Uréia

Ureia, também chamada de carbamida (porque é uma diamida do ácido carbônico), é um composto orgânico com fórmula química CO (NH₂)₂. Esta amida possui dois grupos amino (–NH₂) unidos por um grupo funcional carbonila (–C(=O)–). É, portanto, a amida mais simples do ácido carbâmico.

A uréia desempenha um papel importante no metabolismo de compostos contendo nitrogênio pelos animais e é a principal substância contendo nitrogênio na urina dos mamíferos. Ureia é neolatim, do francês urée, do grego antigo οὖρον (oûron) 'urina', ele próprio do proto-indo-europeu *h₂worsom.

É um sólido incolor e inodoro, altamente solúvel em água e praticamente não tóxico (DL50 é de 15 g/kg para ratos). Dissolvido em água, não é ácido nem alcalino. O corpo o utiliza em muitos processos, principalmente na excreção de nitrogênio. O fígado o forma combinando duas moléculas de amônia (NH₃) com um dióxido de carbono (CO₂) molécula no ciclo da uréia. A uréia é amplamente utilizada em fertilizantes como fonte de nitrogênio (N) e é uma importante matéria-prima para a indústria química.

Em 1828, Friedrich Wöhler descobriu que a ureia pode ser produzida a partir de materiais iniciais inorgânicos, o que foi um importante marco conceitual na química. Isto mostrou pela primeira vez que uma substância anteriormente conhecida apenas como um subproduto da vida poderia ser sintetizada em laboratório sem matérias-primas biológicas, contradizendo assim a doutrina amplamente difundida do vitalismo, que afirmava que apenas os organismos vivos poderiam produzir os produtos químicos da vida.

Propriedades

Estrutura molecular e cristalina

A molécula de uréia é plana. Na uréia sólida, o centro de oxigênio está envolvido em duas ligações de hidrogênio N – H – O. A rede de ligações de hidrogênio densa e energeticamente favorável resultante é provavelmente estabelecida ao custo de um empacotamento molecular eficiente: a estrutura é bastante aberta, as fitas formando túneis com seção transversal quadrada. O carbono na ureia é descrito como hibridizado sp2, as ligações CN têm um caráter de ligação dupla significativo e o oxigênio da carbonila é básico em comparação com, digamos, o formaldeído. A alta solubilidade aquosa da uréia reflete sua capacidade de formar extensas ligações de hidrogênio com a água.

Em virtude de sua tendência a formar estruturas porosas, a uréia tem a capacidade de reter muitos compostos orgânicos. Nestes chamados clatratos, o "convidado" as moléculas são mantidas em canais formados por hélices interpenetrantes compostas por moléculas de ureia ligadas por ligações de hidrogênio.

Como as hélices estão interconectadas, todas as hélices em um cristal devem ter a mesma lateralidade molecular. Isto é determinado quando o cristal é nucleado e pode, portanto, ser forçado por semeadura. Os cristais resultantes foram usados para separar misturas racêmicas.

Reações

A uréia é básica. Como tal, é protonado facilmente. É também uma base de Lewis formando complexos do tipo [M(urea)₆]ⁿ⁺.

A uréia reage com ésteres malônicos para formar ácidos barbitúricos.

Decomposição

A uréia fundida se decompõe em cianato de amônio a cerca de 152 °C e em amônia e ácido isociânico acima de 160 °C:

CO (NH₂)₂ → [NH]₄]⁺[OCN]^{- Sim.} → NH₃ + HNCO

Aquecimento acima de 160 °C produz biureto NH₂CONHCONH ₂ e triureto NH₂CONHCONHCONH₂ via reação com ácido isociânico:

CO (NH₂)₂ + HNCO → NH₂CONHUNDO₂

NH₂CONHUNDO₂ + HNCO → NH₂CONHUNHO₂

Em temperaturas mais altas, ele se converte em uma variedade de produtos de condensação, incluindo ácido cianúrico (CNOH)₃, guanidina HNC(NH₂)₂ e melamina.

