Репозиторій ЧДТУ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________ На правах рукопису 
УДК _____________ 
 
«Допущено до захисту» 
Завідувач  кафедри ХТВ ЧДТУ 
___________________________ 
                                                       «___»   ______________2021р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА БАКАЛАВРА 
на тему 
Дослідження  інновацiйних методів деструкцii карбамiду в 
розчинах 
 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
 
Науковий керівник: Виконав здобувач вищої освіти: 
к.т.н. 4 курсу 
Іванна ДЕМЧУК Богдана ПЕТРАШ  
_____________________________ _________________________________ 
 
 
 
 
 
 
2021 
ВСТУП 
 
Обгрунтування вибору теми дослідження. У зв'язку з стрімким 
розвитком промисловості різко збільшилось техногенне навантаження на 
навколишнє середовище та природу. Хімічна промисловість передбачає 
використання великої кількості енергії, сировини та води. Внаслідок 
виробництва карбаміду утворюється велика кількість стоків, а саме 
конденсату сокової пари (КСП), що містить сполуки зв'язаного Нітрогену.   
Особливо складно вилучати сполуки амідного азоту, до яких 
відноситься карбамід. 
Для очистки та переробки КСП витрачається велика кількість 
енергоресурсів. 
Для очищення стічних вод від сполук зв’язаного N всі основні 
технології спрямовані на використання та створення деструктивних 
методів утилізації. Здебільшого за допомогою деструкції амідного та 
амонійного Нітрогену відбувається очищення КСП від N, з подальшим 
доочищенням біологічними методами (НДФ). Ефективність таких методів 
досягає до 80 %.  
Мета і завдання дослідження. Метою бакалаврської роботи є : 
дослідження та апробація інноваційних методів деструкції карбаміду в розчинах. 
 Об'єкт дослідження - процес деструкції карбаміду в 
низькоконцетрованих розчинах. 
Предмет дослідження - термодинамічні та фізико-хімічні 
закономірності процесу деструкції карбаміду.  
Методи дослідження. В роботі використані наступні методи 
дослідження ефективності деструкції карбаміду (термічної та хімічної з 
використанням мікрохвильового (МХВ) реактору): титрометричні та 
фотометричні. Проведено регресійний аналіз отриманих результатів з 
використанням засобів ЕОМ. 
РОЗДІЛ 1 
 
ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД 
 
1.1 Сучасний стан проблеми  
 
1.1.1 Утворення карбамід-вмісних стоків.  
 
Основна частка карбамід-вмісних стоків утворюється в процесі 
виробництва карбаміду – це конденсат сокової пари (КСП).  
Основний об’єм стічних вод виробництва карбаміду утворюється у 
вузлі конденсації сокової пари, яка виділяється при зневодненні розчину 
карбаміду. Дегідратація карбаміду перебігає у вакуум-випарних апаратах. 
Відповідно до стехіометричного рівняння синтезу карбаміду, кількість 
води, яку слід видалити з процесу, теоретично не може бути менше 0,3 т/т 
СО(NH2)2. Практично, у зв'язку з використанням парових ежекторів для 
створення вакууму у системах зневоднення, ця кількість може досягати до 
1,5 м 3/т. Наприклад, при виробництві карбаміду по стрипінг-процесу 
продуктивністю 330000 т/рік утворюється не менше 222 000 м3/рік КСП, 
фактично ~ 500 000 м3/рік[1]. 
 
1.1.2 Утворення КСП 
 
Всі відомі схеми виробництва карбаміду з аміаку (NH3) та 
вуглекислого газу (СО2) розділені на 5 груп: 
I. Процеси без рециклу (з переробкою NH3, а інколи СО2, в 
солі амонію). 
II. Процеси з частинним рециклом NH3.  
III. Процеси з рециркуляцією гарячих газів. 
 IV. Процеси з рециркуляцією вуглеамонійних солей у вигляді 
суспензії (рідинний рецикл)  або в розчині.  
V. Процеси, засновані на селективному вилученні газової фази 
одного з компонентів і роздільного повернення NH3 і СО2 в цикл (газовий 
рецикл).   
Схеми з I до III групи, у зв’язку з малою рентабельністю 
виробництва, є не актуальними та на даний час не експлуатуються. 
Найбільш розповсюдженими є схеми з рідинним рециклом [2].  
Технологічний процес складається із таких основних технологічних 
стадій: 
 1. Очистка діоксиду вуглецю (побічний продукт у виробництві NH3) 
від горючих домішок. 
 2. Синтез карбаміду із NH3 та СО2.  
3. Рецикл.  
4. Випаровування розчину карбаміду, гранулювання.  
5. Абсорбція, десорбція, гідроліз.  
Основна частина стічних вод виробництва карбаміду утворюється у 
вузлі конденсації сокової пари, яка виділяється при зневодненні розчину 
карбаміду. Процес дегідратації карбаміду перебігає у вакуум-випарних 
аппаратах [3‒5].  
Відповідно до стехіометричного рівняння синтезу карбаміду, 
кількість води, яку слід видалити з процесу, теоретично не може бути 
менше 0,3 т/т СО(NH2)2. Практично, у зв'язку з використанням парових 
ежекторів для створення вакууму у системах зневоднення, ця кількість 
може досягати до 1,5 м 3/т [5]. Наприклад, при виробництві карбаміду по 
стрипінг-процесу  продуктивністю  330000 т/рік  утворюється  не   менше 
 222 000 м3/рік КСП, фактично ~ 500 000 м3/рік [6]. 
              
              
1.1.3 Способи очищення карбамід-вмісгих вод виробництва 
карбаміду 
 
Весь об’єм стічних вод очищується від домішок хімічними, 
механічними, біологічними, фізико-хімічними, біохімічними та 
термічними методами. 
Всі методи очищення підрозділяють на деструктивні та 
рекупераційні.  
При деструктивних методах забруднюючі речовини руйнуються. 
Продукти руйнування частіше за все видаляються з розчину у вигляді 
осаду або газу. При рекуперації із стічних вод витягуються і 
переробляються цінні речовини [7]. 
 
1.1.4 Термічні методи очистки КСП 
 
Термічні методи очищення КСП передбачають потребу доочищати 
стоки на установках нітри- денітрифікації (НДФ). У схемах з рідинним 
рециклом найчастіше використовують двоступеневу десорбцію та гідроліз. 
Дані процеси проходять в апаратах колонного типу з насадками чи 
тарілками при t = 125÷193 °С та Р = 0,25‚2,5 МПа. Стічна вода після стадії 
двоступеневої десорбції та гідролізу з масовою концентрацією аміаку не 
більшою ніж 100 мг/дм3 та масовою концентрацією карбаміду не більшою 
ніж 300 мг/дм3 проходить етап доочищення за допомогою біологічних 
методів на установках НДФ [8]. 
У літературі описані різні модифікації процесів гідролізу карбаміду і 
відгонки NH3. Наприклад: розчин, який містить 10 – 15% NH3 і 0,5 – 3% 
СО(NH2)2, вводять у верхню частину тарілчастої колони ректифікації, що 
працює при надлишковому тискові 0,14 – 2,8 МПа (переважно – 1 МПа), а 
у нижній частині колони підтримують температуру близько 460 К і 
вводять туди гостру пару, CO2 і повітря [9]. Відігнану суміш NH3, CO2 і 
пари води повертають у виробничий цикл. Вода, що виходить з колони 
ректифікації, містить NH3 0,03 – 0,045 кг/м3 і карбаміду 0,06 – 0,1 кг/м3. 
Запропоновано (після проведення гідролізу карбаміду при 475 – 495 К та  
2 – 3 МПа) охолоджувати розчин шляхом теплообміну із стічними водами, 
що направляються на гідроліз, до 415 – 445 К, дроселювати його до 0,2 – 
0,4 МПа, відділяти газову фазу, конденсувати її та повертати у виробничий 
цикл, а рідину продувати перегрітою парою і повітрям [10]. 
Для прискорення процесу гідролізу карбаміду при помірних 
параметрах, на деяких агрегатах синтезу його проводять у присутності 
фосфорної кислоти. Також розроблено спосіб переробки конденсату 
сокової пари вакуумної кристалізації карбаміду, який проводять при 
залишковому тиску 10 кПа. В залежності від конкретної ситуації на тому 
або іншому підприємстві установка очищення стічних вод може бути 
модифікована. Наприклад, за наявності системи біологічного очищення і 
достатньому розбавленні стоків у загальнозаводському колекторі може 
виявитися зайвим гідролізер. Наявність розбавлення може також 
забезпечити виведення стічних вод без продувки повітрям; в цьому 
випадку допустимий вміст NH3 становить ~ 0,15 кг/м3. Термічні методи 
вимагають значних витрат енергоресурсів, при цьому не досягаючи 
високих показників ефективності очищення [11]. 
 
