В статье приведены результаты изучения влияния объемной скорости исходной газовой смеси на выход цианамида кальция при различных температурах. Показано, что в исследованном интервале объемных скоростей и соотношений CO2:NH3 оптимальная температура синтеза цианамида кальция из извести является 800 оС.
Химическая промышленность в Республике Узбекистан играет ключевую роль в агрохимическом комплексе, ее производства основаны на высоких технологиях, а выпускаемая продукция по номенклатуре соответствует мировым стандартам. Поэтому развитие химической промышленности является приоритетной задачей современного развития экономики Республики Узбекистан [1].
Одним из главных факторов интенсификации агрохимического комплекса является его химизация, в первую очередь, широкое применение и эффективность использования минеральных удобрений.
Известно, что ежегодный прирост населения Республики Узбекистан составляет около 3 %, а орошаемая пашня из-за острейшего дефицита воды не увеличивается, а, наоборот, даже несколько снижается.
В этих условиях обеспечить продуктами питания всевозрастающее население страны возможно за счет химизации сельского хозяйства, т. к. каждая тонна минеральных удобрений обеспечивает годовую потребность в сельхоз-продуктах 5–6 человек, а затраты на производство и применение минеральных удобрений в 2–3 раза окупаются стоимостью дополнительной сельскохозяйственной продукции. Поэтому во всем мире ускоренными темпами наращивается производство минеральных удобрений и химических средств защиты растений. Если потребление минеральных удобрений в мире в 1994–1995 годах составляло 121,8 млн. т., то к настоящему времени этот показатель достиг более 135 млн. т.
Основными культурами сельского хозяйства нашей Республики являются хлопок и зерно.
Эксперименты проводились на гранулированной извести, полученной обжигом природного мела Китабского месторождения. Благодаря грануляции достигалось увеличение пористости извести. С целью повышения поверхности соприкосновения твердой фазы с газовой смесью аммиака и диоксида углерода, а также для обеспечения равномерного распределения газового потока по сечению реактора без его факельных или поршневых проскоков.
Грануляция шихты осуществлялась смешением порошкообразной извести с небольшим количеством воды. За счет этого после сушки и измельчения шихты до нужных размеров обеспечивалась достаточная пористость и прочность гранул.
Исследование проводили при постоянстве условий, принятых в качестве исходных в предыдущих опытах. Объемную скорость исходной газовой смеси аммиака и диоксида углерода изменяли от 3000 до 6000 час-1.
Результаты экспериментов приведены на рис. 1, из которых видно, что с увеличением объемной скорости исходной газовой смеси до 6000 час-1 наблюдается резкое повышение содержание азота в продукте с 24,3 до 30,4 %. Дальнейшее повышение объемной скорости не приводило к значительному увеличению содержания азота в продукте.
Известно, что во многих гомогенных и гетерогенных каталитических и некаталитических процессах оптимальная температура зависит от объемной скорости, соотношения компонентов в исходной газовой смеси и других факторов.
Рис 1. Влияние объемной скорости реакционной газовой смеси на образование Сa CN2 из Сa O, NH3 и CO2
Рис 2. Влияние объемной скорости исходной газовой смеси и температуры на синтез CaCN2 из извести (соотношения СO2: NH3= 1:9)
В первую очередь нами были проведены серии экспериментов по синтезу цианамида кальция при постоянстве всех параметров за исключением температуры, изменявшейся в интервале от 700 до 900о С, и объемной скорости, которая варьировалась от 3000 до 6000 час-1 при двух соотношениях диоксида углерода к аммиаку в исходной газовой смеси — 1:9, 1:12.
Рис. 3. Влияние объемной скорости исходной газовой смеси и температуры на синтез CaCN2 из извести (соотношение CO2: NH3 = 1:12)
Результаты проведенных экспериментов представлены на рис. 2 (CO2:NH3=1:9) и рис. 3 (CO2:NH3=1:12).
Анализ графиков содержания азота в полученном продукте позволяет сделать вывод, что в исследованном интервале объемных скоростей и соотношений CO2:NH3 оптимальная температура синтеза цианамида кальция из извести является 800 оС.
Особенностью полученных экспериментальных данных является то, что при объемных скоростях свыше 4500 час-1 содержание азота в продукте синтеза цианамида кальция при 700 и 900 оС ниже, чем при оптимальной температуре 800о С. Также в продукте, полученном при 700 оС, содержание азота меньше по сравнению с температурой 900 оС. Полученную закономерность проведенных экспериментов по получению цианамида кальция из известковой шихты можно объяснить следующим образом: при температуре 700 оС выход цианамида кальция сильно зависит от активности извести, которая при 900 оС исчезает, и начинает сказываться отрицательное влияние температуры на экзотермический процесс взаимодействия извести с с аммиаком и диоксидом углерода.
Из анализа построенных графиков (рис. 2 и 3) обращает на себя внимание большая зависимость выхода цианамида кальция от объемной скорости при температуре 900 оС, чем при 700 оС.
Эту закономерность можно объяснить отрицательным воздействием на синтез цианамида кальция газообразных продуктов (CO2, H2 и H2O), которая оказывается сильнее при относительно малых объемных скоростях, чем при больших (более 4500 час-1).
Литература:
1. Карапетьян М. Х. Химическая термодинамика. М.: Химия. -1975. -537 с.
2. ГОСТ 30181.1–94 Удобрения минеральные. Метод определения общего азота в аммиачной и амидной формах с отгонкой аммиака. — М.: Издательство стандартов. 1994. — 20 с.
3. Справочник химика. Госхимиздат. Т.5.- 1966. — 262 с.
