Nghiên Ứu Bản Hất Ủa Quá Trình Kết Khối Phân Đạm Urê.pdf

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
Trần thị bích thủy

---------------------------------------

Trần Thị Bích Thủy

Ngành Công nghệ hoá học

Nghiên cứu bản chất của quá trình kết khói
Phân đạm urê

luận văn thạc sĩ ngành công nghệ hoá học

Khoá 2005-2007

Hà Nội - năm 2007

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17062857681151000000 accdddf


bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

Trần thị bích thủy

Nghiên cứu bản chất của quá trình kết khối
của phân đạm urê

Chuyên ngành
Công nghệ các chất vô cơ

luận văn thạc sĩ ngành công nghệ hoá học

ngời hớng dẫn khoa học :
Giáo S - TSKH La Văn Bình

Hà Nội - năm 2007


Trần thị bích thủy

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

Trần thị bích thủy

Ngành Công nghệ hoá
học

Nghiên cứu bản chất của quá trình kết khối
Của phân đạm urê

luận văn thạc sĩ ngành công nghệ hoá học

Khoá 2005-2007

Hà Nội - năm 2007

Lời cảm ơn

Xin trân trọng cảm ơn GS.TSKH La Văn Bình cùng tập thể cán bộ giảng
viên của Trung tâm Đào tạo Sau Đại học và Bộ môn Công nghệ Các chất Vô cơ
đà tận tình hớng dẫn giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành bản luận
văn này.
Xin trân trọng cảm ơn Th.s Hoàng Anh Tuấn đà giúp đỡ và cho phép tôi
đợc sử dụng một số t liệu của đề tài nghiên cứu sinh Nghiên cứu chống kết
khối phân bón trong điều kiện Việt Nam làm t liệu cho bản luận văn. Tôi xin
cam đoan việc sử dụng các t liệu nói trên đà đợc tác giả đồng ý và cho phép
đồng thời tôn trọng quyền sở hữu của tác giả.
Xin trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp, các bạn cùng lớp đà tạo điều kiện
về thời gian để cho tôi có thể hoàn thành bản luận văn.

1


I- Đặt vấn đề

Hiện tợng kết khối phân bón nói chung và phân đạm urê nói riêng xảy ra
phổ biến trong quá trình bảo quản và sử dụng. Điều này làm ảnh hởng đến giá
trị dinh dỡng, hình thức ngoại quan và tính thuận lợi trong sử dụng, nhất là đối
với phân bón dạng hạt là loại có nhiều u điểm trong các quá trình cơ giới hoá
trên đồng ruộng.
Một trong những khó khăn nhất định mà các cơ sở sản xuất phân bón phải
đối mặt là đảm bảo chất lợng, độ an toàn và hình thức ngoại quan của các sản
phẩm ngay cả khi sản phẩm đà ra khỏi nhà máy và chắc rằng các tính chất đó
không tổn hại trong quá trình vận chuyển, lu kho và phân phối. Các tác động cơ

học trong quá trình thao tác, vận chuyển có thể làm cho các sản phẩm bị vỡ và
trong điều kiện khí hậu nóng ẩm thờng thấy ở các nớc châu á, điều đó có thể
kèm theo các yếu tố khác làm cho vật liệu phân bón bị biến chất và kết khối
nghiêm trọng. Việc nghiên cứu hiểu rõ đợc bản chất của hiện tợng kết khối
này giúp ta đa ra đợc các biện pháp xử lý có hiệu quả ở từng điều kiện khác
nhau đối với từng loại phân bón, đặc biệt là phân đạm urê. Từ đó nội dung của đề
tài đà đợc xác định, đó là: Nghiên cứu bản chất quá trình kết khối của phân
đạm urê

