Đề cương bài giảng công nghệ phân bón

CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ PHÂN BÓN 1.1 Vai trò phân loại phân khoáng 1.1.1 Phân khoáng vai trò trồng 1.1.2 Phân loại 1.1.2.1 Phân loại theo nguồn gốc phân bón 1.1.2.2 Phân loại theo chất dinh dưỡng 1.1.2.3 Tính chất yêu cầu phân khoáng 1.2 Các trình chủ yếu sản xuất phân khoáng 1.2.1 Quá trình chế biến nhiệt 1.2.1.1 Các dạng nung sản xuất phân lân 1.2.1.2 Bản chất trình nung hỗn hợp rắn 1.2.2.3 Động học trình nung 10 1.2.2 Quá trình phản ứng hoá học 11 1.2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ trình phản ứng hoá học 11 1.2.2.2 Quá trình tách tan kết tinh 12 1.2.3 Quá trình kết tinh, kết tủa, kết khối 14 1.2.3.1 Quá trình kết tinh 14 1.2.3.2 Một số phương pháp kết tinh 16 1.2.3.3 Quá trình kết tủa 17 1.2.3.4 Quá trình kết khối 17 CHƯƠNG 20 MỘT SỐ HỢP CHẤT PHỐT PHO VÀ AXIT PHOTPHORIC 20 2.1 Phốt hợp chất phốt 20 2.1.1 phốt 20 2.1.2 Anhyđrit photphoric P2O5 20 2.1.3 Axit photphoric 21 2.2 Nguyên liệu sản xuất phốt axit photphoric 22 2.2.1 Apatit 22 2.2.2 Photphorit 23 2.2.3 Các muối axit photphoric 23 2.3 Ứng dụng phốt muối phốt phát 24 2.3.1 Ứng dụng phốt 24 2.3.2 Ứng dụng muối phốt phát 24 2.4 Chế tạo axit photphoric phương pháp nhiệt 24 2.4.1 Sản xuất axit photphoric phương pháp nhiệt 24 2.4.2 Nguyên lý sản xuất axit photphoric nhiệt 25 2.4.3 Giới thiệu số sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric phương pháp nhiệt 25 2.5 Chế tạo axit photphoric phương pháp hòa tách (phương pháp trích ly) 27 2.5.1 Cơ sở phương pháp hòa tách quặng phốt phát axit 27 2.5.2 Độ phân hủy phốt phát hòa tách axit photphoric axit sunfuric 29 2.5.3 Quá trình kết tinh CaSO4 30 2.5.3.1 Độ tan dạng canxi sunfat 30 2.5.3.2 Ảnh hưởng nồng độ axit phôtphoric nhiệt độ đến trình chuyển hoá tinh thể canxi sunfat 30 2.5.3.3 Ảnh hưởng tạp chất đến trình kết tinh 32 2.5.4 Công nghệ sản xuất axit photphoric phương pháp trích ly 32 2.5.5 Giới thiệu số sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric H3PO4 37 2.5.5.1 Sơ đồ sản xuất axit photphoric phương pháp ướt 37 2.5.5.2 Sơ đồ dây chuyền sản xuất axit photphoric phương pháp trích ly không tuần hoàn 38 2.5.5.3 Sơ đồ sản xuất axit photphoric trích ly không lọc 39 2.5.5.4 Sơ đồ sản xuất axit photphoric theo nguyên lý chung 41 CHƯƠNG 42 SẢN XUẤT PHÂN LÂN 42 3.1 Phương pháp axit sản xuất supe phốt phát 42 3.1.1 Đặc điểm supe phốt phát đơn 42 3.1.2 Nguyên liệu sản xuất supe phốt phát 43 3.2 Cơ sở hoá lý trình sản xuất supe phốt phát 43 3.3 Sơ đồ sản xuất supe phốt phát đơn thiết bị chủ yếu 46 3.3.1 Yêu cầu quặng apatit 46 3.3.2 Axit sunfuric 46 3.3.3 Phân giải quặng phốt phát H2SO4 thiết bị phản ứng 46 3.3.4 Giai đoạn phản ứng yếu tố ảnh hưởng 47 3.3.4.1 Lượng axit H2SO4 tiêu chuẩn 47 3.3.4.2.Nồng độ axit H2SO4 48 3.3.4.3 Nhiệt độ axit 50 3.3.4.4 Thời gian lưu lại bùn hỗn hợp 50 3.3.5 Giai đoạn phản ứng chế tạo supe phốt phát 52 3.3.6 Tính toán trình chế tạo supe 54 3.3.7 Độ hút ẩm trung hòa sản phẩm 58 3.3.8 Tạo hạt supe phốt phát đơn – ưu điểm supe phốt phát hạt 60 3.3.9 Sự thoát khí có chứa flo trình sản xuất supe 60 3.3.10 Hấp thụ khí flo chế tạo sản phẩm phụ 61 3.3.11 Sản xuất Na2SiF6 62 3.4 Dây chuyền công nghệ sản xuất supe phốt phát đơn 62 3.4.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 62 3.4.2 Một số thiết bị dây chuyền công nghệ sản xuất supe phốt phát đơn 65 3.4.2.1 Công đoạn sấy nghiền sơ apatit 65 3.4.2.2 Công đoạn phản ứng 67 3.4.2.3 Xử lý khí thải 70 3.5 Sản xuất supe phốt phát “kép’’ 72 3.5.1 Đặc điểm supe phốt phát “kép” 72 3.5.2 Cơ sở hóa lý trình sản xuất 72 3.5.2.1 Các phản ứng 72 3.5.2.2 Tốc độ hòa tan quặng phốt phát 73 3.5.