9.2. Основы технологии минеральных удобрений
Удобрениями называются вещества, содержащие элементы, необходимые для питания растений и вносимые в почву с целью получения высоких устойчивых урожаев.
Удобрения классифицируют по ряду признаков.
По происхождению удобрения подразделяются на минеральные, органические, органоминеральные и бактериальные.
К минеральным, или искусственным, удобрениям относятся специально производимые на химических предприятиях преимущественно неорганические вещества, в основном минеральные соли.
Органические удобрения содержат питательные вещества главным образом в виде органических соединений, обычно — продуктов естественного происхождения (навоз, фекалии, солома, торф и др.).
Органоминеральные удобрения представляют собой смеси различных органических и минеральных удобрений.
Бактериальные удобрения содержат некоторые культуры микроорганизмов, способствующие накоплению в гумусовом слое (почве) усвояемых форм питательных элементов.
По составу, т.е. по видам питательных элементов, минеральные удобрения подразделяются на азотные, фосфорные (фосфатные), калийные (калиевые) и микроудобрения (магниеч вые, борные и др.).
233
По содержанию главных питательных элементов удобрения бывают простые (один главный питательный элемент) и комплексные (два или три элемента).
Но числу главных питательных элементов комплексные удобрения называются двойными (NP, PK, NK) и тройными (NPK).
При содержании питательных веществ более 33 % удобрения называются концентрированными, более 60 % — высококонцентрированными.
По назначению и срокам внесения удобрения подразделяются на основные (предпосевные), вносимые до посева; припо-севные, вносимые во время посева; подкормки, вносимые в период развития растений (в вегетационный период).
По степени растворимости удобрения бывают водорастворимые и водонерастворимые.
Состав минеральных удобрений характеризуется содержанием в них активных веществ: в азотных — азота (N), в фосфорных — оксида фосфора (Р2О5), в калийных — оксида калия (К20).
9.2.1. Основы технологии азотных удобрений
Промышленностью выпускаются следующие виды азотных удобрений: аммиачные, содержащие азот в виде катиона NH4+, нитратные, содержащие азот в виде аниона NO3-, аммиач-но-нитратные, содержащие оба иона, и амидные, азот в которых находится в форме NH2. По агрегатному состоянию азотные удобрения бывают твердые (например, карбамид) и жидкие (аммиак, аммиачная вода и аммиакаты, представляющие собой растворы твердых удобрений).
Наиболее распространенными из азотных удобрений являются аммиачная селитра (нитрат аммония) NH4NO3 и карбамид (мочевина) (NH2)2CO. Эти удобрения, как и все аммиачные и нитратные соли, водорастворимы и хороню усваиваются растениями, однако легко уносятся вглубь почвы при обильных дождях или орошении.
Аммиачная селитра (нитрат аммония) NH4NO3 является безбалластным удобрением, содержащим до 35 % азота в аммиачной и нитратной формах. Это удобрение можно использовать для любых сельскохозяйственных культур и почв. Однако нитрат аммония имеет и некоторые недостатки: его гранулы сильно гигроскопичны и поэтому расплываются на воздухе, слеживаются при хранении в крупные агломераты, трудно вносимые в почву. Кроме того, NH4NO3 огне- и взрывоопасен, что также осложняет его применение в качестве удобрения.
234
Технологический процесс производства аммиачной селитры (рис. 9.1) включает следующие стадии:
нейтрализацию разбавленной азотной кислоты (HNO3) аммиаком (NH3);
упаривание раствора нитрата аммония;
кристаллизацию нитрата аммония;
гранулирование и охлаждение плава;
рассев гранул на товарные фракции.
Нейтрализация осуществляется в специальном реакторе — нейтрализаторе, откуда разогретый раствор NH4NO3 (реакция нейтрализации идет с выделением тепла) поступает в вакуум-выпарной аппарат, где на выходе получается плав с содержанием NH4NO3 98—99 %. Плав поступает в верхнюю часть грануляционной башни, где разбрызгивается через специальное приспособление — форсунку. Капли селитры, падая вниз, застывают в потоке подающегося снизу холодного воздуха и образуют гранулы, которые поступают на дополнительное охлаждение и затем рассеиваются на фракции. Частицы менее 1 и более 3 мм присоединяются к раствору, идущему на выпаривание. Готовый продукт (частицы размером 1—3 мм) упаковывается в водонепроницаемые мешки.
В структуре себестоимости аммиачной селитры удельный вес различных элементов затрат следующий: сырье и основные материалы — 85 %, вспомогательные материалы — 5, энергия — 5, зарплата — 0,3, прочие расходы — 4,7 %.
Карбамид (NH2)2CO относится к ценным азотным удобрениям, содержащим до 46 % азота. Его применяют также как азотную добавку в корм скоту. Высокая концентрация азота, ценные физико-химические свойства, малая слеживаемость, низкие расходы на хранение и транспортирование сделали карбамид основным азотным удобрением.
235
Сырьем
для производства карбамида являются
аммиак NH3
и диоксид
углерода СО2.
Технологический процесс производства карбамида (рис. 9.2) включает следующие стадии:
синтез карбамида;
упаривание раствора карбамида до плава;
кристаллизация или гранулирование плава;
фильтрация кристаллов (в случае кристаллизации);
рассев гранул на товарные фракции.
В промышленности синтез карбамида осуществляется в две стадии при 100 % -ном избытке аммиака, давлении 18—20 МПа и температуре 180—200 °С. Выход карбамида в оптимальных условиях составляет 60—70 % при использовании чистых СО2 и NH3. В целях улучшения экономических показателей производства не вступившие во взаимодействие аммиак и СО2 ис_ пользуются повторно или для получения других продуктов.
Диоксид углерода, предварительно очищенный от соединений серы и механических примесей, сжимается компрессором до 18—20 МПа и при температуре 40 ° С непрерывно подается в колонну синтеза. Плунжерным насосом в колонну непрерывно вводится также жидкий аммиак, нагретый до 90 °С. Полученный раствор карбамида упаривается в выпарном аппарате. Затем карбамид либо кристаллизуют в кристаллизаторах и отделяют кристаллы от маточного раствора на соответствующем фильтровальном оборудовании, либо гранулируют в грануляционной башне. Рассев гранул карбамида на товарные фракции осуществляется так же, как и аммиачной селитры.
Для получения 1 т карбамида в среднем расходуется: аммиака — 0,58 т; диоксида углерода — 0,77 т; воды — 90 м3; электроэнергии — 130 кВт- ч; пара — 1,3 т.
236
В структуре себестоимости карбамида удельный вес различных элементов затрат следующий: сырье и основные материалы — 65 % , вспомогательные материалы — 15, энергия — 15,6, зарплата — 0,4, прочие расходы — 4 %.