TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN BÓN

II.4.Theo phương pháp sản xuất: Phân hỗn hợp là phân hóa học có chứa vài nguyên tố dinh dưỡng và được sản xuấtbằng cách trộn lẫn cơ học những lọai phân hóa học khác nhau.. Tùy theo mức đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

……….……….

TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

Tên Thành Viên :

Nguyễn Đức Long Nguyễn Thanh Vịnh Nguyễn Văn Trung Huỳnh Thị Minh Trâm

Lê Đình chí Công Trần Đức Việt Đào Công Hậu

Lê Văn Nhuế

GVHD: TS.Lê Thanh Thanh

Vũng Tàu ngày 29/09/2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MỤC LỤC :

I.Giới thiệu chung về phân bón trang 4

II Phân loại phân bón trang 5

II.1.Theo ý nghĩa nông hóa trang 5 II.2.Theo số lượng trang 5 II.3.Nhóm đặc biệt trang 5 II.4.Theo mức độ hòa tan trang 5 II.5.Theo phương pháp sản xuất trang 5 II.6.Theo tác dụng sinh học trang 5 II.7.Theo hình dáng bên ngoài trang 6

III.Một số công nghệ sản xuất phân bón quan trọng trang 6

III.1.Các loại phân photpho (phân lân) trang 6 III.1.1.Một số khái niệm trang 6 III.1.2.Nguyên liệu trang 6 III.1.3.Sản xuất supephotphat trang 7 III.1.3.1.Sản xuất supephotphat (lân đơn) trang 7 III.1.3.1.A.Cơ sở lý thuyết trang 7

III.1.3.1.B.Sơ đồ và quy trình công nghệ trang 8 III.1.3.2.Sản xuất axit photphoric và supephotphat kép trang 10

III.1.3.2.C.Sơ đồ và quy trình sản xuất supephotphat kép trang 14 III.2.Các loại phân nitơ (phân đạm) trang 15 III.2.1.Một số khái niệm trang 15 III.2.2.Sản xuất nitrat amôn trang 15 III.2.2.1.Lý thuyết chung trang 15 III.2.2.2.Sơ đồ và quy trình trang 18 III.2.3.Sản xuất karbamit (phân Ure) trang 20

III.2.3.1.Lý thuyết chung trang 20 III.2.3.2.Sơ đồ và quy trình trang 22

IV.Ứng dụng và tình hình sản xuất trang 24

I.Giới thiệu chung về phân bón:

Phân bón là những bổ sung cho đất được dùng để thúc đẩy cây trồng phát triển,

các loại chất dinh dưỡng có trong phân bón là: Nitơ, Phốt pho và Kali và các chất dinhdưỡng khác

Phân bón thường được bón trực tiếp trên đất và cũng có thể được phun trên lá

Phân bón thường được chia thành phân hữu cơ và phân vô cơ

và sự khác biệt lớn nhất giữa chúng là nguồn gốc chứ không phải là trong thành phầndinh dưỡng…

Như chúng ta đã biết nước ta là một nước có nền nông nghiệp phát triển từ lâu đời chonên nhu cầu sản xuất và sử dụng phân bón rất cao

Trong khi đó các nhà máy mới chỉ sản xuất đáp ứng được khoảng 50% nhu cầu sửdụng, hiện tại các doanh nghiệp chỉ mới sản xuất được bốn loại phân chính là : phânĐạm, NPK, DAP trong khi Kali và SA thì phải nhập khẩu hoàn toàn, nhu cầu sử dụnghàng năm vào khoảng 8÷9 triệu tấn

Trước tình hình đó đòi hỏi các doanh nghiệp phải đẩy mạnh sản xuất phân bón

Các doanh nghiệp sản xuất phân bón

1.Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên Apatit Việt Nam

2 Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc

3 Công ty cổ phần Phân lân Ninh Bình

4 Công ty Cổ phần Phân bón Bình Điền

5 Công ty Cổ phần Phân bón miền Nam

6 Công ty Cổ phần Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao

7 Công ty Cổ phần Phân bón và Hóa chất Cần Thơ

8 Công ty Cổ phần Phân lân Nung chảy Văn Điển

9 Công ty Cổ phần Công nghiệp Hóa chất Đà Nẵng

10 Công ty TNHH một thành viên DAP - VINACHEM

11 Công ty TNHH MTV Phân đạm Ninh Bình

12 Công ty cổ phần DAP số 2 - VINACHEM

II.Phân loại phân bón:

