Nghiên cứu quá trình tạo màng bọc u-rê bằng lưu huỳnh

12:00' AM - Thứ sáu, 11/04/2003

Hoàng Anh Tuấn, Nguyễn Phiêu, Phạm Thị Hùng, Lương Quỳnh Chúc, Quách Thị Phiến

Summary

Study was carried out on coating process of sulphur for urea.

The tecnological process of coating sulphur for urea was chosen.

Suitable conditions for forming of the sulophurous film was discovered.

The sample of coated urea with various dosages of sulphur was made up.

The chemical properties of production were appreciated

I- MỞ ĐẦU

U-rê bọc lưu huỳnh (sulphur coated urea- SCU) đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu từ nhiều thập kỷ qua và đã đạt được những kết quả đáng kể. Nhiều quy trình công nghệ đã được áp dụng cho thử nghiệm hoặc triển khai sản xuất.

U rê bọc lưu huỳnh có độ phân giải chậm, phù hợp với nhu cầu hấp thụ chất dinh dưỡng của cây trồng qua từng thời kỳ sinh trưởng. Điều này làm giảm thiểu một cách đáng kể khả năng thất thoát chất dinh dưỡng do khi bón phân đạm vào đất bị bốc hơi, rửa trôi và các phản ứng nitrat hoá - khử nitrat, sự mất mát này có thể đến 60 %. Lưu huỳnh ở lớp bọc , ngoài tác dụng kéo dài thời gian phân giải của u-rê còn là một nguyên tố dinh dưỡng trung lượng. Nhiều công trình khoa học đã kết luận: lưu huỳnh không những nâng cao hiệu suất sử dụng N, P, K nói chung mà còn cải thiện năng suất cây trồng và chất lượng nông sản. Chất lượng nông sản bao gồm cả hình thức, mẫu mã bên ngoài cũng như chất lượng dinh dưỡng thực sự của nó (hàm lượng tinh bột, đường, các axít amin, hương vị,...) và dư lượng các độc tố có hại cho người và động vật (dư lượng ni trát . . . )

Đề tài "Nghiên cứu công nghệ bọc tạo màng cho viên hạt u-rê bằng dịch lưu- huỳnh nóng chảy" do Trung tâm KHSX Hoá chất vô cơ - Phân bón (Viện Hoá học Công nghiệp) thực hiện đã được nghiệm thu; tuy chưa có điều kiện ứng dụng triển khai song đã thực sự đánh giá kết quả của việc áp dụng tiến bộ khoa học - kỹ thuật nước ngoài vào điều kiện thực tiễn tại Việt Nam.

II. PHẦN TỔNG QUAN TÀI LIỆU

- Ở Liên-xô cũ người ta dùng lưu huỳnh nóng chảy phun lên bề mặt viên hạt u-rê trong thiết bị tầng sôi có sức chứa 50 kg dưới lưu lượng khí 900 m3/h và vận tốc dòng khí là 15 m/s [1] .

- Ở Ca-na-đa, các tác giả cũng đưa ra một mô hình thiết bị kiểu giả lỏng với công suất 500 tấn/năm (sức nạp liệu 4,5 kg u-rê) với lưu lượng khí 54 m3/h. Không khí trong trường hợp này phải được sấy nóng trước [2] .

Các mô hình này mới chỉ dừng lại ở quy mô thí nghiệm và theo nhận xét của chính các tác giả, đó là những công nghệ khó khai thác, vận hành; tiêu hao năng lượng lớn nên giá thành sản phẩm cao.

- Ở Nhật Bản, người ta sử dụng thiết bị thùng quay với mô hình công nghệ ba giai đoạn gồm: gia nhiệt cho viên hạt u-rê, phun bọc bằng lưu huỳnh nóng chảy và hoàn thiện lớp bọc bằng các chất phụ gia bề mặt. Áp lực khí sử dụng để phân tán dịch lưu huỳnh nóng chảy khoảng 50 - 150 kg/cm2. Sử dụng công nghệ này, tập đoàn hoá chất Mitsui Toatsu đã sản xuất sản phẩm thương mại hoá với giá bán chào hàng tại Công ty Phân bón Miền Nam là 500 USD/Tấn. Với giá bán này, nếu chỉ tính đến yếu tố năng suất cây trồng thì người nông dân ở nước ta chưa thể chấp nhận được.