1.1.5 Доочищення стічної води на установках НДФ 
  
Велику роль при остаточному очищенні стічних вод від карбаміду 
відіграють біологічні методи. Найбільш ефективним методом є біологічна 
очистка на установках НДФ. Процес НДФ проводять в дві стадії. Стадія 
нітрифікації описується наступними рівняннями: 
NH +
4  + 2О2 + 2HCO -
3  = NO -
3  + 2H2CO3 + H2O                               (1.1)  
14NH +
4  + 24HCO -
3  = 4Н2CO3 + 10NO -
3  + 22H2O + 4C5H7O2N     (1.2) 
 
Нітрифікацію здійснюють бактерії-автотрофи, що використовують 
вуглеводень у неорганічній формі [12]. 
При нітрифікації кисень використовується на окислення N аміаку із 
розрахунку 4,6 мг О2 на 1 мг окисленого N, стабілізацію органічних 
речовин, ендогенну респірацію (витрати внутрішніх запасів клітини) та 
підтримку оптимального рівня розчиненого кисню. 
Денітрифікація – процес мікробіологічний і частково хімічний ‒ 
відновлення нітратів до молекулярного азоту (N2). Широко 
розповсюджений у природі, а також в ґрунті, воді, підземних водоймах. 
Денітрифікація відбувається  у декілька стадій з утворенням нітритів 
(HNO2) і закису Нітрогену (N2O). У процесі беруть участь денітрифікуючі 
бактерії видів: Pseudomonas, Alcaligenes, Bacillus, Paracoccus та інші 
аероби [13]. 
Процеси НДФ , як правило , здійснюють у спеціальних 
багатофункціональних аеротенках-нітрифікаторах-денітрифікаторах, у 
яких: влаштовують аеробні (окислення органічних речовин, нітрифікація 
амонійного азоту) та аноксичні (денітрифікація); біологічне окислення, 
нітрифікація амонійного азоту та денітрифікація здійснюються 
гетеротрофними та автотрофними бактеріями, що складають біоценоз 
єдиного активного мулу (одномулова схема); як органічний субстрат при 
денітрифікації використовуються очищувані стічні води.  
Установки НДФ мають певні вимоги щодо експлуатації, 
забезпечення яких у повному обсязі дуже складно виконати , це викликає 
великі труднощі. Високий ступінь очищення стічних вод та 
функціонування даних установок залежать від ряду факторів, основні  з 
яких є:  
1. Забезпечення постійності складу стічної води для підтримання 
оптимальних умов життєдіяльності анаеробних та аеробних  
бактерій. 
2. Забезпечення сталих температур − не менше 4 °С і не більше 37 °С 
(бажано в інтервалі 20(±2) °С).  
3. Забезпечення необхідної концентрації кисню в системі. За сталої 
температури (20(±2) °С) вміст кисню повинен знаходитися у межах 
від 1 до 7мг/дм3.  
4. Забезпечення сталого водневого показника рН системи − у межах 
6,5÷7,5.  
5. Забезпечення підтримки мулу у завислому стані. Для цього потрібно 
передбачити оптимальну швидкість змішування стічних вод та 
активного мулу в аеротанках. 
Досягнення цих та багатьох інших факторів функціонування 
установок НДФ впливає на реакційну активність та дозування мулу. 
Процес забезпечення оптимальних умов функціонування установок НДФ 
досить затратний та енергоємний. Недотримання оптимальних умов 
експлуатації установок та, за умови несталості концентраційного складу 
стічних вод, яке може бути викликане перервами у роботі виробництва або 
окремих його цехів, призводить до зменшення чисельності нітрифікуючих 
та денітрифікуючих бактерій [14-16]. 
 
1.2. Патентний пошук способів очищення амід-вмісних стоків 
 
 Одним із відомих способів очищення стічних вод є спосіб, котрий 
полягає в тому, що стічні води після гідролізу і двоступеневої десорбції 
піддаються обробці активним хлором з подачею повітря при рН 6,5 в 
кількості 5 – 7 вагових частин на 1 вагову частину азоту амонійного з 
наступним аніонуванням. Даний спосіб забезпечує підвищення 
ефективності очищення стічних вод та доведення якості стічних вод до 
вимог хімічно очищеної води, наприклад, для живлення парових котлів 
середнього тиску Р = 4 МПа.  
Також, відомий спосіб доочищення стічних вод від сечовини 
шляхом її сорбції на сильнокислотних катіонітах, наприклад КУ–2, з 
подальшою їх регенерацією за допомогою сильних неорганічних кислот. 
Даний спосіб потребує використовування дорогих іонообмінних смол, 
великої кількості фосфорної кислоти для регенерації і стає причиною 
утворення стічних вод при відмиванні іонообмінних смол від розчинів 
регенерації [17]. 
Відомий метод очищення стічних вод виробництва сечовини, що 
включає змішування циркуляційного та свіжого потоків стічних вод з 
повітрям, сепарацію, випаровування,  викид повітря з водяними парами в 
атмосферу. Даний спосіб є малоефективним та стає причиною   
збільшення шкідливих викидів в атмосферу [18]. 
Загальновідомий спосіб очищення стічних вод виробництва 
сечовини шляхом гідролізу стоків, які очищаються, за допомогою методу 
термічного розкладання, що відбувається при підвищеному тиску у 
колонному апараті каскадного типу (використовують 34 послідовні 
ступені каскаду в кількості 4 – 30) за температури  150 – 262 oC та тиску 
1,5 – 5,0 МПа. Описаний спосіб мало чим відрізняється від способу 
очистки за допомогою двоступеневої десорбції та гідролізу, він є досить 
енергоємним та малоефективним.   
Широковідомий спосіб очищення стічних вод виробництва сечовини 
шляхом гідролізу стоків, котрі очищаються, при нагріві і тиску 
(температура = 180 ÷ 200 oC, тиск = 1,5÷2,0 МПа) з подальшою  віддувкою 
парою N та СО2. Залишковий вміст NН3 досягає близько 0,03 г/л. 
Описаний спосіб не забезпечує ефективного очищення стічних вод, тому 
вони не можуть використовуватися повторно[19]. 
Іноді також використовують нетрадиційні методи очищення стічних 
вод від карбаміду методом окислення СO(NH2)2 нітритом до N2 і обробкою 
на основі зворотного осмосу через етилцелюлозні напівпроникні 
мембрани.  
Проаналізовано можливість використання мембранних технологій 
для очищення води від сполук Нітрогену. Для очищення КСП прийнятно 
використовувати лише метод зворотного осмосу. Мембрані методи 
забезпечують достатній ступінь очищення забруднених сполуками 
Нітрогену стоків, проте економічно нерентабельні.  
Крім того, стічні води виробництва карбаміду після нейтралізації 
HNO3 можуть бути використані, як рідкі N-вмісних добрива. 
З метою використання N, що міститься в КСП, запропоновано 
культивувати в стоках карбаміду водорості, що дозволяє отримувати 
кормові білки.  
Для повного аналізу способів очищення стоків від амідного N було  
опрацьовано наукові праці, присвячені очищенню стічних води 
виробництва меламіну, в яких присутній карбамід. У роботі 
запропоновано очищати стічні води які містять карбамід шляхом 
термічного гідролізу стічної води в дві стадії. Також було проаналізовано 
інші способи очищення стоків виробництва меламіну , що дають 
можливість знизити вміст амідного азоту в стоках. Основним є метод 
термічної деструкції, який принципово не відрізняється від процесів 
гідролізу, так як потребує використання високих температур та відгонки 
газової фази [20]. 
У роботі вивчено процес видалення іонів амонію (NH +
4 ) зі стічних 
вод виробництва 7-аміноцефалоспоранової кислоти за допомогою 
хімічного осадження розчинами магнію. Проте, даний спосіб потребує 
використання дорогих реагентів і  не дає повторно використовувати стоки. 
Решта методів очищення стічних від сполук азоту заснована на 
біологічній очистці. Так, у роботі сполуки Нітрогену та Фосфору зі стоків 
було видалено за допомогою іммобілізованих мікроводоростей Chlorellasp. 
Недоліком біологічного методу очищення стоків є : 
1. Низькі концентрації амідного азоту у стоках 
2. Забезпечення оптимальних умов функціонування НДФ  
3.  Недостатній ступінь очистки  
 З урахуванням значення рН КСП, який становить 10 - 11, даний спосіб не 
може бути використано для очищення КСП.  
Всі вищезгадані способи очищення стічних вод, які в своєму складі 
містять зв’язаний амідний та амонійний Нітроген засновані на деструкції 
сполук N.  
У роботі досліджено процеси деструкції та хемо-деструкції  
карбаміду в розчинах з використанням мікрохвильового реактора.  
 
