169493. lajstromszámú szabadalom • Eljárás műtrágya hatású karbamid-formaldehid kondenzátum előállítására

3 169493 4 3 119683 sz. USA szabadalmak, 956479 sz. francia fís 528582 sz. német szabadalmak) és az ismertetett hagyományos eljárások szerint az aktivitási index legfeljebb A, =50 értékig növelhető [Almássy: Magyar Kémikusok L. 28 442 (1973)]. Ez a hát- 5 rány elsősorban onnét származik, hogy a reakcióelegyben az egy lépcsős reakcióval a teljes reakcióidő alatt nem lehet a kedvezőtlen magas 1 :0,4-0,5 karbamid-formaldehid mólarányt biztosítani. 10 Találmányunk célja éppen az, hogy ezt a kedvezőtlen magas mólarányt a karbamid és formaldehid lépcsős adagolásával biztosítsuk és ezáltal nagy aktivitású terméket állítsunk elő a hagyományosnál nagyobb nitrogénkihasználással. 15 Találmányunk több felismerésen alapul. Egyik felismerésünk szerint a hagyományos technológiával elérhető alacsony nitrogénkihasználás oka az, hogy a kondenzáció folyamán nem egységes termék képződik. Kezdetben formaldehidben dús termék válik 20 le, a reakció előrehaladtával azonban a formaldehid aránya a termékben egyre jobban csökken és a reakció végén, kb. 24 óra múlva, amikor még jelentős mennyiségű karbamid van az oldatban, a kondenzációhoz már nincs jelen formaldehid. A 25 könnyebb érthetőség céljából az 1. táblázatban feltüntettük néhány kondenzátum típus jellemzőit. 1. táblázat 30 Karbamid : formaldehid Mólsúly Számított mólarány N-tartalom, % 11 : 10=1,10 780 39,50 10 : 9=1,11 708 39,54 9: 8=1,12 636 39,61 8: 7 = 1,14 564 39,72 7 : 6=1,16 492 39,84 6: 5 = 1,20 410 40,00 •5 . 4= 1,25 348 40,23 .4 : 3 ="1,33 ,. ;'•" 276 40,58 3: 2=1£0 204 41,18 2: 1 = 2,00 132 42,42 Ha hid = 2 pl. a kondenzációt karbamid : formalde: 1 = 2 mólarányú oldatban végezzük, felismérésünk szerint a kondenzáció kezdetén, amikor még nagy a formaldehid koncentráció az oldatban, nem a kiindulási 2 :1 mólarányú termék képződik, hanem lehetőség van a táblázatban szereplő kisebb mólarányú kondenzátumok képződésére is. Ez vi- 60 szont azt jelenti, hogy a reakció előrehaladtával elfogy a formaldehid az oldatból, a karbamid egy része azonban változatlanul oldatban marad. A reakció végén tehát az oldatban nem marad már formaldehid, csak karbamid. Tételezzük fel, hogy a karbamid : formaldehid = 2 :1 mólarányú oldatból a reakció első szakaszában a formaldehidnek fele, mint 3 :2 karbamid : formaldehid mólarányú kondenzátum válik le, a másik fele pedig a reakció előrehaladtával 2 : 1 mólarányú kondenzátumot képez. Ez azt jelenti, hogy ha a kiindulási oldat 2 mól karbamidot és 1 mól formaldehidet tartalmaz, a reakció első szakaszában 0,75 mól karbamid és 0,5 mól formaidé- v hid, a reakció előrehaladtával pedig további 1 mól karbamid és 0,5 mól formaldehid kerül a csapadékba. A karbamid és formaldehid mólokat összeadva, a csapadék 1,75 mól karbamidot és 1 mól formaldehidet tartalmaz, vagyis 0,25 mól karbamid oldatban marad és a kicsapásához már nincs az oldatban formaldehid. A 0,25 mól karbamid a kiindulási 2 mól karbamidnak 12,5%-a, vagyis a reakció végén a nitrogénkihasználás 87,5%. A fenti példa csupán a jelenség érthetővé tételét célozza. A továbbiakban megvizsgáltuk, hogy a kiindulási karbamid: formaldehid mólarány függvényében hogyan változik a nitrogénkihasználás és az aktivitási index 1 órás és 24 órás reakcióidő mellett. A 24 óra reakcióidő megközelítően a teljes reakciót biztosítja, vagyis a 24 óra alatt elért nitrogénkihasználás gyakorlatilag már nem fokozható, minthogy a formaldehid kihasználás 24 óra múlva eléri a 100%-ot. Az eredményeket a 2. táblázat mutatja. A táblázat értelmében jó minőségű termék (Ai = 40—50) csak abban az esetben keletkezik, ha a karbamid : formaldehid mólarány nagyobb, mint 1,66. Ekkor azonban a nitrogénkihasználás 24 órás reakcióidő mellett is legfeljebb 80%, vagyis jó minőségű termék előállításánál még jelentős mennyiségű karbamid marad oldatban, ami a gyártás nitrogénveszteségét jelenti. További felismerésünk szerint a kondenzáció kezdetén kis aktivitású termék válik le és a kondenzáció előrehaladtával a leváló kondenzátum részletekben nő az aktivitási index, tehát a kondenzáció kezdetétől a végéig javul a termék minősége. Első felismerésünkkel összehasonlítva ez azt jelenti, hogy a kondenzáció elején a kondenzátumban a karbamid : formaldehid mólarány jóval kisebb lehet a kiindulási oldat mólarányánál és ennek megfelelően az aktivitási index is kisebb a kondenzátumban a várt értéknél. A kondenzáció előrehaladtával azonban a leváló kondenzátum részletekben nő a karbamid : formaldehid mólarány, elérheti sőt meg is haladhatja a kiindulási oldat mólarányát. Ennek megfelelően az aktivitási index is nő a kondenzáció előrehaladtává, ami jó egyezést mutat azzal az ismert ténnyel, hogy az aktivitási index annál nagyobb, minél nagyobb a kiindulási oldat karbamid : formaldehid mólaránya. FehsmerésünK úgy is megfogalmazható, hogy a kondenzáció kezdetén hosszú láncú kondenzátum molekulák képződnek és a lánc hossza csökken a kondenzáció előrehaladtával, amikor az oldatban a formaldehid aránya is csökken a karbamidhoz képest és végül a