II.1.Theo ý nghĩa nông hóa; Phân bón được chia thành trực tiếp và gián tiếp:

Trực tiếp là phân bón có chứa cấu tử dinh dưỡng ở dạng trực tiếp làm mạnh chocây

Gián tiếp là phân bón dùng để huy động những chất dinh dưỡng đã có sẵn trong đấttrồng trọt, để kích thích những tính chất lý học, hóa học và sinh học của đất

II.2.Theo số lượng:

Theo số lượng của cấu tử dinh dưỡng chính mà phân bón hóa học được chia thànhphân đơn hay phân phức hợp

Phân đơn chứa một nguyên tố;

Phân phức chứa 2 hay 3 và nhiều nguyên tố

II.3.Nhóm đặc biệt:

Là phân hóa học vi lượng Nhóm này chứa các nguyên tố Bo, Mangan, kẽm, đồngcần cho cây trồng với số lượng rất nhỏ nhằm mục đích kích thích sự phát triển

II.4.Theo phương pháp sản xuất:

Phân hỗn hợp là phân hóa học có chứa vài nguyên tố dinh dưỡng và được sản xuấtbằng cách trộn lẫn cơ học những lọai phân hóa học khác nhau

Phân phức cũng chứa vài nguyên tố dinh dưỡng nhưng được nhận trên cơ sở phảnứng hóa học

II.5.Theo mức độ hòa tan:

Hòa tan trong nước là tất cả các phân nitơ, kali Những phân hóa học này dễ đượccây trồng hấp thụ nhưng cũng nhanh chóng bị nước mưa rửa khỏi đất trồng

Những phân hóa học tan trong axit thổ nhưỡng phần lớn chứa photphat Chúngchuyển rất chậm thành dạng hòa tan nhưng cũng được giữ lại trong đất trồng lâu hơn II.6.Theo tác dụng sinh học:

Phụ thuộc vào tác dụng sinh học lên đất trồng mà phân hóa học được chia thành: -Axit;

-Kiềm;

-Trung tính

II.7.Theo hình dáng bên ngòai:

Dạng bột;

Dạng hạt Dạng hạt ít bị hút ẩm, không bị vón vào khi bảo quản, không bị bay theogió khi bón xuống đất, khi gặp nước mưa thì hạt giữ trong đất lâu hơn

III Một số công nghệ sản xuất phân bón quan trọng:

III.1.Các loại phân photpho (phân lân):

III.1.1.Một số khái niệm

Phân lân là những hợp chất chứa nguyên tố photpho Chất lượng hay hiệu quả củaphân lân được đánh giá bằng hàm lượng P2O5 hữu hiệu chứa trong nó mà cây có thể hấpthụ được Hàm lượng này thường nhỏ hơn hàm lượng tổng số P2O5 có trong nó theo líthuyết

Supephôtphat là loại phân lân được dùng phổ biến Tùy theo mức độ hòa tan màngười ta chia phân phôtphat thành 2 loại: loại hòa tan trong nước và loại không hòa tanPhôtphát là lớp khoáng chứa phôtpho chủ yếu dạng fluorapatit và các tạp chất khác Hàmlượng P2O5 trong quặng phôtphat khoảng 20-30%

Khó tan trong nước

Photphorit: là khoáng trầm tích được tạo thành do quá trình trầm tích của

canxiphotphat từ nước biển, có chứa photpho ở dạng florapatit và các tạp chất khác [xCa10(PO4)6F2 + yCa10P5CO23(F,OH)3]

Khoáng photphoric có màu nâu hoặc vàng Ít hút ẩm, không kết dính nhưng độphân tán kém

III.1.3.Sản xuất supephotphat:

III.1.3.1.Sản xuất supephotphat (lân đơn):

Supephotphat đơn là loại phân khoáng phổ biến nhất, được sản xuất ra với lượng lớnnhất Đó là bột (hay hạt) màu xám, thành phần cơ bản là Ca(H2PO4)2.CaSO4.2H2O