1.3. Рекупераційні методи очистки амідних стоків  
 
У роботі [21] розглянуто процес конверсії N-вмісних сполук та 
проходження реакції синтезу N2H4 з CO(NH2)2, конверсію N-вмісних 
сполук КСП в N2H4 з використанням лабораторної установки конверсії в 
гідразин сульфат (ГС) під атмосферним тиском і температури 100±10 °C. 
Досліджено процес синтезу ГС в лабораторній установці синтезу N2Н4 
з використанням електромагнітного реактору синтезу (ЕМРС), що 
зображена на рисунку 1.3. Встановлено ефективність проведення конверсії 
КСП в гідразин.   
 
 
 
1 – збірник гіпохлориту натрію; 2 – збірник натрію гідроксиду; 3, 4, 6, 8 – насос-
дозатор реагентів; 5 – змішувач; 7 – збірник КСП; 9 – прямоточний тарілчастий 
змішувач; 10 – ЕМРС гідразину; 11 – насос; 12– теплообмінник; 13/1,2 – реактор 
синтезу ГС; 14 – насос-дозатор синтез-розчину; 15 – донейтралізатор; 16 – 
збірник H2SO4; 17 – дозатор H2SO4; 18 – дозатор синтез-розчину; 19 – гідрозатвор; 
20 – вакуум-випарник I ступеня; 21 – ежектор I ступеня; 22 – вакуум-випарник II 
ступеня; 23 – ежектор II ступеня; 24, 26, 31 – центрифуга; 25 – відстійник; 27 – 
зрошувач;  28 – збірник центрифугату; 29 – насос-дозатор центрифугату; 29, 30 
– насос-дозатор центрифугату; 31 – шнековий теплообмінник; 33 – барабанна 
сушарка; 34 – стрічковий конвеєр; 35 – трансформатор; 36 – конденсатор; 37 – 
магнетрон; 38 – хвилевід. 
 
Рисунок 1.3 – Принципово-технологічна схема процесу синтезу ГС з КСП 
 
Отже, рекуперація стоків ефективна, проте енергоємна. 
 
 
 
 
РОЗДІЛ 2 
 
ОБ’ЄКТ ДОСЛІДЖЕНЬ 
 
2.1 Об’єкт дослідження 
 
Об’єктом дослідження ми обрали процес деструкції  карбаміду в 
низько концентрованих розчинах. Також розглянуто процес хемо-
деструкції з використанням NaOCl, що ініціюється мікрохвильовим 
випромінюванням. В якості модельного розчину обрано конденсат сокової 
пари виробництва карбаміду до стадії десорбції та гідролізу з вмістом 
карбаміду від 0,5 до 2 %.  
Карбамід - (СО(NH2)2) - концентроване амідне добриво. 
Виробляється у вигляді світло-білих кристалів або гранул. Добриво 
водорозчинне, біологічно кисле (1ц нейтралізується 0,83ц СаСО3), так як 
під дією ґрунтових мікроорганізмів піддається різним мікробіологічним 
процесам, де кінцевим продуктом є солі азотної кислоти. 
Дані , що характеризують карбамід зведено у таблицю 2.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 2.1 : Характеристика карбаміду 
 
Показник Параметри
Масова частка, %
азоту 46,2
біурету, не більше 1,4
води, не більше 0,3
Гранулометричний склад, %
масова частка гранул розміром від 1-4 мм, не меньше 94
в тому числа від 2-4 мм, не меньше 50
меньше 1 мм 5
Об'ємна маса, т/м3 0,65
 
Карбамід застосовують у всіх ґрунтово-кліматичних зонах при 
основному, передпосівному удобренні, для прикореневого та 
позакореневого підживлення сільськогосподарських культур. Висока 
ефективність добрива спостерігається при позакореневому підживленні 
сільськогосподарських культур з концентрацією водного розчину 
карбаміду 3-5%, що обумовлено швидкою трансформацією амідної форми 
азоту в азотний обмін і відповідно збільшенням вмісту білку в зерні озимої 
пшениці на 1-3%. Водний розчин карбаміду не викликає опіків навіть при 
5 — 10% концентрації розчину. При удобренні карбамідом, його потрібно 
обов’язково заробляти  в ґрунт, щоб запобігти втратам азоту. 
  
 
 
 2.1.1. Технологічна схема синтезу та фізико-хімічні основи 
синтезу карбаміду. Стадія випарки 
 
Технологічна схема синтезу карбаміду заражена на рис. 2.1. 
Розкладання карбамату амонію в плаві , після колони синтезу ,  
відбувається при тиску, що наближений до тиску на стадії синтезу, 
продувкою плаву стисненим діоксидом вуглецю або стисненим 
газоподібним аміаком. В даних умовах карбамат амонію дисоціює, у 
зв’язку з тим, що при продувці діоксидом вуглецю різко знижується 
парціальний тиск і порушується рівновага процесу. Даний процес 
відрізняється використанням тепла утворення карбамату і меньшими 
витратами електроенергії. На рис. 2.1 наведено опис спрощеної 
технологічної схеми агрегату синтезу карбаміду потужністю 330 тис. т/рік. 
Водний розчин карбамату і вуглеамонійних солей, газоподібні СО2 і NH3 із 
конденсатору високого тиску 20 надходять під тиском 14—14,5 МПа до 
нижньої частини колони синтезу карбаміду 1, де при 185—200 °С і 
приблизно на протязі години закінчується утворення карбамату і протікає 
синтез карбаміду. Ступінь конверсії СО2 в карбамід складає 57 %. Рідка 
реакційна суміш (плав) надходить до стриперу 19 і стікає по трубкам вниз. 
Протитоком плаву подають стиснутий в компресорі до тиску 14—14,5 
МПа двоокис вуглецю, до якого для утворення пасивуючої плівки і 
зменшення корозії обладнання добавлено повітря у кількості, що 
забезпечує в суміші концентрацію 0,5—0,8 об’ємних % кисню. 
 
 
 
 
1 — чотириступеневий компресор; 2 — танк рідкого аміаку; 3 — 
плунжерний насос для аміаку; 4 — конденсатор першого ступеню; 5 — 
колона синтезу; 6 — змішувач; 7 — плунжерний насос; 8 — промивна 
колона; 9 — ректифікаційна колона І ступеню; 10 — підігрівач І ступеню; 
11 — сепаратор І ступеню; 12 — ректифікаційна колонна ІІ ступеню; 13 — 
підігрівач ІІ ступеню; 14 — сепаратор ІІ ступеню; 15, 19, 20, 26,2 7 — 
насоси; 16 — вакуум-випарник; 17 — конденсатор; 18 — холодильник; 21 
— резервуар; 22 — збірник розчину амонійних солей; 23 — холодильник; 
24, 25 — абсорбер; 28 — теплообмінник 
 
Рисунок 2.1 Технологічна схема відділення синтезу і плаву 
карбаміду (з рідинним рециклом) 
 
