4 Минеральные удобрения (1)

Учебный фильм
Перейдите по ссылке:
https://yandex.ru/video/search?from=tabbar&text=минеральные%20удобрения%20технология%20производства

Минеральные удобрения
Что это?
Минеральные удобрения – это неорганические соединения, содержащие необходимые для жизни растений элементы – азот, фосфор и калий, преимущественно в форме солей.

Производство минеральных удобрений в России (мнл. т)

Классификации минеральных удобрений
По агрохимическому назначению (прямые и косвенные)
По составу (простые, комплексные и микроудобрения)
По агрегатному состоянию (твердые и жидкие)
По способу получения (гранулированные и кристаллические)
По химическим свойствам (кислые, щелочные и нейтральные).

По числу компонентов
Простые (односторонние) содержат только одно питательное вещество
Комплексными (многосторонними) содержат два и более питательных вещества
Сложные
получают в результате химической реакции
Смешанные
получают механическим перемешиванием простых удобрений
Удобрения, содержащие 30 % и более питательных веществ (считая на сумму N+P205+K20) называют концентрированными

Основные виды минеральных удобрений
1 Азотные удобрения
2 Фосфорные удобрения
2.1 Фосфоритная мука
2.2 Суперфосфат
2.3 Прочие фосфорные удобрения
3 Калийные удобрения
3.1 Хлорид калия (КCl)
3.2 Сульфат калия (K2SO4)
3.3 Калимагнезия (K2SO4*MgSO4)
4 Комплексные удобрения
4.1 Аммофос
4.2 Калийная селитра
4.3 Нитрофос
4.4 Нитроаммофос
4.5 Нитрофоска
4.6 Нитроаммофоска

Азотные удобрения
Отличаются природой связывания азота:
Нитратные – селитры, соли азотной кислоты.
2. Амидные – чаще всего это карбамид (мочевина).
3. Аммонийные – азот находится в виде иона аммония.
Удобрения различаются по содержанию главного элемента – азота. Общим недостатком является гигроскопичность и слеживаемость.

Производство аммиачной селитры (нитрата аммония) NH4NO3
https://yandex.ru/video/preview?text=производство%20аммиачной%20селитры%20технологическая%20схема&path=wizard&parent-reqid=1603092001690695-1725644435405037307200107-production-app-host-vla-web-yp-62&wiz_type=vital&filmId=13301618925956843080

Главными преимуществами нитрата аммония являются:
высокое содержание азота – 35 %
нахождение азота в аммонийной и нитратной формах.
Получают селитру удобрение взаимодействием аммиака и азотной кислоты:
NH3 (газ) + HNO3 (раствор) → NH4NO3 (газ)
Самой медленной стадией процесса является диффузия аммиака в жидкость. Чтобы интенсифицировать реакцию, т.е. сократить время синтеза, используют барботаж. Реакция экзотермическая.
Аммиачная селитра

Технологическая схема производства аммиачной селитры

Производство карбамида
https://yandex.ru/video/preview/?filmId=6930686030926772092&from=tabbar&parent-reqid=1603092703143059-1714146371339800445400107-production-app-host-vla-web-yp-187&text=производство+карбамида+технологическая+схема
Карбамид - это бесцветные кристаллы легко растворимые в воде, спирте, жидком аммиаке, сернистом ангидриде. Температура плавления 132,7 °C, плотность 1,33•103 кг/м3.
Преимуществом карбамида является самое высокое содержание азота (почти 47 %) и негигроскопичность.
При нормальных условиях пожаро- и взрывобезопасен, не токсичен.
Упаковывают в клапанные бумажные и полимерные, навалом в железнодорожные вагоны типа «хоппер», минераловозы, а также в специализированные металлические контейнеры.
Для розничной торговли продукт упаковывают в полиэтиленовые пакеты, массой не более 3 кг. Хранят в закрытых сухих складских помещениях. Контейнеры с карбамидом и транспортные пакеты допускается хранить на открытых площадках. Транспортируют в упакованном виде и насыпью всеми видами крытого транспорта, кроме воздушного.

Из истории
Мочевина открыта Руэлем в 1773 г. и идентифицирована Праутом в 1818 г.
Синтез мочевины Велером в 1828 г. явился первым синтезом органического соединения из неорганического: Вёлер получил её нагревом цианата аммония, полученного in situ взаимодействием цианата калия с сульфатом аммония.
Все промышленные способы получения карбамида основаны на по реакции аммиака с диоксидом углерода при около 200°С и давлениях выше200 атм., в большинстве случаев производства мочевины совмещают с аммиачными производствами.
Первые промышленные установки получения карбамида за рубежом появились в 1920-е годы на базе работ, проводившихся химиками Германии, США и Франции в начале 20 века.