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất supe phốt phát kép 75 3.5.3.1 Sơ đồ công nghệ chế tạo supe phốt phát kép (quá trình ướt) 75 3.5.3.2 Chế tạo supe phốtphát kép trình khô với axit photphoric đậm đặc 76 3.5.3.3 Sơ đồ công nghệ chế tạo supe phốt phát kép giai đoạn qúa trình ướt 77 3.6 Sản xuất phân lân phương pháp nhiệt 78 3.6.1 Sản xuất phốt phát kiềm theo phương pháp nhiệt 78 3.6.2 Công nghệ sản xuất phân lân nung chảy khử Flo 79 3.6.2.1 Nguyên lý trình sản xuất 79 3.6.2.2 Sự hình thành phân lân nung chảy 80 3.6.2.3 Quá trình hóa lý xảy lò cao 83 3.6.2.4 Sơ đồ nguyên lý sản xuất phân lân nung chảy 85 CHƯƠNG 87 SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM 87 4.1 Giới thiệu chung 87 4.2 Amoni sunfat 87 4.2.1 Tính chất amoni sunfat 87 4.2.2 Cơ sở hóa lý trình sản xuất amoni sunfat (NH4)2SO4 88 4.2.3 Một số quy trình công nghệ sản suất amoni sunfat 88 4.2.3.1 Phương pháp ướt 88 4.2.3.2 Phương pháp khô 89 4.2.3.3 Sản xuất (NH4)2SO4 phương pháp khác 90 4.3 Ure (cacbamat) 91 4.3.1 Các tính chất ure 91 4.3.1.1.Tác dụng nhiệt 91 4.3.1.2 Độ tan ure dung môi 91 4.3.1.3.Tác dụng với axit 91 4.3.1.4 Tác dụng với muối khác 92 4.3.2 Nguyên liệu để sản xuất ure 92 4.3.2.1 Amoniac 92 4.3.2.2 Nguyên liệu CO2 93 4.3.3 Cơ sở hoá lý trình tổng hợp ure 94 4.3.3.1 Cơ chế phản ứng 94 4.3.3.2 Động học phản ứng 94 4.3.3.3 Ảnh hưởng điều kiện công nghệ tới hiệu suất tạo ure 100 4.3.3.4 Vai trò tỷ lệ thành phần NH3/CO2 103 4.3.3.5 Vai trò tốc độ dòng liệu vào tháp 106 4.3.4 Cân phản ứng tổng hợp ure 109 4.3.4.1 Cân pha hệ NH3 – NH2CONH3 – NH2CONH4 109 4.3.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân phản ứng tổng hợp ure 113 4.3.5 Sơ đồ công nghệ tổng hợp ure không tuần hoàn 115 4.3.5.1 Sơ đồ công nghệ tổng hợp ure không tuần hoàn không phản ứng 117 4.3.5.2 Sơ đồ tuần hoàn khí nóng 118 4.3.5.3 Sơ đồ tuần hoàn toàn dạng lỏng 121 4.3.6 Một số thiết bị chủ yếu sản xuất ure 130 CHƯƠNG 133 PHÂN BÓN PHỨC HỢP VÀ HỖN HỢP 133 5.1 Phân bón phức hợp 133 5.1.1 Giới thiệu chung 133 5.1.1.1 Tính chất muối amôni axit photphoric 133 5.1.1.2 Ứng dụng 133 5.1.2 Nguyên liệu sản xuất phân phức hợp 134 5.1.2.1 Amoniac 134 5.1.2.2 Axit photphoric 136 5.1.3 Công nghệ sản xuất amophot 136 5.2 Sản xuất phân bón kết hợp NPK 141 5.2.1 Phối liệu phân NPK 141 5.2.2 Công nghệ sản xuất phân hỗn hợp NPK 143 5.3 Phân bón vi lượng 146 5.3.1 Vai trò nguyên tố vi lượng với trồng 146 5.3.2 Sử dụng nguyên tố vi lượng vào phân bón 148 5.3.3 Sơ đồ công nghệ chế tạo phân vi lượng 150 CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ PHÂN BÓN 1.1 Vai trò phân loại phân khoáng 1.1.1 Phân khoáng vai trò trồng Thành phần chủ yếu thực vật gồm: O, C, H, N, S, P, K, Mg, Ca, Na, Fe, Mn, I … Chúng lấy nguồn dinh dưỡng số nguyên tố: oxy, nitơ, sắt, canxi, magiê, đồng, mangan số hợp chất CO2, H2O từ đất, nước không khí Trong đất không khí nguyên tố dinh dưỡng K, N, P nguyên tố có giá trị lớn phát triển thực vật, cần bổ sung vào đất nguyên tố N, P, K để cung cấp dinh dưỡng cho trồng Nguồn bổ sung nguyên tố N, P, K phân bón hoá học có chứa hợp chất N, P, K để tăng khả chịu đựng biến đổi thời tiết trồng; tăng suất, chất lượng sản lượng sản phẩm trồng tạo Chúng ta biết sản lượng trồng tăng tiêu thụ nhiều chất dinh dưỡng đất, cần phải bón thêm phân khoáng để thoả mãn nhu cầu trồng Sử dụng phân khoáng yêu cầu cách làm tăng số lượng chất lượng sản phẩm trồng Do vậy, sản lượng lương thực thực phẩm tăng đòi hỏi phải tăng sản lượng loại phân bón hoá học Ví dụ: Lượng phân bón cho đất phụ thuộc vào loại phân trồng, dao động khoảng sau: N: từ 30 - 120 kg, P2O5 từ 45 – 120 kg, K2O từ 100 – 200 kg 1.1.2 Phân loại 1.1.2.1 Phân loại theo nguồn gốc phân bón Có thể chia làm loại: Phân hữu phân vô hay phân bón hoá học (phân khoáng) Phân khoáng loại phân bón cung cấp trực tiếp cho trồng hợp chất chứa nguyên