Nghiên cứu công nghệ sản xuất ureasuperphosphate (USP) dựa trên công nghệ sản xuất superphosphate đơn (SSP)

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH - BÙI DUY DU NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT UREASUPERPHOSPHATE(USP) DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SUPERPHOSPHATE ĐƠN(SSP) Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Mã ngành : 605275 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2006 CÔNG TRÌNH NÀY ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS.Nguyễn Đình Thành……………………………… TS.Nguyễn Ngọc Châu……………………………… Cán chấm nhận xét 1: TS Lê Lân Cán chấm nhận xét : TS.Hoàng Đông Nam Luận văn Thạc Sỹ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA , ngày tháng năm 2007 Trường ĐH Bách Khoa PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc 0O0 TP.HCM, Ngày…….tháng………năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên học viên : Bùi Duy Du Ngày tháng năm sinh : 10/8/1965 Chuyên ngành : Công nghệ Hóa Học I-TÊN ĐỀ TÀI: Phái : Nam Nơi sinh : Hải Dương Mã số HV: 00509093 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT UREASUPERPHOSPHATE(USP) DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SUPERPHOSPHATE ĐƠN(SSP) II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: + Nghiên cứu công nghệ chế độ kỹ thuật cho trình sản xuất phân bón USP quặng Phosphate Việt nam bao gồm phần sau : + Xác định tiêu hóa lý thành phần quặng + Nghiên cứu chế tạo tác nhân phản ứng acid + Nghiên cứu mức độ phân hủy quặng tính chất sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian, độ mịn quặng, lượng acid tiêu chuẩn + Nghiên cứu đạm phụ thuộc nhiệt độ ban đầu tác nhân acid + Khảo sát hấp thụ khí fluor thải sản phẩm + Thiết lập quy trình công nghệ, chọn chế độ kỹ thuật tối ưu cho trình + Nghiên cứu thành phần hóa lý sản phẩm + Xây dựng định mức nguyên vật liệu cho đơn vị sản phẩm, tính giá thành hiệu kinh tế + Sản xuất thử nghiệm để đánh giá khả ứng dụng quy trình III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày tháng năm 2006 IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày tháng 12 năm 2006 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.Nguyễn Đình Thành, TS.Nguyễn Ngọc Châu CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH TS.Nguyễn Đình Thành, TS.Nguyễn Ngọc Châu TS Nguyễn Ngọc Hạnh PGS.TS Lê Xuân Hải Nội dung đề cương luận văn thạc só dược hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày………tháng……….năm 2006 TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Luận văn thực hoàn thành Phòng thí nghiệm Xưởng nghiên cứu thực nghiệm Viện khoa học vật liệu ứng dụng, phòng thí nghiệm công ty TNHH TM-SX Phước hưng Xin chân thành cảm ơn thầy : TS Nguyễn Đình Thành, TS Nguyễn Ngọc Châu, kiến thức sâu rộng tận tụy giúp đỡ suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn thầy TS Nguyễn Thiết Dũng, TS Hoàng Đông Nam, PGS.TS Mai Hữu Khiêm có nhiều ý kiến đóng góp quý báu để báo cáo luận văn hoàn thiện Nhân dịp xin gửi lời cảm ơn tới bạn đồng nghiệp phòng thí nghiệm xưởng nghiên cứu thực nghiệm Viện KH-VL Ứng dụng, phòng thí nghiệm công ty TNHH TM-SX Phước hưng, phòng thí nghiệm nhà máy Super Phosphate Long