TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN BÓN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
……….……….

TIỂU LUẬN
CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ĐẠI CƯƠNG

Tên Thành Viên :
Nguyễn Đức Long
Nguyễn Thanh Vịnh
Nguyễn Văn Trung
Huỳnh Thị Minh Trâm
Lê Đình chí Cơng
Trần Đức Việt
Đào Cơng Hậu
Lê Văn Nhuế
GVHD: TS.Lê

Vũng Tàu ngày 29/09/2012

Thanh Thanh

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
……….……….

Nhóm 5
CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT

PHÂN BĨN

2


MỤC LỤC :
I.Giới thiệu chung về phân bón..............................................................................trang 4
II. Phân loại phân bón.............................................................................................trang 5
II.1.Theo ý nghĩa nơng hóa..................................................................................trang 5
II.2.Theo số lượng................................................................................................trang 5
II.3.Nhóm đặc biệt...............................................................................................trang 5
II.4.Theo mức độ hịa tan.....................................................................................trang 5
II.5.Theo phương pháp sản xuất..........................................................................trang 5
II.6.Theo tác dụng sinh học..................................................................................trang 5
II.7.Theo hình dáng bên ngồi.............................................................................trang 6
III.Một số cơng nghệ sản xuất phân bón quan trọng..........................................trang 6
III.1.Các loại phân photpho (phân lân)................................................................trang 6
III.1.1.Một số khái niệm...................................................................................trang 6
III.1.2.Nguyên liệu...........................................................................................trang 6
III.1.3.Sản xuất supephotphat..........................................................................trang 7
III.1.3.1.Sản xuất supephotphat (lân đơn)...................................................trang 7
III.1.3.1.A.Cơ sở lý thuyết......................................................................trang 7
III.1.3.1.B.Sơ đồ và quy trình cơng nghệ...............................................trang 8
III.1.3.2.Sản xuất axit photphoric và supephotphat kép............................trang 10
III.1.3.2.A.Tính chất hóa lý
trang 10
III.1.3.2.B.Sản xuất axit photphoric
trang 10
III.1.3.2.C.Sơ đồ và quy trình sản xuất supephotphat kép
trang 14

III.2.Các loại phân nitơ (phân đạm)....................................................................trang 15
III.2.1.Một số khái niệm................................................................................trang 15
III.2.2.Sản xuất nitrat amôn..........................................................................trang 15
III.2.2.1.Lý thuyết chung..........................................................................trang 15
III.2.2.2.Sơ đồ và quy trình.......................................................................trang 18
III.2.3.Sản xuất karbamit (phân Ure)............................................................trang 20
III.2.3.1.Lý thuyết chung..........................................................................trang 20
III.2.3.2.Sơ đồ và quy trình.......................................................................trang 22
IV.Ứng dụng và tình hình sản xuất......................................................................trang 24

3


I.Giới thiệu chung về phân bón:
Phân bón là những bổ sung cho đất được dùng để thúc đẩy cây trồng phát triển,
các loại chất dinh dưỡng có trong phân bón là: Nitơ, Phốt pho và Kali và các chất dinh
dưỡng khác.
Phân bón thường được bón trực tiếp trên đất và cũng có thể được phun trên lá.
Phân bón thường được chia thành phân hữu cơ và phân vô cơ.
và sự khác biệt lớn nhất giữa chúng là nguồn gốc chứ không phải là trong thành phần
dinh dưỡng…
Như chúng ta đã biết nước ta là một nước có nền nơng nghiệp phát triển từ lâu đời cho
nên nhu cầu sản xuất và sử dụng phân bón rất cao.
Trong khi đó các nhà máy mới chỉ sản xuất đáp ứng được khoảng 50% nhu cầu sử
dụng, hiện tại các doanh nghiệp chỉ mới sản xuất được bốn loại phân chính là : phân
Đạm, NPK, DAP trong khi Kali và SA thì phải nhập khẩu hoàn toàn, nhu cầu sử dụng
hàng năm vào khoảng 8÷9 triệu tấn.
Trước tình hình đó địi hỏi các doanh nghiệp phải đẩy mạnh sản xuất phân bón.
Các doanh nghiệp sản xuất phân bón
1.Cơng ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên Apatit Việt Nam

2. Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc
3. Cơng ty cổ phần Phân lân Ninh Bình
4. Cơng ty Cổ phần Phân bón Bình Điền
5. Cơng ty Cổ phần Phân bón miền Nam
6. Cơng ty Cổ phần Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao
7. Cơng ty Cổ phần Phân bón và Hóa chất Cần Thơ
8. Cơng ty Cổ phần Phân lân Nung chảy Văn Điển
9. Công ty Cổ phần Cơng nghiệp Hóa chất Đà Nẵng
10. Cơng ty TNHH một thành viên DAP - VINACHEM
11. Công ty TNHH MTV Phân đạm Ninh Bình
12. Cơng ty cổ phần DAP số 2 - VINACHEM