 
В результаті зниження парціального тиску аміаку розпочинається 
процес розкладання карбамату з одночасним поглиненням тепла. 
В стрипері температура 160 °С підтримується за рахунок обігріву 
міжтрубного простору водяною парою , при тиску 2,5 МПа. Гази, що 
виходять з верхньої частини апарату разом зі свіжим СО2 надходять у 
конденсатор високого тиску 20. Також сюди  надходить рідкий аміак та 
розчин вуглеамонійних солей, кортрі подаються інжектором 21. У 
конденсаторі утворюється карбамат. Тепло, що виділяється, 
використовують для випаровування конденсату, котрий знаходиться в 
міжтрубному просторі апарату 20, з отримання пари тиском 0,3 МПа [22-
23]. 
Гази, що не прореагували, безперервно виходять з верхньої частини 
колони синтезу та надходять до скруберу високого тиску 2, де більша їх 
частина конденсується з утворенням водного розчину карбамату та 
вуглеамонійних солей. Тепло , що виділяється , відводяться у  
холодильник 3. Отриманий в скрубері розчин подають інжектором 21 в 
апарат 20, а згодом у колону синтезу. Гази, які не сконденсувалися в 
апараті 2, дроселюються і надходять на кінцеве вловлювання в абсорбер 
низького тиску 5. 
 Водний розчин карбаміду, що містить також 4—5 мас. % карбамату, 
після проходження апарату 19 дроселюється до тиску 0,3 МПа; при цьому 
частина карбамату розкладається. Газорідинна суміш надходить догори 
ректифікаційної колони 18; рідка фаза стікає по насадці вниз протитоком 
газопаровій суміші, що піднімається знизу вверх. Тепло, яке необхідне для 
повного розкладання карбамату, передається розчину у підігрівачі 17, що 
обігрівається водяною парою.  
В колоні 18 підтримується температура 130— 140 °С. Із верхньої 
частини її виходять NH3, СО2 і водяна пара. В конденсаторі низького тиску 
7, котрий охолоджується водою, водяні пари зріджуються, в них майже 
повністю розчинюються аміак і двоокис вуглецю. Повне поглинення 
аміаку завершується в скрубері 9, що зрошується аміачною водою, і в 
системі кислої абсорбції, що не вказана на схемі. Отриманий розчин 
амонійної солі повертають у скрубер 2 насосом високого тиску 10 для 
подальшої переробки на сечовину [24]. 
70%-вий водний розчин карбаміду виходить з нижньої частини 
колони 18 при 130—135 °С . Розчин, після зниження тиску до 
атмосферного насосом 4 подають у випарні апарати першої та другої 
ступені 15 і 14, де він упарюється до концентрації 99,8 %. На першій 
ступені випарки підтримується температура 125—135 °С і тиск 33—40 
кПа, на другій ступені температура 135—140 °С і тиск 3 кПа. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
РОЗДІЛ 3 
 
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 
 
3.1 Хід проведення експерименту  
 
В якості модельного розчину обрано конденсат сокової пари (КСП) 
виробництва карбаміду до стадії десорбції та гідролізу з вмістом 
карбаміду від 0,5 до 2%.   
Визначено якісний та кількісний склад КСП до експерименту, щоб 
визначити ступінь деструкції карбаміду. 
Апробовано наступні методи деструкції зв’язаного азоту 
амонійного: термічний та хімічний з використанням мікрохвильового 
(МХВ) реактором.  
Для проведення досліджень використано лабораторну установку, 
роботу якої описано у п.п. 3.2. 
По завершенню процесу деструкції з використанням лабораторної 
установки проведено кількісний та якісний аналіз вихідного розчину на 
вміст амідного азоту в розчині за методиками, що описані  у п.п. 3.3. 
Після завершення дослідної чстини виконано регресійний аналіз 
отриманих даних з ціллю визначення ступеня деструкції, що ініціюється 
мікрохвильовим випроміненням (термічної та хімічної) зв‘язаного  азоту 
амонійного в залежності від його початкової концентрації в розчині.  
 
3.2 Опис та технологічна схема лабораторної установки 
 
На рис. 3.1  зображена технологічна схема лабораторної установки 
деструкції амідного азоту в розчині з використанням мультимодового 
мікрохвильового реактору. 
 
 
1– збірник стічної води виробництва карбаміду ;  2 – дозатор ; 
3 - хвилевід ; 4 - магнетрон ; 5 ‒ конденсатор ; 6 ‒ трансформатор ; 
7 – вентилятор для охолодженя електрочастини ; 8 – реактор ; 
9 – компенсатор електромагнітних хвиль ; 10 – збірник реагенту; 
11 – дозатор реагенту; 12 – холодильник ; 13 - корпус ; 14 - абсорбер ; 
15 – збірник  очищених стоків. 
 
Рисунок  3.1 : Технологічна схема лабораторної установки 
деструкції амідного азоту в розчині з використанням 
мультимодового мікрохвильового реактору. 
 
Лабораторна установка конверсії N-вмісних сполук КСП виконана 
по модульному принципу. Для початку проводилося визначення 
кількісного складу вхідної сировини. Установка складається з двох 
модулів (блоків). 
 Опис проведення процесу на модельній установці періодичної дії. 
Зі збірника стічної води виробництва карбаміду  (2), змішуючись 
реагентом (NaOCl), КСП, що надходять зі збірника (10), направляються 
через дозатор (11) в реактор (5). Реактор (5) виконано із Фторопласта-4. 
Мультимодовий МХВ реактор (5) піддається дії електромагнітних хвиль 
довжиною від 1 мм до 1 м, при частоті 2,45 ГГц. Реактор (5) поміщено в 
захисний корпус, у якому мікрохвилі, відбиваючись від стінок захисного 
корпусу розігрівають реакційну суміш до t = 85÷96 ˚С. Після цього суміш  
охолоджується в холодильнику (7) та надходить у збірник (15). 
Через абсорбер ( 14 ) гази, що виділилися звільняючись від 
амонійного азоту скидаються в атмосферу. 
 
3.3 Методики досліджень 
 
Для визначення масової частки аміаку у стічній воді використано  
титриметричний метод.  
Титриметричний метод вимірювання ґрунтується на процесі 
нейтралізації аміаку розчином соляної кислоти. Реакція відбувається в 
присутності індикатора бромфенолового синього або метилового 
червоного. Діапазон вимірювань масової частки аміаку від 0,6 до 40 %. 
Хід проведення експерименту:  
У конічну колбу місткістю 250 см3 доливають циліндром 80 см3 ‒ 
100 см3 дистильованої води та вводять піпеткою 5 см3 , 10 см3 , 20 см3 , 
або 25 см3 проби стічної води. Під час проведення вимірювання необхідно 
слідкувати за тим, щоб при внесенні проби кінець піпетки торкався 
поверхні води. До розчину додають три-чотири краплі розчину індикатора 
бромфенолового синього або метилового червоного та починають 
титрування розчином соляної кислоти, молярна концентрація якої складає 
С(НСI)=1 моль/дм3 до зміни забарвлення від синього до жовтого з 
індикатором бромфеноловим синім або від жовтого до червоного з 
індикатором метиловим червоним. 
 
Для розрахунку масової частки аміаку в КСП(СNH3) у відсотках 
використовують  формулу:  
 
 
де V ‒ об’єм розчину соляної кислоти, молярна концентрація якої 
становить  С(НСI)=1 моль/дм3 , витрачений на титрування, см3 ; 
К ‒ коригувальний коефіцієнт, що використовують для приведення 
молярної концентрації розчину соляної кислоти до номінального значення; 
0,017 ‒ маса аміаку, яка відповідає 1 см3 розчину соляної кислоти з 
молярною концентрацією С(НСI)=1 моль/дм3 , г;  
V1 ‒ об’єм проби, що був взятий для титрування, см3 .  
 
Визначення вмісту двооксиду вуглецю в КСП 
 
Для визначення вмісту двооксиду вуглецю обрано  метод 
потенціометричного титрування, який  ґрунтується на нейтралізації 
гідроксидом натрію, який додають у надлишку, оксиду вуглецю (IV), що 
знаходиться у розчинах у вигляді карбонату амонію, вугільної кислоти та 
карбамату. При цьому виділяється амік, який в подальшому зв'язується з 
формаліном до утворення гексаметилентетраміну. Надлишок карбонат 
натрію  та гідроксиду натрію,  що утворився, піддається титруванню 
розчином хлоридної кислоти на іономірі до значення рН 8,7. Необхідно 
пам'ятати, що решта кислотних залишків (нітрати, хлориди, сульфати) 
мають бути відсутніми. Діапазон вимірюванння масової частки оксиду 
вуглецю (IV) становить від 0,2 % до 40 %.  
Проведення вимірювань. У хімічний стакан об’ємом 100 см3 або 250 
см3 вводять піпеткою в залежності від прогнозованої масової частки 
оксиду вуглецю (IV) від 5 см3 до 100 см3 проби, що була відібрана. За 
умови, що відібрана проба містить менше ніж 100 мг оксиду вуглецю (IV), 
то в стакан додають із бюретки 15 см3 розчину гідроксиду натрію,  
молярна концентрація якого становить С(NаОН)=0,2 моль/дм3 . За умови, 
що проба містить більше ніж 100 мг оксиду вуглецю (IV), то в стакан 
додають із бюретки 15 см3 розчину гідроксиду натрію, молярна 
концентрація якого становить  С(NаОН)=1 моль/дм3 . Після цього стакан 
переносять на магнітну мішалку та занурюють у розчин електроди 
іономіра (іономір універсальний типу ЭВ-74 або аналогічного типу) де 
відбувається перемішування розчину. Потім у стакан за допомогою 
циліндру додають 25 см3 37 % розчин формаліну, що був попередньо 
нейтралізований до значення рН 8,7. При перемішуванні, не поспішаючи, 
але безперервно проводять титрування вмісту стакану розчином хлоридної  
кислоти, молярна концентрація якої складає С(НСI)=0,1 моль/дм3 або 
С(НСI)=0,5 моль/дм3, в залежності від молярної концентрації розчину 
гідроксиду натрію, який додавали у стакан. Наприкінці процесу 
титрування  розчин кислоти додають по краплі до моменту досягнення 
значення рН 8,7. Якщо протягом 10 с рівень рН не змінюється, титрування 
вважають завершеним, відмічають об'єм хлоридної кислоти, що був 
витрачений на титрування (V1). Таким же методом проводять контрольне 
титрування з кожним реактивом, але без проби. Відмічають об'єм 
хлоридної кислоти, що було витрачено на контрольне титрування (V0). 
Масову частку оксиду вуглецю (IV) (ССО2) у відсотках визначають за 
формулою:  
 