Карбамид
В промышленности мочевина синтезируется по реакции Базарова из аммиака и углекислого газа:
2NH3 + CO2 = H2NCONH2 + H2O
Реакция идет в две стадии, причем 1 стадия экзотермическая, а вторая эндотермическая, но по суммарной реакции процесс идет с выделением тепла.
Необходимыми условиями для протекания синтеза карбамида является высокое давление и избыток аммиака, который нужен для связывания образующейся в процессе реакции воды.

Принципиальная схема производства карбамида
Аммиак и диоксид углерода превращаются в карбамид через карбамат аммония NH2COONH4 при давлении около 140 бар и 180-185 °C.
Конверсия аммиака достигает 41 %, углекислого газа – 60 %.
Непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода поступают в стриппер, при этом СО2 выступает в роли стиппер-агента.
После конденсации СО2 и NH3 поступают на рецикл и возвращаются в процесс синтеза.
Теплота конденсации используется для выработки пара, поступающего в компрессор СО2.

Производство фосфорных удобрений
Фосфорные удобрения – минеральные удобрения, соли кальция и аммония фосфорной кислоты. К ним относятся суперфосфат, двойной суперфосфат, аммофос, диаммофос, ортофосфат, метафосфат калия, преципитат, томасшлак, фосфоритная мука, костяная мука и др.

Из истории
До середины XIX века в сельском хозяйстве в качестве фосфорсодержащих удобрений применялись костная мука, экскременты животных и человека. Растворимость костной недостаточна для эффективного поступления фосфора в растения.
В 1840 году немецкий ученый Юстус фон Либих продемонстрировал, что эффективность костной муки как удобрения значительно увеличивалась после обработки серной кислотой. В 1842 году в Англии этот процесс запатентован, а продукт получил название «суперфосфат».
В 1843 году начала работу первая фабрика по переработке костной муки в Англии. В США коммерческое производство суперфосфата началось в 1852 году.
Пик потребления простого суперфосфата достигнут в 1940-х годах, после чего его начали сильно теснить на рынке двойной суперфосфат и аммонийфосфаты.
В осажденном Ленинграде смесью суперфосфата с водой обрабатывали деревянные конструкции чердаков жилых домов и объектов от зажигательных бомб.

Простой суперфосфат, смесь Ca(H2PO4)2·H2O и CaSO4
Серый порошок, почти не слёживается, среднерассеиваемый; в удобрении 23—29,5 % усваиваемого растениями P2O5.
Гранулированный суперфосфат получают из простого (порошковидного), увлажняя его и окатывая в гранулы (диаметр 2—4 мм) во вращающихся барабанах.

Двойной суперфосфат, Ca(H2PO4)2·H2O
Содержит 45—48 % усвояемой растениями P2O5, очень мало гипса, выпускается преимущественно гранулированным.
В состав аммонизированного суперфосфата, кроме 14—19,5 % P2O5 входит не менее 1,6 % аммиака; марганизированного суперфосфата — 1,5-2,5 % марганца; борного суперфосфата – 0,1-0,3 % бора; молибденового суперфосфата – 0,1 % молибдена.
Фосфорные удобрения производят из горных пород – апатитов. Это сложные вещества, в состав которых входят много химических элементов. Для производства наиболее ценны кальцийфтор (или хлор) апатиты.
Основным методом переработки апатитов является их разложение серной кислотой, на выходе образуется ортофосфорная кислота и простой суперфосфат, из которых получают остальные минеральные удобрения.

Производство простого суперфосфата:
Сырьем для производства суперфосфата служат природные фосфаты – фосфориты и апатиты и башенная серная кислота. Между ними протекает реакция:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 + nH2O = Ca(H2PO4)2 · H2O + 2[CaSO4 · 2H2O]
Процесс разложения протекает в стадии.
Первая стадия. Реакция обменного разложения, идущая на поверхности твердых частиц фосфата при избытке серной кислоты, в результате образуется свободная фосфорная кислота. Реакция начинается сразу после смешивания фосфата с серной кислотой и заканчивается через 20–40 мин.
Образующийся монокальцийфосфат находится сначала в виде раствора, при перенасыщении которого происходит кристаллизация.
Вторая стадия протекает очень медленно (от 6 до 25 суток).
Созревание начинается в реакционной суперфосфатной камере. Затем процесс созревания продолжается на складе, где суперфосфат вылеживается и перемешивается. При этом завершается взаимодействие Са3(РO4)2 с серной кислотой.

Принципиальная схема производства простого суперфосфата
.
.

Производство двойного суперфосфата
Для получения более концентрированного фосфорного удобрения разложение природных фосфатов производят по уравнению реакции
Ca3(PO4)2+ 4H3PO4+ nH2O = 2[Ca(H2PO4)2· H2O]
Концентрированное удобрение, содержащее 40–50% Р2O5, т.е. в 2–3 раза больше, чем простой суперфосфат, и относится к более ценным безбалластным удобрениям.
Технологические процессы производства двойного суперфосфата и простого суперфосфата аналогичны. Так же как и простой суперфосфат, двойной суперфосфат подвергают гранулированию и аммонизации.