4


II.Phân loại phân bón:
II.1.Theo ý nghĩa nơng hóa; Phân bón được chia thành trực tiếp và gián tiếp:
Trực tiếp là phân bón có chứa cấu tử dinh dưỡng ở dạng trực tiếp làm mạnh cho
cây.
Gián tiếp là phân bón dùng để huy động những chất dinh dưỡng đã có sẵn trong đất
trồng trọt, để kích thích những tính chất lý học, hóa học và sinh học của đất.
II.2.Theo số lượng:
Theo số lượng của cấu tử dinh dưỡng chính mà phân bón hóa học được chia thành
phân đơn hay phân phức hợp.
Phân đơn chứa một nguyên tố;
Phân phức chứa 2 hay 3 và nhiều nguyên tố.
II.3.Nhóm đặc biệt:
Là phân hóa học vi lượng. Nhóm này chứa các nguyên tố Bo, Mangan, kẽm, đồng
cần cho cây trồng với số lượng rất nhỏ nhằm mục đích kích thích sự phát triển.
II.4.Theo phương pháp sản xuất:

Phân hỗn hợp là phân hóa học có chứa vài nguyên tố dinh dưỡng và được sản xuất
bằng cách trộn lẫn cơ học những lọai phân hóa học khác nhau.
Phân phức cũng chứa vài nguyên tố dinh dưỡng nhưng được nhận trên cơ sở phản
ứng hóa học.
II.5.Theo mức độ hòa tan:
Hòa tan trong nước là tất cả các phân nitơ, kali. Những phân hóa học này dễ được
cây trồng hấp thụ nhưng cũng nhanh chóng bị nước mưa rửa khỏi đất trồng.
Những phân hóa học tan trong axit thổ nhưỡng phần lớn chứa photphat. Chúng
chuyển rất chậm thành dạng hòa tan nhưng cũng được giữ lại trong đất trồng lâu hơn.
II.6.Theo tác dụng sinh học:
Phụ thuộc vào tác dụng sinh học lên đất trồng mà phân hóa học được chia thành:
-Axit;
-Kiềm;
-Trung tính.
II.7.Theo hình dáng bên ngịai:
5


Dạng bột;
Dạng hạt. Dạng hạt ít bị hút ẩm, khơng bị vón vào khi bảo quản, khơng bị bay theo
gió khi bón xuống đất, khi gặp nước mưa thì hạt giữ trong đất lâu hơn.
III. Một số công nghệ sản xuất phân bón quan trọng:
III.1.Các loại phân photpho (phân lân):
III.1.1.Một số khái niệm
Phân lân là những hợp chất chứa nguyên tố photpho. Chất lượng hay hiệu quả của
phân lân được đánh giá bằng hàm lượng P 2O5 hữu hiệu chứa trong nó mà cây có thể hấp
thụ được. Hàm lượng này thường nhỏ hơn hàm lượng tổng số P 2O5 có trong nó theo lí
thuyết.
Supephơtphat là loại phân lân được dùng phổ biến. Tùy theo mức độ hòa tan mà
người ta chia phân phơtphat thành 2 loại: loại hịa tan trong nước và loại khơng hịa tan

Phơtphát là lớp khống chứa phôtpho chủ yếu dạng fluorapatit và các tạp chất khác. Hàm
lượng P2O5 trong quặng phôtphat khoảng 20-30%.
III.1.2.Nguyên liệu
Nguyên liệu để sản xuất phân lân là các photphat tự nhiên( apatit, photphorit) và
dung dịch axit sunfuric.
Apatit: là nhóm các khống vật photphat công thức chung là Ca 5(PO4)3X ( X = Cl,
F, OH‾);
Tỷ trọng 3,18 – 3,21g/cm3;
Nhiệt độ nóng chảy 1400 – 1500oC;
Khó tan trong nước.
Photphorit: là khống trầm tích được tạo thành do q trình trầm tích của
canxiphotphat từ nước biển, có chứa photpho ở dạng florapatit và các tạp chất khác.
[xCa10(PO4)6F2 + yCa10P5CO23(F,OH)3]
Khống photphoric có màu nâu hoặc vàng. Ít hút ẩm, khơng kết dính nhưng độ
phân tán kém.
III.1.3.Sản xuất supephotphat:
6


III.1.3.1.Sản xuất supephotphat (lân đơn):
Supephotphat đơn là loại phân khoáng phổ biến nhất, được sản xuất ra với lượng lớn
nhất. Đó là bột (hay hạt) màu xám, thành phần cơ bản là Ca(H2PO4)2.CaSO4.2H2O.
Superphotphat đơn có hàm lượng P2O5 hữu hiệu khoảng 14-20%.
III.1.3.1.A.Cơ sở lí thuyết:
Bản chất kỹ thuật sản xuất supephotphat là phân hủy các quặng photphat tự nhiên
không tan thành các muối photphat axit tan trong nước bằng axit sunfuric. Quá trình sản
xuất supephotphat là quá trình dị thể nhiều pha, xảy ra trong vùng khuếch tán.
Phản ứng giữa H2SO4 và quặng fluorcanxi apatit Ca5F(PO4)3 có thể chia thành 2 giai
đoạn:
- Giai đoạn 1: phân hủy quặng tạo thành axit photphoric

