Bài giảng Công nghệ sản xuất phân bón vô cơ - Chương IV: Phân bón đa dinh dưỡng - Nguyễn Văn Hòa

Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 1 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG A. GIỚI THIỆU PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Phân bón đa dinh dưỡng là loại phân có chứa từ 2 nguyên tố dinh dưỡng đa lượng trở lên. Phân đa dinh dưỡng: Đạm - Lân - Kali N P2O5 K2O 1 1 1 1 1 1,5 1 1,5 1 1 1,5 1,5 Phân đa dinh dưỡng: Đạm - Lân 1 2,5 0 1 4 0 Phân đa dinh dưỡng: Lân - Kali 0 1 1 0 1 1,5 Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 2 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Phân bón đa dinh dưỡng được chia làm 2 nhóm: - Phân phức hợp: Tổng hợp bằng phản ứng hoá học - Phân hỗn hợp (phân trộn): Gia công bằng cách trộn lẫn B. PHÂN PHỨC HỢP - Trên cơ sở gia công axit photphoric: amoni photphat - Phân hủy photphat thiên nhiên bằng axit nitric: nitrophotphat Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 3 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG I. Phân Amoni Photphat I.1. Cơ sở hoá lý của quá trình sản xuất Các phản ứng trung hoà H3PO4 bằng NH3 H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4 (MAP) +159,82kJ H3PO4 + 2NH3 = (NH4)2HPO4 (DAP) +215,33kJ H3PO4 + 3NH3 = (NH4)3PO4 (TAP) Sản phẩm tinh khiết % N % P2O5 MAP 12,17 61,71 DAP 21,19 53,76 Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 4 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Cấp độ thương phẩm %N - %P2O5 - %K2O DAP tiêu chuẩn 18-46-0 MAP (10  11)-(50  55)-0; 11-52-0 MAP + DAP 13-52-0; 16-48-0 Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 5 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG I.2. Các quy trình sản xuất DAP I.2.1. Quy trình sản xuất DAP của TVA S1, S13-tháp rửa khí; R2-thiết bị tiền trung hòa ; T3-thùng chứa; G4-thiết bị tạo hạt; BC5,8-gầu nâng; D6- máy sấy; S7,S11- cyclon; CS9- sàng; GR10- máy nghiền; E12- làm nguội; BC14,15,16- băng tải Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 6 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG I.2.2. Quy trình DAP tạo hạt từ bùn của Jacobs- Dorrco Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 7 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG I.2.3. Quy trình DAP/NPK của AZF Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 8 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG I.3. Các quy trình sản xuất MAP bột: I.3.1. Quy trình Fisons Chi tiết vòi phun 2 chất lỏng Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 9 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG I.3.2. Quy trình Swift P1, P2, P3: bơm T4: bể cân bằng R5: thiết bị phản ứng dạng ống C6: tháp tạo hạt MAP S7: tháp rửa khí Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 10 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG I.3.3. Quy trình Scottish Agricultural Industries (SAI) 1,6-quạt hút; 2-thiết bị phân ly; 3-thiết bị hấp thu; 4-thiết bị phản ứng sơ cấp; 5-thiết bị phản ứng thứ cấp và tách ẩm; 7,11-băng tải; 8-sàng; 9-máy nghiền; 10-gầu nâng; Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 11 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG II. Phân Nitrophotphat II.1. Các yêu cầu về quặng photphat  Cỡ hạt: < 1 mm (đôi khi chấp nhận 4 mm)  Hàm lượng SiO2  Tỷ lệ CaO:P2O5  Hàm lượng carbonat  Các hợp chất hữu cơ  Oxit sắt, nhôm  Hàm lượng clorua: < 300 ppmw (đôi khi chấp nhận 500 ppmw) Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 12 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG II.2. Cơ sở hoá lý của quá trình sản xuất  Các phản ứng đơn giản quá trình phân huỷ quặng photphat bằng axit nitric: Ca3(PO4)2 + 4HNO3 → 2Ca(NO3)2 + Ca(H2PO4)2 +20,2Kcal