Химия и производство удобрений
Урок 48. Химия 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Химия и производство удобрений»
Учёными всего мира на протяжении многих веков велась работа по поддержанию плодородного слоя почвы. Так появились на свет минеральные удобрения.
В середине 19 века Либих изучал питание растений.
В то время было известно только, что интенсивное фермерство быстро истощает почву. В 1840 году он опубликовал труд «Применение химии в сельском хозяйстве и физиологии». Либих был убеждён, что неорганические вещества играют значительную роль в питании растений.
Удобрения – это вещества, которые содержат химические элементы, необходимые для питания и роста растений, и вносятся в почву для повышения урожайности.
В росте и развитии растений принимают участие около 60 химических элементов. Некоторые элементы требуются в больших количествах: углерод, кислород, водород, а другие – в меньшем, например, азот, фосфор, калий, сера, магний, железо, кальций и другие.
По питательным элементам удобрения делят на азотные, фосфорные, калийные и комплексные.
Азотные удобрения делятся на две группы: органические и минеральные. К органическим азотным удобрениям относятся навоз, компост, который получают из органических остатков в результате их биологического разложения, к органическим азотным удобрениям относится и торф, помёт и зелёные удобрения на основе бобовых растений.
К минеральным азотным удобрениям относятся аммиачная вода; хлорид аммония; сульфат аммония; нитрат аммония, или аммиачная селитра; нитрат калия, или калийная селитра; нитрат натрия, натриевая, или чилийская селитра; нитрат кальция, или кальциевая селитра; мочевина, или карбамид.
В 1828 году Вёлер смог получить мочевину из неорганических веществ.
Сам карбамид растениями не усваивается, но под влиянием микроорганизмов в почве он превращается в карбонат аммония.
В этом виде азот уже хорошо усваивается растениями, поэтому это удобрение следует вносить во влажную почву перед посевом.
Впервые русский учёный Базаров смешал под давлением аммиак и природный газ и получил карбамид.
До сих пор эта реакция лежит в основе получения карбамида.
Мочевина – это универсальное удобрение, которое можно использовать на всех типах почв и под все сельскохозяйственные культуры. Это легкорастворимое удобрение, представляет собой бесцветные гранулы. Его широко применяют в химической промышленности, синтезе, производстве древесно-волокнистых плит, его использую для нужд фармацевтической промышленности.
Аммиак и углерод подвергаются сжатию под давлением 200 атмосфер, полученная смесь поступает в специальный реактор, полученный раствор карбамида в жидком виде подаётся на грануляционную башню.
Затем эта смесь летит вниз, охлаждается и превращается в гранулы. Готовые гранулы упаковываются в полиэтиленовые мешки и транспортируются к потребителям.
За сутки выпускается приблизительно более двух тысяч тонн карбамида на заводе. Этого удобрения хватило бы на всю площадь Швейцарии.
Крупнейшими производителями азотных удобрений в России являются ОАО «ЕвроХим», ОАО «УралХим», ОАО «СИБУР – Минудобрения».
Нерациональное использование азотных химических удобрений, их чрезмерные дозы приводят к сильному накоплению нитратов, особенно в столовых корнеплодах. Известно, что нитраты обладают высокой токсичностью для человека и животных.
В организме человека нитрат-ионы восстанавливаются до нитрит-ионов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови, в результате чего кровь теряет способность переносить кислород, поэтому нарушается нормальное дыхание клеток и тканей. В кишечнике под действием нитрит-ионов образуются канцерогенные вещества, которые вызывают злокачественные опухоли.
Химический элемент фосфор играет важную роль в образовании хлорофилла и усвоении растениями углекислого газа, он способствует созреванию плодов.
К известным фосфорным удобрениям относится фосфоритная мука. Фосфор здесь содержится в виде фосфата кальция. Фосфат кальция усваивается растениями только на кислых почвах.
Лучшими фосфорными удобрениями являются растворимые фосфаты, которые получают действием кислот на фосфат кальция. К ним относятся такие удобрения, как двойной суперфосфат, иди дигидрофосфат кальция, а также простой суперфосфат и преципитат.
Как же происходит этот процесс. Сначала добываемую руду: фосфориты или апатиты, в которых составным компонентом является фосфат кальция, измельчают в фосфоритную муку, затем эту муку обрабатывают кислотами: серной, фосфорной или азотной для получения растворимых солей.
