复混肥生产过程中混合物料的物化性质研究

摘要

随着农业科学和肥料技术的飞速发展,复混肥料已成为当今世界肥料行业发展的主力军,但其生产过程中的混合物料及终端产品仍存在质量问题亟待解决。本课题从解决复混肥生产过程中混合物料及终端的产品的吸湿、结块、粉化等不利情况出发,研究了复混肥生产过程中混合物料的物化性质。
　　主要研究内容有两部分:一是复混肥生产过程中混合物料的临界相对湿度研究,一是尿基复混肥生产中缩二脲的生成研究。复混肥料的临界相对湿度(Critical Relative Humidity,简写为CRH)是表征肥料吸湿性的重要指标。从单一肥料间的化学相容性出发,实验先后研究了复混肥料的配方、环境温度以及矿物类添加剂对其生产过程中混合物料的临界相对湿度的影响。
　　研究结果表明:(1)在环境温度为30℃时,相同条件下肥料配方中N素含量保持不变时,混合物料的CRH随着P2O5:K2O(营养元素百分含量比)的增大而增大。其中混合物料的临界相对湿度最大的配方为:1:1.5:0,最小的配方为:1:0:1.5。;相同条件下肥料配方中P2O5含量保持不变时,混合物料的CRH随着K2O:N(营养元素百分含量比)的增大而增大。其中混合物料的临界相对最大的配方为:0:1:1,最小的配方为:1:1:0;相同条件下肥料配方中K2O含量保持不变时,混合物料的CRH随着N:P2O5(营养元素百分含量比)的增大而增大。其中混合物料的临界相对湿度最大的配方为:2:0:1,最小的配方为:0:2.3:1。
　　(2)无论N:P2O5:K2O的配比如何,不但混合物料的CRH值的总体变化趋势为随着温度的升高而减小,各组配方的CRH值的变化范围整体上也随着温度的升高而缩小。
　　(3)无论添加矿物类添加剂与否,混合物料的CRH值均随着环境温度的升高而减小;同时,添加矿物类添加剂使得混合物料的CRH值比不加此类添加剂的稍低。缩二脲又称双缩脲或氨基甲酰脲,白色针状晶体。主要生成于尿素和尿基复混肥的生产过程中,当尿素被加热到其熔点以上时,两个尿素分子缩合成一分子缩二脲并放出一分子的氨。继续加热生成缩三脲、三聚氰酸缩合物,甚至三聚酰胺。缩二脲、缩三脲,其化学反应式分别如式(1-2)(1-3)(1-4)所示:2CO(NH2)2=NH2CONHCONH2+NH3↑(1-2)NH2CONHCONH2+CO(NH2)2=NH2CONHCONHCONH2+NH3↑(1-3)缩二脲被作物吸收后会造成植物中叶绿素的损害,直接影响光合作用及植物的生长,尤其是给作物施用叶面肥时,作物叶子发黄、枯萎。在农田施肥时,当缩二脲质量浓度达到50mg/L时,会抑制小麦幼苗、幼根的生长,严重时作物致死。尿素中缩二脲含量超过1％即不能用于种肥、苗肥和叶面肥。
　　本论文重点研究复混肥生产过程中缩二脲的生成问题,主要分为两部分:1.缩二脲的生成实验研究,考察了在复混肥生产过程中尿液浓度,反应温度、反应时间、物料中水份含量等因素对缩二脲生成率的影响。研究发现,在复混肥生产过程中缩二脲的生成率随混合物料加热温度的升高而增大;相同温度下,物料加热时间越长,缩二脲生成率越高;在加热时间相同的条件下,加热温度越高,缩二脲生成率越高;相同温度下,混合物料中水份含量越高即尿液浓度越低,缩二脲生成量越少,水份含量相同的情况下,物料温度越高,缩二脲生成率越高。2.缩二脲生成反应动力学分析研究。考察了混合物料分别在加热温度为120℃、130℃、140℃和150℃时缩二脲生成的动力学曲线。研究结果表明,缩二脲的生成反应为液相分子反应,也是有机均相缩合反应,该反应在不同反应温度下由动力学曲线拟合得的动力学方程分别为:120℃y=0.703+0.00565x130℃y=0.7244+0.00634x140℃y=0.7585+0.0105x150℃y=0.8088+0.0151x由此可知,缩二脲得生成反应为基元零级反应,由四个反应温度下零级反应的速率常数计算零级反应的活化能为: Ea=47.66KJ/mol由此可知,该零级反应为化学反应控制。

目录

摘要

Abstract

引言

1 绪论

1.1 科学施肥的必要性

1.2 复混肥料

1.2.1 尿基复混肥

1.2.2 尿基复混肥生产过程中缩二脲的生成

1.2.3 尿基复混肥中缩二脲的研究背景及现状

1.3 复混肥料的临界相对湿度

1.3.1 肥料间的相容性

1.3.2 肥料的临界相对湿度

1.4 本文的目的、意义及研究内容

2 复混肥生产过程中混合物料的临界相对湿度研究

2.1 主要实验药品和实验设备

2.2 实验方法

2.3 实验条件的选择

2.3.1 Ur-MAP-KCl的配料计算

2.3.2 温度、湿度的选择

2.4 结果与讨论

2.4.1 单质样品的临界相对湿度

2.4.2 复混肥配方对混合物料的临界相对湿度的影响

2.4.3 温度对混合物料的临界相对湿度的影响

2.4.4 矿物类添加剂对混合物料的临界相对湿度的影响

2.5 本章小结

3 复混肥生产过程中缩二脲的生成反应研究

3.1 液相反应

3.1.1 液相反应中的"笼效应"

3.1.2 液相反应中溶剂作用

3.2 液相分子反应

3.2.1 液相分子反应的过程

3.2.2 液相分子反应过程的动力学分析

3.2.3 液相分子反应的物理模型

3.3 复混肥生产过程中缩二脲生成的实验研究

3.3.1 主要实验药品和实验仪器

3.3.2 实验方法

3.3.3 实验条件的选择

3.3.4 结果与分析

3.4 缩二脲生成反应的动力学分析

3.4.1 曲线拟合

3.4.2 反应活化能

3.5 本章小结

4 结论与建议

4.1 结论

4.2 不足与建议

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文

附录

致谢