2


II - Tổng quan
II.1. Các nguyên nhân gây nên hiện tợng kết khối
Theo định nghĩa của Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế ISO, kết khối là hiện
tợng một lợng chất kết tụ lại với nhau thành khối có kích thớc lớn hơn từ các
phần tử riêng biệt với kích thớc nhỏ. Phần tử riêng biệt ở đây có thể là hạt, tinh
thể, hoặc bụi của sản phẩm đợc tạo ra từ sự vỡ vụn hoặc mài mòn của các hạt.
Có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện tợng kết khối mà để giải thích đợc
chúng ta phải vận dụng các lý thuyết cơ bản của các quá trình hoá lý.
Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả hiện tợng kết khối xảy ra bởi
những nguyên nhân sau: Tính hút ẩm của sản phẩm; Độ ẩm của chính sản phẩm;
Kích cỡ, hình dạng, cấu trúc hạt; Thành phần hoá học; Nhiệt độ của sản phẩm
I.1.1. Tính hút ẩm của sản phẩm
Tính hút ẩm của sản phẩm là yếu tố quan trọng gây nên hiện tợng kết
khối, là hiện tợng phân bón hút ẩm từ môi trờng bên ngoài làm cho cấu trúc,
thành phần cũng nh tính chất cơ lý của sản phẩm bị thay đổi tạo điều kiện cho
việc hình thành các liên kết pha mới hoặc các chất mới làm cho các hạt liên kết
với nhau tại các điểm tiếp xúc bề mặt. Để hiểu rõ hơn, yếu tố ảnh hởng này có
thể giải thích theo các lý thuyết nh sau:

Theo lý thut kÕt tinh, khi tiÕp xóc víi không khí, đặc biệt là không khí
ẩm, lớp vật chất trên bề mặt tinh thể hoặc hạt bị hoà tan một phần tạo nên dung
dịch bề mặt có nồng độ tăng dần theo thời gian tạo thành dung dịch muối bÃo
hoà. Nồng độ muối trong lớp bÃo hoà này phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm và áp
suất của môi trờng. Đây chính là yếu tố dẫn đến hiện tợng tái kết tinh; đầu tiên

3


hình thành các mầm tinh thể, rồi đến các tinh thĨ víi kÝch thíc nhá. Sù ph¸t
triĨn cđa c¸c tinh thể nhỏ để tạo thành các tinh thể lớn hơn tất yếu xảy ra..., kết
quả là tạo nên cầu nối vật chất trong vùng tiếp xúc giữa các tinh thể, tạo thành
khối đặc xít với kích thớc lớn dần. Tính chất lớp bÃo hoà này ảnh hởng bởi tính
hút ẩm của sản phẩm và nhiệt độ môi trờng bảo quản.
Độ quá bÃo hoà của dung dịch đợc xác định qua độ hoà tan của muối đó
trong dung dịch nớc, bảng biễu diễn độ hoà tan của urê thay đổi nhiệt độ nh
sau [15,16]:
Nhiệt độ, 0C

0

20

40

60

80

100

110

Độ hoà tan, g/100ml

67

105

163

246

396

725

1164

Urê, % khối lợng

40

51

62

71

80

88

92

Bảng 1I.1. độ hoà tan của urê thay đổi nhiệt độ
Tính hút ẩm của sản phẩm đợc xác định bởi một đại lợng vật lý đặc
trng cho sản phẩm đó - độ ẩm tơng đối tới hạn h (Critical Relative Humidity)
hay còn gọi là điểm hút ẩm. Khi tiếp xúc trực tiếp với không khí môi trờng có
độ ẩm tơng đối > h sản phẩm bắt đầu hút ẩm theo cơ chế hấp phụ, còn ngợc
lại không những không xảy ra hiện tợng hấp phụ mà còn xảy ra hiện tợng giải
hấp, sản phẩm có xu hớng tự khô đi.
Giá trị độ ẩm tơng đối tới hạn của một số dạng phân bón đợc trình bày
trong bảng II.2 [6]

