Сырье и требов-я к кач-ву продукцион. карбамида. Ф-х свойства карбамида. Синтез карбамида: реакции и равновесие процесса

Сырье:аммиак жидкий и СО₂. Кооперирование пр-ва карбамида с пр-вом аммиака имеет экономическое и природоохранное значение, при получении аммиака из ПГ образ-ся в качестве отхода значительный объем СО₂. С целью утилизации СО₂ и ↓ затрат на сырье, пр-во карбамида размещают на той же строительной площадке, что и пр-во аммиака. Требования к качеству по гост 2081-2010:Изг-т 2 марок: А- для промышл-ти, Б- для с/х. Может использ-ся для животноводства в кач-ве кормов. добавки.

Карбамид CO(NH₂)₂- содержит 46,67 % азота. Прим-ся и в пром-ти: карбамидные смолы для пластмасс, аминопластов, синтетич-х клеев; для фармацевтической пром-ти, исп-ся для очистки нефтепродуктов.

Ф-х св-ва: внешн. вид: бел. гранулы. М,г/моль: 60,056. Т кристаллиз-и при 0,1 МПа,⁰С: 132,7. Плотность при 25⁰С, кг/м³: 1330. Карбамид не взрывоопасен, медленно вымыв-ся из почвы, менее гигроскопичен и не сильно слежив-ся. Хорошо раствор-ся в воде: с ↑t eго растворимость ↑.

Гигроскопической точкой вещества наз-ся такая относит-я влажность в-ва, при к-й в-во находится в равновесии с воздухом, т.е. не увлажняется и не подсыхает. Гигроскоп. точка карбамида с ↑ t снижается.

Пром. про-во карбам. основано на р-ции Базарова:2NH3_г+CO2_г↔CO(NH2)2_ж+H2O_ж;ΔН =-110,1 кДж(1)

Синтез карбамида протек-т в жид. фазе в 2стадии. Сначала обр-ся карбамат аммония по р-и:

2NH₃ (г) + CO₂(г) ↔ NH₂СООNH₄(ж); ΔН = –125,6кДж (2)

Затем происходит дегидратация карбамата: NH₂СООNH₄(ж)↔CO(NH₂)₂(ж) + H₂O (ж); ΔН = 15,5кДж (3)

Сум-я р-ция – (1). Св-ва промежуточного соединения влияют на режим синтеза карбамида. При обычной t карбамат аммония – белое кристал. в-во с t пл-я 152⁰С, не стоек, при 57⁰С Р паров NН₃ и СО₂ над ним равно атм-му, а при 152 ⁰С давление достигает 83,5 ат. (ветвь 1 на диаграмме состояния) → повышение t смещает равновесие р-ции (2) влево, что нежелательно. Реакция (2) при невысок. t и атм-м давлении протекает медленно. С ↑ t и Р, скорость р-ции (2) ↑. Скорость примерно проп-на квадрату Р → при 152⁰С и Р 100 ат, р-ция (2) протекает практически мгновенно. Повыш-е Р смещает равновесие этой р-ции в сторону образования карбамата. 2-я стадия процесса – разложение карбамата аммония, протекает с поглощением тепла, поэтому ↑ t смещает равновесие (3) вправо, повышая степень конверсии карбамата в карбамид. Доп-м ф-ром, позволяющим на смещ-е равновесие (3) вправо, явл-ся участие в процессе аммиака. Аммиак берется в избытке по отношению к стехиометрии р-ции (1), с тем, чтобы связывать воду, образующ-ся по (3) в гидроксид аммония. Влияние t и изб. аммиака на равнов-ю степень конверсии карбамата аммония в карбамид показана на рисунке 1 (4 – избыток аммиака сверх стехиометрич. 50%; 3 – 100%; 2 - 200%; 1 - 300%).

Рис. 1 Рис. 2

Дегидратация карбамата аммония протекает с низкой скоростью, ↑ t позволяет ↑ скорость этой р-ции, влияние продолжит-ти нагревания и t на степень конверсии карбамата аммония (рис. 2): 1 – при 145⁰ С; 2 –155⁰ С; 3 –165⁰ С; 4 – 175⁰ С; 5 – 190⁰ С. Увеличение Р приводит к ↑ степени конверсии карбамата аммония по р-и(3) т.к. повышен. давление препятствует диссоциации карбамата аммония по р-ции (2).