Bài giảng Hoá công nghệ - Chương 5: Sản xuất phân bón - Ngô Xuân Lương

Nội dung text: Bài giảng Hoá công nghệ - Chương 5: Sản xuất phân bón - Ngô Xuân Lương

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN TH.S NGÔ XUÂN LƯƠNG Thanh Hóa, năm 2008
2. CHƯƠNG V. SẢN XUẤT PHÂN BÓN
3. I. KHÁI NIỆM CHUNG Trong sản xuất nông nghiệp người ta sử dụng chủ yếu 3 dạng phân bón hoá học: đạm – lân – ka li * Phân đạm: Hợp chất chứa Nitơ + - Cung cấp đạm cho cây trồng dạng NH4 , NO3 . Hàm lượng đạm được đánh giá qua %mN có trong phân bón đó Bao gồm: Urre (NH2)2CO, đạm một lá: (NaNO3,(NH4)2SO4, NH4Cl, (NH4)2CO3), đạm 2 lá NH4NO3 * Phân lân: Hợp chất chứa P 2- - Cung cấp P cho cây trồng dạng HPO4 H2PO4
4. Hàm lượng lân được đánh giá qua %mP2O5 tương ứng với mp có trong thành phần của nó Bao gồm: Supephotphat đơn: Ca(H2PO4), CaSO42H2O Supephotphat kép: Ca(H2PO4) Phân lân nung chảy, phân lân thuỷ tinh Ca3(PO4)2 * Phân kali: Là hợp chất chứa K. Cung cấp K+ cho cây trồng KCl, KNO3, K2SO4. Hàm lượng K được đánh giá qua % mK2O tương ứng với mK có trong thành phần của nó. Ngoài ra phân hỗn hợp N, P, K Phân phức hợp: amofot (NH4H2PO4, (NH4)2HPO4) Cu, Zn phân vi sinh (vi lượng) Co.
5. II. SẢN XUẤT PHÂN LÂN 1. Sản xuất Supephotphat đơn theo phương pháp axit\ + Đặc điểm, tính chất - Bột (hạt) màu xám - Thành phần: Chính Ca(H2PO4)2, CaSO4 khan Phụ H3PO4, H2SiO3,Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3 - Nguyên liệu: quặng apatit Ca5F(PO4)3, H2SO4 - Suphephotphat đơn sản xuất hoá chất Lâm Thao chứa 18-20 % P2O5 hiệu quả. - Dễ tan trong môi trường PH = 7 + Cơ sở lý thuyết:
6. Các yếu tố ảnh hưởng: Giai đoạn 1: Xảy ra trên bề mặt quặng, dư H2SO4, giai đoạn 1 xảy ra trong hệ dị thể và tốc độ lớn hơn nhiều giai đoạn 2 → giai đoạn 2 tốc độ phản ứng. Giai đoạn 1 kết thúc sau 20-40 phút khi trộn apatit với H2SO4. + Nồng độ H2SO4 phù hợp là 62-63%. Nếu C bé → lượng H2O kéo theo lớn → không thu được sản phẩm rắn (CaSO4) mà là bùn nhão.
7. Nếu C cao hơn thì pha lỏng nhanh chóng bão hoà CaSO4, CaSO4 tạo thành bám lên bề mặt hạt quặng → phản ứng bị kìm hãm và sản phẩm thu được không tơi xốp và kết dính ở C < 63% → pha lỏng bị quá bão hoà thấp → CaSO4 kết tinh lớn tạo thành lớp vỏ xốp lên bề mặt quặng ngăn H2SO4 tiếp xúc với quặng. Tăng C giảm độ ẩm sản phẩm → hàm lượng P2O5 tăng C cao quá không có lợi. Vậy thiết bị gián đoạn C = 62.63%, thiết bị liên tục C = 66%. + Nhiệt độ sản xuất phụ thuộc theo mùa và CH2SO4 VD: C = 62 – 63% nhiệt độ = 62 – 750C C = 64 – 68% nhiệt độ = 50 – 600C Nhiệt độ mùa hè < mùa đông 50C + Diện tích tiếp xúc: quặng nghiền nhỏ tăng V
8. Giai đoạn 2 bắt đầu xảy ra khi tiêu hao hết H2SO4 Ca(H2SO4)2 tạo thành lúc đầu trong dd và kết tinh sau khi dd quá bão hoà → V giảm vậy để phân huỷ hoàn toàn quặng ủ sản phẩm trong khi 16-25 ngày tuỳ vào loại nguyên liệu. Tăng cường dd H2SO4 → tăng H3PO4 → V tăng và nhiệt độ kho ủ → V tăng (nhiệt độ phù hợp 35-40%)
9. Giai đoạn 3: Trung hoà H3PO4 tự do Trộn sản phẩm với chất trung hoà để phân huỷ: NH3(K)CaCO3, bột xương (Ca(PO4)2 + CO2 + H2O). + Quá trình sản xuất H2SO4 68%, apatits chuyển vào (3) tại đây xảy ra phản ứng giai đoạn (1) → CaSO4 + H3PO4
10. Các chất phản ứng khuấy trộn liên tục và thời gian dừng lại là 2 – 4 phút. Nếu thời gian dài HH đóng rắn → sản xuất ngừng trệ, HH chất lỏng từ (3) chuyển xuống (4) nơi tạo thành sản phẩm. Thùng hoá thành luôn quay với V chậm Tại (4) → Ca(H2PO4)2 do Ca5(PO4)2 + H3PO4 (giai đoạn 2) với V chậm phản ứng dùng ở đây nhiều giờ. Sản phẩm được cắt gọn qua bộ phận làm tơi và rơi vào kho ủ sản phẩm ủ 21 ngày để quặng + H3PO4 xảy ra hoàn toàn và trùng hoà bởi H3PO4 dư = NH3 hoặc bột xương Ca3(PO4)2. 2. Supephotphat kép: Trộn quặng với H3PO4 FCa5(PO4)3 +7H3PO4 → 5Ca(H2PO4)2 + HE Hàm lượng P2O5 > supephotphat đơn