Đầu tiên phản ứng tiến hành trên bề mặt các hạt quặng, H 2SO4 dư do đó tạo thành
H3PO4 tự do, CaSO4 kết tinh tách ra dưới dạng khan và nằm lại trong phân lân
Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 = 3H3PO4 + 5CaSO4 + HF + Q
Những yếu tố ảnh hưởng:
- Nồng độ H2SO4 : rất quang trọng đối với quá trình sản xuất supephotphat. Trong
điều kiện khuấy trộn liên tục, nồng độ axit thích hợp là 62 - 69%, thấp hoặc cao hơn đều
khơng thuận lợi.

Hình 1:Sự phụ thuộc của mức độ phân hủy quặng vào nồng độ axit sunfuric
Không thể dùng axit có nồng độ thấp được vì nó chứa nhiều nước làm sản phẩm bị
ẩm, hàm lượng P2O5 bị giảm.
7


- Nhiệt độ phản ứng duy trì khoảng 110-120 0C →Để đảm bảo nhiệt độ này t 0 ban
đầu của dung dịch H2SO4 dao động từ 60 - 70 oC tuỳ thuộc thời tiết từng mùa và nồng độ
H2SO4.
Bảng 1: sự phụ thuộc giữa nồng độ H2SO4 và nhiệt độ

- Giai đoạn 2:
H 3PO4 sinh ra tiếp tục tác dụng với quặng apatit tạo thành muối canxi photphat, là
giai đoạn quyết định chất lượng của phân lân superphotphat.
7H3PO4 + Ca5F(PO4)3 + 5H2O →5Ca(H2PO4)2. H2O + HF + Q
Ở giai đoạn 2, monocanxiphotphat đầu tiên tạo thành trong dung dịch, khi bão hịa
thì bắt đầu kết tinh. Lúc đầu phản ứng xảy ra rất nhanh, khi nồng độ Ca(H 2PO4)2 tăng lên
thì tốc độ chậm dần và kết thúc sau khi ủ supe trong kho 6 - 25 ngày đêm tuỳ thuộc vào
nguyên liệu, nhiệt độ ủ 35-450C. Sau khi ủ một lượng H3PO4 tự do còn thừa phải qua giai
đoạn trung hoà. Axit này sẽ làm tăng khả năng hút ẩm của supephotphat. Để trung hịa
axit tự do có thể dùng biện pháp trộn supephotphat với các phụ gia rắn như bột xương,
bột đá vơi hoặc đem amơn hóa bằng khí NH3 :

CaCO3 + 2H3PO4 = Ca(H2PO4)2+ CO2 + H2O
NH3 + H3PO4 = NH4H2PO4
Supephôtphat đơn phải đảm bảo các yêu cầu chất lượng sau:
-P2O5 không dưới 14-19%
-Độ ẩm không quá 13-15%
-H3PO4 tự do (tính theo P2O5) ≤ 5-5,5%
III.1.3.1.B.Sơ đồ và quy trình cơng nghệ
Hiện nay có 3 phương pháp sản xuất:
1-Gián đọan

2-Liên tục

3-Bán liên tục

Ngày nay chủ yếu là thiết kế nhà máy theo phương pháp liên tục:

8


Tinh quặng đã được nghiền được đưa từ kho vào thùng cân liều lượng tự động (2). Sau
khi cân xong tinh quặng được đưa vào thùng trộn lẫn (1) họat động liên tục.
Axit sunfuric 75% liên tục được pha loãng bằng nước trong thùng đo liều lượng
axit (5) đến nồng độ 68% H 2SO4, sau đó axit được đưa vào thùng trộn lẫn (1). Trong
thùng trộn lẫn có các cánh khuấy cơ học để trộn lẫn axit với tinh quặng photphat.
Trong thùng trộn lẫn tạo ra một lớp bùn nhão. Bùn nhão được đưa vào buồng
hóa thành họat động liên tục. Tại đây quá trình tạo thành supephotphat được thực hiện.
Từ bồn hóa thành, supephotphat tạo thành được chảy xuống băng tải và đưa sang
kho ủ. Tại đây nhờ máy phun (8) mà supephotphat được phân bố đều. Để tăng tốc quá
trình ủ, người ta dùng các gàu ngoạm để đảo lộn supephotphat trong kho.