Em solução aquosa, a uréia se equilibra lentamente com o cianato de amônio. Esta hidrólise cogera ácido isociânico, que pode carbamilar proteínas, em particular o grupo amino N-terminal e o amino da cadeia lateral da lisina e, em menor extensão, as cadeias laterais da arginina e da cisteína. Cada evento de carbamilação acrescenta 43 daltons à massa da proteína, o que pode ser observado na espectrometria de massa de proteínas. Por esse motivo, soluções de ureia pura devem ser preparadas e usadas recentemente, pois soluções envelhecidas podem desenvolver uma concentração significativa de cianato (20 mM em 8 M de ureia). Dissolver a ureia em água ultrapura seguida pela remoção de íons (ou seja, cianato) com uma resina de troca iônica de leito misto e armazenar essa solução a 4°C é um procedimento de preparação recomendado. No entanto, o cianato voltará a atingir níveis significativos dentro de alguns dias. Alternativamente, a adição de cloreto de amônio 25–50 mM a uma solução concentrada de ureia diminui a formação de cianato devido ao efeito do íon comum.

Análise

A uréia é facilmente quantificada por vários métodos diferentes, como o método colorimétrico do diacetil monoxima e a reação de Berthelot (após a conversão inicial da uréia em amônia via urease). Esses métodos são adequados para instrumentação de alto rendimento, como analisadores automatizados de injeção de fluxo e espectrofotômetros de microplacas de 96 poços.

Compostos relacionados

Ureias descreve uma classe de compostos químicos que compartilham o mesmo grupo funcional, um grupo carbonila ligado a dois resíduos de amina orgânica: R¹R²N−C(=O)−NR ³R⁴, onde R¹, R², R³ e R⁴ são hidrogênio (–H), organil ou outros grupos. Exemplos incluem peróxido de carbamida, alantoína e hidantoína. As ureias estão intimamente relacionadas aos biuretos e em estrutura às amidas, carbamatos, carbodiimidas e tiocarbamidas.

Usos

Agricultura

Mais de 90% da produção industrial mundial de uréia é destinada ao uso como fertilizante de liberação de nitrogênio. A uréia tem o maior teor de nitrogênio de todos os fertilizantes nitrogenados sólidos de uso comum. Portanto, possui baixo custo de transporte por unidade de nutriente nitrogênio. A impureza mais comum da uréia sintética é o biureto, que prejudica o crescimento das plantas. A uréia se decompõe no solo para fornecer íons de amônio (NH+4). O amônio é absorvido pela planta através de suas raízes. Em alguns solos, o amônio é oxidado por bactérias para dar nitrato (NO−3), que também é um nutriente vegetal rico em nitrogênio. A perda de compostos azotados para a atmosfera e o escoamento é um desperdício e prejudicial para o ambiente, pelo que a ureia é por vezes modificada para aumentar a eficiência da sua utilização agrícola. As técnicas para produzir fertilizantes de liberação controlada que retardam a liberação de nitrogênio incluem o encapsulamento da uréia em um selante inerte e a conversão da uréia em derivados, como compostos de uréia-formaldeído, que se degradam em amônia em um ritmo que corresponde ao das plantas. necessidades nutricionais.

Resinas

A uréia é matéria-prima para a fabricação de resinas de ureia-formaldeído, utilizadas principalmente em painéis derivados de madeira, como aglomerados, painéis de fibra e compensados.

Explosivos

A uréia pode ser usada para produzir nitrato de uréia, um alto explosivo usado industrialmente e como parte de alguns dispositivos explosivos improvisados.

Sistemas automotivos

A ureia é usada em reações de Redução Seletiva Não Catalítica (SNCR) e Redução Catalítica Seletiva (SCR) para reduzir os poluentes NOx nos gases de escape da combustão de motores a diesel, bicombustível e gás natural de queima pobre. O sistema BlueTec, por exemplo, injeta uma solução de ureia à base de água no sistema de exaustão. Amônia (NH₃) produzida pela primeira vez pela hidrólise da uréia reage com óxidos de nitrogênio (NO_x) e é convertido em gás nitrogênio (N₂) e água dentro do conversor catalítico. A conversão de NO_x nocivo em N₂ é descrito pela seguinte equação global simplificada:

4 NO + 4 NH₃ + O₂ → 4 N₂ + 6 H₂O

Quando a uréia é usada, ocorre uma pré-reação (hidrólise) para primeiro convertê-la em amônia:

CO (NH₂)₂ + H₂O → 2 NH₃ + CO₂

Sendo um sólido altamente solúvel em água (545 g/L a 25 °C), a ureia é muito mais fácil e segura de manusear e armazenar do que a amônia, mais irritante, cáustica e perigosa ( NH₃), portanto é o reagente de escolha. Caminhões e carros que utilizam esses conversores catalíticos precisam transportar um suprimento de fluido de escapamento de diesel, também vendido como AdBlue, uma solução de uréia em água.

