می‌سازد.

استفاده از مخزن پلی اتیلن برای نگهداری از اسید سولفوریک

استفاده از مخازن پلی اتیلن برای نگهداری اسید سولفوریک و مایعات شیمیایی در شرایطی مناسب است که حجم ماده شیمیایی تا حجم مخزن ۱۰۰۰۰ گالن باشد (هر ۱ گالن برابر با ۴ لیتر است). به طور مثال: اگر قصد ذخیره یک ماده شیمیایی به میزان ۲۰ هزار لیتر را داشته باشید، بهتر است از ۲ مخزن ۱۰ هزار لیتری استفاده کنید. وان اسیدکاری نیز یکی دیگر از محصولات پلیمری است که همانند مخازن پلی اتیلن ، در صنعت اسیدکاری استفاده می‌شود.

مورد دیگر در مخازن پلی اتیلن، درجه دمای ماده شیمیایی است که برای ذخیره در مخازن پلی اتیلن تا دمای ۵۵ درجه سانتی‌گراد بالا برود. اگر قصد ذخیره ماده شیمیایی یا اسیدی داشته باشید که دمای آن بالای ۵۵ درجه سانتی‌گراد برود، استفاده از مخازن پلی اتیلن (HDPE) توصیه نمی‌شود.

استفاده از مخزن کربن اسید برای ذخیره اسید

مخزن کربن اسید یا مخزن استیل یا استنلس استیل (به انگلیسی: stainless steel tank) یه محفظه بسته است که به نوع سیال، خصوصا با درجه چگالی و غلظت بالا که میتواند گاز یا مایع مانند اسید باشد، در حجم زیاد در آن نگهداری می‌شود و در صورتی که قصد ذخیره ماده شیمیایی در حجم بالا در یک مخزن را داشته باشید (به طور مثال: بالای ۱۰۰۰۰ گالن مایع)، بهتر است ازین جنس مخازن استفاده کنید. یکی از معایب این مخازن، هزینه بالای آن است. در جدول زیر مشخصات مخزن اسید سولفوریک را قرار می‌دهیم:

بهترین مخزن پلی اتیلن برای نگهداری اسید سولفوریک

هر مخزن اسید، دارای ویژگی‌های خاص خود در برابر گرما، دما، غلظت و تاثیر پذیری شیمیایی است. برای استحکام بیشتر و افزایش طول عمر مخازن ضد اسید پلی اتیلنی، مخزن عمودی بهترین گزینه به حساب می‌آیند.

حامل‌ها و سایر مولفه‌ها نیز بر روی میزان تحمل مخزن، تاثیر می‌گذارند؛ در جدول زیر میزان سازگاری واشرها، فیتینگ‌ها و پیچ‌های مختلف در بخش اتصالات را در حد تحمل مخزن اسید سولفوریک بررسی می‌کنیم:

نکات لازم در زمان نگهداری از اسید سولفوریک در مخزن پلی اتیلن

دمای حداکثری قابل تحمل در مخزن پلی اتیلن HDPE، ۵۵ درجه سانتی‌گراد است و این امر در زمانی که فرآوری‌هایی از قبیل رقیق‌سازی یا ترکیب کردنِ اسید غلیظ درون مخزن انجام می‌شود، نباید دمای مایع درون مخزن بالا رود، چرا که این موضوع تحمل‌پذیری مقاومت مخزن را به خطر می‌اندازد؛ بنابراین باید توجه داشته باشید که در زمان گرم شدن مایع ذخیره شده در مخازن اسید سولفوریک، دمای آن حتما کنترل شود.

در زمان ارزیابی مقاومتِ مخزن اسید سولفوریک باید به میزان گرمای آزاد شده‌ی حاصل از واکنش شیمیایی در این مخازن نیز توجه داشت این واکنش پذیری در نتیجه‌ی‌ ترکیب‌ و آزاد شدن گرمای حاصل از واکنش شیمیایی اتفاق می افتد. استفاده از چندین مخزن پلی اتیلنی منطقی‌تر و مقرون به صرفه‌تر است تا یک مخزن! ضمن اینکه هزینه آن به صرفه‌تر از یک مخزن استیل ضد زنگ است.

گرمای تولید شده از واکنش‌ها و عملیات رقیق‌سازی بهتر است در هر مرحله بررسی شود و در زمان استفاده از آب، بهتر است اسید غلیظ را به آب اضافه نمود و از انجام فرآیند برعکس آن، یعنی اضافه کردن آب به اسید غلیظ جلوگیری نمود، زیرا که اضافه شدن آب به اسید غلیظ، دمای آن را به صورت خطرناکی افزایش می‌دهد.

نکته دیگر در اتصالات مخزن اسید سولفوریک است که همراه با مخزن باید در برابر خوردگی سازگار باشد و یکدستی ساختار مخزن را حفظ کند، چرا که در این صورت می‌تواند سبب هزینه‌های مادی و تهدید سلامتی افراد شود. دقت کنید تا در بخش اتصالات از واشرها، اتصالات و لوله‌های سازگار با غلظت متناسب با اسید سولفوریک استفاده شود.

• مخزن باید بتواند سیالی با چگالی ۱/۹ را تحمل کند.
• برای اطمینان بیشتر بهتر است از مخزن‌های تقویت شده (Superior) پلی اتیلنی استفاده شود.
• استفاده از مخازن تو در توی پلی اتیلنی یا به اصطلاح دوجداره؛ موجب جلوگیری از نشت و صرفه‌جویی در دمای ماده ذخیره شده در مخزن می‌شود.
• عایق کاری سطح مخزن با سیمان و گل و گچ نیز یک راه ساده دیگر برای صرفه جویی و کنترل دمای مخزن می‌باشد.