9


III.1.3.2.Sản xuất axit photphoric và supephotphat kép
III.1.3.2.A.Các tính chất hóa lí:
Axit photphoric chúng ta thường gọi là axit tri-hydrophotphoric hay ortophotphoric
H3PO4. Axit photphoric tinh khiết có thể kết tinh dưới dạng các tinh thể rắn, khơng ngậm
nước có tỷ trọng là 1,88 và điểm nóng chảy là 43,2 oC, tự chảy rữa trong khơng khí ẩm.
Dung dịch axit photphoric đặc (98%) khơng màu, sánh như xiro, có tỷ trọng khoảng 1,84
g/cm3 ở 20oC. H3PO4 tan trong nước với bất kì tỷ lệ nào.
Axit photphoric hiện nay được sản xuất chủ yếu bằng hai phương pháp:
(1) Phương pháp chiết H3PO4 từ các photphat tự nhiên nhờ các axit khác nhau (thông qua
phản ứng trao đổi giữa quặng photphat và axit mạnh như H2SO4),
(2) Phương pháp nhiệt phân ( đốt photpho và đồng thời hợp nước)
Nguyên liệu:
Nguyên liệu gốc để sản xuất axit photphoric là các quặng photphat như apatit
Ca5(PO3)4X, photphorit Ca3(PO4)2 hoặc than xương có chứa nhiều photphat.
Nguyên liệu thứ cấp là photpho nguyên tố. Photpho nguyên tố là sản phẩm nhiệt
khử từ các khống chứa photpho nói trên. Đây là lọai nguyên liệu tốt nhất để sản xuất
axit photphoric chất lượng cao.
Phương pháp chính để điều chế axit photphoric là chiết bằng axit sunfuric.
III.1.3.2.B.Sản xuất axit photphoric:
Sản xuất axit H3PO4 theo phương pháp trao đổi :
- Đầu tiên tinh quặng photphat tự nhiên đem nghiền nhỏ, sau đó đem chế biến với
lượng dư axit sunfuric để nhận được axit photphoric và canxi sunfat.
Các quặng này chứa photpho dưới dạng canxi photphat, nên khi trao đổi với axit
sunfuric ta dễ dàng thu dược axit photphoric vì canxi photphat hình thành sau phản ứng
là chất ít tan trong nước, dễ cho việc tách ra khỏi dung dịch. Quá trình được thực hiện
theo phản ứng:
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 ↔ 3CaSO4 + H3PO4

Ca5(PO4)3F + 3H2SO4↔5CaSO4 + 3H3PO4 + HF

10


Đây là phản ứng dị thể xảy ra trên bề mặt của các hạt quặng photphat chuyển hóa
canxi photphat hầu như khơng tan trong nước thành canxi sunfat ít tan và axit photphoric.
Các tinh thể canxi sunfat có thể tạo thành lớp vỏ bao xung quanh các hạt quặng và ngăn
chặn các quá trình khuếch tán qua lại. Để tránh những hiện tượng bất lợi trên và tăng
cường hiệu suất của phản ứng, người ta phải khuấy trộn hỗn hợp liên tục và tránh không
sử dụng dung dịch axit sunfuric quá đặc (nồng độ thường dùng là axit sunfuric 75%). Mặt
khác để tăng bề mặt tiếp xúc người ta nghiền thật nhỏ nguyên liệu) và ở giai đọan đầu
quá trình chiết thì tăng nhiệt độ
Sản phẩm ra khỏi thiết bị có dạng dung dịch huyền phù của photphogips (kết tủa tạo
thành sau phản ứng) trong axit photphoric, được dẫn qua máy lọc, rửa kết tủa. Sản phẩm
axit thu được thường có nồng độ 40 – 50% (sau khi lọc gạn cịn 30%).
Nếu sử dụng làm phân bón thì sản phẩm axit hầu như khơng cần phải xử lý gì tiếp
theo ngồi việc cơ đặc để đạt nồng độ u cầu.

Hình 3. Sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric bằng phương pháp trao đổi
11


Phương pháp nhiệt luyện:
Quá trình sản xuất H3PO4 bằng phương pháp nhiệt luyện gồm 3 giai đọan chính:
-

Điều chế photpho bằng phản ứng nhiệt hóa học.
Đốt photpho với oxi khơng khí.
Ngưng tụ, hấp thụ tạo axit photphoric.

Phương pháp nhiệt điện để điều chế axit photphoric dựa trên cơ sở khử photpho từ
photphat canxi ở nhiệt độ cao (1400-1600oC) trong lò điện.
Quá trình điều chế photpho xảy ra các phản ứng sau:
Ca3(PO4)2 + 8C = Ca3P2 + 8 CO
3Ca3(PO4)2 + 5Ca3P2 = 4P4 + 24CaO
CaO + SiO2 = CaSiO3
-------------------------------------------------------------------2Ca3(PO4)2 + 6SiO2+ 10C = 6CaSiO3+ 10CO + P4
Trước hết người ta trộn quặng photphat đã được nghiền mịn với bột than và nung
trong lò ở nhiệt độ cao khoảng 1500 oC. Ở nhiệt độ này trước hết canxi photphat sẽ thực
hiện phản ứng khử bằng than để tạo ra sản phẩm trung gian tricanxi photphua. Sau đó
tricanxi photphua tiếp tục phản ứng với canxi photphat để tạo ra photpho dạng hơi và
CaO. Để lấy xỉ ra người ta cho thêm SiO2 vào hỗn hợp chảy để tạo xỉ CaSiO3.
Hơi photpho đi ra khỏi lị, oxy hóa (cháy) để tạo thành pentaoxyt photpho, oxyt này
sau khi hydrat hóa sẽ tạo thành axit photphoric
4P + 5O2 = P4O10
P2O5 + H2O = 2HPO3
HPO3 + H2O = H3PO4