Usos em laboratório

A uréia em concentrações de até 10 M é um poderoso desnaturante de proteínas, pois rompe as ligações não covalentes nas proteínas. Esta propriedade pode ser explorada para aumentar a solubilidade de algumas proteínas. Uma mistura de uréia e cloreto de colina é usada como solvente eutético profundo (DES), uma substância semelhante ao líquido iônico. Quando usada em um solvente eutético profundo, a uréia desnatura gradualmente as proteínas que são solubilizadas.

A ureia pode, em princípio, servir como fonte de hidrogénio para posterior geração de energia em células de combustível. A uréia presente na urina/águas residuais pode ser usada diretamente (embora as bactérias normalmente degradem rapidamente a uréia). A produção de hidrogênio por eletrólise da solução de ureia ocorre em uma voltagem mais baixa (0,37 V) e, portanto, consome menos energia do que a eletrólise da água (1,2 V).

A uréia em concentrações de até 8 M pode ser usada para tornar o tecido cerebral fixo transparente à luz visível, preservando ao mesmo tempo os sinais fluorescentes das células marcadas. Isso permite imagens muito mais profundas dos processos neuronais do que as obtidas anteriormente usando microscópios confocal convencionais de um ou dois fótons.

Uso médico

Cremes contendo uréia são usados como produtos dermatológicos tópicos para promover a reidratação da pele. A Ureia 40% é indicada para psoríase, xerose, onicomicose, ictiose, eczema, ceratose, ceratodermia, calosidades e calosidades. Se coberto por um curativo oclusivo, preparações de ureia a 40% também podem ser usadas para desbridamento não cirúrgico das unhas. Ureia 40% "dissolve a matriz intercelular" da lâmina ungueal. Somente unhas doentes ou distróficas são removidas, pois não há efeito nas porções saudáveis da unha. Este medicamento (como peróxido de carbamida) também é usado como auxiliar de remoção de cera.

A uréia também foi estudada como diurético. Foi usada pela primeira vez pelo Dr. W. Friedrich em 1892. Em um estudo de 2010 com pacientes de UTI, a uréia foi usada para tratar a hiponatremia euvolêmica e foi considerada segura, barata e simples.

Tal como o soro fisiológico, a ureia tem sido injectada no útero para induzir o aborto, embora este método já não seja amplamente utilizado.

O teste de nitrogênio ureico no sangue (BUN) é uma medida da quantidade de nitrogênio no sangue proveniente da uréia. É usado como marcador da função renal, embora seja inferior a outros marcadores, como a creatinina, porque os níveis de uréia no sangue são influenciados por outros fatores, como dieta, desidratação e função hepática.

A ureia também foi estudada como excipiente na formulação de revestimento de balão revestido com medicamento (DCB) para melhorar a administração local do medicamento aos vasos sanguíneos estenóticos. Verificou-se que a ureia, quando usada como excipiente em pequenas doses (~3 μg/mm²) para revestir a superfície do DCB, forma cristais que aumentam a transferência do medicamento sem efeitos tóxicos adversos nas células endoteliais vasculares.

A uréia marcada com carbono-14 ou carbono-13 é usada no teste respiratório da uréia, que é usado para detectar a presença da bactéria Helicobacter pylori (H. pylori) no estômago e duodeno de humanos, associada a úlceras pépticas. O teste detecta a enzima urease característica, produzida pelo H. pylori, por uma reação que produz amônia a partir da uréia. Isso aumenta o pH (reduz a acidez) do ambiente estomacal ao redor das bactérias. Espécies de bactérias semelhantes a H. pylori pode ser identificada pelo mesmo teste em animais como macacos, cães e gatos (incluindo grandes felinos).