4


Bảng II.2. Giá trị độ ẩm tơng đối tới hạn của một số dạng phân bón
Tỷ lệ

Thành phần

dinh dỡng

Độ ẩm
tơng đối tới hạn

N-P-K

46 0 - 0

Urê

70 - 75

34 - 0- 0

Am«ni nitrat (AN)

55 - 60

21 – 0 - 0

Am«ni sulfat (AS)

75 - 85

18 46 - 0

Diamôni phốtphát (DAP)

65 - 75

12 50 - 0

Monoamôni phốtphát (MAP)

70 - 75

0 – 46 - 0

Trisupephètph¸t (TSP)

75 - 85

0 – 0 - 60

Kali clorua (KCl)

70 - 80

13 – 0 - 44

Kali nitrat (KNO 3 )

80 - 85

0 – 0 - 50

Kali sulfat

75 - 80

10 – 10 - 10

AS, Amoni phètph¸t, KCl

65 - 75

8 – 32 - 16

AS, Amoni phètph¸t, KCl

65 –75

10 – 5 18 -

AS, quặng phốtphát, KCl

60 - 70

28 28 - 0

Urê, amôni polyphốtphát (APP)

55 - 65

20 20 - 0

Urê, DAP, quặng phốtphát

50 - 60

16 0 - 30

Urê, KCl

45 - 55

18 18 - 10

Urê, DAP, quặng phètph¸t

45 - 55

2MgO

5


Điểm hút ẩm phản ánh khả năng hút ẩm của các chất thông qua tốc độ hút
ẩm theo phơng trình ®éng häc [4,6]:
(∂W/∂τ) T,ϕ = k(ϕ - h) (1)
Trong ®ã:

k-

hÖ số hút ẩm của phân bón, k khác nhau đối với các

loại phân bón khác nhau;
T-

Nhiệt độ của môi trờng, oK;

-

Độ ẩm tơng đối của môi trờng, %;

h-

Điểm hút ẩm của sản phẩm tại nhiệt độ T, %;

Theo phơng trình này, đối với các sản phẩm khác nhau, sản phẩm nào có
hệ số hút ẩm càng cao thì tốc độ hút ẩm càng lớn; còn ngợc lại đối với cùng một
loại sản phẩm, độ ẩm tơng đối của môi trờng càng thấp và điểm hút ẩm của
sản phẩm càng cao thì tốc độ hút ẩm càng nhỏ. Trong cùng một điều kiện về
nhiệt độ và độ ẩm tơng đối của môi trờng, điểm hút ẩm của sản phẩm càng
thấp thì khả năng hút ẩm của nó càng cao và ngợc lại. Khi độ ẩm tơng đối của
không khí môi trờng tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm thấp hơn điểm hút ẩm của
sản phẩm, hạt phân bón không có xu hớng hấp thụ thêm ẩm từ môi trờng nên
luôn có trạng thái khô, rời; khả năng kết khối ít xảy ra, hoặc nếu xảy ra thì do các
nguyên nhân khách quan khác.
Giá trị độ ẩm tơng đối tới hạn của Urê phụ thuộc vào nhiệt độ sản phẩm
đợc cho ở bảng II.3 [6,18]
Bảng II.3. Độ ẩm tơng đối tới hạn của urê thay đổi theo nhiệt độ
Nhiệt độ, 0C

10

15

20

6

25

30

40

50


CRH %

81,8

79,9

80,0

75,8

72,5

68,0

62,5

Khả năng hút ẩm của một số dạng phân bón sau khi đợc bảo quản 72 h ở
nhiệt độ 30 oC và trong môi trờng không khí có độ ẩm tơng đối 80 % đợc
trình bày trong bảng II.4.
Bảng II..4. Khả năng hút ẩm của một số dạng phân bón ở 30 oC trong môi trờng
có độ ẩm tơng ®èi 80 % víi thêi gian 72 h [6]
Tû lƯ