thành giúp đỡ máy móc, thiết bị, tài liệu, làm thí nghiệm triển khai công tác nghiên cứu đề tài Trân trọng cảm ơn ông Phạm Ngọc Em, giám đốc công ty TNHH TMSX Phước hưng có nhiều giúp đỡ quý báu tiếp nhận công nghệ sản xuất USP để ứng dụng vào sản xuất Cảm ơn thầy cô phòng Đào tạo sau đại học giúp đỡ thủ tục để trình luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn thầy cô hội đồng chấm luận văn giành thời gian, công sức để đọc nhận xét đóng góp ý kiến cho báo cáo luận văn Tác giả ABSTRACT In essay, we have researched and established process to produce new NP fertilizer-Urea Superphosphate (USP) from Phosphorite rock, Apatite rock Basee on producing technology Single Superphosphate (SSP) We also researched and carried out the following contents : - Research chemical and structure of two kind of specific Phosphorite rock in Thanh Hoa and Apatite rock in Lao Cai Research disintegration by Urea-H2SO4-H2O reagents - Research kinetic of rock acidification, to full out kinetic of process same as produce SSP process Researched about degree, speech of rock disintegration process which depend on factors such as reaction reagent composition, acid temperature, reaction time, volume calculated acid, degree of fines and structure of rock - Researched and determined suitable technology condition for produce USP fertilizer process Details as following : + Reagent ingredient : - Phosphorite rock disintegrate : Reagent mole ratio as (3,6-3) Urea : 1H2SO4 : 1H2O - Apatite rock disintegrate : Reagent mole ratio as (0,9-5) Urea : 1H2SO4 : 1H2O + Reaction reagent temperature : 70-950C + Staying time of mud in reactor - In Phosphosrite rock : minutes - In Apatite rock : 4-6minutes + Clotted time of mud in Camera : 60-90 minutes + Quantity of used standard acid : 100% + Degree of mines rock : 85% pass sifted hole : 0.15mm - Researched about lossing Nitrogen in produce USP process, also open researching the absorption HF gas in Rock disintegrated process to determine the advantage of technology process - Essay researched ability produce USP with different Nitrogen compositions As result : In Phosphorite rock, we could produce USP with Nitrogen content as 20% ( USP 20-9-0) In Apatite rock, we could produce USP with lower Nitrogen content as 5% ( USP 5-15-0) - Researched chemical and physical properties of two products and ability to mix with other NPK materials then pull out results : Ability to absorb humidity of USP is lower DAP, Urea and USP have good ability to mix and adhesive in NPK producing - Built standard raw material for product unit, calculate cost price and effective economic for produce USP fertilizer USP fertilizer is inexpensive about 27% when compare with NP fertilizer which have same nutrition contents - From researched results in laboratory, we have carried out a pilot plant and determined the high ability to apply to producing USP process The results in essay permited conclusion is we could apply the current SSP producing technology to produce USP by mading out more part as dissolve reagent acid tank Futher more, with our present technology ability in country, we could research-design- manufacture such new manufactory in Vietnam MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU …………….