175807. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagy mechanikai szilárdságú karbamid előállítására
3 175807 4 az olvadékhoz vagy a kristályokhoz formalin alakjában, a végtermék víztartalma 0,8 súly1’ „-kai növekszik. 0,5 súly°„ formalin hozzáadása esetén a végtermék nedvességtartalma legalább 1 súly°/„. A víztartalomnak ez a növekedése nem kívánatos, mivel a karbamid megfelelő tárolhatóságának legfontosabb feltétele, hogy a végtermék nedvességtartalma ne legyen magasabb 0,2 -0,3 súlyVo-nál. Ilyen alacsony nedvességtartalomnál is általában csomósodást gátló anyagot kell alkalmazni, hogy a termék megfelelően tárolható legyen. Ezért hamarosan nyilvánvalóvá vált, hogy a formaiin alkalmazása a kristályosításos eljárásban egy külön szárítási lépés beiktatását tenné szükségessé, hogy a termék raktározható legyen. Fő célunk ezért az volt, hogy egy olyan módszert dolgozzunk ki nagy mechanikai szilárdságú karbamid előállítására, mely egyidejűleg kevéssé csomósodó terméket is eredményez. Emellett olyan módszer kidolgozására törekedtünk, mely a kristályosításos és a bepárlásos karbamid előállítási eljárásban egyaránt alkalmazható. A bepárlásos eljárás során végzett formalin adagolási kísérletek pozitív eredményei hatására megvizsgáltuk, hogy a formaldehidet hozzáadhatnánk-e a karbamidhoz más formában és a karbamid előállítási eljárás más szakaszaiban is. A gázhalmazállapotú formaldehid alkalmazása során azonban hamarosan olyan súlyos kivitelezési és környezetszennyezési problémák merültek fel, hogy ezeket a kísérleteket nem folytattuk tovább. Paraformaldehid szilárd karbamidhoz történő adagolása az 1 296 937 számú nagy-britanniai szabadalmi leírásban ismertetett módon nem oldja meg a kívánt mechanikai szilárdsággal kapcsolatos problémákat. Hiába vonjuk be a karbamidszemcsék felületét egy réteggel, a részecskeszilárdság akkor sem lesz elég nagy ahhoz, hogy a szemcsék ne törjenek össze és ennek következtében ne porlódjanak a korszerű ömlesztett kezelés során. A 875 730 számú nagy-britanniai szabadalmi leírás szerint a formaldehidet paraformaldehid formájában alkalmazzák. A leírás azonban nem ad útmutatást arra, hogyan növelhető a karbamidrészeeskék mechanikai szilárdsága. Ennek dacára a feltalálók megvizsgálták, hogy egy formaldehidpolimer — például a paraformaldehid — alkalmazása előnyösen befolyásolná-e a karbamidrészeeskék mechanikai szilárdságát. Ezek a vizsgálatok többek közt megmutatták, hogy a formalin semmiféle formaldehidpolimerrel nem helyettesíthető. Ezért nem megfelelő a 8—100 polimerizációs fokú formaldehid polimer — a paraformaldehid — egyik fajtája sem. A termék nedvességtartalma látszólag fordított arányban áll az alkalmazott formaldehid polimer formaldehidtartalmával. Mi azonban azt találtuk, hogy a túlságosan magas formaldehidtartalmú formaldehid polimer nem megfelelő. Fontos az is, hogy az alkalmazott formaldehid polimer olvadáspontja ne legyen túl magas. Ezen kívül tapasztalataink szerint nem mindegy, hogy a karbamid előállítási eljárás melyik szakaszában adagoljuk a formaldehidet a karbamidhoz. A folyékony karbamid szabad ammónia- és ammónium-cianát tartalma befolyásolja a formaldehid adagolás hatékonyságát. A karbamid nyerslé, a karbamidolvadék és a túltelített karbamidoldat, amelyet a kristályok olvadáspontjára hevítettünk, valószínűleg más-más