11. 3. Phân lân thuỷ tinh (nung chảy): - Thành phần chủ yếu P, Ca, Mg lân CaSiO3, Mg2(PO4)3, Ca2(PO4)3 - Nguyên liệu: quặng apatit và khoáng vật chứa MgO, CaO, SiO2 như đo lô mít (CaCO3, MgCO3) theo một tỷ lệ xác định. - Có tên phân lân thuỷ tinh vì bán sản phẩm là các hạt rắn có bề ngoài giống thuỷ tinh vỡ vụn và gọi là phân lân nung chảy vì được tạp thành = pp nung chảy phối liệu gồm apatit và một số đá chứa MgO, CaO, SiO2 rồi làm lạnh đột ngột = H2O ở P cao → bán sản phẩm. Bán sản phẩm để khô đem sấy và nghiên nhỏ ta thu được sản phẩm có hàm lượng 19,5 – 22%, P2O5 9 – 14%MgO, 30% CaO, 23%SiO2, 7,5% Al2O3
12. - Cơ sở lý thuyết: Phối liệu được nung chảy ở 1450-15000C = than cốc trong các lò tương tự lò luyện găng khi đó CaCO3 → CaO + CO2, MgCO3 → CO2 + MgO CaSiO3 → CaO + SiO2 4Ca5(PO4)3 + 3SiO2 → 6Ca3(PO4)2 + 2CaSiO3 + SiF4. Khi đó toàn bộ sản phẩm chảy lỏng sau đó dùng tia nước lạnh có P cao làm lạnh đột ngột → Ca3(PO4)2 có cấu tạo đặc biệt tan trong đất chua. Sản xuất: PL văn điển, PL Nình Bình, Bắc Giang
13. III. SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM 1. Sản xuất NH4NO3 NH4NO3 chứa 35% N là loại phân đạm thường dùng trong sản xuất NN. Sản xuất theo 2 phương pháp: phương pháp bốc hơi và không bốc hơi Ngày nay người ta sử dụng phương pháp bốc hơi: Cơ sở phương pháp bốc hơi: Phản ứng: NH3 + HNO3 → NH4NO3 +Q → dd NH4NO3 để chế tạo sản phẩm thì ta phải bốc hơi dd NH4NO3. Phản ứng trong hệ dị thể, toả nhiệt, nhiệt dùng bốc hơi nước trong dd NH4NO3.
14. 0 HNO3, NH3 nén ở P = 4,3 atm và đun nóng = hơi tới 155 C. Sau đó đi ngược chiều → phản ứng nhanh NH3 + HNO3 → NH4NO3 (63-64%) NH4NO3 lưu lại thiết bị trung hoà ngắn → không bị phân huỷ: NH4NO3 sang bộ phận phân ly hạ P → H2O bay hơi → dd NH4NO3 98% đang kết tinh và tạo hạt. Sau đó sấy tới độ ẩm 0,9 – 1% đem đóng bao. 2. Sản xuất (NH4)2SO4 - Chứa 21% Nitơ, ít hút ẩm và kết khối nếu bón nhiều năm → đất chua (vì vậy hấp thụ + 2- NH4 để lại SO4 gây chua ) - Sản xuất từ NH3 và H2SO4 = pp trung hoà NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 + Q NH3 lấy từ pp tổng hợp N2 và H2, khí lô cốc. Cũng gồm 4 giai đoạn. Trung hoà, cô đặc, kết tinh và tạo hạt, sấy sản phẩm.
15. 3. Sản xuất Urê (NH2)2CO - Tinh thể hoạt dạng hạt, chứa hàm lượng đạm cao nhất 46,6%. Dùng lân phân bốn, thức ăn cho trâu, bò, nguyên liệu sản xuất h/c cao phân tử.
16. 4. Sản xuất NH4Cl Chủ yếu dùng trong công nghiệp (chất điện giải trong ph khô, tẩy oxits KL trước khi hàn KL ít dùng trong nông nghiệp vì Cl- hại cây trồng và gây chua cho đất. Phương pháp 1: phương pháp NH3 hoá (sản xuất từ nước lọc của quá trình sản xuất Na2CO3).
17. (cho dd NaCl bão hoà vào dd NH3 20% sau đó dẫn khí CO2 vào dd kk → NaHCO3 ít tan, lọc tách NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O, CO2 tạo thành quay lại phản ứng (1), dd sau (1) nước ót gồm : NH4Cl, NH4HCO3 (NH4)2CO3, NaCl Pha khí, toả nhiệt và NH4Cl tạo thành hạt nhỏ (khói trắng) hấp thu = H2O (khó thực hiện) Dẫn khí NH3 vào dd HCl bão hoà NH3Cl không tan trong dd hh HCl kết tinh huyền phù lắng gạn và li tâm.
18. IV. SẢN XUẤT PHÂN KALI - KCl, K2SO4 Đ/C: KCl quặng Sunvinit KCl, NaCl = phương pháp tách dựa vào độ tan quặng nghiền nhỏ đổ vào dd NaCl bão hoà đun sôi gạn lấy dd, làm đi làm lại nhiều lần → đ KCl để nguội → KCl giảm K2SO4 : KCl + MgSO4 . MgSO4 + MgCl2 K2SO4 kết tính MgCl2 dd.