সালফিউরিক অ্যাসিড উৎপাদন প্রক্রিয়া
সালফিউরিক অ্যাসিড (H₂SO₄) বিশ্বের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ শিল্প রাসায়নিক পদার্থ। এর ব্যাপক প্রয়োগের কারণে এটিকে প্রায়শই "রাসায়নিক শিল্পের মেরুদণ্ড" বলা হয়: ফসফেট সার এবং অ্যামোনিয়াম সালফেট উৎপাদন থেকে শুরু করে পেট্রোলিয়াম প্রক্রিয়াকরণ, ধাতু পরিশোধন, লেড-অ্যাসিড ব্যাটারি উৎপাদন, এবং বস্ত্র ও ঔষধ শিল্প পর্যন্ত এর ব্যবহার রয়েছে। সালফিউরিক অ্যাসিডের উচ্চ চাহিদার ফলে দক্ষ, সাশ্রয়ী এবং পরিবেশবান্ধব উৎপাদন প্রক্রিয়ার বিকাশ ঘটেছে। বর্তমানে, শিল্প পর্যায়ে ব্যবহৃত সবচেয়ে সাধারণ পদ্ধতি হলো কন্টাক্ট প্রসেস, যা লেড চেম্বার প্রসেসের মতো পুরোনো পদ্ধতিগুলোকে প্রতিস্থাপন করেছে।
সালফিউরিক অ্যাসিড উৎপাদনের সংক্ষিপ্ত বিবরণ
সাধারণত, কন্টাক্ট প্রসেসের মাধ্যমে সালফিউরিক অ্যাসিড উৎপাদনে কয়েকটি প্রধান পর্যায় জড়িত থাকে: (1) সালফার ডাইঅক্সাইড (SO₂) গঠন, (2) গ্যাসের পরিশোধন এবং শুষ্ককরণ, (3) একটি অনুঘটকের সাহায্যে SO₂ কে সালফার ট্রাইঅক্সাইড (SO₃) এ জারিত করা, (4) ওলিয়াম গঠনের জন্য গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিডে SO₃ শোষণ, এবং (5) ওলিয়ামকে কাঙ্ক্ষিত ঘনত্বের সালফিউরিক অ্যাসিডে মিশ্রিত করা। সর্বোচ্চ উৎপাদন পেতে এবং ক্ষতিকারক গ্যাস নির্গমন কমাতে প্রতিটি পর্যায়ে তাপমাত্রা, চাপ এবং গ্যাসের উপাদানের কঠোর নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।
১. সালফার ডাই অক্সাইড (SO₂) এর গঠন
সালফিউরিক অ্যাসিড উৎপাদনের প্রধান কাঁচামাল হতে পারে মৌলিক সালফার, তেল শোধনাগার থেকে প্রাপ্ত H₂S গ্যাস, অথবা ধাতব সালফাইড আকরিক (যেমন, পাইরাইট FeS₂)। সবচেয়ে প্রচলিত পদ্ধতি হলো শুষ্ক বাতাসে মৌলিক সালফার পোড়ানো:
S(s) + O₂(g) → SO₂(g) + শক্তি
এই বিক্রিয়াটি তাপোৎপাদী (তাপ নির্গত করে)। উৎপন্ন তাপ প্রায়শই বাষ্প উৎপাদনে ব্যবহৃত হয়, তাই সালফিউরিক অ্যাসিড প্ল্যান্টগুলো প্রায়শই শক্তি পুনরুদ্ধার ব্যবস্থার সাথে সংযুক্ত থাকে। যদি কাঁচামাল সালফাইড আকরিক হয়, তবে SO₂ উৎপাদনের জন্য আকরিকটিকে ভস্মীকরণ করা হয়। তবে, মৌলিক সালফারের ব্যবহারে তুলনামূলকভাবে পরিচ্ছন্ন গ্যাস উৎপন্ন হয় এবং পরিশোধন প্রক্রিয়াও সহজ হয়।
