Аналитик қисм

1.Аналитик қисм

1. 
   Карбамиднинг физик кимёвий хоссалари
   

Карбамид (мочевина) ва унинг хоссалари. Олим А.И.Базаров томонидан 1968 йилда аммиакнинг карбонат ангидрид билан ўзаро таъсирида содир бўладиган қайтар жараён кашф этилган:

NH₃ + CO₂  NH₂COONH₄  NH₂CONH₂ + H₂O

Натижада аммоний карбамат ва унинг парчаланиши натижасида карбамид, халқ тили билан айтилганда мочевина деб аталадиган модда хосил бўлади.

Ҳозирги пайтда бу жараёндан бутун дунё амалиётида фойдаланилади.

Карбамид – карбонат кислотанинг диамид тузи бўлиб, мочевина деб ҳам аталади. У рангсиз, ҳидсиз кристалл модда булиб, 25^ОС даги зичлиги 1330 кг/м³ га тенг, 132,7^ОС да суюқланади. Техник маҳсулот эса оқ ёки сарғиш рангли игнасимон ромбик призматик шаклдаги кристаллардан иборатдир. Суюқланиш хароратигача атмосфера босимида киздирилганда аммиак гази ажралиб чиқиши билан парчаланади. Бу жараёнда даставвал аммоний цианат ҳосил бўлади, сўнгра цианат кислота ва аммиакгача парчаланади:

(NH₂)₂CO  NH₄OCN  HOCN+ NH₃

Цианат кислотаси карбамид билан таъсирлашиб биурет ҳосил қилади:

HOCN + (NH₂)₂CO  NH₂CONHCONH₂

Аммиак иштирокидаги биурет ҳосил бўлиши секинлашади, лекин карбамиднинг ўзаро таъсиридан ҳам биуретланиш реакцияси содир бўлиши давом этаверади:

2(NH₂)₂CO  NH₂CONHCONH₂ + NH₃

Аммоний нитрат қўшилганда эса карбамид турғоқланади (стабилланади).

1.1.1 – расмда (NH₂)₂CO – NH₃ – Н₂О системасининг ҳолат диаграммаси келтирилган. Карбамид сувда, спиртда ва суюқ аммиакда яхши эрийди. Унинг тўйинган сувли эритмасида 20^ОС хароратда 51,8%, 60^ОС да 71,9% ва 120^ОС да 95,0% (NH₂)₂CO бўлади.

1.1.1 – расм. (NH2)2CO – NH3 – Н2О системасининг политермик ҳолат диаграммаси (тўйинган эритмаларининг буғ босими МПа да, таркиби эса % (моль) да кўрсатилган).

Карбамид кучсиз асос хоссасига эга бўлганлиги учун (25^ОС хароратдаги диссоциация константаси 1,5*10^-14) кислоталар билан таъсирлашиб тузлар ҳосил қилади. Масалан, карбамид нитрат (NH₂)₂CO*HNO₃ сувда оз эрийди, қиздирилганда эса портлаш билан парчаланади, карбамид фосфат (NH₂)₂CO*H₃PO₄ эса сувда яхши эрийди ва тўла диссоциланади.

Карбамид аммиак билан таъсирлашиб аммиакат (NH₂)₂CO*NH₃ ҳосил қилади. Унинг таркибида 77,9% гача карбамид бўлади ва 46^ОС да инконгурент суюқланади. Хароратнинг кўтарилиши билан суюқ аммиакда карбамиднинг эрувчанлиги ортиб боради. Харорат 30^ОС бўлганда эрувчанлик сувдагига нисбатан ҳам кўпроқ бўлади.

Карбамид тузлар билан ҳам комплекс бирикмалар ҳосил қилади. Масалан, Ca(NO₃)₂*4(NH₂)₂CO ва Ca(H₂PO₄)₂*4(NH₂)₂CO ларнинг ҳар бир компоненти ҳам минерал ўғит ҳисобланади.