Superphotphat đơn có hàm lượng P2O5 hữu hiệu khoảng 14-20%

III.1.3.1.A.Cơ sở lí thuyết:

Bản chất kỹ thuật sản xuất supephotphat là phân hủy các quặng photphat tự nhiênkhông tan thành các muối photphat axit tan trong nước bằng axit sunfuric Quá trình sảnxuất supephotphat là quá trình dị thể nhiều pha, xảy ra trong vùng khuếch tán

Phản ứng giữa H2SO4 và quặng fluorcanxi apatit Ca5F(PO4)3 có thể chia thành 2 giaiđoạn:

- Giai đoạn 1: phân hủy quặng tạo thành axit photphoric

Đầu tiên phản ứng tiến hành trên bề mặt các hạt quặng, H2SO4 dư do đó tạo thành

H3PO4 tự do, CaSO4 kết tinh tách ra dưới dạng khan và nằm lại trong phân lân

Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 = 3H3PO4 + 5CaSO4 + HF + Q

Những yếu tố ảnh hưởng:

- Nồng độ H2SO4 : rất quang trọng đối với quá trình sản xuất supephotphat Trongđiều kiện khuấy trộn liên tục, nồng độ axit thích hợp là 62 - 69%, thấp hoặc cao hơn đềukhông thuận lợi

Hình 1:Sự phụ thuộc của mức độ phân hủy quặng vào nồng độ axit sunfuric

Không thể dùng axit có nồng độ thấp được vì nó chứa nhiều nước làm sản phẩm bị

III.1.3.1.B.Sơ đồ và quy trình công nghệ

Hiện nay có 3 phương pháp sản xuất:

1-Gián đọan 2-Liên tục 3-Bán liên tục

Ngày nay chủ yếu là thiết kế nhà máy theo phương pháp liên tục:

Tinh quặng đã được nghiền được đưa từ kho vào thùng cân liều lượng tự động (2) Saukhi cân xong tinh quặng được đưa vào thùng trộn lẫn (1) họat động liên tục

Axit sunfuric 75% liên tục được pha loãng bằng nước trong thùng đo liều lượngaxit (5) đến nồng độ 68% H2SO4, sau đó axit được đưa vào thùng trộn lẫn (1) Trongthùng trộn lẫn có các cánh khuấy cơ học để trộn lẫn axit với tinh quặng photphat

Trong thùng trộn lẫn tạo ra một lớp bùn nhão Bùn nhão được đưa vào buồnghóa thành họat động liên tục Tại đây quá trình tạo thành supephotphat được thực hiện

Từ bồn hóa thành, supephotphat tạo thành được chảy xuống băng tải và đưa sangkho ủ Tại đây nhờ máy phun (8) mà supephotphat được phân bố đều Để tăng tốc quátrình ủ, người ta dùng các gàu ngoạm để đảo lộn supephotphat trong kho

III.1.3.2.Sản xuất axit photphoric và supephotphat kép

III.1.3.2.A.Các tính chất hóa lí :

Axit photphoric chúng ta thường gọi là axit tri-hydrophotphoric hay ortophotphoric

H3PO4 Axit photphoric tinh khiết có thể kết tinh dưới dạng các tinh thể rắn, không ngậmnước có tỷ trọng là 1,88 và điểm nóng chảy là 43,2 oC, tự chảy rữa trong không khí ẩm.Dung dịch axit photphoric đặc (98%) không màu, sánh như xiro, có tỷ trọng khoảng 1,84g/cm3 ở 20oC H3PO4 tan trong nước với bất kì tỷ lệ nào

Axit photphoric hiện nay được sản xuất chủ yếu bằng hai phương pháp:

(1) Phương pháp chiết H3PO4 từ các photphat tự nhiên nhờ các axit khác nhau (thông quaphản ứng trao đổi giữa quặng photphat và axit mạnh như H2SO4),

(2) Phương pháp nhiệt phân ( đốt photpho và đồng thời hợp nước)

Nguyên liệu:

Nguyên liệu gốc để sản xuất axit photphoric là các quặng photphat như apatit

Ca5(PO3)4X, photphorit Ca3(PO4)2 hoặc than xương có chứa nhiều photphat

Nguyên liệu thứ cấp là photpho nguyên tố Photpho nguyên tố là sản phẩm nhiệtkhử từ các khoáng chứa photpho nói trên Đây là lọai nguyên liệu tốt nhất để sản xuấtaxit photphoric chất lượng cao

Phương pháp chính để điều chế axit photphoric là chiết bằng axit sunfuric

III.1.3.2.B.Sản xuất axit photphoric:

Sản xuất axit H3PO4 theo phương pháp trao đổi :

- Đầu tiên tinh quặng photphat tự nhiên đem nghiền nhỏ, sau đó đem chế biến vớilượng dư axit sunfuric để nhận được axit photphoric và canxi sunfat

Các quặng này chứa photpho dưới dạng canxi photphat, nên khi trao đổi với axitsunfuric ta dễ dàng thu dược axit photphoric vì canxi photphat hình thành sau phản ứng làchất ít tan trong nước, dễ cho việc tách ra khỏi dung dịch Quá trình được thực hiện theophản ứng:

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 ↔ 3CaSO4 + H3PO4

Ca5(PO4)3F + 3H2SO4↔5CaSO4 + 3H3PO4 + HF

Đây là phản ứng dị thể xảy ra trên bề mặt của các hạt quặng photphat chuyển hóacanxi photphat hầu như không tan trong nước thành canxi sunfat ít tan và axit photphoric.Các tinh thể canxi sunfat có thể tạo thành lớp vỏ bao xung quanh các hạt quặng và ngănchặn các quá trình khuếch tán qua lại Để tránh những hiện tượng bất lợi trên và tăngcường hiệu suất của phản ứng, người ta phải khuấy trộn hỗn hợp liên tục và tránh không

sử dụng dung dịch axit sunfuric quá đặc (nồng độ thường dùng là axit sunfuric 75%) Mặtkhác để tăng bề mặt tiếp xúc người ta nghiền thật nhỏ nguyên liệu) và ở giai đọan đầuquá trình chiết thì tăng nhiệt độ

Sản phẩm ra khỏi thiết bị có dạng dung dịch huyền phù của photphogips (kết tủa tạothành sau phản ứng) trong axit photphoric, được dẫn qua máy lọc, rửa kết tủa Sản phẩmaxit thu được thường có nồng độ 40 – 50% (sau khi lọc gạn còn 30%)

Nếu sử dụng làm phân bón thì sản phẩm axit hầu như không cần phải xử lý gì tiếptheo ngoài việc cô đặc để đạt nồng độ yêu cầu

Hình 3 Sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric bằng phương pháp trao đổi

Phương pháp nhiệt luyện:

Quá trình sản xuất H3PO4 bằng phương pháp nhiệt luyện gồm 3 giai đọan chính:

- Điều chế photpho bằng phản ứng nhiệt hóa học

- Đốt photpho với oxi không khí

- Ngưng tụ, hấp thụ tạo axit photphoric

Phương pháp nhiệt điện để điều chế axit photphoric dựa trên cơ sở khử photpho từphotphat canxi ở nhiệt độ cao (1400-1600oC) trong lò điện

Quá trình điều chế photpho xảy ra các phản ứng sau:

Ca3(PO4)2 + 8C = Ca3P2 + 8 CO

3Ca3(PO4)2 + 5Ca3P2 = 4P4 + 24CaO

CaO + SiO2 = CaSiO3

-2Ca3(PO4)2 + 6SiO2+ 10C = 6CaSiO3+ 10CO + P4

Trước hết người ta trộn quặng photphat đã được nghiền mịn với bột than và nungtrong lò ở nhiệt độ cao khoảng 1500oC Ở nhiệt độ này trước hết canxi photphat sẽ thựchiện phản ứng khử bằng than để tạo ra sản phẩm trung gian tricanxi photphua Sau đótricanxi photphua tiếp tục phản ứng với canxi photphat để tạo ra photpho dạng hơi vàCaO Để lấy xỉ ra người ta cho thêm SiO2 vào hỗn hợp chảy để tạo xỉ CaSiO3

Hơi photpho đi ra khỏi lò, oxy hóa (cháy) để tạo thành pentaoxyt photpho, oxyt nàysau khi hydrat hóa sẽ tạo thành axit photphoric

4P + 5O2 = P4O10

P2O5 + H2O = 2HPO3

HPO3 + H2O = H3PO4

Hình 4 Sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric nhiệt.