mennyiségben tartalmaz szabad ammóniát és ammónium-cianátot, ezért nem közömbös, hogy melyik eljárási lépésben adagoljuk a formaldehidet a karbamidhoz az előállítás során. Az ezeknek a kísérleteknek a során tapasztalt tényeknek a magyarázata az lehet, hogy a nagy koncentrációjú, nagy mennyiségű formaldehidet tartalmazó formaldehid polimer a karbamid előállítási eljárás során általában alkalmazott reakciókörülmények közt nem oldódik vagy nem depolimerizálódik elég gyorsan. Ha feltételezzük, hogy a formaldehid polimer oldódási aránya függ a polimcrizáció fokától, az alkalmazható formaldehid polimer formaldehidtartalmának alsó határát oldódási arányának és víztartalmának megmérésével határozhatjuk meg. A kapott eredmények és a fenti feltevés alapján megállapítottuk, hogy 82—97 súly% formaldehidet tartalmazó, 90—160 °C-on olvadó formaldehidpolimer megfelelő a karbamidszemcsék mechanikai szilárdságának növelésére. Azt is megállapítottuk, hogy túl alacsony olvadáspontú formaldehid polimerek alkalmazása esetén túl sok víz kerül a termékbe és túl erős gázfejlődés következik be, míg a túl magas olvadáspontú polimerek alkalmazása esetén túl hosszú az oldódási idő. Ha 97 súly% formaldehidet tartalmazó formaldehidpolimert alkalmazunk, akkor viszonylag alacsony olvadáspontú, például 145 °C-on olvadó polimert kell használnunk. Az alkalmazott polimer polimerizációs foka 40 alatt kell legyen, előnyösen 15 és 25 között. Ha formalin helyett a találmány szerinti formaldehid polimert alkalmazzuk tiszta formaldehidre számítva egyenértékű mennyiségben, a kapott karbamid mechanikai szilárdsága legalább olyan nagy lesz, mint a formalinadagolással nyerté. Ezen felül a formaldehid polimer alkalmazásával előállított termék tárolási tulajdonságai jobbak, mint a formalin alkalmazásával kapottéi. A karbamidszemcsék mechanikai szilárdságára jellemző az úgynevezett puskapróba („gun-test”) során porrátört részecskék százalékos aránya. A puskapróba lényege az, hogy egy bizonyos szemcsenagyságú, szitálással nyert frakció részecskéit venturi-cső segítségével állandó sebességű levegőáramba juttatjuk. A levegőárammal szállított részecskék egy 0,5 mm-es szitával körülvett sima fémlemeznek ütköznek. Az összetört részecskék arányát és a porképződés mértékét ezt követő szitaelemzéssel határozzuk meg. A módszerrel kapott eredmények reprodukálhatók és jól jellemzik a részecskék szilárdságát. A fent leírt próba eredményei azt mutatták, hogy a 0,2 súly% formaldehidnek megfelelő mennyiségű formaldehid polimer alkalmazásával előállított karbamid szemcsék 50%-a tört össze, míg ha formaiint használtunk a karbamid előállítása során, az azonos részecskeszilárdság eléréséhez 0,5 súly% formaldehidnek megfelelő mennyiséget kellett felhasználni. Annak a ténynek, hogy a formaldehid polimer alkalmazásával előállított karbamidszemcsék mechanikai szilárdsága nagyobb, mint a formalin adagolással előállítottaké, az lehet a magyarázata, hogy a formaldehidet a karbamid előállítási eljárás más lépéseiben adagoljuk a karbamidhoz, mint a formalint, ezért a reakciókeverék ammónia- és ammónium-cianát-tartalma a két esetben eltérő. Elmélétben a formaldehid a jelenlevő ammóniával és karbamiddal különböző mólarányokban reagálhat. Többek közt a karbamid víztartalmának méréséből 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
