Файл: Однак, в цих дослідах карбамід одержати взагалі не вдалося.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.05.2024
Просмотров: 19
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ВСТУП
Протягом століття після історичного синтезу сечовини з ціанати амонію, здійсненого Велером в 1828 р., було відкрито понад п'ятдесят способів отримання цього продукту, наприклад, з фосгену і аміаку, оксиду вуглецю та аміаку, шляхом гідролізу ціанаміду та ін Знаменним фактом є те, що володіє безперечними перевагами єдиний спосіб, який застосовується в світовій промисловій практиці, був відкритий видатним російським хіміком А. І. Базаровим.
Базаров ставив досліди по тривалому нагріванню в запаяних трубках карбаміновокіслого і вуглекислого амонію та отримав карбамід. Відкрита російським хіміком реакція:
2NH3 + С02 = NH2COONH4 = СО(NH2)2 + Н20
Карбамід в продукційної суміші був ідентифікований дослідником як у вільному стані, так і у вигляді типових для нього подвійних сполук з азотною і щавлевої, кислотами. Природно, сто років тому Базаров не мав можливостей для реальної оцінки значення свого відкриття і перспектив практичного його використання. Для нього згадані досліди були лише одним з етапів проводилося систематичного дослідження будови різних сполук азоту. Тим не менш, з метою перевірки можливості зрушення рівноваги реакції в бік цільового продукту, Базаров зробив спробу введення в суміш вихідних речовин ряду водовіднімаючих агентів, зокрема, абсолютного С2Н5ОН. Однак, в цих дослідах карбамід одержати взагалі не вдалося. Карбамід було зафіксовано лише в тих дослідах, де нагрівався чистий карбамат амонію без усяких добавок. У світлі сучасних уявлень очевидно, що невдача Базарова в дослідах з добавками була обумовлена настільки малим ступенем заповнення трубки карбаматом амонію, коли конверсія мізерно мала.
За життя Базарова відкритий ним спосіб отримання карбаміду практично невикористовувався. Перша в світі промислова установка з виробництва карбаміду з аміаку і діоксину вуглецю була пущена в 1922 р. в Німеччині. За минулі з того моменту роки реакція Базарова була ретельно і всебічно вивчена. Серед проведених досліджень чільне місце займають роботи радянських вчених Г. О. Яковкін, А. І. Красильщикова, Б. А. Болотова, Г. Д. Єфремової, Н. А. Гольдберга та ін Піонерами промислового освоєння виробництва карбаміду в СРСР є інженери
В. В. Святухін, Н. М. Павлов, І. П. Білоусов.
Зараз виробництво карбаміду, що отримало в останні роки загальне визнання як найбільш ефективної форми азотних добрив, порівняно з виробництвами інших продуктів азотної промисловості розвивається найбільш інтенсивно.
Карбамід відноситься до числа пржежо-вибухонебезпечних продуктів, містить невелику кількість азоту, зберігає повну розсипчастість після тривалого зберігання у різних умовах. На відміну від аміачної селітри карбамід не викликає опіків листя, тому його можна застосовувати і для позакореневої підкормкі рослин.
Що міститься в карбаміді амідний азот важче вимивається з ґрунту, ніж нітратна, в якій половина загальної кількості азоту міститься в аміачній селітрі. Тому азот карбаміду триваліше зберігається в ґрунті, що дозволяє ефективно використовувати дане мінеральне добриво в областях рясного зволоження і в районах поливального землеробства.
2 ВИБІР ТА ОБГРУНТУВАННЯ СПОСОБУ ВІРОБНИЦТВА
У 1828р. німецький хімік Ф. Велер відкрив реакцію взаємодії сульфату амонію з ціанатів калію по реакції:
(NH4)2S04 + 2K[O−C≡N] → 2NH4[O−C≡N] + K2S04 (2.1)
NH4[O−C≡N] → O=C(NH2)2 (2.2)
Це була перша органічна речовина, отримана синтетичним шляхом. Практичні реакції значення не мали, однак робота Ф.Велера поклала початок розвитку органічної хімії і дозволила зруйнувати існуючий в той час вітаїстичною уявлення про життєві процеси, пояснювали їх наявністю в живому організмі особливої «життєвої сили».
