Карбамид представляет собой наиболее концентрированное азотное удобрение с содержанием азота 46% в амидной форме. Это белые гранулы или приллы, получаемые синтезом аммиака и углекислого газа при температуре 180-200°C и давлении около 20 МПа. Карбамид применяется в сельском хозяйстве для основного внесения и подкормок, а также находит широкое применение в химической промышленности.
Что такое карбамид и его химическая природа
Карбамид, также известный как мочевина, является диамидом угольной кислоты с химической формулой CO(NH₂)₂. Это органическое соединение было впервые синтезировано из неорганических веществ немецким химиком Фридрихом Вёлером в 1828 году, что стало важной вехой в развитии органической химии.
В промышленности карбамид производится в виде двух марок согласно ГОСТ 2081-2010. Марка А предназначена для технических нужд и используется в производстве смол, клеев и фармацевтических препаратов. Марка Б применяется в сельском хозяйстве как высокоэффективное удобрение.
Карбамид содержит 46% азота в амидной форме, что делает его самым концентрированным среди твердых азотных удобрений. Вещество полностью растворимо в воде, не имеет запаха и обладает малой гигроскопичностью.
Технология производства карбамида: промышленный синтез
Химизм процесса получения карбамида
Промышленный синтез карбамида осуществляется взаимодействием газообразного аммиака и диоксида углерода. Процесс протекает в две стадии. Первая стадия представляет собой образование карбамата аммония по экзотермической реакции: 2NH₃ + CO₂ → NH₂COONH₄. Эта реакция протекает с выделением тепла.
Вторая стадия представляет собой эндотермический процесс дегидратации карбамата: NH₂COONH₄ → CO(NH₂)₂ + H₂O. В результате образуется карбамид и вода. Этот метод синтеза был разработан русским химиком А.И. Базаровым в 1868 году и получил промышленное применение в начале XX века.
Условия промышленного синтеза
Современное производство карбамида ведется при жестких технологических параметрах. Давление в реакторе синтеза составляет 18,5-20 МПа, а температура поддерживается на уровне 180-200°C. Для подавления побочной реакции образования биурета используется двукратный избыток аммиака.
Основные стадии производства карбамида:
- Сжатие и подготовка исходного сырья: аммиака и углекислого газа
- Синтез карбамида в реакторе высокого давления при температуре 180-200°C
- Дистилляция плава с отделением непрореагировавших компонентов
- Упаривание раствора карбамида до концентрации 99,7-99,8%
- Формирование товарной формы: гранулирование или приллирование
Реактор синтеза представляет собой многослойный сосуд высокого давления, изготовленный из углеродистой стали и футерованный изнутри титановыми листами. Титан используется благодаря устойчивости к коррозии в агрессивной среде карбамата аммония.
Товарные формы карбамида: гранулирование и приллирование
Приллирование карбамида в башнях
Приллирование является наиболее распространенным методом получения товарного карбамида. Процесс заключается в распылении расплава через виброприллер в верхней части башни высотой 70-85 метров. Капли плава свободно падают во встречном потоке охлаждающего воздуха и кристаллизуются, образуя сферические частицы.
Приллы имеют размер 1-2,5 мм и прочность 1000-1300 г на гранулу. Температура готового продукта не превышает 50°C согласно требованиям ГОСТ 2081-2010. Башни приллирования оборудованы встроенными системами охлаждения и очистки воздуха.
Гранулирование в кипящем слое
Технология гранулирования представляет собой более современный метод. Плав карбамида распыляется форсунками на твердые частицы затравки в псевдоожиженном состоянии. Происходит многократное наслаивание тонких слоев, в результате чего образуются гранулы размером 2-4 мм.
| Характеристика | Приллированный карбамид | Гранулированный карбамид |
|---|---|---|
| Размер частиц | 1-2,5 мм | 2-4 мм |
| Прочность | 1000-1300 г/гранула | 2000-3000 г/гранула |
| Слеживаемость | Средняя | Низкая |
| Капитальные затраты | Ниже в 1,5-1,8 раз | Выше |
| Занимаемая площадь | Меньше | Больше |
Гранулированный карбамид обладает повышенной прочностью и меньшей склонностью к слеживанию при транспортировке. Однако капитальные затраты на строительство установки гранулирования в среднем в 1,5-1,8 раз выше, чем башни приллирования.
