Введение.
В настоящее время в промышленном масштабе производяться азотные (аммиачная селитра, карбамид, сульфат аммония, натриевая и кальциевая селитры), фосфорные (простой и двойной суперфосфаты), калийные (хлорид и сульфат калия), а также комплексные и сложно-смешанные удобрения (нитроаммофос, нитроаммофоска, фосфаты аммония) минеральные удобрения.
Комплексные (многосторонние) удобрения содержат два или три основных питательных компонента (азот, фосфор, калии), а иногда и другие (магнии, кальции, серу, микроэлементы). Их выпускают в форме твердых (сложные, сложно-смешанные) или жидких (ЖКУ) продуктов. Технологии их производства и основные процессы в общих чертах сходны.
Гранулийрованные комплексные удобрения получают либо кислотной переработкой природных фосфатов с получением азотосодержащей пульпы, либо аммонизацией кислот, полученных на отдельных линиях (аммофос, нитроаммофос). Нейтрализованные пульпы при необходимости смешивают с калийным компонентом. Извлечение фосфора из руды проводят аналогично процессу получения фосфорной кислоты или пульпы двойного суперфосфата. Дальнейшую переработку осуществляют по нескольким технологическим схемам, принципиально отличающимся способом предварительного удаления влаги.
Из комплексных удобрении наиболее распростронены сложные. К ним относятся одинарные соли, содержащие несколько питательных элементов или композиции из солей, включающих два (N+K, N+P, P+K) или три (N+K+P) питательных элемента.
В сельском хозяйстве используется свыше 10 марок усавершенствоанных комплексных удобрении. Все комплексные удобрения являются высококонцентрированными и применение их более эффективно, чем применение простых удобрении. Этим обусловлено интенсивное расширение производства и потребления сложных комплексных удобрении.
Раздел 1. Физико — химическая характеристика процесса.
1.1 Методы производства получения жидких комплексных и сложно-смешанных удобрении
К комплексным удобрениям относятся сложные, сложно-смешанные удобрения, выпускаемые в виде гранул, а также жидкие комплексные. Ниже излагаются основные способы производства сложных удобрении, получивших широкое распростронение в нашей стране.
Все сложные минеральные удобрения по методу их производства могут быть разделены на три группы:
- удобрения, получаемые переработкой фосфорной кислоты (аммофос, диаммофос);
- удобрения, получаемые переработкой смеси фосфорной и азотной кислоты (нитроаммофос, нитроаммофоска);
- удобрения, получаемые разложением природных фосфатов азотной кислотой (нитрофос, нитроаммофоска);
Таким образом, некоторые удобрения, например, нитроаммофоска, могут быть получены различными методами.
Жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) получают методами горячего и холодного смешения.
Метод горячего смешения заключается в нейтрализации фосфорной или полифосфорной кислоты аммиаком. При этом поучают так называемые базовые растворы, содержащие орто- или полифосфаты аммония. При использовании термической фосфорной кислоты получают базовые растворы состава 8-24-0, экстракиционного состава 7-21-0, экстракиционной и термической полифосфорных кислот -состава 10-34-0 и 11-37-0.
Наибольшее развитие получило производство ЖКУ состава 10-34-0 (ТУ 6-08-414-78) на основе экстракиционной полифосфосфорной кислоты со степенью конверсии Р2О5 не менее 55%. На основе полифосфорной кислоты можно получить растворы ЖКУ с низкой температурой кристаллизации 18-200С и малой вязкостью (не более 50 Мпа·с при 200С).
На основе базовых растворов методом холодного смешения получают тройные уравновешенные ЖКУ с требуемым соотношением питательных элементов. Для этого к базовому раствору добавляют азот- и калийсодержащие компоненты: карбамид, нитрат аммония, хлорид калия и др.
Производство аммофоса можно строить по различным технологическим схемам, различающимся концентрацией используемой фосфорной кислоты и конструкцией аппаратуры:
На основе разбавленной экстракиционной кислоты:
-с сушкой пульпы в распылительной сушилке;
-с упариванием пульпы в вакуум-выпарных аппаратах и сушкой в аппарате БГС;
-с сушкой пульпы и грануляцией ее в распылительной сушилке-грануляторе кипящего слоя РКГС;
На основе концентрированной фосфорной кислоты:
-с грануляцией и сушкой продукта в аммонизаторе-грануляторе АГ;
-с самоиспарением пульпы под давлением и сушкой в барабанном грануляторе-сушилке-холодильнике БГСХ;
Технологическая схема производства аммофоса с использованием аппарата РКСГ позволяет соединить в одном аппарате операции упаривания пульпы, грануляции и сушки продукта, что обеспечивает высокую интенсивность всех стадии процесса при малых затратах тепла и электроэнергии.