২. গ্যাস পরিশোধন ও শুষ্ককরণ
দহন গ্যাসে শুধু বাতাস থেকে আসা SO₂ এবং N₂-ই থাকে না, বরং আকরিক থেকে উৎপন্ন হলে এতে ধূলিকণা, জলীয় বাষ্প এবং আর্সেনিক যৌগ বা অনুঘটক কণার মতো অন্যান্য অপদ্রব্যও থাকতে পারে। এই অপদ্রব্যগুলো বিপজ্জনক, কারণ জারণ পর্যায়ে এগুলো অনুঘটককে বিষাক্ত করে তুলতে পারে। তাই, গ্যাসটিকে অবশ্যই একটি পরিশোধন ইউনিটের মাধ্যমে প্রক্রিয়াজাত করতে হবে, উদাহরণস্বরূপ:
– ধূলিকণা/সূক্ষ্ম কণা ধরার জন্য সাইক্লোন সেপারেটর বা ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক প্রেসিপিটেটর
– নির্দিষ্ট দ্রবণীয় অশুদ্ধি কমাতে স্ক্রাবার
– ড্রায়ার (শুকানোর টাওয়ার) যা জলীয় বাষ্প শোষণ করতে ঘন সালফিউরিক অ্যাসিড ব্যবহার করে।
গ্যাস ড্রাইং অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ জলের উপস্থিতি অ্যাসিড মিস্ট তৈরি করতে পারে, SO₃ শোষণ প্রক্রিয়ায় বাধা সৃষ্টি করতে পারে এবং যন্ত্রপাতিতে ক্ষয় বৃদ্ধি করতে পারে।
৩. SO₂ থেকে SO₃-তে জারণ (সংস্পর্শ প্রক্রিয়ার মূল পর্যায়)
কন্টাক্ট প্রসেসের মূল ধাপটি হলো সালফার ডাইঅক্সাইডের জারণের মাধ্যমে সালফার ট্রাইঅক্সাইডে পরিণত হওয়া:
2 SO₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2 SO₃ (g)
এই বিক্রিয়াটি তাপোৎপাদী এবং এটি একটি সাম্যাবস্থা বিক্রিয়া। তত্ত্বগতভাবে, নিম্ন তাপমাত্রা SO₃ গঠনে সহায়তা করে (কারণ বিক্রিয়াটি তাপোৎপাদী)। তবে, তাপমাত্রা খুব কম হলে বিক্রিয়ার হার কমে যায়। তাই, শিল্পক্ষেত্রে সর্বোত্তম অবস্থা বেছে নেওয়া হয়: প্রায় ৪০০–৪৫০°C তাপমাত্রা এবং বায়ুমণ্ডলীয় চাপের কাছাকাছি (বা সামান্য বেশি) চাপ। বিক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করার জন্য, কনভার্টারের ক্যাটালিস্ট বেডে ভ্যানাডিয়াম(V) অক্সাইড (V₂O₅) অনুঘটক ব্যবহার করা হয়।
কনভার্টারগুলিতে সাধারণত একটি ইন্টারকুলিং সিস্টেমসহ একাধিক ক্যাটালিস্ট বেড থাকে। এটি নিশ্চিত করে যে তাপমাত্রা সর্বোত্তম সীমার মধ্যে থাকে: যদি এটি খুব বেশি গরম হয়ে যায়, তাহলে সাম্যাবস্থা SO₂-এর দিকে ফিরে যায়, এবং চরম তাপমাত্রায় ক্যাটালিস্টের কর্মক্ষমতাও হ্রাস পেতে পারে।