…………………………………………………………………………………………………………………….… - 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU……………………………………………… -20 1.1-Điều chế tác nhân phản ứng sản xuất USP………………………………………………………… 1.2-Phân hủy quặng phosphate………………………………………………………………………………………… ……… 1.3- Những yếu tố ảnh hưởng tới trình phân hủy quặng phosphate tác nhân acid…………………………………………………… 11- 17 1.3.1-Ảnh hưởng nồng độ acid …………………………………………………………………………………………………….11 1.3.2-Ảnh hưởng độ mịn quặng……………………………………………………………………………………….… 11 1.3.3-Ảnh hưởng nhiệt độ nồng độ acid…………………………………………………………….… ….12 1.3.4-Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến mứcđộ phân hủy quặng…………… 14 1.3.5-Ảnh hưởng tạp chất ……………………………………………………………………………………………… ….15 1.3.6-Ảnh hưởng cường độ khuấy trộn………………………………………………………………… …… ….16 1.3.7-Thời gian hỗn hợp vật liệu……………………………………………… 16 1.4-Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất SSP USP……………… ……………………….….…18 - 20 1.4.1-Sơ đồ kỹ thuật sản xuất Superphosphate ……………………………………………………………….… 18 1.4.2- Công nghệ cho trình sản xuất USP………………………………………………………………….…….19 1.5-Thành phần USP 20-10-0……………………………………….…………………………………………… ………21 1.6-Mô hình tổng quát nhà máy sản xuất USP SSP………………………………… …………22 1.7-Hiệu lực nông hóa USP………………………………………………………………………………………… ………23 1.8-Ưu điểm trình sản xuất USP…………………………….……………………………………… …….…23 1.9-Giá thành USP hiệu quả…………………………….………………………………………………………… …… 24 2- PHẦN THỰC NGHIỆM………………………………………………………………………….…………………… 25 -26 2.1-Phương pháp nghiên cứu……………………………………………….………………………………………………….……26 2.2-Dụng cụ thiết bị……………………………………………………….………………………………………………… …….26 2.3-Nguyên vật liệu hóa chất…………………………………………………………………………………………… …… 26 2.4-Phương pháp thực xác định thông số trình nghiên cứu………………………… ……………… 27-32 2.4.1 Xác định thành phần nguyên liệu cấu trúc quặng………………………………………… …27 2.4.2 Nghiên cứu điều chế tác nhân phản ứng Urea / H2SO4 / H2O…………………….… 27 2.4.3 Nghiên cứu phụ thuộc Kph vào thành phần tác nhân…………………………… 27 2.4.4 Khảo sát phụ thuộc hệ số phân hủy quặng vào nhiệt độ tác nhân phản ứng……………………………………………………………… ……………………………………………………………….….…… 28 2.4.5 Khảo sát phụ thuộc Kph vào thời gian……………………… ………………………….………28 2.4.6 Khảo sát ảnh hưởng lượng acid tiêu chuẩn đến Kph, theo dõi tính chất vật lý sản phẩm………………………………………………………………………………………………………………………….… 29 2.4.7 Khảo sát đạm theo nhiệt độ acid ban đầu………………………………………….….…….29 2.4.8 Nghiên cứu ảnh hưởng độ mịn quặng đến mức phân hủy quặng… 30 2.4.9 Chọn chế độ tối ưu - thiết lập quy trình công nghệ……………….…… .30 2.4.10 Nghiên cứu hấp thụ khí Fluor sản phẩm……………………….……………………… 30 2.4.11 Nghiên cứu tính chất hóa lý sản phẩm…………………………… ………………………… 31 2.4.12 Khảo sát khả phối trộn USP với loại phân bón nguyên liệu sản xuất NPK……………………………………………………………………………………………………….……31 2.4.13 Xây dựng định mức nguyên vật liệu cho đơn vị sản phẩm, tính toán hiệu kinh tế………………………………………………………………………………………………………………… ……… 31 2.4.14 Sản xuất thử nghiệm…………………………………………………………………………………………………… 32 3-KẾT QUẢ BÀN LUẬN……………………………………….…………………………………………….…………….33-38 3.1 Xác định thành phần nguyên liệu cấu trúc quặng……………………………….