tố dinh dưỡng N, P, K trồng Trong phân khoáng lại chia loại hợp chất chứa đạm, chứa lân, chứa kali, phân vi lượng Phân hữu chất hữu bã thải hữu loại phân chuồng, phân xanh… 1.1.2.2 Phân loại theo chất dinh dưỡng Có thể chia theo loại phân đơn phân kép Phân đơn chứa nguyên tố dinh dưỡng dạng hợp chất Ví dụ: Đạm, Ure, Supe phốt phát Phân kép loại phân bón chứa vài nguyên tố dinh dưỡng khác dạng phức hợp phản ứng hoá học tạo hay trộn lẫn vài loại phân NH4H2PO4; Monoamoni phốt phát (MAP), CO(NH2)2 – ure, (NH4)2HPO4 Điamoni phốt phát (DAP) Phân vi lượng: Trong phân vi lượng có chứa nguyên tố kích thích phát triển trồng Phân vi lượng loại phân bón mà thực vật yêu cầu lượng nhỏ nhằm kích thích phát triển thực vật Phân vi lượng đưa vào bón cho trồng dạng muối có chứa nguyên tố B, Mn, Cu, Zn, Mo, Fe… Ví dụ: Bón vào đất 0.5 kg B/ha làm tăng sản lượng lên tới 30% Một lượng nhỏ Mn tăng sản lượng ngô lên 20 – 30 % Khi đưa phân bón vô vào đất làm ảnh hưởng đến tính chất lý hoá sinh hoá Một yếu tố quan trọng làm biến đổi pH đất Ví dụ: Khi bón vào đất loại phân bón có tính axit như: Ca(H2PO4)2.H20 phân lân sản xuất phương pháp nhiệt có tính kiềm làm thay đổi pH đất Tuy nhiên việc sử dụng cation anion phân bón hoá học thực vật không giống sau thời gian có thay đổi pH đất Vì vậy, nhìn vào đặc trưng hoá học phân bón chưa đủ mà phải phân biệt theo tính chất sinh lý mức độ sử dụng anion cation thực vật Do chia loại phân bón mang tính axit, phân bón mang tính chất kiềm để bón vào đất 1.1.2.3 Tính chất yêu cầu phân khoáng Tính chất tan phân bón sử dụng: Để đánh giá tính tan phân bón dùng dung môi nước nước chứa axit hữu yếu hiệu phân bón thực vật phụ thuộc vào độ tan bón vào đất khả tiêu hoá trồng Đối với phân lân tuỳ theo mức độ tan người ta chia loại hoà tan xitrat amon loại hoà tan nước Còn phân đạm, phân kali hoà tan nước dễ dàng nên phần lớn dễ tiêu hoá thực vật, chúng dễ bị rửa trôi theo nước Do vậy, muốn tăng hiệu sử dụng phân bón đất dùng loại phân bón tan chậm, chất dinh dưỡng vào môi trường đất cung cấp cho trồng từ từ Dựa vào độ tan phân khoáng mà ta chia thành : + Loại tan nước + Loại tan amôni xitrat + Loại chậm tan Phân khoáng cần đạt yêu cầu sau : - Phân khoáng cần đảm bảo chất dinh dưỡng đất để cung cấp cho thực vật - Phân khoáng không hút ẩm hút ẩm - Ít tổn thất sử dụng Để đáp ứng yêu cầu người ta hay dùng phân dạng hạt 1.2 Các trình chủ yếu sản xuất phân khoáng Trong sản xuất phân khoáng thường phải thực số trình sau: Quá trình chế biến nhiệt Quá trình phản ứng hoá học Quá trình kết tinh tạo hạt 1.2.1 Quá trình chế biến nhiệt Mục đích : Chuyển biến lý tính vật liệu chế biến nhiệt nhằm tạo điều kiện cho trình chế biến 1.2.1.1 Các dạng nung sản xuất phân lân a) Nung khô: dạng nung đẳng nhiệt nhằm tách khí CO2 nước liên kết Ví dụ: Nung đá vôi to CaCO3 CO2 + CaO Ca5F(PO4)3.xH2O to Ca5F(PO4) + xH2O b) Nung oxy hoá Dùng nhiệt không khí dư qua lò để hoạt tính phối liệu, từ có phối liệu tan tốt giảm tan môi trường sử dụng Ví dụ: Nung quặng cromit với soda 4FeO.Cr2O3 + 8Na2CO3 + 7O2 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2 Trong ion CrO4 2- dễ tan nước dạng CrO3 Hoặc 6FeO + O2 2Fe3O4, dạng khó tan axit FeO c) Nung khử Nung khử trình ngược lại với trình oxy hoá; dùng tác nhân khử nhiệt độ thích hợp nguyên liệu Ví dụ nung quặng phốt phát với than: Ca3(PO4)2 + 5C P2 +5CO + 3CaO (nung khử, nung đốt, thiêu kết) thiêu kết apatit với soda 12000C cho dạng phân lân kiềm tính theo trình sau: Ca5F(PO4)3 + 2Na2CO3 + SiO2 3CaNaPO4+ Ca2SiO4 + Na + 2CO2 Phốt dạng phân kiềm tính dễ tan dễ hấp thụ, bón có hiệu Các trình nung khử có cho chất dễ tan, có tạo chất khó tan nước 1.2.1.2 Bản chất trình nung hỗn hợp rắn Khi nung hỗn hợp rắn , phản ứng xảy giữa: - Pha rắn pha rắn - Pha