تصنيع سماد اليوريا

تصنيع سماد اليوريا

الصفات الفيزيائية والكيميائية لليوريا

اليوريا:-

·        هي مادة عديمة اللون والرائحة ومتبلورة في شكل ابري

·        محتوي النيتروجين بها 46.5%

·        عند تسخين اليوريا لدرجة حرارة ما بين 150^oم – 170^oم فإنه يحدث تفاعل بين جزيئات اليوريا ليتكون جزئ البيوريت والأمونيا

·        يتم إنتاج حبيبات اليوريا (السماد) في شكل حبيبات كروية Granules ذات أقطار تتراوح ما بين 2مم – 4مم طبقاً للمواصفات الأتية:

1)                محتوي البيوريت أقل من 1% بالوزن

2)                محتوي الرطوبة أقل من 0.5% بالوزن

3)                محتوي النيتروجين حوالي46.5%

4)                محتوي الفورمالدهيد 0.55% بالوزن

تصنيع اليوريا (التفاعلات الكيميائية)

يتم تصنيع اليوريا عن طريق تفاعل كيميائي يتم علي مرحلتين:

المرحلة الأولي Condensation Reaction:-

يتم تفاعل التكثيف بين غازي الأمونيا وثاني أكسيد الكربون لتكوين كربامات الأمونيا Ammonium Carbamate وهو تفاعل طارد للحرارة Exothermic Reaction

2NH₃          +       CO₂                             NH₂COONH₄      +       Heat

المرحلة الثانية Dehydration Reaction:-

يتم تفاعل الـ Dehydration وفيه يفقد جزئ الـ Carbamate جزئ ماء ليتحول إلي جزئ يوريا. وهذا التفاعل ماص للحرارة بمعني أنه لكي يتم هذا التفاعل يحتاج إلي حرارة لتكوين جزئ اليوريا.

NH₂COONH₄                                   NH₂CONH₂         +       H₂O Heat

تصنيف العمليات التي تحدث لإنتاج اليوريا بمصنع اليوريا

يمكن تقسيم العمليات التى تحدث فى مصنع اليوريا لآنتاج اليوريا الى خمسة مراحل مختلفة وهى كالأتى:-

1-    مرحلة التخليق                               synthesis stage.

2-    مرحلة التدوير والتفكيك                   Recycle and decomposition.

3-    مرحلة التبخير                               Evaporation stage.

4-    مرحلة الأدمصاص والتحلل                desorption and Hydrolization stage.

5-    مرحلة البرغلة                              Granulation stage.

أولاً :- مرحلة التخليق Synthesis Stage

-        وفيها يتم التفاعل بين الأمونيا وثانى أكسيد الكربون تحت ضغط حوالى 145 بار لتكوين الكربامات داخل جهاز مكثف الكربامات High Pressure Carbamate Condenser   

-        وبعد ذلك يفقد جزء الكربامات جزئ ماء ويتحول الى يوريا داخل المفاعل Reactor

وتتكون مرحلة التخليق من أربعة أجهزة تعمل تحت ضغط عالى حوالى 145 بار.

1-    مكثف الكربامات H.P.C.C

2-    النازع    H.P. Stripper

3-    المفاعل Reactor  

4-    جهاز غسيل الأمونيا وثانى أكسيد الكربون H.P. Scrubber

1-    مكثف الكربامات      H.P.C.C

-        وفيه يتم التفاعل الأول بين غازي الأمونيا وثانى أكسيد الكربون لتكوين كربامات الأمونيا (Ammonium Carbamate ) وهذا التفاعل تفاعل طارد للحرارة ولكى يتم التفاعل بموجب سحب الحرارة من التفاعل . ويتم سحب الحرارة عن طريق انتاج بخار منخفض حوالى 4 بار .

-        الجهاز عبارة عن مبادل حرارى من نوع Heat Exchanger}  Shell And Tube {

-         يتم التفاعل داخل المواسير ويتم انتاج البخار داخل الـ Shell Side  .

-         التفاعل بين غارى الأمونيا وثانى أكسيد الكربون لا يتم بالصورة الكاملة حيث يجب ان نترك جزء من هذه الغازات لتذهب الى المفاعل فى هذه الصورة ليتم تفاعلها داخل المفاعل .

-         تذهب الكربامات السائلة والغازية من المكثف H.P.C.C  الى جهاز المفاعل.

2-  المفاعل Reactor 

-         المفاعل عبارة عن جهاز رأسى أسطوانى الشكل يحتوى على عدد من الصوانى مثقبة Perforated plates (11 صينية) لتسمح بمرور الغازات من خلال هذه الثقوب والسائل من خلال الجدار والصينية .

-         تدخل الكربامات السائلة والغازية من أسفل المفاعل آتية من المكثف ذو الضغط العالى H.P.C.C  ويبدأ تفاعل الكربامات الغازية أولا ً لأنتاج اليوريا

-         تخرج اليوريا من المفاعل بتركيز حوالى 35 % ذاهبة الى النازع Stripper  

-         تذهب الغازات التى تتفاعل فى المفاعل بالأضافة الى الغازات الحاملة الى جهاز غسيل الأمونيا وثانى أكسيد الكربون H.P Scrubber .

3-     جهاز غسيل الضغط العالى H.P Scrubber

-         الغازات الخارجة من المفاعل يتم عمل غسيل لها بواسطة   محلول كربامات مخفف قادم من مرحلة التدوير وذلك لإمتصاص الأمونيا وثاني أكسيد الكربون.