де V0 – об’єм розчину хлоридної кислоти, що було витрачено на 
контрольне титрування, см3 ;  
V1 – об’єм розчину хлоридної кислоти, що було витрачено на 
титрування проби, см3  
K – коригувальний коефіцієнт, що використовують для зведення 
молярної концентрації розчину соляної кислоти до дійсного значення;  
Т – маса оксиду вуглецю (IV), що відповідає 1 см3 розчину 
хлоридної кислоти з молярною концентрацією С(НСI)=0,1 моль/дм3 або 
С(НСI)=0,5 моль/дм3 , г.  
Для розчину хлоридної кислоти, що має  молярну концентрацію 
С(НСI)=0,1 моль/дм3 Т= 0,0044 г; для розчину хлоридної кислоти з 
молярною концентрацією С(НСI)=0,5 моль/дм3 Т=0,022 г;  
V – об’єм розчину, що було взято для титрування, см3 
Вимірювання масової частки аміаку малих концентрацій 
фотометричним методом 
Для визначення вмісту аміаку в малих концентраціях було  обрано 
фотоколориметричний метод, що дає змогу визначати малі концентрації та 
має невелику похибку вимірювання, що приблизно складає 2%. Діапазон 
вимірювання від 0,01 до 10 мг/дм3 . 
Підготовка до виконання процесу вимірювання. Щоб зменшити 
похибку вимірювання було збудовано два градуювальні графіки.  
Побудова градуювального графіка № 1 (для більш великих 
концентрацій). У мірні колби об’ємом 50 см3 вводять піпеткою або через 
бюретку 1; 2; 3; 4; 5см3 основного стандартного розчину , який має масову 
концентрацію іонів амонію 0.1 мг/см3 , який відповідає 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0.5 
мг іонів амонію. 
В кожну колбу необхідно додати за допомогою циліндру 
дистильовану воду до об'єму 40 см3 , вносять піпеткою 1см3 розчину 
сегнетової солі та 1 см3 реактиву Неслера. Після додавання кожного 
реативу необхідно добре перемішувати вміст колби. Після цього об'єми 
розчинів у колбах доводять дистильованою водою до поділки і 
перемішують. Через 10 хв проводять вимірювання оптичної густини 
отриманих розчинів на спектрофотометр UV-5800PC за довжини хвилі 
(440 ± 10) нм в кюветах з товщиною шару 10 мм, яка поглинає світло щодо 
контрольного розчину. Контрольний розчин підготовлюють водночас з 
градуювальними розчинами. Для цього до 40 см3 дистильованої води 
додають такі ж самі реактиви , зберігаючи послідовність. За даними, що 
були отримані будують градуювальний графік, відкладаючи на осі абсцис 
значення маси іонів амонію (в міліграмах), а на осі ординат належні їм 
значення оптичної густини. Для побудови графіку, що був 
проградуйований було використано спектрофотометр UV5800PC. Вміст 
аміаку, згідно з програмних обрахунків, необхідно визначати за 
градуювальним графіком.  
Розчин сегнетової солі , що містить 5% калію-натрію виннокислого 
було приготовлено таким способом: наважку сегнетової солі масою (5,00 ± 
0,02) г, що була зважена з точністю до другого десяткового знака, 
розчиняють у 95 см3дистильованої води , циліндром або піпеткою додають 
реактив Неслера з розрахунком 10 см3 на 1 дм3 розчину сегнетової солі, 
розчин, що отримали пропускають через фільтр „біла стрічка" та 
зберігають у темному місці та у посуді , що виготовлений з темного скла.  
Побудова градуювального графіка № 2. У мірні колби об’ємом 50 
см3 вносять піпеткою або через бюретку 1; 2; 4; 6; 8; 10 см3 основного 
розчину , що містить  0,01 мг/см3 іонів амонію, що відповідає 0,01; 0,02; 
0,04; 0,06; 0,08; 0,10 мг іонів амонію. До кожної колби циліндром додають 
дистильовану воду до об'єму 40 см3 , вносять піпетками 1 cм3 розчину 
сегнетової солі та 1 см3 реактиву Неслера.  Після додавання кожного 
реативу необхідно добре перемішувати вміст колби. Після цього об'єми 
розчинів у колбах доводять дистильованою водою до поділки і 
перемішують. Через 10 хв проводять вимірювання оптичної густини 
розчинів, що були отримані на спектрофотометрі UV-5800PC за довжини 
хвилі (440 ±10) нм в кюветах з товщиною шару 10 мм, яка поглинає світло 
відносно контрольного розчину. Контрольний розчин підготовлюють 
водночас з градуювальними розчинами. Для цього до 40 см3 дистильованої 
води додають такі ж самі реактиви , зберігаючи послідовність. За даними, 
що були отримані  будують градуювальний графік, відкладаючи на осі 
абсцис значення маси іонів амонію (в міліграмах), а на осі ординат 
належні їм значення оптичної густини. Для побудови графіку, що був 
проградуйований використано спектрофотометра UV5800PC. Вміст 
аміаку, згідно з програмних обрахунків, необхідно визначати за 
градуювальним графіком в міліграмах.  
Проведення вимірювань. У мірну колбу об’ємом 50 см3 вносять 
піпеткою від 1 см3 до 48 см3 проби води, що аналізують (в залежності від 
масової концентрації іонів амонію). За необхідності у колбу додають 
циліндром дистильовану воду до об'єму 40 см3 , вносять піпетками 1 см3 
розчину сегнетової солі та 1 см3 реактиву Неслера. Після додавання 
кожного реактиву необхідно перемішувати вміст колби та довести  об'єм 
розчину у колбі дистильованою водою до мітки.  
Через 10 хв проводять вимірювання  оптичної густини отриманого 
розчину на спектрофотометрі UV-5800PC за довжині хвилі (440 ±10) нм в 
кюветах з товщиною шару 10 мм, що здатна поглинати світло порівняно з  
контрольним розчином. Контрольний розчин підготовлюють водночас з 
градуювальними розчинами. Для цього до 40 см3 дистильованої води 
додають такі ж самі реактиви , зберігаючи послідовність.  
За значенням оптичної густини, що були отримані, знаходять масу 
іонів  амонію у міліграмах в об'ємі проби, який взяли для аналізу за 
допомогою градуювальних графіків. 
Визначення вмісту карбаміду фотометричним методом. 
Фотоколориметричний метод ґрунтується на взаємодії сечовини з n–
диметиламінобензальдегідом (п–ДМАБА) з утворенням комплексної 
сполуки, що забарвлена у жовтий колір. Діапазон вимірювання масової 
концентрації карбаміду від 0,025 до 0,5 мг/дм3 . На спектрофотометрі UV-
5800PC вимірюють оптичну густину забарвленого розчину , за довжиною 
хвилі (440 ± 10) нм. Відносна похибка складає 2%.  
Підготовка до проведення вимірювання. Приготування розчину 
пдиметиламінобензальдегіда (п-ДМАБА). Наважку п-ДМАБА масою 30 г, 
що була зважа з точністю до другого десяткового знака, розчиняють в 
етиловому спирті, об’ємом 1 дм3 , за допомогою циліндру додають 100 см3 
концентрованої хлоридної кислоти, перемішують та пропускають  через 
фільтр «червона стрічка». Даний розчин зберігають у посуді, що 
виготовлений з темного скла. Цей розчин придатний до використання 
протягом одного місяця.  
Побудова графіку, що був проградуйований. Для створення графіку, 
що був проградуйований для визначення вмісту сечовини у мірні колби 
об’ємом 100 см3 вносять піпеткою або через бюретку 0,05; 0,10; 0,20; 0,40; 
0,60; 0,80; 1,00 см3 стандартного розчину карбаміду , що має концентрацію 
5 мг/см3 , що відповідає 0,25; 0,50; 1,00; 2,00; 3,00; 4,00; 5,00 мг карбаміду, 
додають до мітки дистильовану воду та змішують. У конічні колби 
об’ємом 50 см3 або 100 см3 піпеткою вносять по 10 см3 кожного з розчинів, 
що було отримано,котрі відповідають 0,025; 0,050; 0,100; 0,200; 0,300; 
0,400; 0,500 мг карбаміду, вносять  піпеткою по 5 см3 розчину п-ДМАБА 
та змішують. Через 15 хв проводять вимірювання оптичної густини 
розчинів, що були отримані на спектрофотометрі UV-5800PC за довжини 
хвилі (440 ± 10) нм в кюветах з товщиною шару 10 мм, що здатний 
поглинати світло порівняно з контрольним розчином.  
Контрольний розчин підготовлюють водночас з градуювальними 
розчинами. Для цього до 10 см3 дистильованої води додають 5 см3 розчину 
п-ДМАБА. За даними, що були отримані  будують градуювальний графік, 
відкладаючи на осі абсцис значення маси карбаміду (в міліграмах), а на осі 
ординат належні їм значення оптичної густини. Спектрофотометр UV–
5800PC був використаний для побудови графіуц, що був 
проградуйованим.  
Проведення вимірювань. У конічну колбу об’ємом 50 см3 або 100 
см3 піпеткою вносять від 1 см3 до 10 см3 проби води, що аналізують. Якщо 
необхідно , пробу попередньо фільтрують. Якщо об’єм проби менше ніж 
10 см3 , піпеткою вводять дистильовану воду до загального об'єму 10 см3 , 
додають піпеткою 5 см3 п-ДМАБА та перемішують. Через 15 хв проводять 
вимірювання оптичної густини розчинів, що були отримані  на 
спектрофотометрі UV-5800PC за довжини хвилі (440 ± 10) нм в кюветах з 
товщиною поглинаючого світло шару 10 мм порівняно з  контрольним 
розчином. 
Масову концентрацію карбаміду ( Скарб. ) в пробі (в міліграмах на 
кубічний дециметр) рахують за формулою: 
 