rắn pha khí - Pha rắn pha lỏng hình thành có pha rắn chảy lỏng Phản ứng pha rắn nội khuyếch tán thường bắt đầu xảy nhiệt độ kết khối chất rắn Nhiệt độ kết khối nhỏ gần lần nhiệt độ nóng chảy Ví dụ: Các muối có Tkk / Tnc = 0,44 - 0,57; Các oxit có Tkk / Tnc = 0,8 Trong Tkk , Tnc: nhiệt độ kết khối nhiệt độ nóng chảy tuyệt đối Nếu pha rắn kết khối dù chúng có nghiền mịn, khoảng cách tinh thể lớn khoảng cách tác dụng (bán kính tác dụng) mạng tinh thể từ 105 – 107 lần hệ số khuyếch tán hạt nhỏ nằm hạt rắn không đáng kể, ý nghĩa thực tế Tốc độ nung hỗn hợp muối rắn lớn nhiều nung với có mặt pha khí pha lỏng hỗn hợp rắn Khi pha khí pha lỏng tạo thành thăng hoa khuếch tán, nóng chảy trình nung vật liệu Cũng có nhiều trường hợp, cấu tử rắn tham gia phản ứng bị khí hoá tác dụng với cấu tử pha khí Ví dụ: phản ứng khử sắt sunfat cacbon FeSO4 + C FeO + SO2 + CO Thực chất kết tổng phản ứng sau : FeSO4 FeO + SO3 (sự phân ly) 2SO3 2SO2 + O2 2C + O2 (1) (2) 2CO (3) Hai phản ứng (2); (3) tạo chuyển dịch cân phản ứng (1) phía phải Khi pha rắn khả phân ly mà phản ứng thực nhiệt độ nhỏ nhiệt độ nóng chảy tạp chất hỗn hợp làm điểm chảy lỏng hỗn hợp giảm khiến tốc độ phản ứng tăng lên (do hạt thấp điểm eutectic hỗn hợp) Cũng có trường hợp pha lỏng không làm tăng mà làm giảm tốc độ trình Ví dụ pha rắn tác dụng với pha khí màng chất lỏng ngăn cản tiếp xúc khí rắn 1.2.2.3 Động học trình nung Từ phần ta nhận thấy tốc độ trình nung vật liệu rắn phụ thuộc vào: - Tốc độ phản ứng hoá học - Tốc độ thăng hoa, phân ly, nóng chảy - Tốc độ khuyếc tán rắn, lỏng khí Tất tốc độ phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ nung Trong lĩnh vực động học, tùy thuộc vào điều kiện diễn biến khác mà có quy luật xác định tốc độ khác Ví dụ: Khi có bề mặt hạt biến đổi (giảm) nồng độ chất tác dụng lên bề mặt tiếp xúc chúng không đổi (khí hoá cấu tử rắn khí) phương trình tốc độ có dạng : dx/dt = k(1-x)2/3 Trong : x: mức chuyển hoá chất ban đầu thành sản phẩm theo phần đơn vị t : thời gian k, k’ : số thay đổi theo tính chất phản ứng điều kiện trình Sự phụ thuộc mức độ biến đổi thời gian theo phương trình: 1- (1-x)1/3 = k’t 10 Nếu trung hoà bậc axit photphoric có mono amophot theo phản ứng: NH3 + H3PO4 = NH4H2PO4 + Q Nếu trung hoà bậc axit photphoric ta có điamoniphot theo phản ứng sau: 2NH3 + H3PO4 = (NH4)2HPO4 + Q Còn trung hoà bậc axit photphoric ta có triamoniphot theo phản ứng: 3NH3 + H3PO4 = (NH4)3PO4 + Q Do công nghệ sản xuất amophot có dây chuyền công nghệ khác để tạo sản phẩm amophot có hàm lượng dinh dưỡng tỷ lệ P2O5 : N khác Dưới nêu vài dây chuyền sản xuất amophot điển hình: Để sản xuất DAP cẩn phải có H3PO4 NH3 để trung hoà Tuỳ theo mức định trung hoà H3PO4 NH3 ta thu DAP hỗn hợp DAP MAP Dưới giới thiêụ dây chuyền sản xuất DAP Hình 5.1: Sơ đồ sản xuất DAP từ H3PO4 NH3 137 1: Bốc amoniac 4: Băng tải 2: Thiết bị phản ứng 5: Thiết bị phản ứng dạng ống 3: Tháp phun tạo hạt Axit photphoric trích ly nồng độ 48% P2O5 lấy từ kho axit cung cấp cho phản ứng với NH3 từ đưa vào thùng trung hoà dùng ống phản ứng với NH3 lỏng hàm lượng 99,9% NH3 từ kho NH3 lỏng đưa qua bốc Từ thùng trung hoà cấp thêm bùn gồm huyền phù muối amophot thu hồi phận phụ trợ sản xuất đưa lại để tăng hàm lượng muối amoni phốt phát dung dịch sau trung hoà Tiếp theo trung hòa cuối để tạo DAP thiết bị phản ứng kiểu ống vận chuyển sau phản ứng huyền phù đặc đưa vào thiết bị sấy phun 3, cần bổ sung thêm H3PO4 cấp thêm H3PO4 vào thiết bị phản ứng ống để đạt mức độ trung hoà suất thiết bị phản ứng ống pH ≤ Sau sản phẩm dạng hạt với độ ẩm ≤ 0,5% đưa qua băng tải vào hệ thống sàng phân ly đưa vào kho chứa để đóng bao DAP Quá trình trung hoà thường tiến hành làm bước: Bước thứ thực trung hoà sơ đến pH = ÷ dừng Khi axit có tạp chất sắt, nhôm