………… …33 3.1.1 Xác định thành phần nguyên liệu…………………………………………………………………………….… 34 3.1.2 Xác định cấu trúc quặng…………………………………………………………………………………….…………….34 3.2- Khảo sát nhiệt độ tác nhân phản ứng hoà tan cấu tử với thành phần khác nhau………………………………………………………………… 39 3.3- Nghiên cứu phụ thuộc hệ số phân huỷ thành phần tác nhân phản ứng……………………………………………………………………………………………………………………………………….….….40 3.3.1- Nghiên cứu phụ thuộc Kph vào thành phần tác nhân acid quặng Phosphorite Thanh hoaù ………………… 41 3.3.2- Nghiên cứu phân hủy quặng Apatite Lào cai phụ thuộc vào thành phần tác nhân acid ……….……………………………………………………………………………………………………43 3.4 - Nghiên cứu phụ thuộc hệ số phân hủy quặng vào nhiệt độ tác nhân phản ứng – Nghiên cứu tính chất vật lý sản phẩm…………………………………………….45 3.5- Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến hệ số phân hủy quặng……………….…….…46 3.6- Khảo sát ảnh hưởng lượng acid tiêu chuẩn đến hệ số phân hủy quặng Phosphorite…………………………………………………………………………………………………………………………………48 3.7- Nghiên cứu ảnh hưởng độ mịn quặng đế hệ số phân huỷ quặng………………….50 3.8- Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ tác nhân acid đến đạm sản phẩm…………………………………………………………………………………………………………………………………………….51 3.9- Nghiên cứu, so sánh mức độ hấp thụ khí Fluor sản phẩm USP SSP…………… …………………………………………………………………………………………………………….……………… 53 3.10- Chọn chế độ thích hợp cho chế độ công nghệ thiết lập quy trình công nghệ sản xuất USP……………………………………………………………………………………………….…………… 54 3.11- Nghiên cứu số tính chất hoá lý sản phẩm USP………………….…………… 58-65 3.11.1-Thành phần hoá học chủ yếu USP…………………………………………………………………… 58 3.11.2-Khảo sát độ hút ẩm không khí theo thời gian USP………………… 59 3.11.3-Nghiên cứu phổ tia X sản phẩm USP……………………………….………………… 60 3.12 Khảo sát khả phối trộn USP với loại phân bón nguyên liệu sản xuất NPK…………………………………………………………………………………………………………………… …….66 3.13 Định mức nguyên vật liệu cho đơn vị sản phẩm tính toán hiệu kinh tế…………………………………………………………………… 68 3.14 Kết sản xuất thử nghiệm…………………………………………… 71 NHẬN XÉT CHUNG……………………………………………………………………………………………………… 73-75 KẾT LUẬN………………………………………………………………………………………………………………………….………76-78 KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO……………………………………… ………… 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………………………………….… 80-8 PHỤ LỤC -Tia X + Phương pháp nhiễu xạ tia X nghiên cứu vật liệu Nguyên tắc : Khi có xạ chiếu vào tinh thể vật rắn tia xạ phát kết hợp với vài hướng định tăng cường cho Các xạ phát gọi nhiễu xạ Khi tia X qua mặt phẳng tinh thể rắn (xem tinh thể khối mặt phẳng nguyên tử song song với nhau) Mặt phẳng cho tia X qua phản xạ tia X phản xạ ánh sáng gương Các tia phản xạ có góc tới góc Gọi góc tia tới mặt phẳng nguyên tử θ góc tia phản xạ tia không phản xạ 2θ Với tia có bước sóng λ khoảng cách d tinh thể, ta có phương trình Bragg: 2d sinθ = n λ Trong : - n số nguyên - d : khoảng cách hai nguyên tử Tùy theo loại mạng tinh thể mà d phụ thuộc vào thông số mạng h, k, l số mạng a,b,c: d = f (h,k,l,a,b,c) Để tượng nhiễu xạ xảy phương trình Bragg phải thỏa mãn, người ta phải dùng tia X có bước sóng λ thay đổi xoay mẫu vật Cường độ nhiễu xạ phụ thuộc vào số lượng điện tử mạng