де m - маса карбаміду, що була визначена  за допомогою 
градуювального графіка, мг; 
 V - об'єм проби води, що був взятий для аналізу, см3 
 
 
 
РОЗДІЛ 4 
 
Результати досліджень  
 
4.1. Аналіз КСП  
 
Відбір проб КСП зі збірників КСП чи пробовідбірних точок було 
проведено у пластикову чисту місткість не менше 2 дм3 , що герметично 
закривається. Далі, герметично закупорену місткість перенесено в 
лабораторне приміщення. Всі аналізи виконували при t = 20±2 °C, P = 
атмосферному.  
 Також було зроблено дослідження КСП, отримані дані занесено в 
таблиці 4.1.  
 
Таблиця 4.1 : Якісний та кількісний склад КСП  
Найменува Регламентоване Значення масової 
ння показника значення масової концентрації, визначеного в 
концентрації, % ході досліджень 
СО(NH2)2, % не більше ніж 2,0 0,80 – 2,00 
С2H5N3О2, % не нормується 0,01 – 0,05 
NH3, % не більше ніж 5,5  1,50 – 5,00 
СО2, % не більше ніж 3,5 1,20 – 3,00 
Н2О, % не нормується 96,49 – 94,95  
Завислі речовини, не нормується Відсутність 
мг/дм3  
Cl- , мг/дм3 не нормується Відсутність 
SO 2- , мг/дм3
4  не нормується Відсутність 
PO 3-
4  , мг/дм3 не нормується Відсутність 
Продовження таблиці 4.1 
Cu, мг/дм3  не нормується < 0,006 
Cr, мг/дм3 не нормується < 0,006 
Ni, мг/дм3 не нормується 0,011‒ < 0,006 
Fe, мг/дм3 не нормується 0,440 ‒ < 0,006 
Водневий не нормується 10,0 – 10,4 
показник  
Густина, г/см3  не нормується 1,006 – 1,014 
 
 
4.2 Результати дослідження процесу деструкції CO(NH2)2 з 
ініціюванням МХВ.  
  
В результаті дослідження визнавчено залежність ступеня деструкції 
від початкового вмісту карбаміду, з використанням МХВ-реактора. 
Отримані дані зведено  в таблицю 4.2. 
 
Таблиця 4.2 : Залежність ступеня деструкції від початкового вмісту 
карбаміду , з використанням МХВ-реактора  
Вміст карбаміду до процесу деструкції Ступінь деструкції 
0,5 80 
0,7 70 
1 50 
2 50 
2,5 45 
 
 
 На основі отриманих значень ми збудували графік залежності 
ступеня деструкції карбаміду від початкової концентрації карбаміду в 
розчині. Дані зведені на рисунку 4.1. 
85
80
75
70
65
Ступінь деструкції
60
Poly. ( Ступінь деструкції)
55
50
45
40
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Вміст карбаміду до процесу деструкції,%
 
Рисунок 4.1 : Залежність ступеня деструкції від початкового вмісту 
карбаміду з використанням МХВ-реактора. 
 
За результатами ослыдження проведена поліномна апроксимація 
даних, виведено наступну залежність: 
 
y = -20,48x3 + 108,9x2 - 186,4x + 150,3             (4.1) 
 
де, y - ступінь деструкції,% ; 
х - сміст карбаміду до процесу деструкції,%. 
Ступінь деструкції,%
Ступінь термічної хвильової деструкції карбаміду з використанням 
мультимодового електромагнітного реакторая становить ≈ 75%, для 
розчинів з концентрацією карбаміду від 0,5 до 2,5 %. 
 
 
4.3. Результати дослідження процесу хемо-деструкції CO(NH2)2 з 
ініціюванням МХВ.  
 
В результаті дослідження визначено залежність ступеня деструкції 
від початкового вмісту карбаміду з використанням NaOCl, як реагента, а 
також з використанням МХВ-реактора.  
Отримані дані зведено  в таблицю 4.3. 
 
Таблиця 4.3 : Залежність ступеня деструкції від початкового вмісту 
карбаміду з використанням NaOCl та МХВ-реактора.  
Вміст карбаміду до процесу деструкції Ступінь деструкції 
0.5 99 
0.7 99 
1.0 97 
2.0 95 
 
 
На основі отриманих значень ми збудували графік залежності 
ступеня деструкції карбаміду від початкового вмісту карбаміду в розчині. 
Дані зведено на рисунку 4.2. 
 
 
 
100
98
96
94
92
90
88
86
84
82
80
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Початкова концентрація карбаміду в розчині,% 
 
 
Рисунок 4.2 : Залежність ступеня деструкції від початкового вмісту 
карбаміду без реагенту з використанням МХВ-реактора. 
За результатами ослыдження проведена поліномна апроксимація 
даних, виведено наступну залежність: 
 
                          Y1 = -0,5x 2
1  + 1,1x1 + 98,5                                      (4.2) 
 
де, y1 - ступінь деструкції,% ; 
х1 - вміст карбаміду до процесу деструкції,%. 
 
Середня ступінь термічної хемо-деуструкції карбаміду з ініціацією  
мікрохвильовим опроміненням становить ≈ 97%, для концентрації від 0,5 
до 2,5% карбаміду в розчинах. 
 