4-       جهاز النازع H.P Stripper:-

-         تخرج اليوريا من المفاعل بتركيز حوالي 35% ذاهبة إلي أعلي جهاز النازع والباقي عبارة عن كربامات لذا يجب إستعادة الكربامات والأمونيا ودفعها مرة أخري إلي جهاز مكثف الكربامات مرة اخري وفي نفس الوقت يتم تركيز اليوريا من 35% إلي 57%

-         تتم عملية النزع بواسطة مرور غاز ثاني أكسيد الكربون القادم من ضاغط ثاني أكسيد الكربون في إتجاه معاكس لمرور اليوريا والكربامات داخل المواسير.

-         يتم توجيه بخار ذو ضغط متوسط حوالي 20بار بالـ Shell Side لجهاز النازع اللازم لتكسير الكربامات ونزعها من محلول اليوريا بواسطة غاز ثاني أكسيد الكربون.

-         الغازات المفككة والمنزوعة من محلول اليوريا تخرج من أعلي جهاز النازع مع غاز ثاني أكسيد الكربون ذاهبة إلي جهاز المكثف H.P.C.C

-         محلول اليوريا يخرج من أسفل النازع بعد أن زاد تركيزه إلي حوالي 57% ذاهب إلي مرحلة التدوير ذات الضغط المنخفض حوالي 4باروذلك لإتمام عملية تركيز اليوريا.

ثانياً :- مرحلة التدوير Recirculation Stage

·        بعد خروج محلول اليوريا من جهاز النا زع   stripper  بتركيز حوالي 57% يتم عمل تمدد للمحلول الخارج من ضغط 140بار إلي ضغط 4بار عن طريق بلف تمدد إلي جهاز عمود التقويم Rectifying Column  ويتم رفع د رجة حرارة محلول اليو ريا للتخلص من الامو نيا وثا ني اكسيد الكربون ورفع تركيز محلول اليو ريا الي حوالي 72%

·        الغازات المنفصلة من المحلول تخرج من عمود التقو يم Rectifying Column   الي جهاز المكثف ذو الضغط المنخفض L.P.C.C وذلك لتكثيفها الي كربامات امونيوم مخففة يتم دفعها الي مر حلة الضغط العالي عن طريق طلمبة الكربامات.

ثالثاً :- مرحلة التبخير Evaporation Stage            

·        في مرحلة التبخير يتم تركيز محلول اليوريا من حوالي 72% إلي 96%علي مرحلتين.

·        تتم هذه المرحلة في جهاز المبخر المبدئي والمبخر الأخر Prevaporator, Evaporator وهو عبارة عن  Shell & Tube حيث يمر محلول اليوريا من خلال المواسير والبخار المستخدم في عملية البخر ب الـ Shell Side.

·        تتم هذه العملية عند درجات حرارة 100^oم ، 130^oم بالمبخر المبدئي والأخر علي الترتيب وتحت ضغط Vacuum حوالي 0.3بار مطلق وتتم عملية البخر تحت هذه الظروف لتقليل عملية تحلل اليوريا وتكوين البيوريت.

رابعاً:- مرحلة الإدمصاص والتحلل Desorption and Hydrolization Stage

·        تعتمد فكرة الادمصاص علي نزع غاز الأمونيا من ماء الأمونيا المخفف بتركيز حوالي 5% أمونيا عن طريق البخار ذو الضغط المنخفض حوالي 4بار وتتم هذه العملية في جهاز الـ Desorber الذي يتكون من عمودين منفصلين يحتوي العمود الأول علي 15صينية مثقبة والعمود الثاني علي 22صينية مثقبة وبعد فصل غاز الأمونيا من ماء الأمونيا تذهب إلي جهاز الـ Reflex Condenser لتكثيفها وإدخالها في عمليات التشغيل مرة أخري.

·        أما فكرة عمل الـ Hydrolyzer فهي نفس فكرة عمل المفاعل ولكنها عكسية حيث يتم فيه عملية تحلل لليوريا بواسطة البخار ذو ضغط حوالي 24بار حيث تتحلل اليوريا إلي مكوناتها الأولية الأمونيا وثاني أكسيد الكربون وتخرج هذه الغازات الخارجة منه إلي جهاز الـ Reflex Condenser للإستفادة منها مرة أخري.

خامساً :- مرحلة البرغلة Granulation Stage

يتم إنتاج سماد اليوريا بطريقة البرغلة عن طريق حقن محلول اليوريا السائلة بتركيز حوالي 96% يوريا إلي المبرغل Granulator علي طبقة من السماد موجود بداخله يطلق عليها الـ  Bed. وتقوم العملية أساساً علي فكرة تعويم السماد بالهواء Fluidization Air.

وتتلخص هذه الطريقة كما يلي:-

1-    يتم أولاً تركيز محلول اليوريا عن طريق المبخرات وتحويله من الصورة السائلة إلي صورة مصهور بتركيز حوالي 96%.

2-    يتم الحقن لمصهور اليوريا علي طبقة من السماد المسماه ب الـ Bed حيث يتم دفع المحلول مع هواء مضغوط يسمي بهواء الترذيذ Atomization Air من خلال فونيات دقيقة Nozzles ليخرج منها محلول اليوريا في صورة  Spray تتراكم علي حبيبات اليوريا الناعمة المكونة لطبقة الـ Bed حيث يتم تكوين حبيبة اليوريا بالحجم المطلوب.

3-    يتم إضافة مادة الـ  U.F (Urea Formaldehyde)  علي مصهور اليوريا وذلك قبل رشه وهذه المادة تساعد في عملية البرغلة وتعطي السماد صفة عدم التحجر.

4-    بعد خروج سماد اليوريا عن طريق مبردين المبرد الأول والأخير حتي وصولها إلي درجة حرارة حوالي 45^oم ومنها إلي وحدة التخزين والتعبئة.