Производство азотных и калийных удобрений

Федеральное агентство по образованию

Государственное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский  государственный текстильный университет  имени А.Н. Косыгина 

  
 
 
 

Кафедра ПАХТ и БЖД 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

«Производство азотных и калийных удобрений» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                         Выполнил: студентка ФХТЭ

                                                                                                                            гр.27-05

                                                                                                                             Ковалева Е.С.

                                                                                                                         Проверил:

                                                                                                         Кошелева М.К. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2008

Содержание

   Введение 3

1. Азотные удобрения 3

1.1. Производство  карбамида 3

1.1.1. Свойства карбамида 3

1.1.2. Сырье 6

1.1.3. Физико-химические основы синтеза карбамида  7

1.1.4. Промышленные способы синтеза карбамида  10

1.2. Производство аммиачной селитры  14

1.2.1. Свойства аммиачной селитры  14

1.2.2. Сырье  17

1.2.3. Физико-химические основы процесса   17

1.2.4.Технологическая  схема производства аммиачной  селитры  20

1.3. Нитратные  удобрения   22

1.3.1. Известково-аммиачная  селитра  22

1.3.2. Сульфат аммония  23

1.3.3. Нитрат натрия  24

1.3.4. Нитрат кальция  26

1.3.5. Жидкие азотные  удобрения  28

2. Калийные удобрения  31

2.1. Общая характеристика   31

2.2. Получение хлористого калия методом флотации   32

2.3. Галургический  способ производства   34

2.4. Получение сульфата калия  36

2.5. Нитрат калия  36

   Литература  38 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

   Производство  минеральных солей и удобрений  составляет одну из важнейших  задач химической промышленности. Ассортимент минеральных солей используемых  в сельском хозяйстве, самой химической промышленности, металлургии, фармацевтическом производстве, строительстве, быту, составляет сотни наименований и непрерывно растет. В наибольших количествах производятся и потребляются соединения натрия, фосфора, калия, азота, алюминия, железа, серы, меди, хлора, фтора и др. Масштабы добычи и выработки солей исключительно велики и для некоторых из них составляют десятки тонн в год. Из всех минеральных солей, изготавливаемых

искусственными  способами, в самых крупных масштабах  производят те, которые используют в качестве сельскохозяйственных удобрений. Их называют также туками.

   Минеральные удобрения – это соли, содержащие в своем составе элементы, необходимые для питания, развития и роста растений и вносимые в почву для получения высоких и устойчивых урожаев. Среди питательных веществ, вносимых в почву, важнейшими являются азот и калий.  

1. Азотные удобрения

   Азотные удобрения подразделяются на аммиачные, содержащие азот в форме катиона NН₄⁺, нитратные, содержащие азот в виде аниона NО₃^-, аммиачно-нитратные, содержащие NН₄⁺ и NО₃^- и амидные, содержащие азот в форме NН₂. В качестве минеральных азотных удобрений используют сульфат и нитрат аммония, фосфаты аммония, нитраты кальция и натрия, цианамид кальция, карбамид, а также получаемые на основе этих солей, смешанные и сложные удобрения. Используют также жидкие азотные удобрения – жидкий аммиак и аммиачную воду, аммиакаты, водные растворы различных солей.

   Сырьем для получения аммиачных форм азотных удобрений служит аммиак, нитратных – азотная кислота, амидных – аммиак или свободный азот.

  

1.1. Производство карбамида

1.1.1.Свойства карбамида

   Карбамид, или мочевина, является полным амидом карбаминовой кислоты. Как химическое соединение карбамид был открыт в 1773г. И Руэллем. Синтез карбамида из цианата аммония осуществил в 1828 г Ф. Велер по реакции:

NН4-СО-С

N СО(NН₂)_2.                                          (1)

   В чистом виде карбамид представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, не имеющее запаха, кристаллы которого имеют форму длинных игл или ромбических призм. Выпускаемый промышленностью продукт может быть слабо окрашен в желтоватый или розоватый цвет, что объясняется присутствием примесей, в частности солей железа. 

   Чистый карбамид содержит 46.6% азота. 

 Физико-химические свойства карбамида:

 Молекулярный вес………………………………………60.06

 Плотность при 200С, г/см³……………………………….1.335

 Насыпная плотность, г/см³………………………………..0.63-0.71

 Удельная теплоемкость при 20⁰С, кал/(г*град)………….0.321

 Температура плавления, ⁰С

 при 1 атм……………………………………………            132.6

 при 300 атм…………………………………………        …150.0

 Теплота образования из простых веществ, ккал/моль……79.634

 Теплота плавления, ккал/моль……………………………….3.6

 Теплота растворения в воде, кал/г………………………….57.8

 Карбамид хорошо растворим в воде:

 температура, ⁰С……………0        20       40      60      80     100     120

 растворимость, %…………...40.0   51.14  62.3  71.1  79.4  87.89   95

   Раствор, содержащий 32% карбамида при 261К образует эвтектику.

