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Qu’est-ce que l’acide sulfurique?

Qu’est-ce que l’acide sulfurique?

L’acide sulfurique est un acide inorganique corrosif largement produit qui est utilisé dans un large éventail d’industries. La formule chimique de l’acide est H₂SO₄. C’est un acide minéral diprotique et fort qui est considéré comme « fort » en raison de sa densité élevée. Les solutions chimiques d’acide sulfurique sont très réactives et sont de véritables dangers qui doivent être pris en compte lors de la manipulation et du stockage.

Connu le plus souvent sous le nom d’acide sulfurique, H₂SO₄ est également connu sous le nom d’acide de batterie ou de sulfate de dihydrogène. Les anciens noms qui ne sont plus couramment utilisés incluent l’acide sulfinique et l’huile de vitriol.

Classiquement, les solutions ne sont pas à 100 % de H₂SO₄ mais sont diluées dans une certaine mesure avec de l’eau et rapportées en pourcentage en poids (% en poids). Les concentrations commerciales courantes sont de 93 % en poids, 96 % en poids et 98,5 % en poids. De nombreux clients achètent de l’acide sulfurique dilué, généralement à 70 % en poids ou à 50 % en poids. Les considérations de manipulation, de stockage et de réactivité de l’acide sulfurique dilué sont assez différentes de celles des produits concentrés.

L’acide sulfurique est un liquide inodore et semi-huileux dont l’apparence varie du clair au jaune selon la pureté de la solution, où les solutions pures sont incolores. H₂SO₄ a une viscosité supérieure à l’eau, ce qui contribue à sa caractérisation en tant que solution huileuse. La mesure de la viscosité pour H₂SO₄ est de 24,2 cp (centipoise ; 1 cp = 1 mPas) à 20°C. 

Comparativement, l’eau est à 1,0 cp et l’huile d’olive à 85 cp. La viscosité a une corrélation indirecte avec la température : à mesure que les températures augmentent, la viscosité diminue. La viscosité accrue de H2SO4 peut être attribuée à sa résistance interne à l’écoulement basée sur l’orientation structurale tridimensionnelle moléculaire et l’attraction électrique de ses constituants atomiques ; c’est-à-dire des moments dipolaires polaires et une augmentation des liaisons hydrogène.

Communément caractérisé comme une solution chimique « lourde » en raison de sa densité élevée, qui dépend de la concentration d’une solution spécifique. La densité peut aller de 1,07 à 1,84 g/cm3, (où l’eau = 1,0 g/cm3), ce qui rend le H2SO4 sur sa face la plus dense presque deux fois plus lourd que l’eau lorsqu’il occupe le même volume.

L’acide sulfurique est un acide minéral avec du soufre comme atome parent – (minéral signifiant inorganique, inorganique signifiant sans base de carbone). Comparativement, l’acide acétique, CH₃COOH, est un acide organique à base de carbone. Le H2SO4 peut résulter de la dissolution du trioxyde de soufre gazeux dans l’eau. Une représentation visuelle de la réaction et de la structure moléculaire de l’acide sulfurique :

H2O(l) + SO3(g) = H2SO4(aq)

L’acide sulfurique est capable de réactions dangereuses et est dangereux pour la santé humaine. Le produit chimique est un acide fort en raison de la constante de dissociation élevée du premier hydrogène libéré dans les réactions. L’acide sulfurique est un oxydant puissant capable d’oxyder certains produits chimiques et matériaux, tels que certains métaux, et a une grande affinité et réactivité avec l’eau. La réactivité entre l’acide sulfurique et l’eau est exothermique (générant de la chaleur) et est si grande que la réaction peut être incroyablement violente et par conséquent dangereuse, surtout avec des concentrations supérieures à 80 % de H₂SO₄. Cette réaction exothermique mérite une considération importante dans les applications de stockage car la dilution ou le mélange d’acide sulfurique avec de l’eau ou d’autres produits chimiques peut générer des quantités importantes de chaleur et peut potentiellement réchauffer la solution à des niveaux dangereux pour le conteneur de stockage ou l’équipement associé.