bị kết tủa pH = ÷ Nếu loại bỏ kết tủa sản phẩm đạt độ cao phải lọc dung dịch đem trung hoà tiếp tạo hạt Nếu axit H3PO4 kết tủa muối phốt phát sắt nhôm nên lọc đưa trung hoà tiếp để tạo hạt Tuy nhiên axit H3PO4 thu hồi đưa theo phương pháp nhiệt axit H3PO4 chế tạo theo phương pháp trích ly tồn lượng nhỏ tạp chất sắt, nhôm Vì vậy, trung hoà sơ bị tách dạng muối phốt phát sắt nhôm không qua lọc đưa trung hoà tiếp để thu sản phẩm DAP, chấp nhận có hàm lượng muối phốt phát sắt, nhôm cho phép Trong trình trung hoà axit H3PO4 NH3 lỏng toả lượng nhiệt lớn, đủ để bay nước lại dung dịch sau trung hoà thu dạng bột nhão sau phản ứng thiết bị ống đưa trực tiếp vào thiết bị tạo hạt vê viên 138 Các sản phẩm dạng bụi từ khu sàng, sấy, đóng bao đưa quay lại thiết bị vê viên phối hợp với dạng vật liệu phản ứng để tạo hạt Đế sản phẩm MAP cần có NH3 H3PO4 khác tổ chức trung hoà có mức độ thấp để chuyển dạng muối amoni phốt phát NH3 + H3PO4 = NH4H2PO4 + Q Dây chuyền sản xuất MAP giới thiệu hình 5.2 Hình 5.2: Dây chuyền sản xuất MAP 1: Quạt hút khí 6: Quạt 2: Thiết bị phân ly 7: Băng tải 3: Thiết bị hấp thụ khí NH3 8: Sàng 4: Thiết bị phản ứng sơ cấp 9;10: Gầu nâng 5: Thiết bị phản ứng thứ cấp tách ẩm 11: Băng tải sản phẩm Quá trình sản xuất MAP tương tự sản xuất DAP khác mức độ trung hoà H3PO4 NH3 139 Thùng trộn phản ứng sơ cấp cấp dung dịch thu hồi từ chứa chủ yếu muối amophot với H3PO4 32% P2O5 dạng bột hoà tan hay huyền phù Huyền phù thùng phản ứng sơ hấp thụ trung hoà NH3 từ kho đưa lại với hàm lượng NH3 ≥ 99,9% Sau thùng phản ứng sơ cấp, dung dịch muối amoni phốt phát bơm cao áp đưa qua thiết bị phản ứng thứ cấp 5, ống phản ứng để trung hoà tiếp khí NH3 đạt pH = ÷ 5, sau huyền phù tách nước làm khô hệ quạt hút có độ chân không để làm bay nước có tinh thể NH4H2PO4 tách tạo khối sản phẩm khô đưa qua hệ thống băng tải qua sàng phân chia, hạt đạt kích thước đưa băng tải 11 đưa đóng bao Còn hạt to cho qua máy nghiền để nghiền nhỏ đưa bột rắn quay trở lại thùng phản ứng thứ cấp ống phản ứng Do trình trung hoà bậc H3PO4 nên nhiệt toả không đủ để bốc nước đến kho nên dung dịch sau trung hoà sơ cấp chưa tạo sản phẩm mà phải qua thiết bị phản ứng thứ cấp Tại dung dịch kết hợp bột mịn amophot đưa tạo khối sản phẩm đặc sệt bốc chân không tạo khối sản phẩm khô đưa qua sàng phân loại Hạt to đưa qua thiết bị nghiền tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng thứ cấp Như để sản xuất MAP qua hối lưu bột sản phẩm bốc chân không cho phép dùng H3PO4 nồng độ thấp Vì tuỳ thuộc phương pháp sản xuất H3PO4 trích ly sản xuất muối amophot dạng MAP có cô đặc không cô đặc đến sản phẩm MAP đáp ứng yêu cầu chất lượng phân bón Tuy nhiên thực tế sản xuất dùng MAP làm phân bón riêng rẽ mà thường kết hợp với dạng khác DAP, TAP để có thêm tính chất phân bón amophot Do thường chọn công nghệ sản xuất DAP làm mục tiêu sản xuất amophot, trình sản xuất DAP sản phẩm có chứa lẫn 140 số dạng amon khác MAP TAP nên hàm lượng phân bón có hàm lượng đạm không cố định mà khoảng Hình 5.3: Dây chuyền sản xuất DAP tháp phun 5.2 Sản xuất phân bón kết hợp NPK 5.2.1 Phối liệu phân NPK Phân bón hỗn hợp loại phân trộn phân đơn chứa chất dinh dưỡng nitơ, phốt kali Để cung cấp kali phân đơn thường dùng kaliclorua (KCl) hay kalisunphat (K2SO4); để cung cấp đạm thường dùng loại phân đạm chứa gốc amoni amin không dùng hợp chất chứa đạm dạng nitrat xyamit Do phân đạm thường dùng để phối trộn từ 141 (NH4)2SO4 CO(NH2)2 Cũng có dùng NH4Cl cho lúa thay (NH4)2SO4 phân lân dùng loại supe đơn kép, dạng amophot loại phân dễ tan nước để cung cấp phốt cho trồng Tuỳ thuộc loại trồng loại đất sử dụng phân hỗn hợp có chứa tỷ lệ chất dinh dưỡng khác đặc trưng tỷ lệ N : P2O5 : K2O Để tính tỷ lệ N : K2O phân hỗn hợp NPK dùng phương pháp