Карбамид сувли эритмаларда 80^ОС хароратгача турғоқ, харорат кўтарилганда эса у аммоний изоцианат (цианат – N) га ва ундан аммоний карбонатга айланади:

(NH₂)₂CO  NH₄CNО

NH₄CNО + 2Н₂О  (NH₄)₂CO₃

У эса аммоний гидрокарбонатга, сўнгра аммиак ва карбонат ангидридга парчаланади:

(NH₄)₂CO₃  NH₄НCO₃ + NH₃

NH₄НCO₃  CO₂ + NH₃ + Н₂О

Карбамид таркибида 46,6% N бўлиб, балластсиз азотли ўғит ҳисобланади. Карбамиднинг аммиакли селитрага нисбатан бир неча афзаллик томонлари: азот миқдорининг кўплигида, каи гигроскопиклигида (гигроскопиклик нуқтаси 20^ОС да 80% га тенг), портлаш хавфи йўқлигида ва кам ёпишқоқлигида намоён бўлади. Бундан ташқари унинг тупроқда ювилиши секин кечади.

Тупроқда карбамид намлик таъсирида аммоний карбонатга айланади ва нордон (кислотали) тупроқни нейтраллайди. Сўнгра микроорганизмлар таъсирида аммоний илни нитратлашади ва тупроқни нордонлаштиради.

Карбамид таркибидаги ўсимликка токсик таъсир этадиган модда биурет ҳисобланади. Айникса унинг сувли эритмасини ўсимликка сепилганда унинг таркибида 0,25% дан ортиқ миқдордаги биурет бўлса, ўсимлик барглари «куяди». Тупроққа тўғридан –тўғри берилганда эса у зарарсиздир.

Карбамид протеин қўшимчаси сифатида углеводлари кўп ва оқсил миқдори кам бўлган чорва емларига ҳам қўшилади. У озуқа емда 25-30% гача оқсил ўрнини боса олади.

Саноатда сунъий смола, пластмассалар, клей, лак, фармацевтик препаратлар, гербицидлар тайёрлаш ва чорвачиликда озуқаларга қўшиш учун белгиланган стандарт бўйича А маркали юқори ва биринчи категорияли донадор ва кристалл шаклидаги карбамид ишлаб чиқарилади. Маҳсулот сифатидаги карбамид таркибида белгиланган категорияга мос ҳолда: 46,3% ва 46,2% N, 0,6% ва 0,9% дан кам миқдорда биурет, 0,2% ва 0,3% сув бўлади. Чорвачилик озуқалари тайёрлашда ишлатиладиган карбамид таркибида эса 3% гача биурет бўлиши белгиланган талаб даражасига жавоб бера олади.

Ўғит сифатида ишлатиладиган карбамид эса Б маркада ишлаб чиқарилади. Унинг таркибида 46,0% N, 0,9% атрофида биурет ва 0,25% гача намлик бўлади. Ўғитнинг донадорлиги эса: 1-4 мм ли доначалар 94% дан кам эмас, 1 мм ли доначалар 5% дан ортиқ эмас. Уни 6 ойгача қопсиз сақланганда ҳам ёпишиб қолмайди.

2. 
   Карбамид ишлаб чиқаришни назарий асослари
   

Карбамид 150-220^ОС хароратда ва 7-100 Мпа босимда аммиакга карбонат ангидридни таъсир эттириб олинади. Бунда аввал аммоний карбамат ҳосил бўлади:

2NH₃(г) + CO₂(г)  NH₂COONH₄(с) +125,6 кж

сўнгра сув ажралиб чиқиб, карбамидга айланади:

NH₂COONH₄(с)  (NH₂)₂CO(с) +Н₂О(с) – 15,5 кж

Жараён иккита фаза чегарасида содир бўлади: газ ҳолатидаги NH₃, CO₂, Н₂О ва суюқ (суюқланма ва эриган моддалар) аммиак, аммоний карбамат, карбамид, аммоний карбонат тузлари ва сув.

Карбамид асосан суюқ фазада, яъни суюқланган аммоний карбаматдан ҳосил бўлади. Чунки қаттиқ аммоний карбамат қиздирилганда парчаланиши қийиндир. Аммоний карбаматни ҳосил бўлиши эса босим ошишига боғлиқ бўлади. Атмосфера босимида ва юқори бўлмаган хароратда аммоний карбамат ҳосил бўлиши жуда секин кечади. Босим 10 МПа ва харорат 150^ОС да эса жуда тез содир бўлади. Бунда аммоний карбаматнинг карбамидга синтези ҳам тезлашади (1.1.2 – расм).