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Comment conserver l’acide sulfurique ?

L’acide sulfurique doit être stocké dans des conteneurs spécifiques en matériaux résistants à la corrosion qui assureront la sécurité, la stabilité et la longévité du réservoir de stockage. Ces considérations peuvent changer en fonction de la concentration spécifique de la solution de H₂SO₄. S’il n’est pas stocké dans des conteneurs appropriés avec des raccords et des joints appropriés, la corrosion peut se produire et l’intégrité structurelle du réservoir compromise, ce qui peut provoquer une brèche de confinement entraînant des problèmes de sécurité potentiellement importants et des réparations coûteuses. Lors de l’évaluation des conteneurs de stockage, il faut également tenir compte du mélange ou de la dilution des solutions de H₂SO₄ en raison de la réaction exothermique qui peut se produire.

L’acide sulfurique doit être stocké dans un endroit frais et sec, à l’abri de la lumière directe du soleil, de la chaleur et des sources d’inflammation, et séparé des matériaux incompatibles. Le stockage en vrac de H₂SO₄ doit utiliser des mesures de confinement secondaire pour atténuer de manière satisfaisante les problèmes d’exposition en cas de rejet de matière en vrac. Un programme régulier d’inspection et d’entretien des réservoirs doit être utilisé pour un stockage réussi de l’acide sulfurique.

Réservoirs de stockage d’acide sulfurique

Diverses considérations doivent être prises en compte lors du stockage de grandes quantités d’acide sulfurique. La concentration et le volume chimiques sont parmi les plus grandes préoccupations en raison de la contrainte de poids chimique et du potentiel d’activité corrosive dans le réservoir de stockage. Un examen technique est recommandé lors du stockage de plus de 200 litres d’acide sulfurique concentré en raison de la charge de poids accrue, de la contrainte du réservoir et des dangers liés à un rejet potentiel.

ns détaillent les solutions de stockage en vrac les plus courantes pour l’acide sulfurique.

Les réservoirs en acier au carbone H2SO4 sont le choix de réservoir commun pour stocker des quantités en vrac. On rapporte que les réservoirs en acier au carbone sont les plus efficaces pour stocker des solutions d’acide sulfurique concentrées haut de gamme de 93 % en poids et plus. Cela est dû à l’augmentation de la teneur en eau de la solution avec la diminution de la concentration en H₂SO₄, permettant une plus grande réactivité entre l’acide et le réservoir de stockage en acier. La teneur en eau de toute concentration inférieure à 93 % permettra une augmentation de l’activité corrosive sur les réservoirs de stockage en acier au carbone. En tenant compte de cela, les réservoirs en acier au carbone jusqu’à 77 % de H₂SO₄ sont toujours efficaces pour le stockage d’acide. Les températures doivent être maintenues en dessous de 100ᵒF.

Bien qu’il s’agisse d’un matériau compatible, l’acide sulfurique aux concentrations recommandées et aux températures normales provoquera toujours une corrosion progressive. Des inspections et un entretien réguliers des réservoirs sont importants pour l’entretien des réservoirs d’acide sulfurique en acier au carbone. Autre problème de stockage, cette réactivité entre l’acier au carbone et H₂SO₄ peut générer de l’hydrogène gazeux et du sulfate de fer.

L’hydrogène gazeux est inflammable et son accumulation peut être potentiellement explosive. Les systèmes de ventilation sont une exigence pour l’acier au carbone et l’acide sulfurique pour empêcher l’accumulation d’hydrogène gazeux. Les thermoplastiques, tels que le PVC, sont les matériaux recommandés pour les évents d’acide sulfurique. Les évents en acier ne sont pas recommandés en raison du potentiel de production de sulfate de fer et d’accumulation dans les tuyaux d’évent.

Le sulfate de fer est une formation de précipité qui se déposera dans la solution d’acide sulfurique et les systèmes de réservoirs. L’accumulation de sulfate de fer est un problème de pureté et l’accumulation peut causer des problèmes dans les canalisations ou les pompes.