12


Hình 4. Sơ đồ cơng nghệ sản xuất axit photphoric nhiệt.
Axit thu được có nồng độ khoảng 80 – 90 %.
Những ưu điểm cơ bản của phương pháp nhiệt điện so với phương pháp chiết là:
+ Thu được axit photphoric có nồng độ bất kì và có độ sạch cao.
+ Nguyên liệu đa dạng hơn. Có thể dùng những photphat nghèo mà khơng
cần làm giàu.
Nhược điểm chính của phương pháp này là tiêu tốn nhiều điện năng.

13


III.1.3.2.C.Sơ đồ và quy trình sản xuất supephotphat kép :
Supephotphat kép được sản xuất trên cơ sở phân hủy quặng photphat bằng axit
photphoric 70-80%.
Các phản ứng cơ bản xảy ra khi sản xuất superphotphat kép:
7H3PO4 + Ca5F(PO4)3 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2.H2O + HF + Q
Về hình dáng bên ngồi cũng như về thành phần các pha, supephophat kép về căn
bản khơng khác supephotphat đơn. Nó chỉ hầu như khơng có canxi sunfat. Supephotphat
kép là loại phân lân đậm đặc, có hàm lượng P 2O5 hữu hiệu khỏang 40- 50% có nghĩa là
giàu hơn lân đơn 2-3 lần, tồn tại chủ yếu dưới dạng monocanxi photphat Ca(H 2PO4) và
một số axit photphoric H3PO4 tự do.
Điều kiện: Nồng độ H3PO4 đậm đặc, to 80-90oC. Hiệu suất phân huỷ 70%.
Qua quá trình ủ 25 ngày, apatit còn lại tiếp tục bị phân huỷ, hiệu suất chuyển hố tăng lên
77-83%. Sau đó sản phẩm được đem nghiền và tạo hạt.
Thiết bị dùng sản xuất lân kép cũng tương tự như để sản xuất phân đơn. Trong một
số sơ đồ sản xuất lân kép, quá trình đóng rắn bùn nhão được thực hiện trên băng tải
chuyển sản phẩm vào khi chứa (phương pháp không dùng buồng). Theo đó, bùn nhão
được đưa trực tiếp từ thùng trộn vào thiết bị tạo hạt và buồng sấy. Sản phẩm hạt thì khơng
qua giai đọan ủ.
Quy trình:
Bột photphat từ bunke (1) theo hai nhánh qua các cân (2) được đưa vào thiết bị trộn
(3) để hỗn hợp với axit photphoric nóng từ thùng cao vị (4) xuống. Q trình phản ứng
xày ra tại các thiết bi6 trộn này trong khỏang 1h ở nhiệt độ 60-80 oC, với hiệu suất
52 – 53%.
Một nhánh theo máng (5) xuống máy sấy (6) được đánh tơi bằng nhiệt độ của khí lị
(khỏang 700oC). Từ máy sấy (6) ra, sản phẩm ở dạng bột, qua máy nâng (7) trộn với phần
bùn của nhánh thứ hai trong thiết bị tạo hạt (13). Hạt supephotphat đượcđưa xuống máy
sấy kiểu trống quay (12), sấy bằng khí lị.

14


Hình 5. Sơ đồ cơng nghệ sản xuất supephotphat kép theo phương pháp dây chuyền
1. Bunke; 2. Cân; 3.Thiết bị trộn; 4.Thùng cao bị; 5. Máng dẫn; 6.Máy sấy; 7.Máy nâng;
8.Sàng; 9.Máy nghiền; 10. Băng tải; 11. Thiết bị trung hòa 12.Máy sấy kiểu trống quay.
13. Thiết bị tạo hạt.
Hạt đã sấy khô, được máy nâng đưa lên sàng (8), phân thành 3 lọai:
•

Hạt thơ (> 4mm) được đưa vào máy nghiền (9) đề rồi đưa vịng trở

lại sàng (8)
• Hạt có kích thước trong khỏang 1 – 4 mm, được đem trộn với phấn
bột và vào thiết bị trung hịa (11) để trung hịa axit dư.
• Supe vụn ( < 1mm) được đưa vể máy tạo hạt (13).
III.2.Các loại phân nitơ (phân đạm):
15


III.2.1.Một số khái niệm:
Trong ba loại phân khóang chính (đạm , lân, kali) thì phân đạm là loại có tốc độ
phát triển cao nhất, đồng thời cũng chiếm một tỷ trọng cao nhất trong sản lượng phân bón
thế giới.
Phân đạm là tên gọi chung của các loại phân bón vơ cơ cung cấp đạm cho cây dưới
dạng NO3-,NH4+.
Có 3 nhóm đạm chính
 Nhóm đạm amoni: (NH4)2SO4 ,NH4Cl, …
 Nhóm đạm Nitrat: NaNO3 ,KNO3, NH4NO3, …

 Nhóm đạm amit: CaCN2 , CO(NH2)2.