1.1.2 – расм. Аммоний карбаматнинг карбамидга конверсияси даражасига босимнинг таъсири.

Карбамид суюқ фазада ҳосил бўлиши сабабли, жиҳоз (аппарат) ни тўлатиш даражаси (тўлатиш зичлиги) қанчалик юқори бўлса, карбамид ҳосил бўлиши ҳам тезлашади (газ фазаси камроқ бўлгани маъқулдир).

Карбамид суюқланган аммоний карбаматдан ҳосил бўлсада, унинг суюқланиш хароратидан қуйироқда бўлади (NH₂COONH₄ 152^ОС да суюқланади). Чунки аммоний карбаматдан ажралиб чиқаётган сув молекуласи унинг суюқланиш хароратини пасайтиради. Масалан, суюқланмада 9,2% сув бўлса NH₂COONH₄ нинг суюқланиш харорати 140^ОС га тенг бўлади. Сувнинг миқдори 14,7% га ортиши билан суюқланиш харорати 130^ОС гача пасаяди. Бунинг натижасида суюқ фаза ҳажми кўпаяди. Сув таъсирида маҳсулот таркибидаги бир қисм аммоний карбамат аммоний карбонатга, сўнгра у эса аммоний бикарбонатга айланади. Ҳосил бўладиган карбамид ҳам аммоний карбаматнинг суюқланиш хароратини пасайтиради (1.1.3 – расм). Масалан, 51% NH₂COONH₄ ва 49% (NH₂)₂CO дан иборат аралашманинг суюқланиш (эвтетик) нуқтаси 98^ОС дир.

1.1.3 – расм. Аммоний карбамат – карбамид системаси суюқланиш диаграммаси.

Карбамиднинг ҳосил бўлиши харорат кўтарилиши билан ортиб боради. Харорат 180^ОС дан юқорида карбамиднинг унуми максимумга эришади. Қиздириш вақти ортган сайин аммоний карбаматнинг карбамидга конверсия даражаси пасая боради (1.1.4– расм).

Чунки харорат кўтврилгач, конверсия даражаси ошиши билан биргаликда карбамиднинг NH₃ ва CO₂ га парчаланиш жараёни ҳам содир бўлади ва бунда бошқа қўшимча жараёнларни ҳам боришини кузатиш мумкин.

Жараёнда СО₂ нинг ортиқча миқдори карбамид унумининг ортишига деярли таъсир этмайди. Одатда карбамид ишлаб чиқаришда аммиак синтези жараёнларида тўпланадиган карбонат ангидрид хом ашё сифатида ишлатилади. Бу хом ашё таркибидаги Н₂, СО, N₂, О₂ ва бошқа қўшимчалар карбамид унумига салбий таъсир этади. Газлар аралашмаси таркибидаги СО₂ нинг миқдори 98-99% дан 85-86% гача

1.1.4 – расм. Аммоний карбаматдан карбамид ишлаб чиқариш унумининг хароратга боғлиқликдаги вақт бўйича ўзгариши.

пасайганда конверсия даражаси 65% дан 45% гача пасаяди. Карбамид синтези учун ишлатиладиган газлар аралашмасида аммиак миқдорининг ортиб бориши карбамиднинг унумига ижобий таъсир этади (1.1.5 – расм). Аммиак миқдорининг белгиланган стехиометрик меъёрдан ортиқча бўлиши реакция жараёнида ҳосил бўладиган сувни бириктириб, реакцион мувозанатни аммоний карбаматдан карбамид ҳосил бўлиши томонга силжишини таъминлайди ва қўшимча моддалар ҳосил бўлишини, шунингдек жиҳозлар коррозиясини камайтиради. Бу ҳолда ортиқча аммиакни циклга қайтариш ёки бошқа мақсадларда, яъни аммоний нитрат ишлаб чиқаришга юбориш режалаштирилади (бунда 1 т карбамид ишлаб чиқаришдаги ортиқча аммиакдан 5-8 т аммоний нитрат олиш мумкин).

1.1.5 – расм. Аммиак ортиқча миқдорининг карбамиднинг мувозанат унумига таъсири (ўртача 185-195^ОС, 18,5-32 МПа ва тўлдириш зичлиги 0,7 г/см^3учун)