Usos diversos

• Um ingrediente no fluido de escape diesel (DEF), que é 32,5% de ureia e 67,5% de água deionizada. DEF é pulverizado no fluxo de exaustão de veículos diesel para quebrar perigoso Não._x emissões em nitrogênio inofensivo e água.
• Um componente da alimentação animal, fornecendo uma fonte relativamente barata de nitrogênio para promover o crescimento
• Uma alternativa não corroída ao sal de rocha para a desidratação da estrada. É muitas vezes o principal ingrediente de substitutos de sal amigáveis para animais de estimação, embora seja menos eficaz do que o sal de rocha tradicional ou cloreto de cálcio.
• Um ingrediente principal em removedores de cabelo, como Nair e Veet
• Um agente de browning em pretzels produzidos em fábrica
• Um ingrediente em alguns cremes de pele, hidratantes, condicionadores de cabelo e xampus
• Um agente semeador de nuvens, juntamente com outros sais
• Um agente à prova de chamas, comumente usado em cargas de extintor de fogo químico seco, como a mistura de bicarbonato de ureia-potassium
• Um ingrediente em muitos produtos de clareamento de dentes
• Um ingrediente no sabão de prato
• Juntamente com o fosfato de diamônio, como um nutriente de levedura, para a fermentação de açúcares em etanol
• Um nutriente usado por plâncton em experimentos de nutrição oceânica para fins geoengenharia
• Como um aditivo para estender a temperatura de trabalho e tempo aberto de esconder a cola
• Como um aditivo de aumento de solubilidade e retenção de umidade para tinturar banhos para tingimento ou impressão têxtil
• Como oscilador paramétrico óptico em óptica não linear

Fisiologia

Os aminoácidos dos alimentos ingeridos que são utilizados para a síntese de proteínas e outras substâncias biológicas - ou produzidos a partir do catabolismo das proteínas musculares - são oxidados pelo corpo como fonte alternativa de energia, produzindo ureia e dióxido de carbono. A via de oxidação começa com a remoção do grupo amino por uma transaminase; o grupo amino é então alimentado no ciclo da ureia. O primeiro passo na conversão de aminoácidos de proteínas em resíduos metabólicos no fígado é a remoção do nitrogênio alfa-amino, que resulta em amônia. Como a amônia é tóxica, ela é excretada imediatamente pelos peixes, convertida em ácido úrico pelas aves e convertida em uréia pelos mamíferos.

A amônia (NH₃) é um subproduto comum do metabolismo de compostos nitrogenados. A amônia é menor, mais volátil e mais móvel que a uréia. Se acumulasse, a amônia aumentaria o pH das células a níveis tóxicos. Portanto, muitos organismos convertem amônia em uréia, embora esta síntese tenha um custo energético líquido. Sendo praticamente neutra e altamente solúvel em água, a ureia é um veículo seguro para o corpo transportar e excretar o excesso de nitrogênio.

A uréia é sintetizada no corpo de muitos organismos como parte do ciclo da uréia, seja pela oxidação de aminoácidos ou pela amônia. Neste ciclo, grupos amino doados por amônia e L-aspartato são convertidos em uréia, enquanto L-ornitina, citrulina, L-argininosuccinate e L-arginina atuam como intermediários. A produção de uréia ocorre no fígado e é regulada pelo N-acetilglutamato. A uréia é então dissolvida no sangue (na faixa de referência de 2,5 a 6,7 mmol/L) e posteriormente transportada e excretada pelo rim como um componente da urina. Além disso, uma pequena quantidade de uréia é excretada (junto com cloreto de sódio e água) no suor.

Na água, os grupos amina sofrem deslocamento lento pelas moléculas de água, produzindo amônia, íon amônio e íon bicarbonato. Por esse motivo, a urina velha e estragada tem um odor mais forte do que a urina fresca.