Réservoirs d’acide sulfurique en polyéthylène HDPE et XLPE

Les cuves les plus couramment utilisées pour stocker des quantités de solution d’acide sulfurique sont des réservoirs en polyéthylène haute densité (PEHD). En raison de la densité accrue des solutions H₂SO₄, seuls les réservoirs avec des indices de gravité spécifique de 1,9 ou plus sont recommandés pour le stockage d’acide sulfurique afin que le réservoir puisse supporter correctement le poids chimique. Un avantage de l’utilisation de thermoplastiques tels que les réservoirs en polyéthylène pour le stockage de l’acide sulfurique est que ces matériaux ne réagissent pas avec le H2SO4 comme le sont les métaux des réservoirs en acier au carbone, ce qui évite la production d’hydrogène gazeux et de sulfate de fer.

Les réservoirs en polyéthylène réticulé (XLPE) ne sont pas recommandés pour le stockage d’acide sulfurique. Cette recommandation est particulièrement valable pour les fortes concentrations de H₂SO₄ en raison d’études indiquant un échec du XLPE après 6 mois de stockage à 98% de H₂SO₄, même à des températures négatives. Les réservoirs en PEHD permettent de stocker l’acide sulfurique. EELIX Industries recommande que les réservoirs en polyéthylène HDPE soient formulés à l’aide de résines avec des raccords en CPVC, des joints Viton et des boulons de construction Hastelloy.

La température de service maximale des réservoirs en PEHD culmine à environ 65 degrés. Ceci est important dans les applications H2SO4 car la dilution ou le mélange d’acide concentré peut entraîner des températures allant jusqu’à et au-delà de cette plage. En raison de ces problèmes liés aux températures élevées, la dilution de l’acide sulfurique concentré dans des réservoirs de stockage en plastique n’est généralement pas recommandée, sauf dans le cadre de contrôles techniques, de méthodes et de mécanismes stricts qui permettent de l’effectuer avec succès. Il est recommandé d’acheter du H₂SO₄ pré-dilué si des solutions moins concentrées sont nécessaires.

Il est recommandé que les réservoirs en polyéthylène pour le stockage extérieur de H₂SO₄ soient formulés avec des stabilisateurs UV ou isolés pour aider à l’intégrité du réservoir et à sa durée de vie. Demandez un devis pour un réservoir d’acide sulfurique ou contactez-nous pour plus d’informations.

Réservoirs en plastique renforcé de fibre de verre (PRF)

Les réservoirs composites FRP ne sont recommandés que pour des concentrations d’acide sulfurique de 80 % en poids ou moins, selon le producteur de résine FRP Ashland, Inc. Ce type de stockage n’est pas considéré comme approprié pour stocker des solutions de H₂SO₄ plus concentrées. Des résistances supérieures à 80% commencent à corroder de manière préjudiciable les résines d’ester vinylique des réservoirs composites FRP. Cela est particulièrement vrai si les températures de la solution s’élèvent à 100-120ᵒF et au-dessus, ce qui est potentiellement très préoccupant si la dilution de H₂SO₄ est envisagée. L’ajout d’eau à l’acide sulfurique produit une chaleur importante et si les températures dépassent les seuils applicables, la stabilité structurelle du réservoir peut être compromise. En raison de ces préoccupations, il n’est pas recommandé de diluer l’acide sulfurique dans des réservoirs en plastique renforcé de fibre de verre.

Pour un stockage réussi de l’acide sulfurique :

  • Les réservoirs en PEHD peuvent stocker avec succès toute la gamme de concentrations d’acide sulfurique, mais sont recommandés pour les applications inférieures à 10 000 litres
  • La chaleur générée par les réactions H₂SO₄, le mélange ou la dilution doit être prise en compte, contrôlée et correctement surveillée
  • Les matériaux des joints, des raccords et des boulons doivent être choisis pour le scénario de stockage spécifique en fonction de la concentration de H₂SO₄ 

A propos de l'auteur

urmila

Bonjour, je m'appelle Urmila et j'ai créé ce blog pour vous partager tout un tas d'articles sur mes passions et occupations. J''adore écrire, voyager et me promener. Welcome sur travelblog.

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