Смешанные космплексные удобрения получают путем механическог осмешения готовых гранулированных и порошкообразных удобрении. Процесс приготовления смешанных удобрении называют тукосмешением. Сухое тукосмешение позволяет получать широкий ассортимент комплексных удобрении практически в любом соотношении питательных элементов. Относительная простота технологического процесса и аппаратурного оформления установок по производству тукосмесей дает возможность легко переходить к приготолению новых марок.
Обычно смешенные удобрения получают на небольших тукосмесительных установках (ТСУ) местного значения. Процесс их приготовления состоит их следующих последовательно осуществляемых операции: 1)подготовка удобрении к смешению в ТСУ; 2) дозирование; 3) смешение; 4) выгрузка тукосмесей.
Сложно-смешанные удобрения получают в результате смешения готовых односторонних удобрении и полупродуктов, а также серной и фосфорной кислот с одновременной аммонизацией смеси газообразным аммиаком или аммиакатами. При этом протекают химические реакции, которые способствуют улучшению качества удобрения, получению более однородных и прочных гранул продукта.
Сложно-смешанные, как и сложные удобрения, можно длительное время хранить до внесения в почву, что дает возможность производить их в промышленных мастабах. Согласно ГОСТу в нашей стране предусмотрен выпусксложно-смешанных гранулийрованных удобрении на основе простого супефосфата, аммиачной селитры и хлорида калия или простого суперфосфата и хлорида калия со следующими соотношениями:
| Соотношение N : Р2О5 : K2O | Состав, % | |||
| N | Р2О5 | K2O | N + Р2О5 +K2O | |
| 1:1:1 0:1:1 1:1,5:1 1:1:1,5 1:1:5-0 | 10-11 - 7-8 9-10 10-11 | 10-11 13-14 11-12 9-10 15-16 | 10-11 13-14 7-8 14-15 - | 30-33 26-28 25-28 32-35 25-27 |
Идеальным компонентом для сухого тукосмешения является гранулийрованный аммофос. В настоящее время и в перспективе аммофос остается основой для производства смешанных комплексных удобрении. Для розничной торговли выпускаютс удобрительные тукосмеси с добавкой бора или магния.
1.2 Теоретические основы принятого метода
1.2.1 Производство аммофоса
Ведущее место среди комплексных удобрении занимает аммофос, являющийся универсальным удобрением, которое используют как для внесения в почву, так и для изготовления минеральных удобрении смешанного типа.
Аммофос принадлежит к числу сложных удобрении, получаемых в наибольшем количестве.
В основе производства аммофоса лежит гетерогенные экзотермический процесс нейтрализации фосфорной кислоты газообразным аммиаком:
Н2РО3ж + NН3г = NН4Н2РО4т ∆Н,
∆Н = 147 кДж
Процесс ведут при избытке аммиака, поэтому в системе, наряду с реакцией образования моноаммонийфосфата, частично протекает реакция образования диаммонийфосфата:
Н2РО3 + 2NН3 = (NН4)НРО4 - ∆Н,
∆Н = 75,4 кДж
в результате чего в составе готового продукта содержится до 10% диаммонийфос-фата.
Аммофос представляет двойное (N+P) сложное комплексное удобрение, содержащее в качестве основного вещества моноаммонийфосфат NН4Н2РО4 и примесь (до 10%) диаммонийфосфата (NН2)2РО4, образующегося в процессе получения. Моно- и диаммонийфосфаты представляют собой твердые кристаллические вещества, малогигроскопичные, растворимые в воде. Из фосфа-тов аммония моноаммонийфосфат термически наиболее устойчив и при нагревании до 100-1100С практически не разлагается. Диаммонийфосфат, и особенно триаммонийфосфат при нагревании доссоциируют с выделением аммиака, например:
(NН2)2РО4 = NН4Н2РО4 + NН3
Режим процесса нейтрализации выбирают так, чтобы обеспечить получение достаточно подвижной и способной к перекачиванию по трубопроводам аммофосной пульпы. Вязкость пульпы зависит от концентрации исходной кислоты, растворимости фосфатов аммония и температуры.
1.2.2. Производство сложно-смешанных удобрении
Производство смешанных удобрении преследует задачу получения уравновешенных двойных или тройных удобрении из простых или неуравновешенных сложных удобрении. Сложно-смешанные удобрения готовят с добавлением некоторых реагентов и полупродуктов (фосфорной и серной кислота, аммиак и аммиакаты, концентрированные растворы удобрении -так называемые «плавы»).