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SOMMAIRE Introduction …………………………………………………………………………………..01 2.2 Histoire de l'uré

SOMMAIRE Introduction …………………………………………………………………………………..01 2.2 Histoire de l'urée………………………………………………………………………………...01 2.3 Propriétés de l'urée……………………………………………………………………..01 - 2.3.1 Propriétés calculées……………………………………………………………………………. ……05 - 2.3.2. Propriétés physiques et chimiques ………………………………..………….05 3.1Équilibre chimique……………………………………………………………….……….07 3.2 Les défis de la production d'urée : ………………………………………………………………….10 4 .1 LE PROCÉDÉ DE FABRICATION DE L'URÉE : ………………………………………………..12 4 .2 procédés utilise : …………………………………………………………………………………….………….16 - 4.2.1 COMPARAISON COMPLÈTE DES PROCÉDÉS D'URÉE……………………………………………..17 5 LES DERIVES DE L'UREE …………………………………………………………………………….19 1 | P a g e 1 Introduction à l'urée L'urée, un composé organique connu sous le nom de carbamide, a la formule chimique de CO(NH2)2. L'urée est classée dans le groupe fonctionnel amide car il possède deux groupes -NH2, se joignant au groupe fonctionnel carbonyle (C=O). L'urée est l'un des composés organiques les plus remarquables de la vie quotidienne. D'un point de vue biologique, le corps humain implique l'urine de manière significative dans l'excrétion de l'azote ; combinant deux molécules d'ammoniac (NH3) avec une molécule de dioxyde de carbone (CO2) dans le cycle de l'urée. En agriculture, l'urée est largement utilisée dans les engrais comme source d'azote pour les plantes, tandis que dans l'industrie chimique, elle sert de matière première pour la plupart des autres productions. 2.2 Histoire de l'urée Au début du XVIIe siècle, un scientifique néerlandais du nom de Herman Boerhaave a été le premier à découvrir l'urée dans l'urine. La découverte s'est faite par une série d'étapes pour isoler l'urée, mais Boerhaave les a simplement évaporées de l'urine humaine, ce qui a pris plus d'un an et par un processus de cristallisation, des cristaux d'urée ont été obtenus. Cette découverte a ensuite été reprise par Friedrich Wöhler. Sa découverte en 1828, que l'urée peut être produite à partir de matières premières inorganiques, a été une étape conceptuelle importante en chimie. Elle a montré, pour la première fois, qu'une substance, connue jusqu'alors uniquement comme un sous-produit de la vie, pouvait être synthétisée en laboratoire, sans matières premières biologiques, contredisant ainsi la doctrine largement répandue du vitalisme, selon laquelle seuls les êtres vivants pouvaient produire les produits chimiques de la vie. 2.3 Propriétés de l'urée 2.3.1 Propriétés calculées but Boerhaave simply evaporated them from human’s urine, which took more than a year and through crystallization process, crystals of urea was obtained. This discovery then was further ado by Friedrich Wohler, a German chemist whose first synthesis urea (Fairall. 1996). He is accounted as the pioneer in organic chemistry as he accidentally succeeded in synthesised 2 | P a g e Figure 1 - Urée urea from ammonium cyanate from his Wohler synthesis in the year of 1828. His discovery refuted the hypothesis of vitalism, a hypothesis from another chemist, Jons Jacob Berzellius, that stated living things are alive because of some special “vital force” (Fairall, 1996). Berzellius hypothesised that organic compounds could be made only by living things which entirely dissent today’s chemistry world as organic compound is being made every day in any laboratory. 2.3.2. Propriétés physiques et chimiques Solide inodore, incolore, pratiquement non toxique et hygroscopique (tendance à attirer l'eau). Poids moléculaire 60.056 g/mole Densité 1,32 g/cm3 Point de fusion 133 à 135 °C (271 à 275 °F ; 406 à 408 K) Basicité (pKb) 13.9 Tension de surface 66.3×10−3 N/m Capacité thermique spécifique cp 2.25 kJ kg−1 K−1 Capacité calorifique molaire, Cp 135,2 J mol-1 K-1 Tableau 1. Quelques propriétés physiques de l’urée Température, ◦C Solvent 0 20 40 60 80 100 Eau 39.5 51.8 62.3 71.7 80.2 88.1 Ammoniac 34.9 48.6 67.2 78.7 84.5 90.4 Méthanol 13,0 18,0 26,1 38,6 Tableau 2. Solubilité de l'urée dans divers solvants (solubilité en %massique de l'urée) 3. Production 3.1. Principes 3 | P a g e 3.1.. Équilibre chimique Dans tous les processus commerciaux, l'urée est produite en faisant réagir l'ammoniac et le dioxyde de carbone à température et pression élevées selon la Réactions de Basaroff (1) ∆H =− 117 kJ/mol ammonium carbamate (2) ∆H =+ 15.5 kJ/mol urée Réaction secondaire indésirable : 2NH2CONH2 ⇌ NH2CONHCONH2 + NH3 (3) biuret Dans les deux premières réactions ci-dessus, il s'agit d'une réaction d'équilibre. Sous 185℃ -190℃ et 180-200 atm, la première réaction est presque terminée. La formation de carbamate de la première réaction est très exothermique, libérant de