Применение карбамида в сельском хозяйстве
Основное внесение в почву
Карбамид применяется как универсальное азотное удобрение под все сельскохозяйственные культуры. Оптимальное время внесения - ранняя весна с обязательной заделкой в почву на глубину 5-8 см. Это необходимо для предотвращения потерь азота из-за испарения углекислого аммония.
После попадания в почву карбамид в течение 2-3 дней под действием фермента уреазы превращается в углекислый аммоний. Затем происходит дальнейшая трансформация: аммоний окисляется бактериями в нитрит, а потом в нитрат, который активно поглощается растениями.
Некорневые подкормки
Карбамид идеально подходит для внекорневых подкормок благодаря мягкому действию. Раствор с концентрацией 20-50 г на 10 литров воды не обжигает листья даже при превышении дозировки. Обработку проводят утром или вечером для лучшего усвоения.
Рекомендуемые дозы внесения карбамида:
- Овощные культуры: 5-20 г на квадратный метр в зависимости от вида
- Плодовые деревья: 150-250 г на одно взрослое дерево
- Ягодные кустарники: 30-40 г под куст
- Картофель, лук, капуста: 19-23 г на квадратный метр
Преимущества и особенности использования
Основные преимущества карбамида
Карбамид выделяется среди других азотных удобрений рядом ценных качеств. Высокая концентрация азота позволяет сокращать транспортные расходы и складские площади. Полная водорастворимость делает возможным применение через системы фертигации и капельного орошения.
Удобрение подходит для всех типов почв, особенно эффективно на увлажненных грунтах. Карбамид можно применять в защищенном грунте теплиц и парников. При правильном использовании он повышает содержание белка в зерне и масличность в семенах.
Меры предосторожности
Важно учитывать физиологическую кислотность карбамида. На кислых почвах рекомендуется совместное внесение с известью из расчета 0,4 кг мела на 0,5 кг карбамида. Нельзя смешивать мочевину с суперфосфатом, известью и доломитовой мукой без предварительной подготовки.
Осеннее внесение карбамида не рекомендуется, так как к весне значительная часть азота опустится в глубокие слои почвы или будет потеряна. Исключение составляют только песчаные и супесчаные почвы в прохладную сухую погоду.
Промышленное применение карбамида
Помимо сельского хозяйства, карбамид марки А широко используется в химической промышленности. Он служит сырьем для производства карбамидо-формальдегидных смол, применяемых в изготовлении ДВП и мебельном производстве.
В автомобильной промышленности карбамид используется для очистки выхлопных газов дизельных двигателей по технологии SCR-катализатора. Это позволяет достичь соответствия нормам Евро-4, Евро-5 и Евро-6. В пищевой промышленности карбамид зарегистрирован как добавка E927b.
Фармацевтическая отрасль применяет мочевину в производстве диуретиков и дерматологических препаратов. В медицине используется способность карбамида растворять кератин и увлажнять кожу.
Хранение и транспортировка
Карбамид хранится в закрытых проветриваемых складских помещениях, защищающих от атмосферных осадков. При хранении насыпью не допускается смешение с другими видами удобрений. Гарантийный срок хранения составляет 6 месяцев со дня изготовления.
Доставка осуществляется всеми видами крытого транспорта, кроме воздушного. При нормальных условиях карбамид негорюч, пожаро- и взрывобезопасен. Важно обеспечить защиту от влаги, так как удобрение гигроскопично и может слеживаться.
Часто задаваемые вопросы
Карбамид остается наиболее эффективным и экономичным азотным удобрением благодаря высокой концентрации азота, универсальности применения и доступной стоимости. Современные технологии производства позволяют получать качественный продукт в виде прочных гранул или прилл. При соблюдении правил внесения и хранения карбамид обеспечивает растения необходимым азотом на протяжении всего вегетационного периода, способствуя формированию высоких урожаев.