После чего осуществляют электротэрмическое восстановление фосфатов и термическая обработка. Полученные гранулы поступают к потребителю.
Основная масса фосфора потребляется на начальных стадиях роста растений, так как он отвечает за ускорение развития корневой системы. При недостатке фосфора наблюдается задержка в развитии растительных культур: цветение и созревание наступает позже, цветов и плодов становится меньше, резко снижается урожайность и содержание белков, сахара, крахмала.
В последние годы получают комплексные удобрения, которые содержат два или более питательных элемента. Например, аммофос представляет собой комбинацию азота с фосфором. Если аммофос смешать с калийной селитрой, то получится аммофоска – комплексное удобрение, которое содержит азот, фосфор и калий.
Фосфорные и комплексные удобрения получают на ОАО «ФосАгро», ОАО «Акрон», ОАО «ЕвроХим».
Химический элемент калий улучшает водный режим растений, повышает их засухоустойчивость и морозостойкость, способствует накоплению крахмала в клубнях картофеля, сахарозы в сахарной свёкле.
В качестве калийных удобрений используют хлорид калия, нитрат калия, сульфат калия и древесную золу.
Калийные удобрения добывают в рудниках, затем происходит обогащение руды, в которой содержится 95 и более процентов калия. Калийные удобрения смешивают с другими удобрениями, например, сульфатом аммония, аммофосом, песком.
Все компоненты измельчаются, затем в специальных смесителях при помощи пара и воды удобрения смешиваются, однородный продукт поступает гранулятор, где образуются гранулы. Эти гранулы потом сушат в сушильном барабане и готовое удобрение можно направлять потребителю.
Калийные удобрения в России производят на ОАО «Сильвинит», ОАО «Уралкалий» и на других предприятих.
Важным калийным удобрением является также зола дров, соломы, стеблей растений.
Особенно много калия содержится в золе ботвы картофеля, томатов, стеблей подсолнечника. В золе калий содержится в виде карбоната калия, или поташа. Это вещество хорошо растворимо в воде и легко усваивается растениями. Кроме того, в золе содержатся фосфор, калий, железо, медь, бор и другие элементы, необходимые для развития растений. Например, потребность большинства растений в боре удовлетворяется при внесении древесной золя массой семьдесят грамм на один метр квадратный поверхности почвы.
Таким образом, удобрения – это вещества, которые вносятся в почву и повышают урожайность растений. Минеральные удобрения подразделяются на азотные, фосфорные, калийные и комплексные.
Источник
Технологии производства основных минеральных удобрений
Содержание:
Правильное использование минеральных удобрений дает 30–70 % повышения урожайности и улучшения качества продукции. Под качеством понимаются как вкусовые характеристики (повышение сахаристости свеклы и винограда, крахмалистости картофеля), так и другие свойства (повышение прочности хлопковых и льняных волокон). Кроме перечисленного, химикаты повышают иммунитет культур к вредителям и климатическим катаклизмам.
Производители выпускают удобрения в твердом и жидком виде. По схеме производства удобрений изготовление веществ в жидкой форме (аммиачной воды, аммиака) — процесс более простой, но продукция требует использования специального транспорта и складов. Твердые выпускают в виде гранул разных фракций. Изготавливают химическим синтезом. Самые распространенные твердые туки — соли аммония, фосфорные удобрения, преципитат, калийные удобрения.
Основные этапы химического производства
Технологии производства минеральных удобрений варьируются с учетом сырья и вида готовой продукции:
- азотные изготавливаются из азотной кислоты и аммиака. Примерно 70 % азотных удобрений — это мочевина и аммиачная селитра;
- фосфорные получают, обрабатывая обогащенные фосфаты серной кислотой. Качество продукции зависит от исходных характеристик природного сырья. При обработке фосфорной кислотой получается двойной суперфосфат. Фосфоритную муку получают дроблением фосфоритов;
- калийные изготавливают из калийных солей, запасы которых в России по большей части сконцентрированы в Верхнекамском месторождении. Внедрение новых способов обработки свело к минимуму слеживаемость удобрения и упростило цикл транспортировки;
- комплексные получают путем химического взаимодействия исходных компонентов.