la chaleur. La réaction continue immédiatement à être endothermique avec la formation d'urée. La réaction secondaire indésirable montrée est la formation d'un dimère connu sous le nom de biuret, NH2CONHCONH2, résultant de la condensation de l'urée. Ce biuret est un produit gênant qui affecte la croissance de certaines plantes 3.2 Les défis de la production d'urée :  Maximiser la récupération de la chaleur  Minimiser les impuretés 4 | P a g e Figure2. Conversion de l'ammoniac à l'équilibre chimique en fonction de la température Figure 3. Conversion du dioxyde de carbone à l'équilibre chimique en fonction de la température  Réduire au minimum les besoins en énergie  Abaisser les coûts de fonctionnement  Contrôle de la pollution 4 .1 LE PROCÉDÉ DE FABRICATION DE L'URÉE : Étape 1 – Synthèse : Un mélange de CO2 et d'ammoniac comprimé à 240 bar est mis à réagir pour former de l'ammonium Carbamate. Il s'agit d'une réaction exothermique, et la chaleur est récupérée par une chaudière qui produit de la vapeur Le premier réacteur permet de convertir 78 % du dioxyde de carbone en urée et le liquide est ensuite purifié .Le second réacteur reçoit le gaz du premier et recycle la solution. Urea granule Figure 4 - Représentation schématique de la synthèse de l'urée à partir des sections de décomposition et de concentration. La conversion du dioxyde de carbone en urée est environ 60% à une pression de 50 bar. La solution est ensuite purifiée comme pour le liquide du premier réacteur. Étape 2 - Purification Les principales impuretés dans le mélange à ce stade sont l'eau provenant de la réaction de production de l'urée et des réactifs non consommés (ammoniac, dioxyde de carbone et 5 | P a g e CO 2 NH 3 Synthesis Decomposition Concentration Granulation Recovery heat heat cooling H2O H2O urea, excess NH3 carbamate, H2O urea, H2O urea NH3 CO2 carbamate d'ammonium). les réactifs non consommés sont éliminés en trois étapes Premièrement, la pression est réduite de 240 à 17 barg et la solution est chauffée, ce qui provoque la décomposition du carbamate d'ammonium à l'ammoniac et au dioxyde de carbone : NH2COONH4 2NH3 + CO2 En même temps, une partie de l'ammoniac et du dioxyde de carbone s'échappe. La pression est alors réduit à 2,0 bar et enfin à -0,35 bar, avec plus d'ammoniac et de dioxyde de carbone perdu à chaque étape. Lorsque le mélange est à -0,35 bar, une solution d'urée dissoute dans de l'eau et exempte d'autres impuretés reste. À chaque étape, les réactifs non consommés sont absorbés dans une solution d'eau qui est recyclé au réacteur secondaire. L'ammoniac en excès est purifié et utilisé comme matière première pour le réacteur primaire. Étape 3 - Concentration 75% de la solution d'urée est chauffée sous vide, ce qui permet l'évaporation d'une partie de l'eau, l'augmentation de la concentration d'urée de 68% en masse à 80% en masse. À ce stade, des cristaux d'urée se forment également. La solution est ensuite chauffée de 80 à 110 °C pour redissoudre ces cristaux avant l'évaporation. Dans la phase d'évaporation, l'urée fondue (99% m/m) est produite à 140 °C Les 25 % restants de la solution d'urée à 68 % m/m sont traités sous vide à 135°C dans un dispositif d'évaporateur-séparateur à deux séries. Etape 4 - Granulation L'urée est vendue comme engrais sous forme de granulés de 2 à 4 mm de diamètre. Ces granulés sont formés en pulvérisant de l'urée fondue sur des granulés de graines qui sont supportés par un lit d'air. Cela se produit dans un granulateur qui reçoit les gransules de graines à une extrémité et rejette les granules agrandies à l'autre extrémité lorsque l'urée fondue est pulvérisée par des gicleurs. Les granulés secs et froids sont classés selon les écrans. Les granulés trop gros sont broyés et combinés avec des granulés petits pour être utilisés comme graines. Toute la poussière et l'air du granulateur sont évacués par un ventilateur dans un épurateur de poussière, qui élimine l'urée avec une solution aqueuse puis rejette l'air dans l'atmosphère. Le produit final est refroidi à l'air, pesé et acheminé vers un stockage en vrac prêt à la vente. Tableau 3 - Spécifications des granulés d'urée Composant Concentration Azote 46 % minimum en masse Biuret 1,0 % maximum en 6 | P a g e masse Teneur en humidité 0,3 % maximum en masse Taille 90% 2 - 4 mm masse Description du schéma : 1. Pompage de l'ammoniac : L'ammoniac liquide est pompé par une pompe à plusieurs étages qui maintient la pression de réaction dans la cuve verticale en acier inoxydable 2. Compression du dioxyde de carbone : l'usine d'ammoniac stimule directement le dioxyde de carbone provenant de la section de compression, car il se forme facilement dans la section de CO2 de l'usine de production d'ammoniac. 3. Tour uploads/Industriel/ projet-uree.pdf