Ca(H2PO4)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + 2H3PO4 +2,05 Kcal Tổng công: Ca3(PO4)2 + 6HNO3 → 3Ca(NO3)2 + 2H3PO4 +22,25 Kcal  Tách các chất không hoà tan bởi HNO3  Trung hoà H3PO4 bởi NH3 Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 13 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Quá trình trung hoà H3PO4 bằng NH3 •Tỷ lệ trung hoà 1:1 (pH = 2 – 2,7) 3Ca(NO3)2 + 2H3PO4 + 2NH3 → Ca(H2PO4)2 + 2NH4NO3 + 2Ca(NO3)2 •Tỷ lệ trung hoà 1:2 (pH = 5 – 6) 3Ca(NO3)2 + 2H3PO4 + 4NH3 → 2CaHPO4 + 4NH4NO3 + Ca(NO3)2 •Tỷ lệ trung hoà 1:3 (pH = 8,5 – 9) 3Ca(NO3)2 + 2H3PO4 + 6NH3 → Ca3(PO4)2 + 6NH4NO3 Cần phải loại bỏ caxi bằng các cách khác nhau Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 14 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG II.3. Các quy trình sản xuất II.3.1. Quy trình Odda •Làm lạnh để kết tinh Ca(NO3)2.4H2O (ở 2 0C tách được 70% Ca(NO3)2; ở -2 0C  -50C tách được 80%Ca(NO3)2). Sau đó đi trung hoà theo phản ứng: 2H3PO4 + Ca(NO3)2 + 4NH3 → CaHPO4 + (NH4)2HPO4 + 2NH4NO3 +66,67 Kcal •Và chuyển hoá Ca(NO3)2 thành CAN: Ca(NO3)2 + (NH4)2CO3 → CaCO3 + 2NH4NO3 Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 15 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Quy trình nitrophotphat Odda rút gọn Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 16 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Quy trình tách chất trơ (thiết bị S3 trong quy trình Odda) T1 – bể chứa dung dịch P2 – bơm S3 – bể lắng F4 – thiết bị lọc S5 – thiết bị tách Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 17 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG II.3.2. Quy trình hỗn hợp axit (Kemira Oy) G9–TB tạo hạt Spherodizer E16–làm nguội tầng sôi Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 18 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Các phản ứng hoá học cơ bản Tại R1: Ca3(PO4)2 + 6HNO3 → 3Ca(NO3)2 + 2H3PO4 +22,25 Kcal Tại R2: HNO3 + NH3 → NH4NO3 +22,27 Kcal H3PO4 + 2NH3 → (NH4)2HPO4 +33,52Kcal 2H3PO4 + Ca(NO3)2 + 4NH3 → CaHPO4 + (NH4)2HPO4 + 2NH4NO3 +66,67 Kcal Tại R3: Ca(NO3)2 + H2SO4 → 2HNO3 + CaSO4 +9,37 Kcal Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 19 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG II.3.3. Các quy trình khác  Tách caxi bằng quá trình thêm muối sunfat Thay thế một phần axit H2SO4 bằng (NH4)2SO4 hoặc K2SO4  Tách canxi bằng quá trình thêm CO2 NH3 và CO2 được thêm vào để tách CaCO3  Tách canxi bằng quá trình trao đổi ion Dùng nhựa trao đổi ion chứa K+ để hấp phụ Ca2+, các ion sắt và nhôm. Phóng thích ra K+. Tái sinh nhựa bằng dung dịch KCl. Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 20 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG C. PHÂN HỖN HỢP Quá trình sản xuất phân hỗn hợp bao gồm:  Tạo hạt bằng hơi nước / nước  Tạo hạt hoá học  Kết tinh giọt nóng chảy  Tạo hạt nén ép  Trộn khô (trộn đơn giản) Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 21 Sunphat đạm, clorua đạm, phôtphat đạm Nitrat đạm Đạm urê Supe lân Apatit, phosphorit Tecmô phôtphat Clorua kali Sunphat kali DAP Vôi, tro Phân chuồng Sunphat đạm, clorua đạm, phôtphat đạm + + + - - - + 0 0 0 0 Nitrat đạm + + - - - - - 0 0 0 0 Urê + - + + - - - 0 0 - - Supe lân - - + + - - - 0 + 0 + Apatit, phosphorit - - - - + - - - + 0 + Tecmô phôtphat - - - - - + - - - 0 0 Clorua kali + - - - - - + - + - + Sunphat kali 0 0 0 0 - - - + 0 0 + DAP 0 0 0 + + - + 0 + 0 + Vôi, tro 0 0 - 0 0 0 - 0 0 + + Phân chuồng 0 0 + + 0 + + + + + CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Bảng hướng dẫn trộn phân Trộn được + ; Không trộn được 0 ; Trộn xong bón ngay - Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 22 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG I. Trộn khô (trộn đơn giản tạo phân 3 màu) Sơ đồ trộn đơn giản gián đoạn Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 23 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Sơ đồ trộn đơn giản liên tục Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 24 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG II. Trộn tạo hạt bằng hơi nước/nước Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 25 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG III. Tính đơn phối liệu cho phân hỗn hợp Dạng toán 1: Chế tạo phân bón hỗn hợp có tỷ số N:P2O5:K2O = A:B:C từ các loại phân đơn biết trước. Gọi a, b, c lần lượt là hàm lượng (%) của các chất dinh dưỡng có trong phân bón hỗn hợp. Gọi x, y, z lần lượt là hàm lượng (%) của các phân đơn ban đầu cần trộn để được phân hỗn hợp. Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 26 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Hàm lượng (%) các chất dinh dưỡng trong mỗi loại phân đơn ban đầu được ký hiệu như sau: Chất dd Phân N P2O5 K2O Phân đơn 1 a1 b1 c1 Phân đơn 2 a2 b2 c2 Phân đơn 3 a3 b3 c3 Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 27 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Moái lieân heä giöõa caùc thoâng soá: a = a 1 .x/100 + a 2 .y/100 + a 3 .z/100 (1) b = b 1 .x/100 + b 2 .y/100 + b 3 .z/100 (2) c = c 1 .x/100 + c 2 .y/100 + c 3 .z/100 (3) a/b = A/B (4) a/c = A/C (5) x + y + z = 100 (6) Ví duï 1: Cheá taïo phaân boùn hoãn hôïp coù tyû soá N:P 2 O 5 :K 2 O = 2:2:1 töø ba loaïi phaân ñôn sau: Photphat amon (14%P 2 O 5 , 2,5%N), sulfat amon (21%N) vaø muoái kali sunfat (42%K 2 O) Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 28 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG - Gọi n, p, k là hàm lượng N, P2O5, K2O trong phân đơn ban đầu - Gọi N, P, K là hàm lượng N, P2O5, K2O cần có trong phân hỗn hợp. C – Trọng lượng chất trơ cần bổ sung để đưa hỗn hợp đạt đến 1 đơn vị trọng lượng Như vậy, để chế tạo 1 tấn (1T) phân hỗn hợp sẽ chứa 1 lượng sau đây các thành phần: C + N/n + P/p + K/k = 1T Dạng toán 2: Nếu trong trường hợp yêu cầu đặt ra không phù hợp với hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng trong phân bón hỗn hợp, thì sẽ tính như sau: Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 29 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Ví dụ 2: Chế tạo phân bón hỗn hợp N-P2O5-K2O = 5-10-10 từ ba loại phân đơn sau: superphotphat đơn (20%P2O5), sulfat amon (20,5%N) và muối kali clorua (60%K2O) Ví dụ 3: Chế tạo phân bón hỗn hợp N-P2O5-K2O = 10-10-10 Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 30 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Dạng toán 3: Khi dùng phân phức hợp để chế tạo phân hỗn hợp cần phải cân bằng các cấu tử dinh dưỡng trong phân phức hợp, từ đó lựa chọn chất bổ sung hợp lý cho phân hỗn hợp. Ví dụ 4: Chế tạo phân bón hỗn hợp N-P2O5-K2O = 10-20-20 từ mono amon photphat (11%N, 48%P2O5) muối KCl (60%K2O) và chất thứ 3. Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 31 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Tỷ lệ N:P2O5 trong mono amon photphat 11:48 = 0,23 Tỷ lệ N:P2O5 yêu cầu trong phân hỗn hợp 10:20 =0,5 Vì vậy, xem mono amon photphat là nguồn cung cấp P2O5 và cần phải bổ sung cho hỗn hợp bằng những hợp chất có chứa đạm. Để chế tạo 1T phân hỗn hợp thì: Trọng lượng monoamonphotphat : P/p = 20/48 =0,417T Trọng lượng muối KCl: K/k =20/60=0,333T Phần còn lại: 1-(0,417+0,333)=0,25T Chương 4 nvhoa102@yahoo.com 32 CHƯƠNG IV: PHÂN BÓN ĐA DINH DƯỠNG Trong monoamonphotphat đã chứa 11.0,417 = 4,6%N, do đó phải bổ sung (10 – 4,6) = 5,4%N Hàm lượng cực tiểu của đạm cần phải có trong chất thứ 3 là 5,4:0,25 = 21,6% > %N trong SA phải bổ sung đạm bằng amoni nitrat hoặc ure.