দক্ষতা বাড়াতে এবং নির্গমন নিয়ন্ত্রণ করতে, অনেক আধুনিক প্ল্যান্ট ডাবল কন্টাক্ট ডাবল অ্যাবজর্পশন (DCDA) পদ্ধতি ব্যবহার করে। এই ব্যবস্থায়, গ্যাস একটি কনভার্টারের মধ্যে দিয়ে যায়, যেখানে কিছু SO₃ শোষিত হয়, এবং চূড়ান্ত শোষণের আগে আরও জারণের জন্য গ্যাসটিকে আবার কনভার্টারে ফেরত পাঠানো হয়। এর ফলে SO₂-এর রূপান্তর হার বাড়ে এবং নির্গমন কমে।
৪. SO₃ শোষণ এবং ওলিয়াম গঠন
পরবর্তী ধাপ হলো SO₃-কে আবদ্ধ করা। প্রথম দৃষ্টিতে, SO₃-কে কেবল জলের সাথে বিক্রিয়া করানো সহজ বলে মনে হয়:
SO₃ (g) + H₂O (l) → H₂SO₄ (l)
তবে, শিল্পক্ষেত্রে, জলের সাথে সরাসরি বিক্রিয়া একটি বড় সমস্যা তৈরি করে: SO₃ খুব দ্রুত বিক্রিয়া করে সালফিউরিক অ্যাসিডের কুয়াশা তৈরি করে, যা ঘনীভূত করা এবং শোষণ করা কঠিন, ফলে পণ্যের অপচয় এবং নির্গমনের ঝুঁকি বেড়ে যায়। তাই, SO₃ জল দ্বারা শোষিত না হয়ে, বরং গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিড (সাধারণত ৯৮%) দ্বারা শোষিত হয়ে ওলিয়াম (SO₃-এর অতিরিক্ত সালফিউরিক অ্যাসিড) গঠন করে।
SO₃ (g) + H₂SO₄ (l) → H₂S₂O₇ (l)
ওলিয়াম (H₂S₂O₇)-কে পাইরোসালফিউরিক অ্যাসিডও বলা হয়। এটি SO₃-এর একটি “সংরক্ষণ রূপ” যা তরল সিস্টেমে পরিচালনা করা সহজ। ঘন সালফিউরিক অ্যাসিডে SO₃ শোষণ করলে তা অ্যাসিড কুয়াশার গঠন প্রতিরোধ করতে এবং শোষণ দক্ষতা বাড়াতেও সাহায্য করে।
৫. সালফিউরিক অ্যাসিডে ওলিয়ামের লঘুকরণ
একবার ওলিয়াম তৈরি হয়ে গেলে, চূড়ান্ত ধাপটি হলো বাজারের চাহিদা অনুযায়ী উপযুক্ত ঘনত্বের সালফিউরিক অ্যাসিড উৎপাদন করা, যেমন সাধারণ শিল্প ব্যবহারের জন্য ৯৮% অথবা নির্দিষ্ট প্রয়োগের জন্য কম ঘনত্ব। নিয়ন্ত্রিত পদ্ধতিতে জল যোগ করে লঘুকরণ করা হয়:
H₂S₂O₇ (l) + H₂O (l) → 2 H₂SO₄ (l)
এই লঘুকরণও একটি তাপোৎপাদী বিক্রিয়া, তাই এটি অবশ্যই কঠোর তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ এবং সুরক্ষা পদ্ধতি মেনে সম্পন্ন করতে হবে। একটি সুপরিচিত সুরক্ষা পদ্ধতি হলো, হঠাৎ উত্তাপের কারণে ছিটকে পড়া রোধ করতে জলে অ্যাসিড যোগ করা, উল্টোটা নয়। শিল্প পর্যায়ে, বিক্রিয়া থেকে তাপ নির্গমন নিয়ন্ত্রণ করার জন্য মিশ্রণ ব্যবস্থাগুলো চিলার, স্টারার এবং তাপমাত্রা সেন্সর দিয়ে ডিজাইন করা হয়।