Надалі для отримання синтетичного карбаміду було передбачено кілька способів. Більшість з них не знайшли практичного застосування в промисловості через серйозні труднощі їх реалізації. Один з цих способів - ціанамідний. Полягає у взаємодії ціанаміду кальцію з водою в присутності СО2 або них полягає в гідратірованіі ціанаміду кальцію в присутності двоокису вуглецю (або сірчаної кислоти) з утворенням ціанаміду:
CaCN2 + Н20 + С02→ CN-NH2 + СаС03 (2.3)
Після фільтрації розчин ціанаміду підкисляють сірчаної кислотою при температурі 50-70°С і абсолютному тиску 1 - 5ат.
У результаті ціанамід гідролізується в карбамід:
CN-NH2 + Н2С → CO(NH2)2 (2.4)
Цей процес, що протікає в освинцьованої автоклаві в атмосфері інертного газу, супроводжується утворенням побічних продуктів, забруднюючих карбамід. Через дорожнечу і нерентабельність він не знайшов промислового застосування.
З високим виходом (до 94%) карбаміду може бути отримана з реакції між аміаком і сероокисью вуглецю. Спочатку утворюється тиокарбамат амонію, який при 100°С розкладається, даючи карбамід і сірководень:
2NH3 + COS → (NH3)2COS (2.5)
(NH3)2COS ↔ (NH2)2CО + H2S (2.6)
Карбамід можна також синтезувати з фосгену й аміаку:
СОСl2 + 2NH3 → CO(NH2)2 + 2НС1 (2.7)
2НС1 + 2NH3 → 2NH4C1 (2.8)
За такого способу сечовина утворюється в суміші з хлористим амонієм Промислового застосування цей спосіб не отримав через труднощі поділу суміші.
У 1868р. російський хімік А. І. Базаров запропонував спосіб отримання карбаміду аміаку і двоокису вуглецю:
2NH3 + С02 ↔ NH2−CO−ONH4 ↔ CO(NH2)2 + H20 (2.9)
В даний час в усьому світі синтез карбаміду в промисловому масштабі проводять за цим способом, хоча реалізація його розпочалася лише у 20-х роках минулого століття. Основною причиною затримки було недостатнє значення складних фізико-хімічних основ процесу. Крім того в ході розробки, промислових систем виробництва карбаміду виникли значні труднощі при конструктірованіі апаратів, рішенням питань захисту їх від корозії. Як випливає з реакції, синтез карбаміду протікає в 2-е стадії: спочатку з виділенням великої кількості тепла утворюється карбомат амонію, який потім дігідріруется, перетворюючись на карбамід. Ці процеси, можливо проводити в однакових умовах, в одному і тому ж апараті.
Аміак і вуглекислий газ за певних умов можуть бути перетворені практично без остачі і з великою швидкістю в карбомат амонію. Таким чином, реакційна суміш, що виходить з апарату, в якому протікає синтез, завжди буде містити карбамід, воду, аміак і карбомат амонію. Найбільш вигідні умови цього процесу визначається глибиною і ступенем перебігу обох наведених вище реакцій, а також фізичним станом реакційної маси.
Прямий синтез карбаміду з аміаку і двоокису вуглецю складається з декількох стадій: взаємодії NH3 і CO2, дистиляції продуктів син-теза і переробки розчинів карбаміду в готовий продукт.
Застосовувані способи виробництва карбаміду мало відрізняються умовами процесу синтезу і поділяються головним чином за методами використання газів дистиляції. При здійсненні процесу без повернення надлишкового аміаку і газів дистиляції, його переробляють в інші продукти: нітрат амонію, сульфат амонію, амонійні солі або на аміачну воду.