Современные тенденции в агропромышленном комплексе
Самыми перспективными на 2019 год считают комплексные удобрения (сложные и смешанные). Первые получают химическим взаимодействием полуфабрикатов, вторые — механическим смешиванием. Смешанные более универсальны в применении, но их себестоимость высокая. Сложные обладают рядом преимуществ — хорошо усваиваются, качественные, недорогие.
С начала производства туков регулярно менялись технологии, минеральных удобрений становилось больше за счет комбинации составов и внедрения новых способов обработки. Тенденции направлены на рост популярности жидких комплексных составов, позволяющих механизировать процессы разгрузки и загрузки, а также обработки почв.
Источник
Технологии производства удобрений на основе NPK, карбамида и аммиачной селитры
Автор: С. Валков (Фирма SNC-Lavalin).
Опубликовано в журнале Химическая техника №3/2014
Минеральные удобрения на основе NPK, карбамида или аммиачной селитры очень популярны во всем мире, так как содержат все основные питательные элементы, необходимые для роста зерновых культур. Одной из основных проблем производства удобрений является достижение высочайшего качества конечного продукта в соответствии с принципами охраны окружающей среды при низком потреблении энергии.
Фирма SNC-Lavalin является одной из ведущих инжиниринговых и строительных групп в мире, а также крупнейшим игроком в сфере владения объектами инфраструктуры и оказания услуг в области эксплуатации и технического обслуживания. С момента основания в 1911 г. SNC-Lavalin организовала офисы на всей территории Канады и в более чем 40 странах мира, при этом проектная деятельность фирмы осуществляется в
SNC-Lavalin в секторе производства минеральных удобрений
Фирма SNC-Lavalin внесла значительный вклад в проекты производства минеральных удобрений в международном масштабе, включая разработку природных ресурсов, горнорудное производство, а также производство промежуточной продукции, удобрений и производных продуктов (например, технической аммиачной селитры или фосфорной кислоты).
SNC-Lavalin предлагает решения в соответствии с требованиями заказчиков и охватывает все аспекты производства удобрений – от добычи сырья до переработки и производства конечных продуктов (рис. 1).
SNC-Lavalin предлагает следующие преимущества для сектора производства минеральных удобрений в глобальном масштабе:
- практические знания и опыт эксплуатации в данной отрасли промышленности, дополненные профессиональными навыками проектирования и проектного управления;
- возможности и опыт предоставления готовых комплексных проектных решений для оказания поддержки проектов от их начала до сдачи в эксплуатацию и приемки;
- поддержка проектов на местном уровне посредством основных инжиниринговых центров в Европе, Евразии, Австралии и Океании, Южной и Северной Америке и Африке.
Рис.1. Фирма SNC-Lavalin предлагает решения в соответствии с требованиями заказчиков и охватывает все аспекты производства удобрений – от добычи сырья до переработки и производства конечных продуктов 
Рис. 2. Способ производства NPK-удобрений, предлагаемый SNC-Lavalin:
1 – элеватор; 2 – конвейер; 3 – сито; 4 – дробилка; 5 – бункеры; 6 – ленточный питатель; 7 – миксер; 8 – трубчатый реактор; 9 – аммонизатор (гранулятор); 10 – камера сгорания; 11 – сушильный барабан; 12 – испаритель; 13 – циклон; 14 – система регенерации; 15 – очиститель аммиака (скруббер); 16 – сточный резервуар; 17 – очиститель фтора; 18 – очиститель пыли; 19 – резервуар циркуляции фтора; 20 – резервуар скруббера; 21 – насос; 22 – грохот; 23 – распределительный блок;
24 – нижнее решето; 25 – охладитель продукта; 26 – охладительный контур; 27 – охладитель аммиака;
28 – барабанный кондиционер; 29 – мешалка
Практический опыт фирмы SNC-Lavalin в секторе минеральных удобрений насчитывает более 50 лет. Успешно выполнено более 175 проектов во всем мир. Некоторые из крупнейших проектов:
- 40 новых и 30 проектов модернизации заводов по производству фосфорной кислоты;
- 35 заводов по производству карбамида;
- 100 заводов по производству серной кислоты;
- 10 установок грануляции сложных удобрений – диаммофоса (DAP), азотно-фосфатно-калийных (NPK) удобрений, а также гранулированной TSP;
- 9 заводов по производству аммиака;
- 22 установки по производству калия;
- 3 установки обогащения фосфатов;
- 10 заводов по производству нитрата аммония и кальций-аммиачной селитры (CAN);
- 2 завода по производству сульфата аммония;
- 5 установок по производству азотной кислоты.
