169493. lajstromszámú szabadalom • Eljárás műtrágya hatású karbamid-formaldehid kondenzátum előállítására
169493 4. táblázat Lépcső száma karbamid, g Bevitt formaldehid, g karbamid: formaldehid mólarány Megváltozott karb.:form. mólarány Oldatban maradt karbamid, g 1 óra, 24 óra múlva Oldatban maradt formaldehid, g 1 óra, 24 óra múlva I. 60 15 1 :0,50 1 :0,50 21 1,8 , II. 60 16,5 1 :0,55 1 :0,45 32,4 2,6 III. IV. 60 60 18 19,5 1 :0,60 1 :0,65 1 :0,447 1 :0,46 37 29,1 2,9 A táblázatból megállapítható, hogy a négylép- 15 esős reakció végén csak 29,1 g karbamid marad oldatban, ami a bevitt 240 g karbamidra nézve 88%-os nitrogénkihasználásnak felel meg. Ez a számított érték jó egyezést mutat a kísérletileg talált , 89%-os kihasználással. Ha az egyes lépcsőknek meg- 20 felelő 1 :0,50, 1 :0,55, és 1 :0,65 mólarányok mellett külön-külön alítunk elő a hagyományos technológia szerint kondenzátumokat 24 órás reakcióidővel, a 2. táblázat szerint a következő N-kihasználásokat kapjuk: 74%, 77%, 81%, 85%. 25 Ezeknek középértéke 79%, tehát jóval kisebb, mint a négylépcsős adagolás 89%-os értéke, vagyis a lépcsős technológia jelentősen megnöveli az előállítás gazdaságosságát. A 4. táblázatból az is látható, hogy a lépcsős 30 adagolás folyamán a II., III. és. IV. lépcsőben 1:0,45, 1:0,447 és 1:0,46 mólarány, vagyis 1:0,45 = 2,22 körüli nagy mólarány alakul ki, amely a termék minősége, aktivitása szempontjából igen kedvező. A lépcsős adagolással tehát az oldat- 35. ban közelítően állandó és igen kedvező karbamid : formaldehid mólarány tartható fenn, vagyis a lépcsős adagolás mintegy mólarány pufferként hat. Ez a pufferhatás igen jó minőségű terméket eredményez. Pl. a közölt négy lépcsős adagolással 40 Aj = 48 aktivitású kondenzátum állítható elő 89%-os nitrogénkihasználással. Végül további felismerésünk értelmében a lépcsős technológiával előállított termék aktivitási indexe még tovább növelhető, ha a lépcsős adagolás 45 után a reakcióelegyet keverés közben 30 C° alá hűtjük, majd a keverést megszűntetjük és az elegyet 10-24 órán át állni hagyjuk. Ily módon pl. a . közölt négy lépcsős technológiával nem Aj = 48, hanem Aj = 53 aktivitású termék állítható elő. Az 50 aktivitási index növekedése az elegy állása közben 30 C° alatt bekövetkező hidratációnak tulajdonítható. Vagyis a levált kondenzátum szemcséket hidrát burok veszi körül, mely meggátolja, hogy a szemcsék a még oldatban levő formaldehiddel és 55 karbamiddal reakcióba lépjenek, tehát meggátolja a levált szemcsék lánchosszának növekedését és azt eredményezi, hogy a még oldatban levő karbamid és formaldehid, rövidláncú kondenzátum képződése folytán, egymással reagáljon. Azt tapasztaltuk hogy 60 a hidratáció és a vele járó aktivitás növekedés akkor is bekövetkezik, ha a reakcióelegyet 30 C° alatti hőmérsékleten olyan lassan keverjük, hogy a keverő kerületi sebessége ne haladja meg az 1 m/sec. értéket. Ilyen kis sebességnél már gyakor- 65 latilag nincs turbulens keveredés, a szemcsék egymáshoz viszonyítva szinte mozdulatlanok és az egész reakcióelegy egy tömegben végez lassú kör alakú mozgást a reaktorban. Felismerésünk • értelmében a hidratációval kombinált lépcsős technológiával akkor állítható elő a legjobb minőségű termék, ha az első lépcsőben a karbamid : formaldehid mólarány 1 : 0,50—0,55 és a további lépcsőkben ez a mólarány vagy nem változik, vagy úgy változik, hogy az 1 mól karbamidra eső formaldehid mól legfeljebb 0,05-tel nő. Ezt a szabályt betartva és ismerve az egyes lépcsőkben adagolt karbamid : formaldehid mólarányt, ül. az 1 mól karbamidra eső formaldehid mólokat, a várható aktivitási index ki is számítható. Ha Mi, M2 .. ..Mn jelenti az egyes lépcsőkben az 1 mól karbamidra eső formaldehid mólokat, az aktivitási index számítása a következő egyenlettel történik: Aj= [70 -(10 Mx +M 2 +10 M n )] = + 10Mn . Pl. négy lépcsős adagolásnál legyen Mi =0,5, M2 = 0,55, M3 = 0,6 és M4 = Mn = 0,65, akkor Aj = [70 - (5 • 5,5 + 6 + 6,5)] • 6,5 = 53,5. A számított aktivitás jó egyezést mutat a mért Ai = 53 értékkel. Az aktivitási index kiszámításának lehetősége nagy előnyt jelent, mert néhány közelítő számítással, az elérni kívánt aktivitási indexnek megfelelően, megtervezhetjük a lépcsős technológia egyes lépcsőinek karbamid : formaldehid mólarányát. Ha pl. Aj =45 aktivitású terméket kívánunk előállítani, a közölt szabály és egyenlet alkalmazásával kiszámítjuk hogy a kívánt aktivitás hány lépcsővel érhető el. A számításokat a következőképpen végezzük: Aj = [70 - (5 + 5,5 + 6)] + 6 = 59,5 Aj = [70 - (5 • 5,5 • 6 + 6,5)] • 6,5 = 53,5 A; = [70 - (5 + 5,5 + 6 + 6,5 + 7)] *7 = 47 Aj = [70 - (5,5 + 6,5 • 7 • 7,5)] + 7,5 = 45 Aj = [70 - (5 + 5,5 + 6 • 6,5 • 1 * 7,5)] • 7,5 = 40 A negyedik egyenlet eredménye az elérni kívánt aktivitásnak felel meg. Ennek értelmében Ai = 45 aktivitású termék ötlépcsős technológiával állítható elő, melynél az egyes lépcsők karbamid : formaldehid mólaránya sorban a következő: 1:0,55, 1 :0,60, 1 : 0,65, 1 : 0,70, 1 : 0,75. 4