Humanos

A ciclagem e excreção da uréia pelos rins é uma parte vital do metabolismo dos mamíferos. Além de seu papel como transportador de nitrogênio residual, a ureia também desempenha um papel no sistema de troca contracorrente dos néfrons, que permite a reabsorção de água e íons críticos da urina excretada. A uréia é reabsorvida nos ductos coletores medulares internos dos néfrons, aumentando assim a osmolaridade no interstício medular que circunda o fino ramo descendente da alça de Henle, o que faz com que a água seja reabsorvida.

Pela ação do transportador de uréia 2, parte dessa uréia reabsorvida eventualmente flui de volta para o fino ramo descendente do túbulo, através dos dutos coletores e para a urina excretada. O corpo utiliza esse mecanismo, que é controlado pelo hormônio antidiurético, para criar urina hiperosmótica – ou seja, urina com maior concentração de substâncias dissolvidas do que o plasma sanguíneo. Este mecanismo é importante para prevenir a perda de água, manter a pressão arterial e manter uma concentração adequada de íons sódio no plasma sanguíneo.

O teor equivalente de nitrogênio (em gramas) de uréia (em mmol) pode ser estimado pelo fator de conversão 0,028 g/mmol. Além disso, 1 grama de nitrogênio equivale aproximadamente a 6,25 gramas de proteína, e 1 grama de proteína equivale aproximadamente a 5 gramas de tecido muscular. Em situações como perda muscular, 1 mmol de uréia excessiva na urina (conforme medido pelo volume de urina em litros multiplicado pela concentração de uréia em mmol/L) corresponde aproximadamente a uma perda muscular de 0,67 grama.

Outras espécies

Nos organismos aquáticos, a forma mais comum de resíduos de nitrogênio é a amônia, enquanto os organismos terrestres convertem a amônia tóxica em uréia ou ácido úrico. A uréia é encontrada na urina de mamíferos e anfíbios, bem como em alguns peixes. Aves e répteis saurianos têm uma forma diferente de metabolismo do nitrogênio que requer menos água e leva à excreção de nitrogênio na forma de ácido úrico. Os girinos excretam amônia, mas passam a produzir uréia durante a metamorfose. Apesar da generalização acima, a via da ureia foi documentada não apenas em mamíferos e anfíbios, mas também em muitos outros organismos, incluindo aves, invertebrados, insectos, plantas, leveduras, fungos e até microorganismos.

Efeitos adversos

A uréia pode ser irritante para a pele, os olhos e o trato respiratório. O contato repetido ou prolongado com uréia na forma de fertilizante na pele pode causar dermatite.

Altas concentrações no sangue podem ser prejudiciais. A ingestão de baixas concentrações de uréia, como as encontradas na urina humana típica, não é perigosa com a ingestão adicional de água dentro de um período de tempo razoável. Muitos animais (por exemplo, camelos, roedores ou cães) têm uma urina muito mais concentrada que pode conter uma quantidade de ureia superior à da urina humana normal.

A uréia pode fazer com que a proliferação de algas produza toxinas, e sua presença no escoamento de terras fertilizadas pode desempenhar um papel no aumento da proliferação tóxica.

A substância se decompõe quando aquecida acima do ponto de fusão, produzindo gases tóxicos, e reage violentamente com oxidantes fortes, nitritos, cloretos inorgânicos, cloritos e percloratos, causando incêndio e explosão.

Histórico

A ureia foi descoberta pela primeira vez na urina em 1727 pelo cientista holandês Herman Boerhaave, embora esta descoberta seja frequentemente atribuída ao químico francês Hilaire Rouelle, bem como a William Cruickshank.

Boerhaave usou as seguintes etapas para isolar a uréia:

1. Calor de água, resultando em uma substância semelhante ao creme fresco
2. Papel de filtro usado para espremer o líquido restante
3. Esperava um ano para sólido para formar sob um líquido oleoso
4. Removeu o líquido oleoso
5. Dissolvido o sólido em água
6. Recristalização usada para provocar a ureia

Em 1828, o químico alemão Friedrich Wöhler obteve uréia artificialmente tratando cianato de prata com cloreto de amônio.