hình học giản đồ tam giác với đỉnh K2O, P2O5 N hay theo phương pháp giải tích dựa phương trình cân chất Giả thiết tỷ lệ khối lượng N : P2O5 : K2O = A : B : C Trong A, B, C khối lượng phân chứa đạm phốt kali Nếu gọi x, y , z - lượng phân bón chứa đạm, chứa lân, kali Giả thiết dùng phân đạm (NH4)2SO4 chứa 21 % N Dùng phân kali chứa 42% K2O Dùng phân amophot chứa 14 % P2O5 Gọi a - Phần trăm đạm phân hỗn hợp NPK b - Phần trăm P2O5 phân hỗn hợp NPK c - Phần trăm K2O phân hỗn hợp NPK Vậy thành phần chất dinh dưỡng phân trộn NPK sau: %N = a =a1.x/100 + a2.y/100 + a3.z/100 % P2O5 = b = b1.x/100 + b2.y/100 + b3.z/100 %H2O = c= c1.x/100 + c2.y/100 + c3.z/100 Trong đó: a1 - phần trăm đạm loại phân đem trộn b1 - phần trăm lân loại phân đem trộn c1 - phần trăm kali loại phân đem trộn Vậy ta thay giá trị dinh dưỡng loại phân đêm trộn ta có: a = 21.x/100 + 2,5.y/100 + 0.z/100 b = 0.x/100 + 14.y/100 + 0.z/100 c = 0.x/100 + 0.y/100 + 42.z/100 142 Lập phương trình cân chất chất dinh dưỡng phân trộn a = 0,21 x + 0,025 y (1) b = 0,14 y (2) c= 0,42 z (3) Nếu cần phân trộn có thành phần N; P2O5; K2O với tỷ lệ thành phần dinh dưỡng N = 2; P2O5 = 2; K2O = N : P2O5 : K2O = 2: : = A : B :C Vậy có : a/b =A/B =2/2=1 ; a=b (4) a/c = A/C =2/1 =2; a=2c (5) Từ số liệu ta có phương trình ẩn số x, y, z, a,b, c sau : a = 0,21x+ 0,025y (1) b = 0,14 y (2) c = 0,42 z (3) x + y + z = 100 (4) a=b (5) a = 2c (6) Giải hệ phương trình rút ra: x = 31,92; y = 58,36; z = 9,72 , a = 8,16; b = 8,16 ; c = 4,08 Như phân hỗn hợp với tỷ lệ : : chứa 8,16 % N; 8,16 P2O5 4,08 % K2O Vậy 100 kg phân hỗn hợp với tỷ lệ cần phải trộn: 31,92 kg (NH4)2SO4 58,30 kg supe amophot 9,72 kg KCl Nếu phân hỗn hợp với tỷ lệ khác dinh dưỡng tính tương tự 5.2.2 Công nghệ sản xuất phân hỗn hợp NPK Về công nghệ sản xuất phân trộn NPK bao gồm bước sau : - Chuẩn bị phân đơn biết thành phần dinh dưỡng chúng - Tính phối liệu theo tỷ lệ N : P2O5 : K2O yêu cầu cho chúng loại trồng 143 - Chuẩn bị phụ gia làm chất liên kết phân đơn hay phân trộn - Tạo hạt hay viên phân hỗn hợp hay phân đơn đổ lẫn vào theo mầu sắc tỷ lệ thành phần Để sản xuất NPK phương pháp tạo hạt kỹ thuật nghiền đóng vai trò quan trọng Có thể tạo hạt cách trộn vật liệu hạt rắn vê viên hạt nhỏ thành hạt lớn Vê viên thực thùng quay, máy nhào trộn thiết bị vê viên loại đĩa quay Những phân bón chế tạo cách hỗn hợp phân đơn thành sản phẩm phân hỗn hợp phân bón hỗn hợp không khác nhiều phân bón phức hợp tính chất nông hoá hàm lượng dinh dưỡng phân bón hỗn hợp phụ thuộc nhiều vào thành phần dinh dưỡng phân bón hỗn hợp phụ thuộc nhiều vào thành phần dinh dưỡng phân đơn công nghệ đơn giản, chủ yếu học Theo hình 5.5 phân đơn dùng để chế tạo phân hỗn hợp chia thùng chứa 1c – 1d chứa (NH4)2SO4, supe, kali, amophot qua cân định lượng để xác định khối lượng phân đơn phải trộn, sau phân đơn định lượng đưa vào thùng hỗn hợp để trộn sơ bộ, sau đưa loại phân đơn trộn vào thùng trộn cuối để trộn cho loại phân đơn với thùng trộn Phân hỗn hợp khỏi thùng trộn định lượng qua cân định lượng để phối hợp với hạt phân hỗn hợp nhỏ mịn thu hồi trình sản xuất đưa vào thùng chứa qua cân định lượng phối hợp phân hỗn hợp trộn thùng trộn theo tỷ lệ định đưa hỗn hợp phân hỗn hợp bụi phân vào thiết bị tạo hạt nhờ dung dịch amoniac thùng chứa 5a qua lưu lượng để định lượng pha lỏng rắn tạo hạt nhờ chất liên kết phân bụi dung dịch NH3 144 Hình 5.4: Sơ đồ công nghệ sản xuất phân bón hỗn hợp 1a – 1d: Thùng chứa chất rắn 9: Tạo hạt amon hóa 2;8: Cân định lượng 10: Thiết bị sấy 3: Thiết bị trộn sơ 11: Thiết bị làm nguội 4: Thiết bị trộn 12: Sàng kép 5a – 5d: Thùng chứa chất lỏng 13: Thiết bị nghiền 6: Thiết bị định lượng 14: Thiết bị lọc bụi 7: Thiết bị chứa sản phẩm tuần hoàn 15: Thùng chứa sản phẩm Nếu dùng chất