nước ta, đối tượng cây trồng chính vẫn là lúa nước, tỷ lệ cây trồng cạn và cây lưu niên thấp hơn. Theo sự phát triển liên tục của công nghệ giống và thâm canh tăng vụ như hiện nay, thời gian sinh trưởng của phần lớn các giống lúa mới năng suất cao từ 90 ngày đến 110 - 115 ngày. Tuỳ theo giống và thời vụ khoảng cách giữa các đợt chăm sóc trong vụ (bón lót, bón thúc, bón thúc đòng...) tương đối ngắn, từ 15 đến 25 ngày . Trong khoảng thời gian này, cây trồng phải huy động được tối đa lượng đạm đã bón cho quá trình sinh trưởng và phát triển . Vì vậy, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm đặt ra là có tốc độ phân giải chậm để hạn chế mất mát do rửa trôi, thuỷ phân, bay hơi và các phản ứng sinh- hoá khác nhưng phải được điều tiết không quá chậm so với thời gian sinh trưởng của cây.

Lượng lưu huỳnh bổ sung cho từng loại cây trồng và từng chất đất cụ thể phải được nghiên cứu và tính toán kỹ lưỡng qua nhiều vụ, nhiều năm. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của lưu-huỳnh đối với ngô và đậu tương, các giáo sư Trung Đại học Nông nghiệp I cho biết: hiệu quả cao nhất ở liều lượng sử dụng 34 kg/ha.vụ. Như vậy, đối với ngô, hàm lượng lưu-huỳnh trong sản phẩm chỉ cho phép 10-15 %, còn đối với đậu tương, giới hạn này là 30-35 % vì lượng bón N cho hai nhóm cây trồng này khác nhau. Tương tự, đối với cây lạc trên đất cát ven biển Nghệ An là loại đất rất nghèo lưu-huỳnh, mức 50 kg S/ha.vụ mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất; nghĩa là đối với lạc trên đất này, hàm lượng lưu-huỳnh trong sản phẩm phân bón cho phép tới 50 % hoặc cao hơn nữa [3]

Như vậy, đối với cây trồng và điều kiện thổ nhưỡng của nước ta, sử dụng một loại sản phẩm với hàm lượng lưu-huỳnh cố định là không phù hợp. Việc nghiên cứu dây chuyền sản xuất để cung ứng sản phẩm chứa các tỷ lệ lưu-huỳnh khác nhau theo từng đơn đặt hàng là điều cần thiết.

III- PHẦN NGHIÊN CỨU.

Nguyên tắc chung của việc tạo màng bọc viên hạt u-rê bằng lưu-huỳnh là dùng lưu-huỳnh nóng chảy bao phủ bề mặt hạt. Độ dày của lớp bọc phụ thuộc vào lượng lưu-huỳnh sử dụng, còn độ bền lớp bọc cũng như thời gian phân giải của u-rê lại phụ thuộc vào cả lượng lưu-huỳnh và phương pháp công nghệ. Nhưng dù lượng lưu-huỳnh nhiều hay ít thì độ bền lớp bọc cũng phụ thuộc chính vào khả năng bám dính giữa bề mặt hạt u-rê vốn có độ bóng cao, khó tiếp nhận thêm một lớp vật liệu ngoại lai không phải các chất hoạt động bề mặt. Bên cạnh đó u-rê thương phẩm sau quá trình tạo hạt, vận chuyển, bảo quản thường chứa một hàm lượng nhất định mạt và bụi u-rê (không dưới 5%) bám xung quanh bề mặt các viên hạt. Nhất là trong điều kiện không khí có độ ẩm cao, hiện tượng này càng rõ rệt hơn. Chính các thành phần mạt này làm cho khả năng bám dính giữa bề mặt viên hạt và lớp màng lưu-huỳnh trở nên kém đi. Khi thời tiết thay đổi, các phần tử mạt tách ra khỏi viên hạt làm cho lớp màng bọc bị bong.

Do đó, để tăng độ bền lớp màng bọc, nguyên liệu u-rê phải đạt các yêu cầu:

- Có độ ẩm thấp (không quá 3%)

- Không chứa các hạt mịn và mạt bám xung quanh viên hạt

- Độ bóng của bề mặt hạt càng thấp , càng tốt.