AgNCO + [NH₄Cl → CO(NH)₂)₂ + AgCl

Esta foi a primeira vez que um composto orgânico foi sintetizado artificialmente a partir de materiais iniciais inorgânicos, sem o envolvimento de organismos vivos. Os resultados desta experiência desacreditaram implicitamente o vitalismo, a teoria de que os produtos químicos dos organismos vivos são fundamentalmente diferentes daqueles da matéria inanimada. Essa percepção foi importante para o desenvolvimento da química orgânica. Sua descoberta levou Wöhler a escrever triunfantemente a Jöns Jakob Berzelius:

"Devo dizer-lhe que posso fazer ureia sem o uso de rins, seja homem ou cão. Cianato de amônio é ureia."

Na verdade, a segunda frase dele estava incorreta. Cianato de amônio [NH₄]⁺[OCN ]⁻ e ureia CO(NH₂)₂ são dois produtos químicos diferentes com a mesma fórmula empírica CON₂H₄, que estão em equilíbrio químico, favorecendo fortemente a uréia sob condições padrão. Apesar disso, com sua descoberta, Wöhler garantiu um lugar entre os pioneiros da química orgânica.

Preparação histórica

A ureia foi notada pela primeira vez por Herman Boerhaave no início do século XVIII a partir de evaporações de urina. Em 1773, Hilaire Rouelle obteve cristais contendo uréia da urina humana, evaporando-a e tratando-a com álcool em sucessivas filtrações. Este método foi auxiliado pela descoberta de Carl Wilhelm Scheele de que a urina tratada com ácido nítrico concentrado precipitava cristais. Antoine François, conde de Fourcroy e Louis Nicolas Vauquelin descobriram em 1799 que os cristais nitrados eram idênticos à substância de Rouelle e inventaram o termo “uréia”. Berzelius fez novas melhorias na sua purificação e finalmente William Prout, em 1817, conseguiu obter e determinar a composição química da substância pura. No procedimento evoluído, a uréia foi precipitada como nitrato de uréia pela adição de ácido nítrico forte à urina. Para purificar os cristais resultantes, eles foram dissolvidos em água fervente com carvão e filtrados. Após o resfriamento, formam-se cristais puros de nitrato de ureia. Para reconstituir a uréia a partir do nitrato, os cristais são dissolvidos em água morna e adicionado carbonato de bário. A água é então evaporada e é adicionado álcool anidro para extrair a uréia. Esta solução é drenada e evaporada, deixando uréia pura.

Preparação de laboratório

As ureias no sentido mais geral podem ser obtidas em laboratório pela reação do fosgênio com aminas primárias ou secundárias:

COCl₂ + 4 RNH₂ → (RNH)₂CO + 2 [RNH₃]⁺Cl^{- Sim.}

Essas reações ocorrem através de um intermediário isocianato. As ureias não simétricas podem ser obtidas pela reação de aminas primárias ou secundárias com um isocianato.

A uréia também pode ser produzida aquecendo o cianato de amônio a 60 °C.

Não.₄]⁺[OCN]^{- Sim.} → (NH₂)₂CO

Produção industrial

Em 2020, a capacidade de produção mundial era de aproximadamente 180 milhões de toneladas.

Para uso na indústria, a uréia é produzida a partir de amônia sintética e dióxido de carbono. Como grandes quantidades de dióxido de carbono são produzidas durante o processo de fabricação de amônia como subproduto da queima de hidrocarbonetos para gerar calor (predominantemente gás natural e, menos frequentemente, derivados de petróleo ou carvão), as plantas de produção de ureia estão quase sempre localizadas adjacentes ao local onde a amônia é produzida. é fabricado.

Síntese

O processo básico, patenteado em 1922, é chamado de processo de ureia Bosch-Meiser em homenagem aos seus descobridores Carl Bosch e Wilhelm Meiser. O processo consiste em duas reações principais de equilíbrio, com conversão incompleta dos reagentes. A primeira é a formação de carbamato: a rápida reação exotérmica da amônia líquida com dióxido de carbono gasoso (CO₂) em alta temperatura e pressão para formar carbamato de amônio ([NH₄]⁺[NH₂COO]^−</sup ):

2 NH₃ + CO₂ Não.₄]⁺Não.₂COO!^{- Sim.}(em inglês)H. H. H. = −117 kJ/mol a 110 atm e 160 °C)

A segunda é a conversão de uréia: a decomposição endotérmica mais lenta do carbamato de amônio em uréia e água:

Não.₄]⁺Não.₂COO!^{- Sim.} O que é isto?₂)₂ + H₂O(em inglês)H. H. H. = +15.5 kJ/mol a 160–180 °C)

A conversão geral de NH₃ e CO₂ à uréia é exotérmica, com o calor da reação da primeira reação impulsionando a segunda. As condições que favorecem a formação de uréia (alta temperatura) afetam desfavoravelmente o equilíbrio de formação de carbamato. As condições do processo são um compromisso: o efeito negativo na primeira reação da alta temperatura (cerca de 190 °C) necessária para a segunda é compensado pela condução do processo sob alta pressão (140-175 bar), o que favorece a primeira reação. Embora seja necessário comprimir o dióxido de carbono gasoso a esta pressão, a amônia está disponível na planta de produção de amônia na forma líquida, que pode ser bombeada para o sistema de forma muito mais econômica. Para permitir que o lento tempo de reação de formação de ureia atinja o equilíbrio, é necessário um grande espaço de reação, de modo que o reator de síntese em uma grande planta de ureia tende a ser um enorme vaso de pressão.

Reciclagem de reagentes

Como a conversão da ureia é incompleta, a ureia deve ser separada dos reagentes não convertidos, incluindo o carbamato de amônio. Vários processos comerciais de ureia são caracterizados pelas condições sob as quais a ureia se forma e pela forma como os reagentes não convertidos são posteriormente processados.

Processos de reciclagem convencionais

No início da operação "direta" Nas plantas de ureia, a recuperação dos reagentes (o primeiro passo na “reciclagem”) foi feita diminuindo a pressão do sistema até a pressão atmosférica para permitir que o carbamato se decompusesse novamente em amônia e dióxido de carbono. Originalmente, porque não era económico recomprimir o amoníaco e o dióxido de carbono para reciclagem, pelo menos o amoníaco seria utilizado para o fabrico de outros produtos, como o nitrato de amónio ou o sulfato de amónio, e o dióxido de carbono era geralmente desperdiçado. Esquemas de processo posteriores tornaram prática a reciclagem de amônia e dióxido de carbono não utilizados. Isto foi conseguido pelo “processo de reciclagem total”, desenvolvido nas décadas de 1940 a 1960 e agora chamado de “processo de reciclagem convencional”. Ele prossegue despressurizando a solução de reação em estágios (primeiro para 18–25 bar e depois para 2–5 bar) e passando-a em cada estágio através de um decompositor de carbamato aquecido a vapor, recombinando então o carbono resultante. dióxido de carbono e amônia em um condensador de carbamato de filme descendente e bombeamento da solução de carbamato de volta para o vaso de reação de ureia.

Processo de reciclagem de remoção

O "processo de reciclagem convencional" para recuperar e reutilizar os reagentes foi amplamente suplantado por um processo de remoção, desenvolvido no início dos anos 1960 pela Stamicarbon na Holanda, que opera na pressão total do vaso de reação ou próximo a ela. Reduz a complexidade do esquema de reciclagem em múltiplos estágios e reduz a quantidade de água reciclada na solução de carbamato, o que tem um efeito adverso no equilíbrio da reação de conversão da ureia e, portanto, na eficiência geral da planta. Efetivamente, todas as novas plantas de ureia usam um decapante, e muitas plantas de reciclagem total de ureia foram convertidas para um processo de decapagem.

Nos processos de reciclagem convencionais, a decomposição do carbamato é promovida pela redução da pressão geral, o que reduz a pressão parcial da amônia e do dióxido de carbono, permitindo que esses gases sejam separados da solução do produto de ureia. O processo de remoção atinge um efeito semelhante sem diminuir a pressão global, suprimindo a pressão parcial de apenas um dos reagentes para promover a decomposição do carbamato. Em vez de alimentar o gás dióxido de carbono diretamente ao reator de síntese de ureia com a amônia, como no processo convencional, o processo de extração primeiro encaminha o dióxido de carbono através do extrator. O stripper é um decompositor de carbamato que fornece uma grande quantidade de contato gás-líquido. Isto elimina a amônia livre, reduzindo sua pressão parcial sobre a superfície do líquido e transportando-a diretamente para um condensador de carbamato (também sob pressão total do sistema). A partir daí, o licor de carbamato de amônio reconstituído é passado para o reator de produção de uréia. Isso elimina o estágio de média pressão do processo de reciclagem convencional.