liên kết khác ta có thùng chứa 5b, 5c, 5d chứa cấu tử lỏng dạng dung dịch làm chất liên kêt tạo rắn Phân hỗn hợp sau amon hoá tạo hạt thiết bị dung dịch NH3 5a đưa qua thiết bị sấy 10 để làm khô phân bón đến độ ẩm cần thiết đưa làm nguội thiết bị 11 đưa đến thùng chứa sản phẩm 15, sau sấy hạt nhỏ không đạt yêu cầu sàng phân loại 12 Với công nghệ sản xuất phân trộn nêu dùng chất liên kết dung dịch amoniac tạo hạt thùng quay cho sản phẩm đồng thành phần 145 dung dịch cỡ hạt qua sàng phân loại, hạt nhỏ trở lại tạo hạt, hạt lớn qua đưa máy nghiền dập cần thiết Với sơ đồ cho phép sản xuất phân trộn với tỷ lệ thành phần dinh dưỡng N : P : K khác sử dụng chất liên kết dạng lỏng Để tăng độ tin cậy người tiêu dùng số hãng sản xuất pha trộn sản xuất loại viên cho chất dinh dưỡng với mầu sắc khác chất liên kết khác tiến hành tương tự dây chuyền nêu loại viên định lượng theo yêu cầu tỷ lệ thành phần tính Tỷ lệ dinh dưỡng phân trộn phổ biến tỷ lệ 25 : 10 : 10 17 : 17 : 17 Cũng không dùng trực tiếp phân lân mà dùng H3PO4 với NH3 làm chất liên kết cung cấp amophot cho loại phân hỗn hợp giầu P2O5 thay cho điamoniphot Với supe khả chế tạo phân trộn giàu P2O5 mà cho phép loại từ ÷ 10 % P2O5 thích hợp Ví dụ để sản xuất loại phân trộn có tỷ lệ N : P2O5 : K2O = 25 : 10 : 10 Theo công nghệ tạo hạt amoni hoá sau : Cần: NH3 100% 26,3 kg H3PO4 50 % 202,0 kg KCl 60% K2O 28,0 kg (NH4)2SO4 95 % 414,0 kg Thành phần NPK phụ thuộc vào công nghệ phương pháp chế tạo Thường có chứa đicanxi phốt phát, amoni phốt phát amonitrat muối kali 5.3 Phân bón vi lượng 5.3.1 Vai trò nguyên tố vi lượng với trồng Để tăng sản lượng trồng nông nghiệp kỹ thuật đất canh tác trồng khẳng định phải bổ sung nguyên tố vi lượng vào phân bón lượng truyền thống chứa N, P, K 146 Hướng phát triển quan trọng ngành phân bón phục vụ nông nghiệp nâng cao hàm lượng dinh dưỡng phân bón chất có yếu tố kích thích phát triển trồng tăng sản lượng thu hoạch sau vụ Do nước phát triển mang phân phức hợp DAP đồng thời bổ sung thêm nguyên tố vi lượng vào phân bón Các nguyên tố vi lượng trực tiếp tham gia trình trao đổi chất tăng sản lượng trồng Về thành phần loại trồng chứa tới 76 nguyên tố hoá học có chất chiếm phần nghìn theo khối lượng phân bón làm thay đổi phát triển trồng Khi hay không đủ nguyên tố vi lượng quan sát thấy chậm phát triển phân huỷ phát triển bình thường chúng, trao đổi chất sản phẩm trồng giảm Trong nguyên tố vi lượng nguyên tố sau dùng làm nguyên tố vi lượng phân bón: Mn, Fe, Zn, B , Co, Li, Mo, F, I, V Các nguyên tố cho thấy tế bào phận trồng chứa nguyên tố vi lượng làm dự trữ cho phát triển, nguyên tố vi lượng có vai trò quan trọng cấu trúc chức tế bào động thực vật Mo, Zn vào thành phần men trao đổi chất với Ni 73 (như xúc tác sinh học), Mn Fe điều chỉnh trình oxy hóa khử cho quang tổng hợp trồng, Zn tham gia vào sinh tồn cây, biết tham gia vào trao đổi, phát triển tạo vitamin, chất sinh học tổng hợp abumin với axit nucleic Cây thiếu kẽm sản phẩm trồng sinh phá huỷ sản phẩm làm giảm suất sản lượng trồng Đối với bo (B) tham gia trao đổi cacbon axit nucleic để tăng hàm lượng P protein tăng khả quang tổng hợp trồng sản lượng củ, hạt, đường cao Thiếu Mn xuất điểm chết làm giảm khả quang hợp trồng 147 Đối với Mo có ý nghĩa quan trọng trình khử nitrat có đất làm giảm hàm lượng nitrat sản phẩm trồng, tham gia cố định nitơ khí để phát triển trồng Nếu thiếu Mo V dễ gây bệnh trồng thổi rễ, chảy Nói chung nguyên tố vi lượng đưa vào đất tham gia trình trao đổi chất, quang hợp tạo amino axit men kích thích cho phát triển trồng tạo sản lượng chất lượng sản phẩm trồng cao so với nguyên tố vi lượng lượng phân bón 5.3.2 Sử dụng nguyên tố vi lượng vào phân bón Khi đưa nguyên tố vi lượng vào phân bón đưa vào phân bón dạng hợp chất trộn