Thµnh phần

khả năng hấp
thụ ẩm , mg/cm2

dinh dỡng
N-P-K

21 0 - 0

Am«ni sulfat (AS)

100

0 – 0 - 60

Kali clorua , KCl

135

18 46 - 0

Diamôni phốtphát (DAP)

175

0 46 - 0

Trisupephốtphát (TSP)

235

10 – 10 - 10

AS, Amoni phètph¸t, KCl

270

10 – 10 10

Ammonium

sulfate,

Amoni

270

Amôni sulfat, Amoni phốtphát,

280

phốtphát, KCl, cát
6 24 - 24

KCl, cát
46 0 - 0

Urê

350

13 13 - 13

AS, Amoni phốtphát, KCl

365

13 13 -13

Amôni sulfat, Amoni phốtphát,

365

7


KCl, cát
28 28 - 0
12-12-17-2MgO

Urê, APP

370

Urê, quặng phốtphát, KCl, khoáng

445

chất kiezerit
12 19 - 9

Urê, quặng phốtphát, KCl

450

15 15 - 15

Urê, quặng phốtphát, KCl, cát

490

17 17- 17

Urê, Amôni sulfat, MAP, KCl

580

- Khi độ ẩm tơng đối của môi trờng tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm tăng
lên và vợt quá điểm hút ẩm của sản phẩm, hạt phân bón bắt đầu hút ẩm; quá
trình hút ẩm sẽ nhanh chóng đạt trạng thái cân bằng. Khi đó lớp hơi nớc trên bề
mặt hạt đợc bÃo hoà bởi muối tan.[2,4,6]
- Nếu lúc này, nhiệt độ môi trờng tăng lên nữa thì chuyển dịch cân bằng
pha xảy ra, pha rắn trên bề mặt hạt tiếp tục khuếch tán vào pha lỏng làm cho
nồng độ dung dịch bÃo hoà tăng theo.
- Nếu nhiệt độ môi trờng giảm đi, chuyển dịch cân bằng pha xảy ra theo
hớng ngợc lại, vật chất từ pha lỏng chuyển sang pha rắn gây nên hiện tợng tái
kết tinh nh đà nêu. Riêng đối với urê, sự tăng giảm nhiệt độ qua giới hạn 35 oC,
hiện tợng tái kết tinh xảy ra mÃnh liệt; đây chính là trạng thái vật lý xảy ra ngay
trong quá trình làm nguội tự nhiên của urê sau khi đà đóng bao và xếp thành
chồng để bảo quản trong kho [2,6,13]. Vì vậy kết khối urê là hiện tợng xảy ra
bất khả kháng nếu không có biện pháp ức chế. Còn đối với các loại phân bón

NPK, hiện tợng xảy ra còn phức tạp hơn vì đây là hỗn hợp gồm nhiều loại muối
với tính hút ẩm và kết tinh khác nhau.

8


Theo lý thuyết khuếch tán, ảnh hởng của tính hút ẩm của sản phẩm lại
khác, khi ở trạng thái khô, các ion của phân tử muối trên lớp bề mặt có mối liên
kết chặt chẽ với mạng lới tinh thể. Khi độ ẩm tơng đối (Relative Humidity) của
sản phẩm (gọi tắt là độ ẩm khối - Wp) tăng lên, các ion này bị hidrat hoá và mối
liên kết của chúng với tinh thể trở nên yếu hơn làm cho chúng có xu hớng dịch
chuyển trên bề mặt...[6].
Bảng II.5. đa ra một dÃy phần trăm độ ẩm tơng đối của không khí trên
các dung dịch bÃo hoà các muối khác nhau ở 15 0C (% độ ẩm này chính là độ ẩm
tới hạn của các muối ở 15 0C).
Bảng I1.5. Độ ẩm tới hạn của các muối vô cơ ở 150C [5]
Chất