Cтупінь деструкції, %
РОЗДІЛ 5 
 
Економічні розрахунки  
 
До складу витрат на проведення науково-дослідної роботи відносять 
вартість комплектуючиї виробів,  матеріалів, реактивів, витрати на 
обслуговування  і ремонт установки, освітлення виробничих приміщень, 
опалення, заробітна плата працюючого персоналу та інше.  
Розрахунок витрат на комплектуючі вироби, реактиви та матеріали  
наведений нижче. До витрат цієї статті також належать : вартість основних 
комплектуючих виробів, напівфабрикатів. Матеріалів та реагентів з 
урахуванням транспортно-заготівельних витрат, а також вартість 
матеріалів, що необхідні для виготовлення макетів зразків та додаткових 
матеріалів, що використовуються під час виконання науково-дослідної 
роботи 
Розміри витрат визначаються методом прямого розрахунку за 
допомогою формули: 
 
                                                                                  (5.1) 
 
де Umi – ціна і-го матеріалу з врахуванням заготівельних та 
транспортних витрат, грн; 
Qmi – кількість і-го компоненту, який необхідний для виконання 
НДР, од. 
Необхідність в матеріальних ресурсах визначається за основою 
матеріальної специфікації, вартість матеріальних ресурсів визначається по 
відповідним прейскурантам. Транспортно-заготівельні витрати 
приймаються рівними 1 – 15% від вартості придбання. Результати 
розрахунків зведені в таблицю 5.1 
Таблиця 5.1 – Витрати на основні матеріали, реактиви та 
комплектуючі вироби 
Одиниця Загальна 
Вартість за Кількіст
Найменування виміру, вартість, 
одиницю, грн ь 
розфасовка грн 
1 2 3 4 5 
Посуд 
Піпетка мірна  2 см3 1 шт. 16,50 1 16,5 
Циліндр мірний 250 см3 1 шт. 45,50 1 45,50 
Воронка 75х110 1 шт. 28,41 1 28,41 
Бутель для розчинів 250 см3 1 шт. 37,05 1 37,05 
Колба конічна з шліфом 
1 шт. 88,86 6 533,16 
250 см3 
Колба конічна  250 см3 1 шт. 38,03 3 114,09 
Флакон крапельний  30 см3 1 шт. 27,76 1 27,76 
Ексикатор без крана 120 мм 1 шт. 183,30 1 183,30 
Олівець по склу 1 шт. 2,40 1 2,40 
Пробка резинова d= 29 мм 1 шт. 2,65 6 15,9 
Пробка резинова d = 10 мм 1 шт. 0,58 3 1,74 
Бюкс 1 шт. 50,00 6 300,00 
Пензлик 1 шт. 14,00 1 14,00 
Шпатель металічний 1 шт. 24,00 1 24,00 
Пінцет анатомічний 150 мм 1 шт. 32,00 1 32,00 
Реактиви 
Кремній 2 г 10 0,2 2 
Кератин розчин 20 г 34 0,3 0,80 
Сірчана кислота хч 1 кг 2,67 20 53,40 
Всього – – – 1432,01 
 
 
Ціни відповідно до прейскурантів:    
- Компанії «Укрхим» (http://ukrxim.com.ua/items/index); 
 (http://kiev.stroika.biz.ua/products/item/81683); 
-Рекламного сайту «Stroika»      
- Компанії «Лотос» (http://vak.spravka.ua/contact.html); 
- ООО «Фарммедтех» (http://www.micromed.ua/about); 
- Компанії з ОВ Компанії «Южхимремурсы». 
 
Стаття розрахунку витрат на спеціальне обладнання 
До витрат цієї статті належать витрати на придбання установок, 
приладів та іншого обладнання для виконання науково-дослідної роботи. 
Вартість обладнання та приборів довгострокового використання 
розраховується у вигляді амортизаційних відрахувань. Під час розрахунку 
останніх корегується фактичний строк використання обладнання при 
виконанні НДР. Вартість спеціально створеного обладнання, установок 
визначається за наступними статтями: 
1) складові матеріали та напівфабрикати; 
2) покупні вироби; 
В загальному випадку витрати на експлуатацію обладнання можна 
розрахувати за наступною формулою: 
 
                                                                             (5.2) 
 
де Цоб – ціна і-го обладнання з амортизаційними відрахуваннями, 
грн; 
Qоб – кількість і-го обладнання, шт.; 
Кдост – коефіцієнт, що враховує витрати на доставку та монтажне 
обладнання, в межах 1 – 1,15. 
За наявності обладнання у вартість враховується лише амортизаційні 
витрати за період експлуатації, тобто лише за період, коли проводилась 
науково–дослідна робота. Такі дані можна визначити за формулою: 
 
                                                            (5.3) 
                        
де Цобл – ціна і-го обладнання без амортизаційних відрахувань, грн.; 
Аоб – амортизація обладнання, %; 
ТНДР – Період проведення науково–дослідної роботи становитиме 
приблизно три роки, ТНДР = 1 місяців. 
У таблиці 5.2 наведена вартість основного обладнання. 
 
Таблиця 5.2 – Вартість основного обладнання 
Вартість 
Загальн основного 
Вартість за 
Кількіст а Річний % обладнання 
Найменування одну одиницю, 
ь вартість амортизації для 
грн 
, грн виконання 
НДР 
1 2 3 4 5 6 
Ваги аналітичні 
1 5000 5000 15 2250 
(ВЛР) 
Ваги технічні 1 560 560 15 252 
Електроплитка 2 160 320 15 144 
 
Продовження таблиці 5.2 
Сушильна 
1 6700 6700 15 3015 
шафа 
Лабораторна 
установка 
деструкції 
1 50000 50000 15 22500 
карбаміду з 
ініціюванням 
МХВ 
Всього (Коб) – – 12580 – 28161 
 
До загальної вартості основного обладнання з урахуванням 
амортизації також додається вартість виготовленої на замовлення колони 
синтезу гідразин сульфату під тиском. Отже, вартість основного 
обладнання становить: 
Кобл. = Коб. +  Цроб. + Цк.с.г.с. = 28161 + 5000 + 5000 = 38161 грн.    (5.4) 
 
Розрахунок витрат на виробничі відрядження 
Витрати на наукові та виробничі відрядження (Св) включають всі 
витрати по відрядженням (квартирні, добові, транспортні і т.д.), пов’язані 
з даною НДР. Розрахунок цих витрат виконується методом прямого 
розрахунку (за переліком конкретних відряджень) або вони приймаються 
рівними 8-10% від суми основної та додаткової заробітної плати науково - 
виробничого персоналу. 
 
Розрахунок витрат на послуги сторонніх організацій 
До витрат цієї статті належать втрати на послуги сторонніх 
організацій: в першу чергу це використання електронно–обчислювальної 
техніки для опрацювання та обрахунку експериментальних даних, 
виготовлення та дослідження окремих зразків, оплата робіт та послуг 
досвідного підприємства. 
До цієї статті відноситься патентно–ліцензійний пошук необхідного 
матеріалу. Сюди відносимо витрати на пошук літератури у бібліотеках 
міста та витрати на роботу в мережі інтернет. Дані зводяться в таблицю 
5.3. 
 
Таблиця 5.3 – Витрати на послуги сторонніх організацій 
№  Ціна за 1 
Кількість Сума, 
п/п Назва послуги годину, 
годин роботи грн 
грн 
1 Використання електронно-    
 обчислювальної техніки 13 0,8 10.4 
2 Послуги бібліотек 90 0,03 27 
3 Робота в мережі інтернет 350 0,15 52.5 
 Разом – – 8.9 
 
 
Кошторис витрат на виконання НДР 
Загальний кошторис витрат для проведення науково-дослідної 
роботи складає: 
 
                                 Вз=См+Коб+Св+Пс.                                              (5.5) 
                      
Кошторис витрат на виконання НДР зведений в таблиці 5.4 
 
 
 
 
Таблиця  5.4 – Зведена таблиця витрат на виконання науково-
дослідної роботи 
№ п/п Найменування статей Умовне Сума 
витрат позн. Гривні % 
1 2 3 4 5 
Матеріали, комплектуючі 
1 См 1432,01 4,83 
вироби, реактиви 
Спеціальне обладнання для 
2 Коб 28161 94,87 
експериментальних робіт 
Послуги сторонніх органі-
3 Пс 89,9 0,3 
зацій 
3 Разом Вз 29682,9 100 
 
Дана робота економічно ємка, тому для досягнення максимальних 
результатів потрібна фінансова підтримка.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 РОЗДІЛ 6 
 
 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В ЛАБОРАТОРНИХ 
УМОВАХ 
 
6.1 Аналіз умов праці студента при виконанні дослідницької роботи 
 
Наукова робота проводилась в умовах дослідницької лабораторії, яка 
призначена для виконання науково-дослідних робіт для розробки, 
впровадження та удосконалення нових сучасних методів покращення 
якості гранул мінеральних добрив .  
Робота студента полягає в: 
- виконанні лабораторних вимірювань, аналізів, а саме, у визначенні 
якісного хімічного складу речовини, кількісних співвідношень в ньому 
хімічних сполук і елементів; 
- здійсненні синтезу хімічних речовин в лабораторних умовах; 
- оформленні результатів аналізів. 
За наказом про затвердження Правил охорони праці  під час роботи 
приміщення хімічних лабораторій  повинні бути : 
- обладнані загальнообмінною примусовою вентиляцією, а місця 
можливого накопичення шкідливих хімічних речовин - місцевими 
відсмоктувачами; 
-  приміщення повинно бути добре освітлене, робоче місце 
пристосовано до умов праці, обладнане водопровідним краном , 
захищеним від потрапляння висококонцентрованих речовин , 
зберігатися в чистоті і порядку; 
- лабораторія оснащена приладами пожежогасіння , кожен 
повинен знати де зберігається аптечка і знати як нею користуватися; 
- усе електрообладнання, електроінструменти  надійно 
заземляються відповідно до вимог НПАОП 40.1-1.32-01.; 
-  вібраційна і шумова безпека повинна забезпечуватися 
дотриманням норм; 
- контроль температури навколишнього середовища людини не 
повинен перевищувати норми, задля нормальної працездатності 
робітника; 
- підлога має бути рівною, не слизькою, зі зручною для прибирання  
поверхнею. 
 