নিরাপত্তা এবং পরিবেশগত দিক
সালফিউরিক অ্যাসিড উৎপাদনে বিপজ্জনক গ্যাস (SO₂, SO₃) উৎপন্ন হয়, যা বায়ুমণ্ডলে নির্গত হলে গুরুতর শ্বাসযন্ত্রের প্রদাহ সৃষ্টি করতে পারে এবং অ্যাসিড বৃষ্টিতে ভূমিকা রাখতে পারে। তাই, প্ল্যান্টটি নিম্নলিখিত ব্যবস্থা গ্রহণ করে:
১. SO₂-কে SO₃-তে রূপান্তর সর্বোচ্চ করতে এবং নির্গমন কমাতে DCDA সিস্টেম ও শোষণ ইউনিট।
২. চিমনি দিয়ে গ্যাস প্রবাহ নির্গত হওয়ার আগে তা থেকে অ্যাসিড কুয়াশা আটকে ফেলার জন্য কুয়াশা অপসারণকারী যন্ত্র।
৩. ক্ষয়-প্রতিরোধী উপকরণ (যেমন নির্দিষ্ট ইস্পাত, বিশেষ সংকর ধাতু, বা প্রতিরক্ষামূলক প্রলেপ) কারণ H₂SO₄ অত্যন্ত ক্ষয়কারী, বিশেষত নির্দিষ্ট ঘনত্ব এবং তাপমাত্রায়।
৪. পরিবেশগত কর্মক্ষমতা যেন বিধিবিধান মেনে চলে, তা নিশ্চিত করার জন্য নিরবচ্ছিন্ন নির্গমন পর্যবেক্ষণ।
এছাড়াও, তাপোৎপাদী বিক্রিয়ার তাপ প্রায়শই শক্তি পুনরুদ্ধার ব্যবস্থায় কাজে লাগানো হয়, যা প্রক্রিয়াটিকে আরও শক্তি-সাশ্রয়ী করে তোলে এবং কার্বন পদচিহ্ন হ্রাস করে।
বন্ধ
আধুনিক সালফিউরিক অ্যাসিড উৎপাদন প্রক্রিয়ায় কন্টাক্ট প্রসেস-এর প্রাধান্য দেখা যায়, কারণ DCDA-এর মতো প্রযুক্তির মাধ্যমে এর উচ্চ দক্ষতা, পণ্যের ভালো গুণমান এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্য নির্গমন নিশ্চিত করা যায়। এর প্রধান ধাপগুলোর মধ্যে রয়েছে SO₂ উৎপাদনের জন্য সালফারের দহন, গ্যাস পরিশোধন ও শুষ্ককরণ, অনুঘটকের সাহায্যে জারণের মাধ্যমে SO₃ তৈরি, গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিডে SO₃-এর শোষণ ঘটিয়ে ওলিয়াম গঠন, এবং তারপর প্রয়োজন অনুযায়ী ওলিয়ামকে লঘু করে সালফিউরিক অ্যাসিডে পরিণত করা। নিয়ন্ত্রিত পরিচালন পরামিতি, যথাযথ প্ল্যান্ট ডিজাইন এবং শক্তিশালী সুরক্ষা ও পরিবেশগত ব্যবস্থার মাধ্যমে এই শিল্প বিভিন্ন অর্থনৈতিক খাতকে সহায়তা করার জন্য নির্ভরযোগ্যভাবে বিপুল পরিমাণে সালফিউরিক অ্যাসিড উৎপাদন করতে পারে।
আপনি চাইলে, আমি এই প্রবন্ধটির একটি আরও প্রাতিষ্ঠানিক কাঠামোযুক্ত সংস্করণ তৈরি করতে পারি (যেখানে “ভূমিকা–পদ্ধতি–ফলাফল–আলোচনা” উপশিরোনামগুলো থাকবে) অথবা বোঝার সুবিধার্থে একটি প্রক্রিয়া প্রবাহচিত্র যোগ করতে পারি।