Обзор технологий производства NPK-удобрений
Различные методы производства NPK-удобрений хорошо известны:
- простое смешение сухих смесей;
- грануляция под воздействием пара;
- азотно-фосфатный метод;
- фосфорно-кислый метод.
Каждая технология должна оцениваться на основе следующих критериев:
- имеющееся сырье;
- требуемый состав;
- тип и количество используемых коммуникаций и микроэлементов;
- эксплуатация;
- общий объем инвестиций.
Способ производства NPK-удобрений, предлагаемый SNC-Lavalin (рис. 2)
Подготовка сырья
Твердая фракция направляется на линию грануляции из склада конвейером 2. Сырье поднимается ковшевым подъемником 1 и конвейером 2 к грохоту 3. Оставшиеся куски и крупная фракция измельчаются молотковыми дробилками 4 и повторно направляются к грохоту подъемником 1.
Обрабатываемый материал передается в один из бункеров промежуточного хранения 5.
Сортированная твердая фракция извлекается из бункера и передается вниз на весовой дозатор 6 прерывного действия. Количество каждого компонента измеряется с большой точностью электронными весами с компьютером. Точность такого устройства для взвешивания (0,1–0,2%) значительно превышает точность любого взвешивающего устройства непрерывного действия (1,0–1,5%).
Взвешенная шихта падает в предварительный смеситель 7 для перемешивания, оборудованный двухвальной мешалкой.
Предварительно перемешанное сырье готово к грануляции.
Синтез и грануляция
Фосфорная кислота, аммиак, серная кислота и промывочный раствор поступают в реактор 8, в котором кислоты реагируют с газообразным аммиаком с образованием суспензии, состоящей из MAP (моноаммоний фосфат) или DAP (диаммоний фосфат). Соотношение N/P регулируется таким образом, чтобы получить суспензию, поддерживающую низкoe соотношение N/P (1,45 для DAP; 0,5 для MAP).
Реакция завершается в грануляторе 9 путем впрыска жидкого аммиака в нижнюю часть.
Расход промывочного раствора регулируется с целью контроля температуры в реакторе и содержания влаги в гранулах, выходящих из гранулятора 9.
Большая часть воды, испаряемой в грануляторе, удаляется сильным поперечным потоком воздуха в барабане, рециркулирующим из вытяжного вентилятора сушильного барабана 11. Отработанный воздух направляется непосредственно в аммиачный скруббер 15 и через циклоны 13 в скруббер 17.
Для предотвращения образования нагара на стенах гранулятор 9 гуммирован.
Сушка и грохочение
После стадии грануляции гранулы падают в сушильный барабан 11. Одновременно с этим нагнетается горячий воздух для окончательного высушивания.
Воздух, выходящий из сушильного барабана 11, обеспыливается в циклонах 13 перед промывкой в скруббере 17. Пыль, собранная непосредственно на выходе из циклонов, поступает в барабанный гранулятор.
Сухой продукт из сушилки 11 направляется на установку грохочения, состоящую из двух однорядных грохотов 22. Надрешетный продукт измельчается в дробилках 4.
Продукт соответствующего размера направляется в холодильник с водяным охлаждением 25. Мелкая фракция и измельченный продукт повторно возвращаются в гранулятор 9.
Очистка воздуха
Воздух из гранулятора 9 направляется в секцию двухстадийной очистки, состоящей из двух скрубберов.
Часть избыточного аммиака, выделенного в грануляторе трубчатым реактором и разбрызгивателем, а также фтор улавливаются на первой стадии 15 в скруббере системы очистки. Оставшийся аммиак промывается во втором скруббере 17 кислым раствором.
Общий объем промывочного раствора накачивается в трубчатый реактор и гранулятор. Для поддержания уровня в напорном резервуаре 19 добавляют подпиточную воду.
Часть промывочного раствора из резервуара 19 возвращается в скруббер 17, a часть в реактор.
Кондиционирование продукта
Температура продукта соответствующего размера снижается до оптимального уровня для хранения в охладителе 25.
Охлажденный продукт обрабатывается присадкой против слеживания в барабане 28 для нанесения покрытия и затем отводится конвейером 2 в систему упаковки и выгрузки или в зону для хранения.
Источник