У способах з рециркуляцією газу, не перетвореного на карбамід, його виділяють з газів дистиляції плаву і повертають у цикл. Дистиляцію плаву карбаміду виробляють в одну або дві ступені.
Існує кілька способів регенерації газів дистиляції з метою їх рециркуляції:
-
гаряче компримування; -
поглинання газів мінеральним маслом; -
виборча абсорбція аміаку і двоокису вуглецю (газовий рецикл); -
повернення в цикл NH3 і CO2 у вигляді водних розчинів амонійних солей (жідкосной рецикл).
Запропоновано багато способів, заснованих на виборчій абсорбції одного з компонентів – аміаку або CO2. Наприклад, виборча абсорбція аміаку з газів дистиляції розчином нітрату карбаміду. Не поглинену двоокис вуглецю або викидають в атмосферу або повторно використовують у циклі. Іншим прикладом є виборча абсорбція з газів дистиляції двоокису вуглецю за допомогою моноетаноламіна.
Розроблено і змішаний спосіб повернення газів в колону синтезу непрореагіровавшіх NH3 і CO2 75% повертають у цикл у вигляді водного розчину амонійних солей, а інші 25% - за допомогою виборчої абсорбції. При виборчої абсорбції CO2 водним розчином моноетаноламіна процес може бути здійснено з частковим або повним поверненням у цикл газів дистиляції. Поділ газів з повним поверненням їх в процес може бути також здійснено із застосуванням двох поглиначів - водного розчину моноетаноламіна для абсорбції СО
2 і розчину моноамінофосфата для поглинання аміаку.
З усіх способів повернення газів дистиляції у виробництво самим економічним і менш трудомістким процесом є схеми з рідинним рециклом, де NH3 і CO2 повертаються в колону синтезу у вигляді водного розчину вуглеамонiйних солей. Для даного курсового проекту я вибираю саме цей спосіб отримання карбаміду з NH3 і CO2.
3 ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИНИ ТА ГОТОВОГО ПРОДУКТУ
Амміак NH3 – безбарвний горючий газ з гострим запахом. При змінюємося для промислового синтезу сечовини рідкий аміак представляє собою безбарвну рідину, яка сильно заломлює світло.
Молекулярна вага 17,03
В’язкість при 0°С, н∙сек/м2
NH3 (газ) 93∙10-11
NH3 (рідина) 4∙10-5
Критичні константи
тиск,н/м2 атм 114,84
температура, °С 132,40
питомій обьєм,м3/кг 4,26
Плотність
NH3 (газ, при 0°С і 1am), кг/л 770
NH3 (рідина.),кг/м3 681
Температура, °С
кипіння -33,35
плавлення -77,70
Теплота утворення з простих речовин,кДж/моль (ккал/моль)
NH3 (газ) 45,8 (10,94)
NH3 (ридина) 66,3 (15,84)
Питома теплоємність, Дж∙кг-1∙г рад-1
NH3 (газ)
при 0°С 2-103
при 25°С 2,1-103
при 100 °С 2,2-103
NH3 (рідина при 15—30°С) 4,7.103
Аміак добре розчиняється у воді з утворенням аміачної води по реакції:
NH3 + н20 = NH4OH
Зміст аміаку у воді залежить від температури і тиску.
В даний час аміак у величезних кількостях одержують у промисловому масштабі з азоту і водню.
У виробництво карбаміду рідкий аміак надходить згідно ГОСТ 6221-82
Масова частка аміаку н/м 99,96%
Вологи н/б 0,04%
Олії н/б 2,0 мг/дм2
Температура -28 − -33°С
Тиск 12 − 33 кгс/см2
Рідкий аміак зберігають на складі, в резервуарах, що знаходяться під тиском. Чим вище температура навколишнього середовища, тим більше тиск парів аміаку і, отже, тиск у резервуарі. Влітку при 40°С тиск у резервуарі досягає 15,85 ат, а взимку при мінус 15°С 2,4 ат.