6.2 Шкідливі та небезпечні фактори при виконанні дослідницької 
роботи 
- підвищений рівень шуму і вібрацій ( погіршення слуху, зниження 
рівня уважності , головних болів) 
- підвищена температура поверхонь обладнання , матеріалів (опіки) 
-недостатня освітленість ( викликає погіршення зору , стомленість 
очей, зменшення працездатності) 
- слизька нерівна підлога (травматизм, нещасні випадки) 
- шкідливі хімічні речовини, що потрапляють в організм через 
дихальні шляхи ( виразки внутрішні і зовнішні) 
- підвищене значення напруги в електричному ланцюзі, замикання 
якого може відбутися через тіло людини 
Шоб запобігти травматизму на робочому місці потрібно 
дотримуватися правил охорони праці під час роботи в хімічних 
лабораторіях  
 Психологічні шкідливі фактори : 
- зниження уваги ; 
- монотонність праці; 
- погіршення зору і моторики рук; 
- розумові і емоційні перенавантаження. 
 
 В дослідницькій лабораторії потрібно знаходитися в спеціальному 
одязі , мати зібране волосся , зберігати чистоту , не захаращувати робоче 
місце. 
Забороняється вживати їжу і пити напої в лабораторії. 
 
 
6.3 Засоби та заходи забезпечення охорони праці 
 
Інструктажі з охорони праці: 
1) Вступний і первинний інструктаж . Вступний інструктаж проводить 
інженер з охорони праці або інший працівник служби охорони праці, що має 
необхідну підготовку і повноваження , безпосередньо для працівника , що 
влаштовується на роботу. Первинний інструктаж проводиться на робочому 
місці керівником, який в подальшому буде нести повну відповідальність за 
нового працівника. 
2) Повторний інструктаж . Його мета - проконтролювати знання 
персоналом правил, інструкцій і вимог техніки безпеки. Для працівників, які 
виконують роботи підвищеної небезпеки повторний інструктаж проводиться 
1 раз в три місяці. 
3) Позаплановий інструктаж з охорони праці та безпеки. 
Індивідуальний або колективний позаплановий інструктаж з охорони праці 
здійснює керівник підрозділу безпосередньо на робочому місці і робить це в 
залежності від конкретних обставин. 
4) Цільовий інструктаж. Існують ситуації, коли працівники 
залучаються до виконання невластивих їм обов'язків, наприклад:роботи за 
територією підприємства,вантажно-розвантажувальні роботи, прибирання 
території,ь ліквідація результатів стихії, усунення наслідків аварії і т.д. 
Проводиться керівником майбутніх робіт, час і день, коли проводиться 
цільовий інструктаж, як і у всіх попередніх випадках, фіксується в журналі. 
Лаборанти постійно взаємодіють з хімічними речовинами, скляним 
посудом , електроприладами , муфельними печами, газовими балонами , 
тому при роботі великий ризик отруєнь, опіків, виникнення алергічних 
реакцій. Для захисту від впливу небезпечних і шкідливих факторів необхідно 
застосовувати відповідні засоби захисту. 
Всі роботи з шкідливими речовинами необхідно виконувати у 
витяжних шафах з примусовою вентиляцією. Переважною робочої позою є 
положення сидячи, внаслідок чого можливі професійні захворювання, 
пов'язані з болем в спині і шиї, а також різні хвороби суглобів рук і кистей. 
Для захисту від впливу небезпечних і шкідливих факторів необхідно 
застосовувати відповідні засоби захисту, такі як халат бавовняний (на 12 
міс); чоботи гумові (на 12 міс); фартух прогумований (на 6 міс); рукавички 
гумові та трикотажні (на 1 міс); респіратор (до зносу); окуляри захисні ( до 
зносу). 
 
Електробезпека  
Основними мірами захисту від ураження струмом є: 
- забезпечення недоступності струмоведучих частин, що знаходяться 
під напругою, від випадкового дотику; 
- виключення небезпеки ураження при появі напруги , що 
досягається використанням подвійної ізоляції, захисним заземленням, 
зануленням та ін; 
- попереджувальні написи; 
- до роботи не допускаються люди, що не пройшли інструктаж по 
електробезпеці. 
В разі виникнення небезпечної ситуації вимкнути 
електропостачання , в разі необхідності викликати відповідну службу 
порятунку. 
 
Пожежобезпека 
- на поверсі повинен бути розміщений зовнішній водопровід; 
- біля можливих місць виникнення пожежі розміщується такий 
інвентар: вогнегасники, як первинні засоби для боротьби з вогнем, а 
також: відра, ящики з піском, діжки з водою, лопати, пожежні ломи, багри, 
сокири, азбестове полотно; 
- всі ємності з пальним та вибухонебезпечними речовинами 
ізольовані і розташовані на необхідній відстані від можливих джерел 
появи полум’я; 
- на випадок виникнення пожежі передбачена сигналізація та прямий 
телефонний зв’язок з пожежною охороною. 
Перша допомога в разі нещасного випадку 
Кожен студент повинен надати першу долікарську допомогу 
потерпілому: 
● Притермічних опіках потрібно негайно охолодити обгоріле 
місце водою та промити його 5 %-вим розчином марганцевокислого 
калію або присипати гідрокарбонатом натрію (харчова сода). 
● У випадку порізу рану слід обробити розчином йоду або 
засобом, який його замінює, забинтувати або заклеїти лейкопластиром. 
● У разі опіків кислотою опечене місце потрібно промити 
водою, потім 3 %-вим розчином гідрокарбонату натрію. 
● При попаданні на шкіру їдкого лугу треба промити уражене 
місце водою та 2 %-вим розчином оцтової кислоти. Промивати 
потрібно з застосуванням ватного тампону для запобігання розтіканню 
рідини по шкірі 
ВИСНОВКИ 
 
            У зв’язку з стрімким розвитком промисловості різко збільшилось 
техногенне навантаження на природу. В процесі виробництва карбаміду 
утворюється велика кількість стоків, а саме конденсату сокової пари 
(КСП), що містить сполуки зв’язаного Нітрогену, зокрема карбамід та 
аміак. Традиційні методи очищення карбомідвмісних стоків засновані на 
термічній деструкції з подальшою доочисткою на установках нітри- 
денітрифікації. Ефективність таких методів досягає до 80 %. 
            В якості модельного розчину обрано КСП виробництва карбаміду 
до стадії десорбції та гідролізу з вмістом карбаміду від 0,5 до 2 %. Перед 
початком роботи було поставлено наступні цілі : досягти максимального 
ступеня (≈ 100%) деструкції карбаміду та максимальної енерго-
ефективності; забезпечити екологічність запропонованого способу 
деструкції. В процесі роботи розглянуто термічну хвильову та термічну 
хемодеструкцію  деструкція карбаміду з використанням мультимодового 
електромагнітного реактора.  
            Отримано наступні результати: 
            1.Cтупінь термічної хвильової деструкція карбаміду з 
використанням мультимодового електромагнітного реактора ~ 75 %, для 
розчинів з концентрацією карбаміду від 0,5 до 2,5 %. 
            2. Середня ступінь термічної хемодеструкції карбаміду з ініціацією 
мікрохвильовим опроміненням ~ 97 %, для концентрації від 0,5 до 2,5 % 
карбаміду в розчинах. 
            Отже, нам вдалось досягнути високих показників деструкції 
карбаміду. Технологія має бути допрацьована, а робота продовжена для 
отримання більш високих показників деструкції та вибору оптимальних 
технологій деструкції карбаміду.