tinh thể, phụ thuộc vào loại nguyên tử vị trí mạng Tóm lại, tinh thể khác có góc nhiễu xạ khác Các tinh thể giống cho nhiễu xạ giống hợp chất rắn, kết đo nhiễu xạ không bị ảnh hưởng chất khác Do kết đo nhiễu xạ dùng để xác định cấu tạo tinh thể vật liệu cách so sánh với sở liệu chuẩn Kết đo máy ghi gồm : Trục hoành – góc 2θ, trục tung – cường độ nhiễu xạ Như tinh thể có mẫu tạo peak trục hoành, peak so sánh với peak chuẩn [52] PHỤ LỤC : PHỤ LỤC KẾT QUẢ BẢNG : Nhiệt độ điều chế tác nhân phản ứng: Tỉ lệ cấu tử (mol) Nhiệt độ (0C) Nhận xét chung 3,6 : : 70 Hoaø tan hoaøn toaøn maø 3,6 : : 70 không cần gia nhiệt 3,6 : : 70 3:1:1 90 3:1:2 90 3:1:3 90 2:1:1 107 2:1:2 107 2:1:3 107 1,8 : : 110 1,8 : : 110 1,8 : : 110 1:1:1 112 1:1:2 112 1:1:3 112 4:1:1 65 Nhiệt độ dừng 650C 4:1:2 65 Urea chưa tan hoàn toàn 4:1:3 65 BẢNG : Kết xác định Kph phụ thuộc vào nhiệt đo tác nhân phản ứng phân hủy quăïng Phosphate (Lượng acid tiêu chuẩn 100% Tỉ lệ Urea : H2SO4 : H2O = 3,6:1:1, τ=30phút) Nhiệt độ, 0C 50 60 70 80 90 110 Kph 0,772 0,763 0,781 0,819 0,812 0,765 P2O5 hh 6,67 6,69 6,84 7,19 7,23 6,63 P2O5 toång 8,64 8,71 8,76 8,78 8,94 8,67 Trạng thái Sản phẩm Sản phẩm Sản khô tơi khô tơi phẩm Sản phẩm Sản phẩm Sản phẩm khô tơi khô tơi khô tơi khô tơi BẢNG : Sự phụ thuộc Kph vào nhiệt độ tác nhân phản ứng phân hủy quặng Apatite (Lượng acid tiêu chuẩn 100% Tỉ lệ Urea : H2SO4 : H2O = 3,6:1:1, τ=30phút) Tiêu chuẩn Nhiệt độ, 0C xác định 50 60 70 80 90 110 P2O5 hh 9,86 9,42 9,69 10,18 13,38 8,80 P2O5 toång 13,87 13,89 13,96 14,22 13,99 14,31 Kph 0,771 0,678 0,694 0,716 0,742 0,615 Trạng thái Sản khô tơi phẩm Sản phẩm Sản khô tơi phẩm Sản phẩm Sản phẩm Sản phẩm khô tơi khô tơi khô tơi khô tơi BẢNG : Sự phụ thuộc hệ số phân hủy quặng vào thời gian phản ứng Loại Chỉ tiêu Thời gian (phút) Trạng quặng phân tích thái 30 60 90 1440 P2O5 hh 4,57 5,41 5,96 6,24 6,84 7,65 8,08 8,48 P2O5 8,76 8,76 8,76 8,76 8,76 8,76 8,76 8,76 Phosphate tổng Apatite bắt đầu đóng rắn sau 20ph Kph 0,411 0,680 0,681 0,712 0,781 0,783 0,922 9,968 P2O5 hh 6,04 7,21 P2O5 13,69 13,69 13,69 13,69 13,69 13,69 13,69 13,69 8,09 8,53 9,69 9,91 11,17 11,29 toång Kph Bùn Bùn bắt đầu đóng rắn sau 40phút 0,441 0,527 0,591 0,623 0,694 0,742 0,816 0,825 Baûng : Bảng Scan kết kiểm nghiệm quặng Phosphorite Thanh hóa Bảng : Bảng Scan kết kiểm nghiệm quặng Apatite Lào cai Bảng : Bảng Scan kết kiểm nghiệm phân bón USP 20-9-0 Bảng : Bảng Scan kết kiểm nghiệm phân bón USP 5-15-0 Hình 1: Thí nghiệm sản xuất thử USP Hình : Thí nghiệm sản xuất thử USP hạt NPK hạt từ USP ... ngành : Công nghệ Hóa Học I-TÊN ĐỀ TÀI: Phái : Nam Nơi sinh : Hải Dương Mã số HV: 00509093 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT UREASUPERPHOSPHATE( USP) DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SUPERPHOSPHATE ĐƠN(SSP)... độ công nghệ cho trình sản xuất Công nghệ mô tả kiểu nhà máy sản xuất SSP TSP Vì vậy, chuyển SSP, TSP sang sản xuất USP có nhiều thuận lợi công nhân, kỹ thuật thành thục, cần nghiên cứu bổ sung... nguyên liệu cho nhà máy sản xuất phân bón NPK Công nghệ sản xuất phân bón NP nêu sử dụng nguyên liệu quặng Phosphate, Urea H2SO4 tạo sản phẩm Urea Superphosphate (USP) Hiện công nghệ bí mật lưu giữ