Мочевина (urea) – применение, свойства и значение в промышленности

Мочевина, также  известная  как urea, является органическим химическим соединением с формулой CO(NH2)2, которое  играет ключевую роль во многих отраслях промышленности и медицины. Производное из орнитинового цикла, где является продуктом превращения аммиака, является важным метаболитом в живых  организмах. Поэтому неудивительно, что в настоящее  время она имеет широкое применение и значение во многих секторах промышленности, а также в косметических продуктах.

Опубликовано: 22-01-2025

Что такое мочевина и какими она обладает свойствами?

Мочевина (или карбамид) это негорючее, кристаллическое вещество,  обычно белое или бесцветное,  с легким аммиачным запахом  и солоноватым  вкусом. Это гигроскопичное вещество, что означает, что легко поглощает влагу из окружающей среды, а также очень хорошо  растворяется  в воде. При длительном хранении в водных  растворах  мочевина может разлагаться, выделяя аммиак и углекислый газ.

Техническая мочевина находит применение во многих отраслях. Используется как компонент удобрений  и добавка  к кормам для животных. Также служит сырьем  для производства пластмасс, огнестойких пропиток и клеев.

В экспериментах на животных мочевина показала  низкую токсичность как острую, так и хроническую, а также  отсутствие  канцерогенного эффекта или  негативного влияния  на репродуктивные способности. В Европейском союзе нет согласованной классификации токсичности мочевины. Это вещество  характеризуется очень  низким давлением  пара, что означает,  что воздействие на него происходит в основном через ингаляцию пыли. Для защиты работников от потенциальных рисков,  связанных  с наличием пыли  мочевины в воздухе,  предлагается установить предельно допустимую концентрацию (ПДК) на уровне  10 мг/м3. Такое значение соответствует стандартам для других  пылей, которые  не классифицируются как токсичные, но могут представлять опасность из-за ограничения видимости.

Кроме того:  

  • Мочевина — это гигроскопическое твердое вещество, которое хорошо растворяется в воде, метаноле, этаноле, глицерине, диметилсульфоксиде (ДМСО), уксусной кислоте и концентрированной соляной кислоте.
  • В водных растворах она медленно гидролизуется, в результате чего образуются аммиак и углекислый газ. Процесс гидролиза может быть ускорен нагреванием или добавлением кислот или оснований.
  • Мочевина характеризуется очень низкой растворимостью в бензоле и хлороформе, а также слабо растворяется в этиловом эфире.
  • Мочевина может вступать в реакции с некоторыми веществами, образуя продукты с сильными взрывными свойствами (например, в случае реакции с хлоратами(I) натрия или кальция).

Процесс производства мочевины — от сырья до конечного продукта

#1. Синтез аммиака

Производство мочевины начинается с синтеза аммиака,  в основном методом Хабера-Боша. Этот процесс основан  на реакции азота (N2) с водородом  (H2), источником которых в основном является природный газ. Высокое давление, температура  (около 450°C и 200 атм) и наличие железосодержащего катализатора позволяют провести эту экзотермическую реакцию.

#2. Синтез мочевины  

Следующим  этапом является реакция  аммиака  с углекислым  газом  (CO2) с целью  получения мочевины. Этот процесс происходит в два основных этапа. Первый — это реакция образования карбамида  аммония,  второй  — разложение карбамида  аммония.  Карбамид  аммония  затем превращается в мочевину и воду под высоким давлением  (150-250 атм) и температурой (180-190°C).

#3. Конденсация и кристаллизация

Полученный раствор мочевины затем концентрируется путем испарения воды в вакуумном испарителе. Этот процесс приводит к получению мочевины в виде концентрированного раствора.

#4. Формирование гранул  

Концентрированный раствор мочевины охлаждается, а затем гранулируется в специальных барабанных или дисковых грануляторах,  где под воздействием движения и дополнительного охлаждения мочевина кристаллизуется,  образуя гранулы.

Гранулы мочевины затем сушатся в барабанных сушилках для удаления избытка  влаги и затем охлаждаются в холодильных установках. Этот процесс обеспечивает стабильность гранул и оптимизирует их физические  свойства.

#5. Упаковка и хранение

В конечном итоге, готовая мочевина упаковывается в мешки или транспортируется непосредственно в хранилища, откуда распределяется конечным потребителям.