Khâu chuẩn bị nguyên liệu

Để chuẩn bị nguyên liệu chúng tôi đã đề xuất như sau:

a- Đối với urê sau tháp tạo hạt chỉ cần sàng loại phần hạt mịn và mạt là có thể chuyển qua khâu xử lý tạo màng.

b- Đối với các vùng có độ ẩm toàn phần của không khí thấp (không quá 85%) cũng chỉ cần loại bỏ hạt mịn và mạt như trên.

c- Đối với u rê đã qua bảo quản và đem sử dụng trong điều kiện độ ẩm không khí cao cần phải có thêm công đoạn gia nhiệt trước khi phun bọc. Việc gia nhiệt này (còn gọi là sấy) làm cho nguyên liệu khô, rời; các phần hạt mịn và mạt tách ra khỏi bề mặt hạt thuận tiện cho việc phân loại. Mặt khác nhờ nhiệt độ, trên bề mặt viên hạt có sự sắp xếp lại cấu trúc làm cho bề mặt hạt trở nên thô và nhám hơn, có khả năng bám dính cao hơn.

Thiết bị nghiên cứu

Song song với vấn đề nguyên liệu, việc phân tán dịch lưu huỳnh nóng chảy lên bề mặt hạt (gọi tắt là phun) cũng giữ vai trò quan trọng.

Thường người ta dùng bơm cao áp hoặc khí nén để phun dịch lưu huỳnh nóng chảy lên khối u-rê chuyển động ở vị trí thích hợp sao cho trước khi tiếp xúc với viên hạt u-rê các phần tử dịch nóng chảy chưa kịp đóng rắn. Như vậy, khoảng cách giữa vòi phun với khối u-rê ảnh hưởng rất lớn đến độ bền lớp bọc, độ bóng sản phẩm và lượng lưu huỳnh không bám dính, có thể thoát ra môi trường hoặc phải hồi lưu

Với quy mô phòng thí nghiệm, chúng tôi lựa chọn phương pháp dùng khí nén. Phương pháp này có ưu điểm là chi phí về thiết bị thấp và có thể bỏ qua công đoạn làm nguội sản phẩm trước khi đóng bao.

Về thiết bị tiếp xúc, trong thí nghiệm chúng tôi dùng máy tạo hạt kiểu (ra quay tạo cho khối u-rê luôn chuyển động trong khi phun dịch nóng chảy. Tuy nhiên, quá trình làm việc phát sinh khí chứa hơi và bụi lưu-huỳnh gây Ô nhiễm. Do đó đối với sản xuất, nên sừ dụng thiết bị thùng quay hoạt động liên tục, có bộ phận thu và xử lý khí thải để giải quyết vấn đề môi trường.

Quy trình công nghệ

Lưu- huỳnh sau khi gia công đến kích thước phù hợp được chuyển vào thiết bị nấu chảy có gia nhiệt bằng điện .hoặc hơi nước ở nhiệt độ ổn định 1 37 ọc. Sau đó, dịch nóng chảy được chuyển qua thiết bị lắng để tách các tạp chất rắn và hợp chất hữu cơ. Trước khi vào hệ phun, dịch nóng chảy được bổ sung thêm diatômit với tỷ lệ 0,3-0,5 kg/tấn lưu huỳnh; được trung hoà bằng vôi hoặc sô-da, sau đó qua lọc.

Tại hệ phun, dịch nóng chảy được phun thành những phần tử cực nhỏ nhờ một máy nén khí có áp suất 2-3 kg/cm2 lên khối u-rê đang chuyển động trong thiết bị thùng quay ở một khoảng cách nhất định. Để quá trình phun được liên tục, hệ phun phải được bảo ôn bằng hơi nước và có bộ điều chỉnh lượng phun.

Thiết bị thùng quay được cấu tạo bởi 2 khoang liên tục. Sau khi ra khỏi khoang thứ nhất, u-rê đã được bọc đủ lượng lưu huỳnh cần thiết tiếp tục vào khoang thứ hai và được xử lý bề mặt lớp bọc bằng một hỗn hợp có tác dụng phủ kín các khe hổng mà lưu-huỳnh chưa bóc hết và làm bóng bề mặt sản phẩm.

Sản phẩm sau thiết bị thùng quay được chuyển qua sàng phân ly, loại những thành phần hạt mịn còn sót lại cùng với phần lưu-huỳnh không bám dính quay trở lại thiết bị nấu chảy. Chính lượng u-rê hồi lưu có tác dụng tăng cường khả năng bám dính của lớp bọc, đồng thời điều hoà độ phân giải của sản phẩm theo yêu cầu cụ thể của từng loại cây trồng. Trước khi vào thiết bị thùng quay, hạt u-rê có thể hoặc không cần thiết phải gia nhiệt, tuỳ theo từng điều kiện như đã trình bày ở trên. Nhưng tốt nhất, nguyên liệu vẫn phải được loại bớt phần hạt mịn và mạt.

Kết quả nghiên cứu

Sản phẩm nghiên cứu đã được phân tích hàm lượng lưu huỳnh, đánh giá độ hút ẩm và độ phân giải, kết quả được ghi trên các bảng 1, 2 và 3.

Sơ đồ công nghệ tạo màng bọc cho u-rê bằng lưu huỳnh nóng chảy

1. Thiết bị gia nhiệt urê

4. Thiết bị tiếp xúc

7. Nấu chảy paraphin

2. Thiết bị nấu chảy lưu huỳnh

5. Gầu tải

8. Máy nén khí

3. Bơm lưu huỳnh

6. Thiết bị phủ paraphin

9. Sàn phân loại

Bảng 1: Hàm lượng lưu huỳnh trong các mẫu sản phẩm

TT

Chủng loại sản phẩm

Hàm lượng lưu huỳnh, %

Dự tính

Thực tế

1

SCU - 10

10

9,89

2

SCU - 20

20

19,57

3

SCU - 35

35

34,97

Bảng 2.Độ hút ẩm của urê bọc lưu huỳnh

Độ ẩm
của môi trường

Độ hút ẩm, %

SCU - 10

Urê thường
(đối chứng)

80

0,6

6,9

85

6,9

18,7

90

12,8

25,6

95

13,8

34,7

100

15,2

37,2

Bảng 3. Độ phân giải của các dạng uree bọc lưu huỳnh

Thời gian phân giải
(ngày)

Độ phân giải, %

SCU - 10

SCU - 20

U rê thường

2

20,5

17,8

92,0

4

28,7

22,4

94,3

6

39,2

24,2

97,4

8

45,3

30,7

99,0

10

52,5

41,2

-

15

-

55,4

-

20

87,6

65,3

-

Qua theo dõi, chúng tôi thấy u-rê bọc lưu huỳnh để tiếp xúc trực tiếp với không khí trong điều kiện không bao bì với nhiệt độ và độ ẩm không khí luôn thay đổi sau 3 tháng vẫn giữ nguyên hình dạng ban đầu; trong khi đó u-rê thường (mẫu đối chứng) gần như đã chảy lữa hoàn toàn.

IV. KẾT LUẬN

- Đã định hình và xây dựng được quy trình công nghệ tạo màng bọc cho viên hạt u-rê bằng dịch lưu-huỳnh nóng chảy trên cơ sở tổng hợp các tnô hình của nước ngoài, có nghiên cứu cải tiến và đơn giản hoá cho phù hợp với khả năng triển khai trong nước với các quy mô vừa và nhỏ;

- Đã xác định được thiết bị thử nghiệm phù hợp quy trình đề xuất; những thiết bị này có thể dễ dàng chế tạo trong nước;

- Đã tạo được mẫu sản phẩm trong phạm vi phòng thí nghiệm với các hàm lượng lưu-huỳnh khác nhau tiến hành phân tích, đánh giá chất lượng sản phẩm với các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu.

Tuy nhiên, việc tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và tổ chức sản xuất thử với quy mô nhỏ để từng bước một tiếp cận với sản xuất hàng hoá đại trà vẫn đã và đang là nhu cầu cần thiết, cần được sự quan tâm đúng mức của các cấp, các ngành...

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. M.E. Pozin. Khimicheckaia promưtlennơt. Số 7, 1983, trang 29-32.

2. Phôtphonaia promutlennơt. Nhà xuất bản NIITECIM. Matxcơva. 1 983.

3. Vũ Hữu Yêm, Bùi Thế Vĩnh. Ảnh hưởng của lưu huỳnh đối với cây đậu tương trên đất phù sa không được bồi đắp hàng

năm. Khoa học đất, Số 7, 1 996, trang 11 9 - 121 .

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,