Axit thu được có nồng độ khoảng 80 – 90 %

Những ưu điểm cơ bản của phương pháp nhiệt điện so với phương pháp chiết là:

+ Thu được axit photphoric có nồng độ bất kì và có độ sạch cao

+ Nguyên liệu đa dạng hơn Có thể dùng những photphat nghèo mà khôngcần làm giàu

Nhược điểm chính của phương pháp này là tiêu tốn nhiều điện năng

III.1.3.2.C.Sơ đồ và quy trình sản xuất supephotphat kép :

Supephotphat kép được sản xuất trên cơ sở phân hủy quặng photphat bằng axitphotphoric 70-80%

Các phản ứng cơ bản xảy ra khi sản xuất superphotphat kép:

7H 3 PO 4 + Ca 5 F(PO 4 ) 3 + 5H 2 O = 5Ca(H 2 PO 4 ) 2 H 2 O + HF + Q

Về hình dáng bên ngoài cũng như về thành phần các pha, supephophat kép về căn

bản không khác supephotphat đơn Nó chỉ hầu như không có canxi sunfat Supephotphatkép là loại phân lân đậm đặc, có hàm lượng P2O5 hữu hiệu khỏang 40- 50% có nghĩa làgiàu hơn lân đơn 2-3 lần, tồn tại chủ yếu dưới dạng monocanxi photphat Ca(H2PO4) vàmột số axit photphoric H3PO4 tự do

Điều kiện: Nồng độ H3PO4 đậm đặc, to 80-90oC Hiệu suất phân huỷ 70%

Qua quá trình ủ 25 ngày, apatit còn lại tiếp tục bị phân huỷ, hiệu suất chuyển hoá tăng lên77-83% Sau đó sản phẩm được đem nghiền và tạo hạt

Thiết bị dùng sản xuất lân kép cũng tương tự như để sản xuất phân đơn Trong một

số sơ đồ sản xuất lân kép, quá trình đóng rắn bùn nhão được thực hiện trên băng tảichuyển sản phẩm vào khi chứa (phương pháp không dùng buồng) Theo đó, bùn nhãođược đưa trực tiếp từ thùng trộn vào thiết bị tạo hạt và buồng sấy Sản phẩm hạt thìkhông qua giai đọan ủ

Quy trình:

Bột photphat từ bunke (1) theo hai nhánh qua các cân (2) được đưa vào thiết bị trộn(3) để hỗn hợp với axit photphoric nóng từ thùng cao vị (4) xuống Quá trình phản ứngxày ra tại các thiết bi6 trộn này trong khỏang 1h ở nhiệt độ 60-80oC, với hiệu suất

52 – 53%

Một nhánh theo máng (5) xuống máy sấy (6) được đánh tơi bằng nhiệt độ của khí lò(khỏang 700oC) Từ máy sấy (6) ra, sản phẩm ở dạng bột, qua máy nâng (7) trộn với phầnbùn của nhánh thứ hai trong thiết bị tạo hạt (13) Hạt supephotphat đượcđưa xuống máysấy kiểu trống quay (12), sấy bằng khí lò

Hình 5 Sơ đồ công nghệ sản xuất supephotphat kép theo phương pháp dây chuyền

1 Bunke; 2 Cân; 3.Thiết bị trộn; 4.Thùng cao bị; 5 Máng dẫn; 6.Máy sấy; 7.Máy nâng;8.Sàng; 9.Máy nghiền; 10 Băng tải; 11 Thiết bị trung hòa 12.Máy sấy kiểu trống quay

13 Thiết bị tạo hạt

Hạt đã sấy khô, được máy nâng đưa lên sàng (8), phân thành 3 lọai:

 Hạt thô (> 4mm) được đưa vào máy nghiền (9) đề rồi đưa vòng trởlại sàng (8)

 Hạt có kích thước trong khỏang 1 – 4 mm, được đem trộn với phấnbột và vào thiết bị trung hòa (11) để trung hòa axit dư

 Supe vụn ( < 1mm) được đưa vể máy tạo hạt (13)