Phần lớn phân đạm được sử dụng ở dạng rắn, trong đó khoảng 80% ở dạng phân
đơn và 20% ở dạng phân phức hợp.
Loại phân đơn chủ yếu là amôn nitrat NH 4(NO)3, urê (NH2)2CO. Nguyên tố dinh
dưỡng tồn tại trong chúng là ion amơn (NH4+), nitrat (NO3-), và nhóm amin (NH2). Nhược
điểm cơ bản của lọai phân amôn nitrat là có thể gây nổ mạnh, nên khó bảo đảm an tồn
trong q trình sản xuất, tàn trữ và vận chuyển.
Phân urê có hàm lượng đạm cao, khơng gây nổ, ít hút ẩm nên đang trở thành loại
phân đạm chủ yếu.
III.2.2.Sản xuất nitrat amôn NH4NO3
III.2.2.1. Lý thuyết chung
Amoni nitrat là loại phân bón có tinh thể màu trắng chứa 35% nitơ, là một trong
những loại phân đạm thường dùng. Nó có thể dùng cho bất kỳ loại đất nào và bất kỳ loại
cây cối nào. Nhược điểm cơ bản của loại phân này là:
- Có khả năng gây nổ rất mạnh ⇒ khó bảo đảm an tồn trong q trình sản xuất, lưu
trữ và vận chuyển.
- Dễ hút nước và khi thay đổi nhiệt độ, dễ chuyển một phần thành dạng tinh thể, dễ
vón cục.
- Nitrat amon có độ hịa tan trong nước cao.

16


Phương pháp phổ biến nhất để điều chế amôn nitrat là trugn hòa ammoniac bằng
axit nitric.
Nguyên tắc sản xuất dựa vào phản ứng
NH3 + HNO3 = NH4NO3 + Q
Là phản ứng dị thể, tỏa nhiệt mạnh nên tận dụng nhiệt toả ra để cơ đặc NH 4NO3.
Q trình sản xuất gồm 4 giai đoạn:

* Giai đoạn trung hoà:
Để tăng bề mặt tiếp xúc người ta xếp trong thùng trung hoà những tấm đệm.
Dùng vòi phun NH3 qua lớp HNO3 tẩm trên các tấm đệm.
Nhiệt độ phản ứng: 110 - 1350C
Axit nitric có nồng độ 45 – 50% HNO3 và amoniac
* Giai đoạn cô đặc
Sau khi ra khỏi thiết bị trung hồ phải tiến hành cơ đặc ở nhiệt độ 150 0C, P= 9
atm để nâng cao nồng độ chuẩn bị cho giai đoạn kết tinh.
Cuối gia đoạn này nồng độ NH4NO3 đạt 82-84%
* Giai đoạn kết tinh tạo hạt
Trước khi qua thiết bị kết tinh dung dịch NH 4NO3 được chảy qua thiết bị cô đặc
thứ 2 để nâng cao nồng độ lên 98%.
* Sấy
Làm giảm độ ẩm của hạt NH 4NO3 xuống còn 0,9-1%. Phương pháp thường
dùng là thổi luồng khơng khí lạnh -100C ngược chiều với NH4NO3
u cầu công nghệ:
Nồng độ HNO3 45-50%; amoniac 60-80%, áp suất 2,5- 3,8 atm.

17


III.2.2.2.Sơ đồ và quy trình

Hình 6.Sơ đồ sản xuất nitrat amon có sử dụng cơ bay hơi.
1.Thân thiết bị trung hịa;
7. Thiết bị cơ bay hơi bậc 2;
2.Bình thu bên trong;
8. Thiết bị phân ly;
3.Bộ phận phân bố axit HNO3;
9. Tháp tạo hạt;