   Карбамид хорошо растворяется в воде, спирте, и аммиаке. С повышением температуры растворимость карбамида в воде увеличивается. Насыщенный водный раствор при 20⁰С содержит 51.83%, а при 60⁰С – 71.88%, при 120⁰С – 95% СО(NН₂)₂. Выше 120⁰С в водном растворе карбамид разлагается на аммиак и диоксид углерода.

   Карбамид обладает свойствами слабого основания, константа его диссоциации К =1.5*10^-14.        С кислотами он образует соли, причем в солеобразовании принимает участие только одна аминогруппа.

   Растворимость карбамида в жидком аммиаке очень велика. Так, при 100⁰С концентрация СО(NН₂)₂ в смеси карбамида и жидкого аммиака достигает 88%. При температуре ниже 46⁰С карбамид образует с жидким аммиаком комплексное соединение СО(NН₂)₂*NН₃ (22.1% N). При более низких температурах в жидком аммиаке растворяется СО(NН₂)₂*NН₃,  при более высоких – СО(NН₂)₂.

   При нагревании водных растворов карбамида выше 80⁰С происходит его интенсивный гидролиз и карбамид превращается в карбамат аммония

СО(NН₂)₂ + Н₂О

NН₂–СО-ОNН₄,                     (2)

который в свою очередь далее разлагается на аммиак и диоксид углерода

NН₂–СО-ОNН₄

2NН₃ + СО₂.                             (3)

   При более низких температурах гидролиз карбамида протекает с незначительной скоростью. В случае нагревания водных растворов карбамида, одновременно с гидролизом происходит термическое разложение карбамида с образованием биурета и выделением аммиака

2Н₂N-СО-NН₂

Н₂N-СО-NН–СО-NН₂ + NН₃    (4)

   В ходе разложения может образовываться также циануровая кислота (НОСN)₃. В присутствии избытка аммиака разложение карбамида приостанавливается. Добавка нитрата аммония приводит к стабилизации карбамида.

   При нагревании выше температуры плавления сухой карбамид разлагается с образованием аммиака, биурета, циануровой кислоты и др. В результате нагревания карбамида выше температуры его плавления (405.7К) в замкнутом сосуде под давлением образуется меламин С₃N₆Н₆. При длительном нагревании водных растворов карбамида протекают реакции изомеризации, гидролиза, дезаминирования и образуются различные соединения.

   С кислотами карбамид образует солеобразные комплексные соединения, например, нитрат карбамида СО(NН₂)₂*НNО₃, малорастворимый в воде, при нагревании разлагающийся со взрывом; фосфат карбамида СО(NН₂)₂*Н₃РО₄, хорошо растворяющийся в воде, но при этом полностью диссоциирующий и др. С солями карбамид образует комплексные соединения. Большой интерес представляют, в частности, те из них, в которых оба компонента являются удобрениями, например,  

Са(NО₃)₂ *4СО(NН₂)₂. При взаимодействии карбамида с монокальцийфосфатом

образуются фосфат карбамида  и дикальцийфосфат 

Са(НРО₄)₂ *Н₂О + СО(NН₂)₂ = СО(NН₂)₂*Н₃РО₄ +СаНРО₄ +Н₂О           (5)

   Он используется в производстве сложных удобрений.

   С формальдегидом карбамид взаимодействует, давая разнообразные высокомолекулярные соединения. Путем поликонденсации карбамида с формальдегидом в кислой среде получают специфические азотные удобрения, медленно отдающие азот. Они относятся к концентрированным азотным удобрениям, т.к. содержат до 40% азота.

   Карбамид, содержащий до 46.5% азота, является концентрированным безбалластным удобрением. Азот карбамида легко усваивается растениями. Как удобрение карбамид имеет преимущества перед нитратом аммония – он не взрывоопасен, менее гигроскопичен и не так сильно слеживается.

   В почве карбамид под действием влаги сначала превращается в карбонат аммония, оказывающий нейтрализующее действие на кислую почву. Но далее ион аммония нитрифицируется, что приводит к подкислению почвы. Поэтому карбамид следует отнести к удобрениям с небольшой физиологической кислотностью.

   Вредной примесью в карбамиде является биурет. Если его содержание больше 0.25%, то при внекорневой подкормке растений раствором карбамида возможен ожог листьев.

   В настоящее  время выпускается два сорта карбамида: кристаллический и гранулированный.

Кристаллический карбамид, в основном, предназначен для технических нужд, гранулированный  используется главным образом как удобрение и азотсодержащая добавка к кормам жвачных животных. 

   Показатели качества: