2.2 Основні властивості й вимоги до якості виготовленої продукції

Карбамід (сечовина) СО(NH₂)₂ являє собою амід карбамінової кислоти.

Структурна формула:

Карбамід звичайно випускається у вигляді гранул або кристалів. У даному виробництві карбамід випускається у вигляді гранул. За зовнішнішнім виглядом гранули карбаміду білі або слабко пофарбовані. Чистий карбамід СО(NH₂)₂ містить 46,6 % азоту в амідній формі. Розчин карбаміду у воді володіє слабколужними властивостями. Фізико-хімічні властивості карбаміду наведені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 – Фізико-хімічні властивості карбаміду

Найменування	Показник
Відносна молекулярна маса	60,056
Густина (при 25 С), кг/м^3	1330
Насипна густина гранульованого карбаміду при вологості 0,5-0,17 %, кг/м^3	687-736
Температура плавлення при атмосферному тиску, ^оС	132,7
Питома теплоємність при 20 ^оС, кДж	1,34
Теплота плавлення, кДж/кг	242
Теплота утворення з простих речовин при 25 ^оС, кДж/моль	333,27
Теплота розчинення, кДж/кг	242
Теплопровідність плаву при 135 ^оС, Вт/(м к)	0,42
Динамічна в’язкість при 132,7 ^оС, МПаּс	2,58
Кут природного укосу гранульованого продукту, град	35

При взаємодії карбаміду з кислотами утворюються солеподібні з'єднання.

З деякими солями карбамід утворює комплексні з'єднання. При змішанні в певних співвідношеннях з аміачною селітрою карбамід утворює комплексні з'єднання, більш розчинні, ніж кожна сіль окремо.

Комплексні з'єднання карбамід утворює з нормальними вуглеводнями та їхніми похідними. Реагуючи з формальдегідом при нагріванні в присутності лугу, карбамід утворює різні високомолекулярні продукти, які застосовуються в промисловості для виготовлення пластичних мас. Продукт, отриманий шляхом конденсації карбаміду з формальдегідом у кислому середовищі, являє собою карбамідоформальдегідне добриво, що містить до 40 % азоту, більша частина якого перебуває у важкорозчинній, але повністю засвоюваній рослинами формі.

У воді карбамід розчиняється добре. При підвищенні температури його розчинність збільшується.

Розчинність карбаміду у воді в залежності від температури наведена в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 – Розчинність карбаміду у воді в залежності від температури

Температура, ^оС	Розчинність, % (мас.)	Температура, ^оС	Розчинність, % (мас.)
0	40,00	70	76,28
10	45,80	80	79,72
20	51,83	90	83,72
30	57,18	100	88,42
40	63,80	110	91,30
50	67,23	115	93,70
60	71,88	120	95,00

Значно важче розчиняється карбамід у метиловому, етиловому й ін. спиртах. В ефірі він мало розчинний і не розчинний в хлорбензолі.

Карбамід легко розчиняється в рідкому аміаку, утворюючи розчин карбаміду в аміаку з масовою часткою 71,9 % карбаміду й 22,1 % аміаку. З підвищенням температури розчинність карбаміду в аміаку значно зростає.

Твердий карбамід, нагрітий під вакуумом до 120-130^○С, сублімує без розкладу.

Нагрівання сухого карбаміду при атмосферному тиску вище температури плавлення 132,7^○С призводить до утворення біурету, а при 180-190^○С - ціанурової кислоти: амеліда й ін.

Передбачуваний механізм розкладання карбаміду досить складний. Спочатку відбувається ізомеризація карбаміду в ціанат амонію, що дисоціює на аміак і ціанурову кислоту. Остання, при взаємодії з карбамідом, утворить біурет. Реагуючи з карбамідом, біурет перетворюється в ціанурову кислоту. Аміди цієї кислоти - амелін, амелід і меламін утворюються дією на неї аміаком, що виділився.

При наявності надлишку аміаку швидкість розкладання карбаміду зменшується.

Водяні розчини карбаміду менш стабільні, ніж чистий карбамід, гідроліз і розкладання їх починається вже при 60^○С. Практично при температурі нижче 80^○С розчин карбаміду у воді можна вважати цілком стійким, але при 90^○С зазначені реакції протікають із помітною швидкістю.

При кипінні розчину карбаміду швидкість його гідролізу сильно зростає, оскільки аміак і діоксид вуглецю, що виділяються в результаті розкладання, видаляються із системи, і рівновага реакції зрушується убік утворення аміаку й діоксиду вуглецю. Це призводить до того, що при випарюванні розчину карбаміду деяка його кількість (2-3 %) звичайно губиться.

Повнота протікання реакції гідролізу залежить від температури й тривалості процесу. Ступінь гідролізу карбаміду значно знижується в присутності аміаку. При нагріванні водяних розчинів карбамід незалежно від гідролізу з помітною швидкістю піддається термічному розкладанню. При цьому виділяється аміак й утворюється біурет.

2Н₂N – СО – NН₂  Н₂ N – СО – NН – СО – NН₂ + NH₃ (2.1)

Присутність біурету в карбаміді небажано, тому що він шкідливо діє на рослини.

Вплив температури на швидкість утворення біурету в чистому карбаміді наведено в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4 – Вплив температури на швидкість утворення біурету в чистому карбаміді

Температура, ^оС	50	80	100
Швидкість утворення біурету, % за год	0,003	0,04	0,115

У виробництві карбаміду з аміаку й діоксиду вуглецю утворення біурету спостерігається в різному ступені на всіх стадіях процесу.

Сприятливими умовами для утворення біурету є:

- видалення аміаку зі сфери реакції;

- висока температура;

- тривале перебування концентрованих розчинів карбаміду при високих температурах.

На стадії синтезу карбаміду біурет утворюється в невеликих кількостях, завдяки надлишку аміаку.

Збільшення кількості біурету спостерігається на стадіях дистиляції, тому що вони пов'язані із застосуванням теплоносія - пари, що сприяє місцевим перегрівам розчину.

Випарювання розчину карбаміду для переробки його в гранульований продукт протікає при високих температурах, що викликає значне розкладання карбаміду й утворення біурету.

Карбамід з масовою часткою вологи 0,2-0,3 %, практично не злежується, добре розсипається й розсіюється. Це особливо важливо при механізованому внесенні карбаміду в ґрунт. За гігроскопічними властивостями карбамід дуже близький до сульфату амонію. Він менш гігроскопічний, чим такі добрива як амонійна й кальцієва селітра.

Гігроскопічна точка карбаміду наведена в таблиці 2.5.

Таблиця 2.5 – Гігроскопічна точка карбаміду

Температура, ^оС	10	15	20	25	30	40	50
Рівноважна відносна вологість повітря над продуктом, %	81,8	79	80	75,8	72,5	68	62,5

Карбамід з масовою часткою вологи більше 0,3 % здатний злежуватися, що обумовлюється його гарною розчинністю у воді.

Злежуваність карбаміду, як будь-якого іншого добрива, викликає більші ускладнення при зберіганні, транспортуванні й внесенні в ґрунт.