Reações colaterais

As três principais reações colaterais que produzem impurezas têm em comum o fato de decomporem a uréia.

A uréia é hidrolisada novamente em carbamato de amônio nos estágios mais quentes da planta de síntese, especialmente no stripper, portanto, os tempos de residência nesses estágios são projetados para serem curtos.

O biureto é formado quando duas moléculas de uréia se combinam com a perda de uma molécula de amônia.

2 NH₂CONH₂ → NH₂CONHUNDO₂ + NH₃

Normalmente esta reação é suprimida no reator de síntese mantendo um excesso de amônia, mas após o stripper ocorre até que a temperatura seja reduzida. O biureto é indesejável no fertilizante de ureia porque é tóxico para as plantas cultivadas em vários graus, mas às vezes é desejável como fonte de nitrogênio quando usado na alimentação animal.

Ácido isociânico HNCO e amônia NH₃ resultam da decomposição térmica do cianato de amônio [NH₄]⁺[OCN]⁻, que está em equilíbrio químico com a uréia:

CO (NH₂)₂ → [NH]₄]⁺[OCN]^{- Sim.} → HNCO + NH₃

Esta decomposição é pior quando a solução de ureia é aquecida a baixa pressão, o que acontece quando a solução é concentrada para granulação ou granulação (veja abaixo). Os produtos da reação volatilizam principalmente nos vapores superiores e recombinam-se quando estes se condensam para formar novamente ureia, o que contamina o condensado do processo.

Corrosão

As soluções de carbamato de amônio são altamente corrosivas para materiais de construção metálicos – até mesmo para formas resistentes de aço inoxidável – especialmente nas partes mais quentes da planta de síntese, como o stripper. Historicamente, a corrosão tem sido minimizada (embora não eliminada) pela injeção contínua de uma pequena quantidade de oxigênio (como ar) na planta para estabelecer e manter uma camada passiva de óxido nas superfícies expostas de aço inoxidável. Materiais altamente resistentes à corrosão foram introduzidos para reduzir a necessidade de oxigênio de passivação, como aços inoxidáveis duplex especializados na década de 1990 e tubos de zircônio ou titânio revestido de zircônio na década de 2000.

Finalização

A uréia pode ser produzida em formas sólidas (grânulos, grânulos, pellets ou cristais) ou como soluções.

Formas sólidas

Para seu uso principal como fertilizante, a ureia é comercializada principalmente na forma sólida, na forma de esferas ou grânulos. Prills são gotículas solidificadas, cuja produção antecede processos satisfatórios de granulação de ureia. Os grânulos podem ser produzidos de forma mais barata que os grânulos, mas o tamanho limitado dos grânulos (até cerca de 2,1 mm de diâmetro), sua baixa resistência ao esmagamento e a aglomeração ou esmagamento dos grânulos durante o armazenamento e manuseio a granel os tornam inferiores aos grânulos. Os grânulos são produzidos por acreção em partículas de sementes de ureia por pulverização de ureia líquida em uma sucessão de camadas. O formaldeído é adicionado durante a produção de grânulos e grânulos para aumentar a resistência ao esmagamento e suprimir a aglomeração. Outras técnicas de modelagem, como a pastilização (deposição de gotículas de líquido de tamanho uniforme em uma esteira transportadora de resfriamento), também são utilizadas.

Formas líquidas

Soluções de uréia e nitrato de amônio em água (UAN) são comumente usadas como fertilizante líquido. Em mistura, a solubilidade combinada do nitrato de amônio e da ureia é tão maior do que a de qualquer um dos componentes isoladamente que dá uma solução estável com um teor total de nitrogênio (32%) próximo ao do nitrato de amônio sólido (33,5%), embora não, claro, o da própria uréia (46%). UAN permite o uso de nitrato de amônio sem risco de explosão. Na UAN é responsável por 80% dos fertilizantes líquidos nos EUA.