Công thức

Trạng thái pha

% RH

ở 15 0C

Dinatri phốtphát

Na 2HPO 4

12.H 2 O

95

Natri sunph¸t

Na 2 SO4

10.H 2 O

93

Dikali phètph¸t

K 2 HPO4

-

92

Kali nitrat

KNO 3

-

92

Kali Bisunphat

KHSO 4

Anhydrit

86

Amôni sunphát

(NH 4) 2SO 4

-

81

Amôni clorit

NH 4Cl

-

79

Natri nitrat

NaNO 3

-

77

NH 4NO 3

-

67

NaNO 2

-

66

Am«ni nitrat
Natri nitrit

9


Kali nitrit

KNO 2

Anhydrit

45

Kali cácbonát

K 2CO 3

2.H 2 O

43

Đối với các vật liệu có cấu trúc xốp với các lỗ rỗng dạng mao quản và có
tính tan trong nớc, trong thể tích khối chỉ xảy ra quá trình khuếch tán của riêng
phân tử muối còn bên ngoài khối hoặc trong các ống mao quản chỉ xảy ra quá
trình khuếch tán của riêng phân tử nớc. Quá trình khuếch tán trên bề mặt phân
chia pha xảy ra chỉ đối với tổ hợp muối - nớc dới dạng dung dịch rắn chứa 1-2
phân tử muối và một vài phân tử nớc... Hệ quả của quá trình này là hiện tợng
gia tăng độ ẩm của khối do hút ẩm (quá trình thuận) và kết khối sau đó (quá trình
nghịch). Hai quá trình này có liên quan mật thiết và có tác dụng tơng hỗ lẫn
nhau.[2,4,8]
Mặt khác, sự hình thành tổ hợp muối - nớc chỉ có thể xảy ra ở trạng thái
khi khối sản phẩm có độ ẩm ở một giá trị Wk nào ®ã (gäi lµ ®é Èm ngìng). Khi
®é Èm khèi nhá hơn nhiều so với Wk, năng lợng hidrat hoá không đủ lớn để có
thể bứt các ion ra khỏi mạng líi tinh thĨ, s¶n phÈm vÉn hót Èm nÕu ϕ > h nhng
quá trình hút ẩm lúc này đợc xem nh quá trình hấp phụ vật lý thuần tuý của
chất lỏng trên bề mặt chất hấp phụ rắn không tan trong nớc. Có thể hiểu rằng
Wk là độ ẩm của khối tại một trạng thái mà tổ hợp muối - nớc đợc hình thành
và có khả năng khuếch tán trên lớp bề mặt.
Khi độ ẩm khối lớn hơn Wk, tổ hợp muối - nớc đà đợc hình thành sẽ
khuếch tán và tự di động trên bề mặt phân chia pha, hớng vào trong lớp nớc bị
hấp phụ, tạo ra các mèi liªn kÕt pha míi .

10


II.1.2. Độ ẩm của sản phẩm
Độ ẩm của phân bón là yếu tố quan trọng có ảnh hởng rất lớn đến khả

năng kết khối và quyết định mức độ kết khối của phân bón. Khi nghiên cứu độ
ẩm của phân bón, không chỉ đơn thuần xem xét độ ẩm trung bình của sản phẩm
mà còn phải xem xét mức độ phân bố của độ ẩm trong các hạt. Hai hạt phân bón
có cùng độ ẩm nh nhau nhng có thể có mức độ kết khối khác nhau nếu nh
một trong hai hạt đó trớc khi thử nghiệm đợc bảo quản ở chế độ khô (Ws
<Wtb) còn hạt kia đợc bảo quản ở chế độ ẩm (Ws>Wtb). Chính sự chênh lệch
độ ẩm rõ rệt giữa trong và ngoài thể tích hạt là động lực của quá trình hút ẩm và
quá trình khuếch tán. Đối với mọi cơ chế kết khối, độ ẩm chính là tác nhân thúc
đẩy sự hình thành pha dung dịch - khâu trung gian của liên quá trình hoà tan - kết
tinh - kết khối. Chính vì thế việc sấy sản phẩm đến một độ ẩm giới hạn cho phÐp
tríc khi ®ãng bao cã ý nghÜa rÊt quan trọng trong việc hạn chế hiện tợng kết
khối sau này đồng thời quá trình sấy phải đảm bảo sao cho độ ẩm còn lại trong
hạt phải đợc phân bố thống nhất từ trong ra ngoài. Thông thờng, các phân bón
có hàm lợng chứa thành phần muối của nitơ càng cao đòi hỏi công đoạn sấy
càng phải triệt để hơn.
Hàm lợng ẩm tối đa cho phép đối với các dạng phân bón dạng hạt đợc
trình bày trong bảng II.6
Bảng II.6. Độ ẩm cho phép tối đa của một số dạng phân bón khi bảo quản [6]
Chủng loại phân bón