استفاده از فریم یا گارد محافظ مخزن اسید سولفوریک

استفاده از فریم های فلزی به افزایش ایمنی و کاهش ریسک مخازن اسید سولفوریک کمک می‌کند. این نگهدارنده‌ها در صورتی که مخزن اسید دچار حوادث غیر مترقبه شود مانند ترکیدگی و نشتی ، جزو اقدامات پیشگیرانه به حساب می‌آیند.

چگالی و نقطه انجماد اسید سولفوریک

مقدار غلظت اسید سولفوریک، چگالی و نقطه انجماد اسید سولفوریک را تغییر می‌دهد و گرانش ممکن را به صورت تغییر دما ظاهر می کند. در نتیجه، این تغییرات در روند عایق‌بندی و گرم کردن مخازن اسید سولفوریک تاثیرگذار است.

گرم کردن و عایق بندی اسید سولفوریک

نقطه انجماد انواع غلظت‌های اسید سولفوریک تغییر پذیرند، به طور مثال: اسید سولفوریک ۹۳٪ نقطه انجماد برابری با منفی ۲۹.۴۴ درجه سانتی‌گراد دارد که در نتیجه بسیاری از واکنش‌های شیمیایی به راحتی بر روی آن انجام می‌شود و نگهداری آن شرایط خاصی ندارد، ولی اسید سولفوریک ۹۸٪ در دمای منفی ۳۴.۴۴ درجه سانتی‌گراد منجمد می‌شود و شرایط نگهداری از آن بسیار دشوار است.

به طور کلی یخ زدن غلظت‌های ۳۵ تا ۷۵٪ و حتی ۹۳٪ مشکلی ندارد، اما بازبینی کلی برای تمامی غلظت‌های اسید سولفوریک و جمع آوری اطلاعات مربوط به نقطه انجماد برای تمامی غلظت‌ها بهتر است. اگر به صورت بالقوه احتمال انفجار اسید سولفوریک خاصی پیرامون نقطه انجماد آن وجود داشته باشد، ایجاد عایق کاری مخزن آب، لوله‌ها و اتصالات برای جلوگیری از یخ زدن مناسب است.

چگالی و دانسیته اسید سولفوریک و قابلیت چسبندگی

اسید سولفوریک با غلظت بالای ۹۳٪ شناخته می‌شود و دارای یک محلول شیمیایی سنگین است و به واسطه غلظت بالا، امکان نگهداری و ذخیره در ظرفی دیگر را ندارد. غلظت خاص این محصول بین ۱/۰۷ تا ۱/۸۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب است و بر این اساس در سنگین‌ترین حالت خود در یک حجم یکسان، می‌تواند تا دو برابر سنگین شود.

چسبندگی اسید سولفوریک از آب بیشتر است و این موضوع به دلیل خاصیت روغنی آن است. میزان چسبندگی اسید سولفوریک ۲۴.۲ سنتی پویس (centipoise) در دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد است. عامل چسبندگی با دما رابطه معکوس دارد و با افزایش دما، کاهش پیدا می‌کند.

اسید سولفوریک با چه موادی ناسازگار است؟

اسید سولفوریک با برخی از مواد شیمیایی و فلزی ناسازگار است؛ یکی از این مواد، آبی هست که قبلا با اسید سولفوریکِ غلیظ ترکیب شده است. همچنین مواد قلیایی مانند سود سوزآور، پتاس سوزآور، سدیم سودا، آهک و سنگ آهک با این اسید ناسازگار هستند. ترکیب اسید سولفوریک با هیدروکلریک اسید، نیتریک اسید قوی و سدیم هیپوکلریت نیز واکنش نشان می‌دهد و بسیار خطرناک و کشنده است.

در ادامه‌ی معرفی برخی از مواد شیمیایی ناسازگار با اسید سولفوریک، می‌توان به پنتا فلوراید، نیترو اریل آمین‌ها، ضد هیدرولیک هگزا لیتیوم، سیکلوپنتادین، اکسیم سیکلو پنتانون و اکسید فسفر اشاره داشت. نمک‌های هالید، کاربید، نیترات، پیکرات، سیانید، کلرات، پرمنگنات، آزید، نیترومتان و روی بسیار خطرناک است. در زمان ترکیب اسید سولفوریک با پارا نیترو تولوئن، پرمنگنات پتاسیم و آب در هنگام رقیق‌سازی اسید امکان بروز انفجار به وجود می‌آید.

غلیظ سازی اسید سولفوریک، در صورتی که درصد خلوص آن کمتر از ۱۰۰٪ باشد، با برخی فلزها واکنش نشان می‌دهد و منجر به تولید گاز قابل اشتعال و انفجار هیدروژن می‌شود. از دیگر فلزهایی که امکان واکنش‌های این‌چنینی دارند می‌توان به سدیم، پتاسیم، منیزیم، کلسیم، آهن، نیکل و روی اشاره داشت.

همانطور که قبل‌تر اشاره کردیم؛ در این شرایط لوله‌کشی و اتصالات نیز بسیار مهم هستند، به طور مثال واکنش‌پذیری روی نشان می‌دهد نباید از اتصالات گالوانیزه استفاده شود.