4.Bộ phận phân bố NH3;
10. Băng tải;
5.Van thủy lực;
11. Áp kế;
6.Thiết bị trung hịa hồn tồn;
12. Thùng chứa.
Quy trình:
Axit nitric có nồng độ 45-50% HNO 3. ở nhiệt độ 50oC và ammoniac 6 – 80oC,
áp suất 2,5 – 3,8 atm vào thiết bị trung hòa (2) bằng hệ thống vòi phun (3) (4). Dung
dịch nitrat amon tạo ra sẽ rót ra bờ phía trên hình trụ để vào phần cô bay hơi, tại đây
nước bay hơi nhờ nhiệt của phản ứng truyền qua. Dung dịch nitrat amon ra (lúc này có
nồng độ là 60-80%) qua van thủy lực (5) để đi vào đi vào thiết bị trung hòa hòan tòan
(6) để trung hòa tiếp bằng ammoniac cho đến hềt axit. Hơi ra khỏi thiết bị trung hòa
được dùng để tiếp tục sấy dung dịch nitrat amon ở thiết bị cô bay hơi bậc 2. Lúc này
nồng độ dung dịch được nâng đến 98-99% NH4NO3, dung dịch nóng lỏng sau đó được
đưa vào hệ thống phân ly để tách hơi thứ và sau đó được đưa vào tháp tạo hạt.
Quá trình tạo hạt tiến hành bằng cách phun dung dịch nitrat amon nóng lỏng vào
tháp tạo hạt bêtơng cốt sắt có độ cao 30-35m qua vịi phun tạo thành tia. Các giọt
nitrat amon rơi xuống gặp luồng khơng khí lạnh sẽ đơng lại thành hạt (khơng khí được
18


quạt hút thổi vào ngược chiều dịng dịch nóng lỏng). Sau đó các hạt phân bón sẽ được
đưa vào băng tải chuyển vào thiết bị sấy và đóng gói
Cấu tạo của thiết bị trung hòa

1.Vỏ; 2. Vùng trung hòa; 3. Dd NH4NO3
Thiết bị trung hịa là một bình hình trụ làm bằng thép khơng rỉ. Khơng gian bên
trong hình trụ là phần trung hịa của thiết bị có dạng hình cốc có các lỗ ở phía dưới
và hệ thống đảo ở phía trên, cịn khơng gian bên ngịai là phần cơ bay hơi. Dung

dịch nitrat amơn tạo thành sẽ rót qua bờ phía trên hình trụ để vào phần cơ bay hơi,
tại đấy nước bay hơi nhờ nhiệt của phản ứng truyền qua. Việc tỏa nhiệt từ vùng
trung hòa cần thiết khơng những để làm bay hơi nước mà cịn có tránh hiện tượng
đốt nóng quá làm phân hủy axit nitric và amôn.

19


Hình 8.Sơ đồ điều chế nitrat amơn bằng phương pháp khơng cơ bay hơi
1.Sấy nóng ammoniac; 2. Sấy nóng axit nitric; 3. Thiết bị phản ứng; 4. Thiết bị
phân ly; 5. Thiết bị trao đổi nhiệt; 6. Dao cắt.
Trong một số nhà máy, nitrat amôn được sản xuất ở dạng tinh thể hình vảy. Muốn
vậy quá trình kết tinh dịch nóng lỏng tiến hành trên bề mặt trống quay có làm lạnh từ bên
trong.
Dựa trên cơ sở sự tác dụng nhanh giữa cáctác nhân amiac và axit nitric 60% đã
được sấy nóng sơ bộ trong các thiết bị trao đổi nhiệt. Phản ứng được tiến hành dưới áp
suất 4 atm. Nhũ tương hơi-lỏng khi ra khỏi thiết bị phản ứng sẽ được phân tách trong
thiết bị phân ly, sau đó dịch móng lỏng 97-98% NH4NO3 được đưa đi tạo hạt.
III.2.3.Sản xuất karbamit (phân urê)CO(NH2)2:
III.2.3.1. Lý thuyết chung :
Phân urê là lọai phân chứa nitơ có giá trị nhất. Urê có thể sử dụng như chất thêm
N2 vào thức ăn nuôi gia súc.
Urê sạch [(NH2)2CO] là những tinh thể không màu có hàm lượng nitơ theo lý
thuyết là 46,6%. Urê kỹ thuật có màu trắng hơi vàng. Nó là loại phân đạm có giá trị nhất
và được sử dụng rộng rãi nhất. Urê hòa tan nhiều trong nước, một phần tạo thành amôn
cacbonat. Trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thơng thường urê khơng háo nước, cịn khi
độ ẩm khơng khí cao (95%) thì urê háo nước mạnh. Nó ít vón cục, khơng cháy nổ.
20