STT

Độ ẩm cho phép
tối đa của sản phẩm,
%

1

NH 4 NO3 ,

(NH2 )2 CO,

(NH4 ) 2SO 4,

11

0-5


Ca(NO 3) 2 , KCl
2

Phân hỗn hợp có chứa NH 4 NO 3 và

0,5 1,5

(NH 2)2 CO
3

Phân hỗn hợp víi tû lƯ N : P 2 O 5 > 1 : 1,

1,0 1,5

không chứa NH4 NO 3 và (NH 2) 2CO
4

Phân hỗn hợp với tỷ lệ N : P 2 O 5 < 1 : 1,

1,5 – 2,0

kh«ng chứa NH4 NO 3 và (NH 2) 2CO
5

Phân hỗn hợp chứa superphosphate, không

> 2,0

chứa hoặc chứa với lợng nhỏ nitơ
Độ ẩm của sản phẩm đợc xác định có thể bằng phơng pháp sấy thông
thờng hoặc kết hợp với hút chân không tuy nhiên không xác định đợc chính
xác vị trí hàm ẩm ở từng lớp hạt. Agustin Garcia Barneto và JoseAriza Carmona
đà đa ra phơng pháp xác định hàm ẩm trong hạt urê tại từng lớp hạt phân bốn
theo bán kính hạt urê [22] . Bằng phơng pháp chuẩn độ Karl Fischer (KF), hm
ẩm dọc theo bán kính của hạt urê đợc xác định. Với sự kiểm tra quá trình hòa
tan trong methanol của hạt urê dọc theo chiều dài bán kính theo thời gian. Có thể
tính đợc lớp có hàm lợng nớc cao nhất ở độ sâu 1/3 bán kính. Hàm ẩm này là
tuyến tính với hàm lợng ẩm trung tâm bằng 4 lần hàm lợng ẩm toàn bộ của hạt.
Hàm lợng ẩm H (gkg-1) của mẫu đợc tính nh sau:
H=

fVKF

(2)

Trong đó
V KF là lợng chất thử KF (ml)

12

m: khối lợng mẫu (g)
f: thông số chất thử KF (mg nớc/0,1ml thuốc thử KF) xác định bằng cách
chuẩn độ với natri tactrat dihydrat.
Từ đó có đợc sự giải thích về sự kết khối của các hạt urê từ sự bố trí hàm ẩm
trong các hạt
- Độ ẩm bề mặt gây ra bởi sự biến dạng của các hạt
- Các hạt urê không phải là những hạt cầu hoàn chỉnh. Một số hạt bị hỗn
độn ngay trong tháp tạo hạt và một số thì bị biến dạng và vỡ trong quá
trình lu kho.
Các yếu tố này gây ra hậu quả:
- Sự xuất hiện của các bề mặt phẳng trong khi trớc đó chỉ là các điểm (tăng
diện tích bề mặt tiếp xúc)
- Sự xuất hiện của độ ẩm trong các vùng biến dạng.
Trong một hạt hình cầu với hàm ẩm dạng đờng thẳng, sự tạo thành các bề
mặt phẳng đồng thời với việc xuất hiện của độ ẩm bề mặt. Khi hai hiện tợng này
là đồng thời, có thể thấy rằng cờng độ kết khối đợc biểu diễn nh sau:
C =k