Женщина держит пробирку с мочевиной, на фоне растения в теплице

Значение мочевины в промышленности

В технологии каталитического восстановления (SCR) мочевина помогает  снизить  выбросы  оксидов азота из стационарных и мобильных источников. В фармацевтической, косметической и бытовой химии мочевина ценится как компонент многих препаратов. Также она используется для борьбы  с обледенением на дорогах, железнодорожных путях и взлетно-посадочных полосах, а в пищевой промышленности добавляется в хлебобулочные изделия, алкогольные напитки и желатиновые продукты.

Мочевина в сельском хозяйстве

Благодаря высокому  содержанию азота (около 46%), мочевина используется  в программах удобрения, способствуя интенсивному росту растений. В настоящее время она используется в виде гранул или растворов, где быстро гидролизуется до аммиака и углекислого газа, высвобождая азот, доступный для растений. Однако важно — из-за высокой летучести аммиака  необходимо быстро вносить мочевину в почву после применения, чтобы минимизировать потери азота.

Узнайте больше: https://www.products.pcc.eu/ru/blog/что-собой-представляют-органические/

Мочевина в косметике

Мочевина является одним из самых эффективных увлажняющих ингредиентов, используемых в косметической промышленности. Входит  в состав естественного увлажняющего фактора  (NMF), находящегося в кератиноцитах, который имеет решающее значение для поддержания соответствующего уровня увлажненности рогового слоя эпидермиса (так называемый. гумектант). Эффективность  мочевины в косметике зависит от ее концентрации: в низких дозах она действует  в основном увлажняюще, в то время  как  в более высоких концентрациях обладает кератолитическими свойствами. Интересно, что находят применение также ее производные, например, аллантоин, которые способствуют регенерации эпидермиса.[2]

Узнать  подробнее: https://www.products.pcc.eu/ru/blog/состав-косметических-средств/ и на https://www.products.pcc.eu/ru/inci-2/

Мочевина в фармацевтической промышленности

В фармацевтике мочевина используется как осмотическое средство в диуретиках, а также как компонент кремов и мазей для лечения дерматологических заболеваний, например, псориаза, экземы. Узнать подробнее на: https://www.products.pcc.eu/ru/k/фармацевтическая-отрасль/

Мочевина в текстильной промышленности

Интересно, что мочевина также используется в качестве добавки  к красителям. Благодаря своим химическим свойствам,  она улучшает  растворимость и стабильность красителей, что имеет решающее значение при производстве высокоинтенсивных цветов. Мочевина также используется в производстве некоторых видов искусственных тканей, а также в качестве смягчающего компонента.

Мочевина в химической промышленности

Мочевина играет роль сырья в производстве многих химических продуктов, в том числе в производстве мочевиноформальдегидных смол,

которые широко используются в качестве клеев в деревообрабатывающей и мебельной промышленности.

Смолы характеризуются исключительной прочностью и устойчивостью к влаге, что используется в производстве фанеры и ДСП.

Склад с химикатами

Влияние мочевины на окружающую среду — вызовы и решения

Задача № 1: Эвтрофикация поверхностных вод

Избыточное использование мочевины в сельском хозяйстве может привести к смыву избытка азота в реки

и озера. Это, в свою очередь, может привести к эвтрофикации, то есть к чрезмерному росту водорослей и других водных растений, что нарушает баланс экосистем и снижает уровень кислорода в воде.

В условиях этой проблемы ключевым является внедрение практик управления удобрениями, то есть использование технологии GPS для контроля оптимальных доз.

Задача № 2: Выбросы парниковых газов

Гидролиз  мочевины в почве  приводит к образованию аммиака,  который может превращаться в оксиды азота (NOx) — мощные парниковые газы. Выбросы NOx способствуют глобальному потеплению и проблемам с качеством воздуха, поэтому необходимо внедрять технологии по сокращению выбросов аммиака и NOx в сельском хозяйстве. Речь идет, например, об оптимизации pH почвы и использовании ингибиторов уреазы, которые  замедляют распад мочевины.

Источники:
  1. SKOWROŃ, J. Mocznik–frakcja wdychalna.
  2. Kapuścińska, A., & Nowak, I. (2014). Wykorzystanie mocznika i jego pochodnych w przemyśle kosmetycznym. Chemik, 68(2), 91-96.

Комментарии
Присоединяйтесь к обсуждению
Нет комментариев
Оцените полезность информации
- (ничто)
Ваша оценка