Ngồi tác dụng làm phân bón, ure cịn dùng trong công nghiệp để điều chế nhựa
formaldehit dùng trongviệc sản xuất chất dẻo, keo dán, sợi tổng hợp…
Urê được tổng hợp từ amoniac và khí dioxit carbon (cacbonic).
Nguyên tắc sản xuất được dựa theo phản ứng
CO2 + 2NH3 ↔CO(NH2)2 + H2O
Trên thực tế quá trình này gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: điều chế cacbamat-amon
2NH3 + CO2 →NH2COONH4 (Carbamat) + Q
- Giai đoạn 2: Khử nước amon cacbamat ở nhiệt độ cao thành urê
NH2COONH4 →CO(NH2)2 + H2O - Q
Nước tạo thành, lúc đầu làm tăng mức độ chuyển hố vì nó tạo thành pha lỏng.
Nhưng khi lượng nước sinh ra nhiều phản ứng sẽ chậm lại vì vậy trong quá trình phản
ứng người ta cho tháo nước ra liên tục để tăng nồng độ ure tạo thành. Công ty phân đạm
Bắc Giang áp dụng q trình sản xuất này.
Tóm lại quá trình điều chế urê là quá trình dị thể trong hệ khí – lỏng xảy ra trong
vùng động học và tốc độ của nó được giới hạn bởi giai đọan chậm nhất là giai đọan
dehydrat hóa karbamat amon.
Cân bằng và tốc độ của quá trình tổng hợp karbamat chịu ảnh hượng của áp suất,
nhiệt độ và thành phần hệ.
Áp suất
Vì karbamat amơn có áp suất hơi lớn và q trình tổng hợp xảy ra với sự giảm thể
tích nên hiệu suất cân bằng của karbamit sẽ tăng cùng với sự tăng áp suất.

21


.
Nhiệt độ

Tốc độ và hiệu suất quá trình tăng rõ rệt khi tăng nhiệt độ.

Từ hình ta thấy ở nhiệt độ >180 oC đường cong hiệu suất sẽ có điểm cực đại. Khi
tăng thời gian lưu của khói phản ứng trong vùng đốt nóng thì hiệu suất karbamit giảm
xuống do tăng phản ứng phụ.
III.2.3.2. Sơ đồ công nghệ:
Trong thực tế, tổng hợp karbamit được tiến hành ở áp suất 180- 200 atm, nhiệt độ
180 – 200oC và không dùng chất xúc tác. Việc nâng nhiệt độ cao hơn bị hạn chế do sự ăn
mòn thiết bị.
22


Nguyên liệu sản xuất urê là khí sản phẩm của CN sản xuất ammoniac chứa đến
90% CO2 và ammoniac lỏng 100 – 125% so với tỷ lệ lý tưởng.

Hình 9. Sơ đồ sản xuất urê
1. Bơm; 2. Máy nén; 3. Tháp tổng hợp; 4. Buồng phản ứngbên trong;
5. Cột chưng cất; 6. Thiết bị bay hơi; 7. Hộp thu dịch lỏng;
8. Tháp tạo hạt; 9. Băng tải chuyền
Quá trình tổng hợp tiến hành trong tháp tổng hợp (3) chế tạo bằng thép hợp kim;
bên trong tháp có một trụ (4) để bảo vệ than tháp chịu áp suất sao khỏi mơi trường phản
ứng ăn mịn.
Amoniac lỏng nhờ có bơm (1) được đưa vào khỏang không gian giữa thân tháp và
ống trụ, nó sẽ rửa thành tháp và bảo vệ tháp khỏi tác dụng của mơi trừơng ăn mịn. Tai đó
ammoniac lỏng tác dụng với CO2 đi từ dưới lên vào không gian bên trong ống trụ (3).
Dịch lỏng urê được giải phóng ra từ phần trên tháp và chuyển vào tháp chưng cất
(5). Tháp được gia nhiệt bằng hơi nước. Trong tháp tiến hành chưng cất tách amiac khỏi
dung dịch urê và tách cả những muối cacbon –amôn khác nữa. Sau khi chưng cất khỏi
ammoniac dung dịch urê khỏang 65% đem cô bay hơi trong thiết bị bay hơi (6) đến
99,5% và kết tinh tạo hạt urê trong tháp tạo hạt(8).
Khí chưng (ra chứa 56-57% NH3, 32 – 33% CO2và 10 – 11 % hơi nước) đem đi
tái sinh. Các sơ đồ sản xuất urê thường khác nhau do dùng những phương pháp khác

23


nhau để phân chia và tái sinh lại các khí này: sử dụng chúng để sản xuất đạm nitrat amôn;
phân chia bằng cách hấp thụ chọn lọc CO 2 và NH3, bằng những chất hấp thụ khác nhau
và hồi lưu cả 2 chất này về quá trình đầu.
IV.Ứng dụng và tình hình sản xuất:
Ngồi tác dụng làm gia tăng sản lượng và cung cấp dưỡng chất trực tiếp cho cây, các
loại phân bón hữu cơ có thể cải thiện sự đa dạng sinh học (tuổi thọ đất) và khả năng sản
xuất lâu dài của đất ,và có thể là nơi lưu giữ phần lớn lượng carbon dioxide thừa .
Các dưỡng chất hữu cơ làm tăng sự màu mỡ của các cơ cấu đất bằng cách cung cấp
chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cho các cơ cấu như nấm mycorrhiza , (giúp các loại cây
hấp thu dinh dưỡng), và có thể làm giảm đáng kể nhu cầu sử dụng các loại thuốc trừ sâu,
năng lượng và phân bón, nhưng làm giảm sản lượng thu hoạch.

24