HA2
(3)
r02

Trong đó:
C: Cờng độ kết khối
A: diện tích bề mặt tiếp xúc tính theo phơng trình Thompson, vùng hạt
biến dạng đợc xác định là:

13

3
A = π .r0 ( r0 − z) (4):
2

H: ®é ẩm của hạt tại khoảng cách z kể từ tâm hạt
r 0 : bán kính hạt
k: hằng số
Cuối cùng, theo nh công thức giả thuyết đối với sự biến dạng của hạt ở
mức độ vừa phải cờng độ lực kết khối tỷ lệ với độ ẩm của hạt và bình phơng
của vùng tiếp xúc và tỷ lệ nghịch với bình phơng bán kính hạt.
II.1.3. Kích cỡ, hình dạng, độ bền và cấu trúc của các hạt
Phân bón dạng hạt có cấu trúc xốp, độ xốp của hạt phụ thuộc vào tính chất
nguyên vật liệu và công nghệ tạo hạt đồng thời đợc đặc trng bởi diện tích bề
mặt riêng, thể tích của các lỗ rỗng và mật độ phân bố của các lỗ rỗng theo bán
kính hạt. Tính chất xốp của hạt làm cho giữa các phần tử chất rắn hình thành các
khoảng không gian tự do, coi nh tập hợp các mao quản nhỏ.[2;4,18,20]
Do tác dụng tơng hỗ giữa lực liên kết bề mặt và độ hoà tan của tinh thể,
áp suất hơi nớc bÃo hoà trong các mao quản luôn luôn thấp hơn áp suất hơi nớc
trong các khoảng không gian ngoài mao quản. Đây chính là yếu tố tạo nên động
lực của quá trình khuếch tán; hạt hút ẩm, hơi nớc ngng tụ trên bề mặt và dần
dần lấp đầy thể tích các mao quản, tinh thể đợc hoà tan rồi tái kết tinh dẫn đến
hiện tựơng biến dạng và thay đổi cấu trúc hạt và sau đó là hiện tợng kết khối
nh mô tả ở các phần trên.Ngoài ra, khi các hạt đợc xếp khít vào nhau trong quá
trình bảo quản dạng chất đống hoặc trong bao bì thì giữa các hạt lại tạo thành các
khoảng không gian mới với tính chất tơng đơng nh các mao quản cỡ lớn. Lúc
này, hiện tợng ngng tụ xảy ra không chỉ ở trong các lỗ rỗng của hạt mà còn ở
ngay trên bề mặt hạt; đồng thời xuất hiện thêm hiện tợng kết khối giữa các hạt

14

với nhau, nhất là khi độ bền cơ học của lớp bề mặt hạt kém, cỡ hạt không đồng
đều hoặc khối hạt chứa nhiều hạt nhỏ, hạt mịn và bụi sản phẩm. Nếu các hạt có
kích cỡ tơng đối lớn, độ đồng đều cao, lợng hạt mịn thấp thì diện tích bề mặt
riêng giảm. Nếu các hạt có độ bền cơ học cao, khả năng bị vỡ hạt do va đập hoặc
mài mòn thấp, lọng hạt mịn và bụi giảm. Khi đó, cờng độ của lực hút và số
lợng các điểm tiếp xúc giữa các hạt liền kề cũng giảm và kết quả là giảm khả
năng kết khối.
Giải thích cho khả năng kết khối theo nguyên nhân này, ngời ta quan tâm
đến độ đồng đều kích thớc hạt, đặc trng bởi thông số là hệ số phân bố hạt, là
phần trăm các hạt có kích thớc dao động xung quanh cỡ hạt trung bình, gọi tắt
là CV (coefficient of variation) và độ chênh lệch nhiệt độ của sản phẩm urê và
nhiệt độ môi trờng bảo quản T.
Phơng trình biểu diễn mô tả quá trình kết khối đợc giả định rằng tốc độ
thay đổi của các hạt không kết khối thành cục tơng ứng với lợng không kết
khối [7]. Có thể ®ỵc viÕt nh sau:

dm
= -km (5)
dt
Trong ®ã:
- m: khèi lỵng của các hạt không kết khối tại thời điểm t, kg
- t: thêi gian lu kho, tuÇn
- k: h»ng sè tốc độ kết khối, tuần -1
Phơng trình (1) có thể biĨu diƠn díi d¹ng sau:

1 m
− ln
= k (6)
t m0

15


Trong đó m 0 là khối lợng hạt urê ban đầu
Sử dụng dÃy thực nghiệm, giá trị của k có thể xác định bằng cách tơng
quan vế trái của phơng trình (7) với 2 thông số CV và T theo phơng trình
sau:

k =( a + b Tx ) +( c + d ∗ ∆T y ) ∗CV z (7)
Trong đó:
- a, b, c, d, x, y, z là các thông số của phơng trình (7)
-

CV =

Lm hệ số phân tán

- : độ chênh lệch so với giá trị trung bình, mm
Các hệ số và số mũ ở phơng trình (7) đợc xác định bằng phơng pháp hồi
quy phức tạp các kết quả thực nghiệm.
Sử dụng phơng trình (6) và các thông số, khả năng kết khối đợc mô tả nh
là phần trăm khối lợng hạt urê ban đầu bị kết khối có thể đợc xác định nh
sau:
Khả năng kÕt khèi = [1- exp (-k.t)] .100 (8)
H×nh 1 biĨu diễn khả năng kết khối của urê theo hệ số phân tán hạt và độ
chênh lệch nhiệt độ T = 8 0C.
Khả
năng
kết

60%
50%

(4)

(3)

40%
30%
20%
10%

(2)
(1)


Hình II.1. ảnh hởng của hệ số phân tán đến khả năng kết khối của urê với độ
chênh nhiệt độ ∆ T = 80C. ((1): CV = 0,07; (2): CV = 0,14; (3) : CV = 0,21; (4):
CV = 0,28).
Tõ đồ thị ở hình II.1 ta thấy, tại cùng một điều kiện lu kho (T =const),
hệ số phân tán càng lớn hay các hạt có kích thớc không đồng đều nhiều, khả
năng kết khối càng cao.
Nh vậy, cấu trúc hạt, độ bền cơ học của hạt, độ đồng đều cỡ hạt hay nói
theo cách khác là phơng pháp và công nghệ tạo hạt cũng là một trong những yếu
tố có ảnh hởng không nhỏ tới quá trình kết khối của sản phẩm sau này.
II.1.4. Thành phần hoá học
Nguyên nhân của hiện tợng kết khối này là do phản ứng hoá học xảy ra
giữa các thành phần cấu tạo nên hạt hoặc giữa phân tử vật chất của hạt với các
chất tồn tại trong môi trờng trong thời gian bảo quản (vÝ dô nh CO 2 , SO 2 ,

H2 S...) tạo ra các chất hoá học mới [6]. Sự tạo thành muối kép bên trong và giữa
gianh giới các hạt sẽ tiếp tục trong quá trình lu kho nếu các phản ứng hoá học
không hoàn thành trong quá trình tạo hạt. Với các phản ứng toả nhiệt có thể dẫn
đến sự tái kết tinh, nhiệt độ chất đống tăng, kết khối nhanh
Đối với supephotphat, do tính chất của phản ứng dị thể lỏng - rắn, hỗn hợp
hình thành sau phản ứng trong thùng hoá thành, sau phản ứng trung hoà hc

17