phân bón đưa vào dạng muối hoà tan kết hợp với phân bón tạo hợp chất vi lượng Phân bón gọi phân vi lượng, nghĩa phải có phân bón gốc thêm vào nguyên tố vi lượng kết hợp không kết hợp với phân bón Các nguyên tố vi lượng đưa vào phân bón dạng hợp chất khác tuỳ thuộc vào nguyên tố vi lượng Ví dụ: mangan sunfat, amoni sunfat, kẽm sunfat, liti sunfat Nhìn chung muối vi lượng thường dùng muối sunfat muối kép với muối amoni, không dùng muối clorua nitrat ảnh hưởng đến tính chất sinh lý đất Có thể sử dụng nguyên tố vi lượng nằm quặng hay xỉ thải công nghệ luyện kim nghiền mịn trộn học với phân bón Dạng oxit nguyên tố vi lượng khó tan đất thường, nên khó hấp thụ, chúng tan đất chua phèn lượng lớn Vì bón phân vi lượng phải vào loại đất tính chất sinh lý đất có hiệu Dưới giới thiệu vài số liệu hiệu sử dụng phân vi lượng cho trồng số vùng nước Nga năm 1972 148 Bón 20 tấn/ sản lượng củ cải đường thu khối lượng Bội thu, sản lượng độ đường củ, tạ/ tạ/ đường Phân gốc: N120P120K120 445 - 80,5 18,1 Phân gốc + muối MNSO4 472 27 86,2 18,4 Phân gốc + MN xỉ 475 30 86,7 18,3 Phần gốc + Mo 470 25 85,3 18,3 Phần gốc + B 474 24 85,5 18,4 phần gốc + Zn 461 16 83,4 18,4 Phần gốc + Mn + Mo 484 44 84,2 18,4 phần gốc + Mn + B 492 47 89,0 18,4 phần gốc + Mn + Zn 485 40 87,2 18,5 Mn = 50 - 100 mg/kg; Mo = 0,15 – 0,30 mg/kg; B = 0,24 – 0,3 mg/kg; Zn = 0,2 – 0,4 mg/kg phân gốc Như cho thấy bón phân gốc giống cho củ cải đường có nguyên tố vi lượng Mn, Mo, B, Zn bón hỗn hợp vi lượng hay vi lượng cho sản lượng củ cải tăng sản lượng đường tăng Các nguyên tố vi lượng bón dạng muối, có nguyên tố Mn vừa bón dạng muối vừa bón dạng xỉ Mangan cho kết tương tự loại phân hỗn hợp NPK làm phân gốc Các kết khảo sát với phân supe phốt phát hạt: Cách bón Khối lượng 100 % củ cải tươi (g) Khối lượng 100 sấy khô (g) Supe phốt phát hạt 151 100 100 15,24 Supe + Mn 162 107,4 107,5 16,38 Supe + B 170 112,4 114,2 17,40 Supe + B +Mn 178 117,8 117,6 17,92 149 Như sản lượng củ cải tươi sau sấy khô trời sản lượng 100 củ cải tươi khô bón phân vi lượng tăng 7,4 ÷ 7,5 % nhiều 17,6 ÷ 17,8 % sản lượng trồng Tác dụng phân bón đơn supe phốt phát với nguyên tố vi lượng phát huy hiệu bón phân hỗn hợp NPK Hàm lượng nguyên tố vi lượng phân đơn phân hỗn hợp tính theo mg nguyên tố vi lượng cho 1kg phân gốc, nguyên tố vi lượng có phần hàm lượng thích hợp từ vài chục đến tối đa 100 mg/kg tuỳ thuộc vào loại trồng vùng đất trồng trọt Vì thử nghiệm phân vi lượng cần tìm hàm lượng vi lượng tối ưu, thiếu không tốt thừa lại có hại cho trồng Không thể bón tuỳ tiện lượng vi lượng vào đất chưa khảo sát Còn dạng vi lượng dạng muối hay xỉ, quặng tuỳ thuộc loại đất hoà tan ôxit không có tác dụng Tóm lại việc sử dụng phân vi lượng có hiệu nhiều mặt trồng cho sản lượng cây, củ, hạt chất lượng chúng nâng cao so với bón phân mà nguyên tố vi lượng 5.3.3 Sơ đồ công nghệ chế tạo phân vi lượng Hình 5.5: Sơ đồ sản xuất phân vi lượng 150 1: Thùng phân gốc 6: Thùng sấy sản phẩm 2: Các thùng chứa hợp chất vi lượng 7: Băng tải sản phẩm 3: Bộ phận định lượng 8: Phễu chứa sản phẩm 4: Máy trộn hỗn hợp 9: Thùng chứa sản phẩm đóng bao 5: Hệ gầu nâng bán thành phẩm 151 ... nguyên tố vi lượng vào phân bón 148 5.3.3 Sơ đồ công nghệ chế tạo phân vi lượng 150 CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ PHÂN BÓN 1.1 Vai trò phân loại phân khoáng 1.1.1 Phân khoáng vai trò trồng... Phân loại 1.1.2.1 Phân loại theo nguồn gốc phân bón Có thể chia làm loại: Phân hữu phân vô hay phân bón hoá học (phân khoáng) Phân khoáng loại phân bón cung cấp trực tiếp cho trồng hợp chất chứa... Do chia loại phân bón mang tính axit, phân bón mang tính chất kiềm để bón vào đất 1.1.2.3 Tính chất yêu cầu phân khoáng Tính chất tan phân bón sử dụng: Để đánh giá tính tan phân bón dùng dung