- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU CHỐNG KẾT KHỐI CHO PHÂN ĐẠM URÊ TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CÁC CHẤT VÔ CƠ MÃ SỐ Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH. - BẢN CHẤT CỦA HIỆN TƯỢNG KẾT KHỐI PHÂN BÓN. - Bản chất của hiện tượng kết khối theo lý thuyết kết tinh. - Bản chất của hiện tượng kết khối theo lý thuyết khuếch tán. - Bản chất của hiện tượng kết khối theo nguyên lý của hiện tượng ngưng tụ mao quản. - Hiện tượng kết khối dưới ảnh hưởng của các phản ứng hoá học. - CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆN TƯỢNG KẾT KHỐI PHÂN BÓN. - Bản chất hóa lý của lực liên kết hình thành sự kết khối. - Các yếu tố ảnh hưởng đến tính kết khối của phân bón. - CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ KẾT KHỐI PHÂN BÓN. - Hạn chế kết khối phân bón bằng cách tăng cường quá trình tạo hạt. - Hạn chế kết khối phân bón bằng cách duy trì điều kiện bảo quản phù hợp. - Hạn chế kết khối phân bón bằng cách khống chế xảy ra phản ứng hóa học. - Hạn chế kết khối phân bón bằng phương pháp tạo màng bọc cho hạt. - Hạn chế kết khối bằng phương pháp biến tính bề mặt hạt. - MỘT SỐ DẠNG SẢN PHẨM CHỐNG KẾT KHỐI THƯƠNG MẠI. - 43 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN. - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU-THỰC NGHIỆM. - Cơ sở để xây dựng phương pháp nghiên cứu – thực nghiệm. - Phương pháp nghiên cứu tính kết khối của urê thương phẩm dạng hạt. - Phương pháp đánh giá kết khối nhanh. - Phương pháp nghiên cứu quá trình đóng rắn/kết tinh urê từ dịch nóng chảy. - Chuẩn bị mẫu nghiên cứu. - Nghiên cứu thành phần pha theo phương pháp Phổ nhiễu xạ tia X (X-ray. - Phương pháp nghiên cứu quá trình kết tinh lại của urê. - Nghiên cứu theo phương pháp phân tích nhiệt vi phân TG/DTA. - Nghiên cứu thành phần pha theo phương pháp phổ nhiễu xạ tia X. - NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN KẾT KHỐI URÊ TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP TẠI VIỆT NAM. - Nghiên cứu định tính về hiện tượng kết khối trên sản phẩm urê công nghiệp. - Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sản phẩm khi đóng bao đến hệ số kết khối của urê hạt. - Nghiên cứu ảnh hưởng của thời điểm đóng bao sau khi ra khỏi tháp tạo hạt đến hệ số kết khối của urê hạt. - Nghiên cứu khảo sát quá trình đóng rắn/kết tinh urê từ dịch nóng chảy và xác định nguyên nhân của hiện tượng kết khối urê trong điều kiện sản xuất công nghiệp tại Việt Nam. - KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HIỆN TƯỢNG KẾT KHỐI URÊ. - Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố khí hậu đến hiện tượng kết khối urê. - NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ KẾT KHỐI SẢN PHẨM URÊ. - Nghiên cứu về giải pháp bảo quản sản phẩm trong kho bảo ôn. - Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản sản phẩm đến xu hướng kết khối urê. - Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản đến hệ số kết khối urê hạt. - Nghiên cứu về giải pháp bổ sung chất phụ gia tăng cường quá trình tạo hạt. - Nghiên cứu cơ chế ảnh hưởng của chất phụ gia đến quá trình đóng rắn/kết tinh urê nóng chảy. - Nghiên cứu giải pháp biến tính bề mặt hạt urê bằng chất chống kết khối dạng lỏng. - Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu điều chế chất chống kết khối dạng lỏng VHCKK-2000. - Đánh giá hiệu quả của chất chống kết khối VHCKK-2000 trên urê quy mô phòng thí nghiệm. - NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA VHCKK-2000 ĐẾN BỀ MẶT HẠT URÊ SAU KHI XỬ LÝ BIẾN TÍNH. - Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến quá trình kết tinh lại của sản phẩm urê. - Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến quá trình kết tinh lại urê theo phương pháp quan sát trực quan. - Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến quá trình kết tinh lại urê theo phương pháp TG-TDA. - Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến quá trình kết tinh lại urê theo phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray. - Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến quá trình kết tinh lại urê theo phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt nitơ (BET. - Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến tính hút ẩm của urê sau quá trình kết tinh lại theo phương pháp hấp phụ ẩm đẳng nhiệt. - Nghiên cứu xác định độ ẩm tương đối tới hạn của urê hạt sau khi biến tính bằng chất chống kết khối VHCKK-2000. - Khảo sát tính linh động của urê hạt sau khi được xử lý biến tính bằng chất chống kết khối VHCKK-2000. - Cơ chế tác động của VHCKK-2000 trong xử lý chống kết khối urê. - Tác động phối hợp của VHCKK-2000 trong xử lý chống kết khối urê theo phương pháp biến tính bề mặt hạt urê. - Một số sản phẩm chất chống kết khối thương mại Trang 40 Bảng 3.1. - Lực kết khối của urê tại các nhiệt độ đóng bao khác nhau Trang 55 Bảng 3.2. - Lực kết khối của urê tại các thời điểm đóng bao khác nhau Trang 57 Bảng 3.3. - Hệ số kết khối của urê hạt sau thời gian bảo quản 3 ngày tại các nhiệt độ bảo quản khác nhau Trang 77 Bảng 3.5. - Lực kết khối và hệ số kết khối của urê được biến tính với các tỷ lệ amin và sunfonat khác nhau Trang 89 Bảng 3.7 Kết quả thử nghiệm ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến môi trường Trang 91 Bảng 3.8. - Tổng hợp kết quả thử nghiệm so sánh hiệu quả giữa các chất chống kết khối VHCKK-2000 và URESOFT-150 trên urê quy mô phòng thí nghiệm Trang 94 Bảng 3.10. - Đạm urê bị kết khối sau 3 ngày bảo quản nếu không có biện pháp xử lý Trang 43 Hình 3.1. - Hệ số kết khối của urê với các tỷ lệ amin/sunfonat khác nhau Trang 89 Hình 3.15. - Hệ số kết khối của các mẫu urê UV003 (biến tính bằng VHCKK-2000) và UU003 (biến tính bằng URESOFT-150), tỷ lệ 0,03% Trang 94 Hình 3.16. - Hệ số kết khối của các mẫu urê UV005 (biến tính bằng VHCKK-2000) và UU005 (biến tính bằng URESOFT-150), tỷ lệ 0,05% Trang 95 Hình 3.17. - Hình thái cấu trúc bề mặt hạt urê đã qua xử lý (a) và chưa qua xử lý (b) bằng chất chống kết khối VHCKK-2000 sau thời gian bảo quản 7 ngày Trang 107 - 8 - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ Viết tắt Viết đầy đủ CHĐBM Chất hoạt động bề mặt ∆m Sự thay đổi khối lượng do hút ẩm. - SCBM Sức căng bề mặt LKK Lực kết khối Wp Độ ẩm toàn phần của sản phẩm. - BET Phương pháp BET σ Hệ số kết khối. - Tính cấp thiết của luận án: Hiện tượng kết khối sản phẩm trong công nghiệp sản xuất hóa chất vô cơ và phân bón hóa học không những làm suy giảm chất lượng, hiệu quả sử dụng mà còn ảnh hưởng đến hình thức mẫu mã của hàng hóa. - Rất nhiều công trình nghiên cứu trong số đó đã tạo ra các giải pháp công nghệ và các sản phẩm chất chống kết khối thương mại hoá áp dụng vào sản xuất công nghiệp. - Ở nước ta trước năm 2000 có nhiều cơ sở sản xuất và kinh doanh phân bón hóa học, trong đó có duy nhất Nhà máy Đạm Hà Bắc sản xuất đạm urê theo công nghệ khí hóa than và cũng có duy nhất đơn vị này sử dụng chất chống kết khối trên sản phẩm của mình thông qua con đường nhập khẩu. - Ngoài Nhà máy Đạm Hà Bắc với công suất 200.000 tấn/năm, hiện nay có thêm Nhà máy Đạm Phú Mỹ (công suất 750.000 tấn/năm) đã hoạt động ổn định và nhiều công trình, dự án khác đang chuẩn bị được đưa vào vận hành như Nhà máy Đạm Cà Mau (công suất 800.000 tấn/năm), Nhà máy Đạm Ninh Bình (công suất 560.000 tấn/năm) và Dự án mở rộng Nhà máy Đạm Hà Bắc (công suất 560.000 tấn/năm)… Vì vây, việc nghiên cứu để làm chủ khoa học công nghệ trong lĩnh vực chống kết khối urê và tạo ra sản phẩm chất chống kết khối “Made in Vietnam” là nhiệm vụ quan trọng và mang tính cấp thiết. - Không chỉ thế, ngay trong các công trình nghiên cứu của nước ngoài vẫn tồn đọng một số vấn đề liên quan đến lý thuyết của hiện tượng kết khối phân bón cần được làm sáng tỏ. - nhất là về nguyên nhân và cơ chế của hiện tượng kết khối phân bón cũng như cơ chế tác dụng của các biện pháp kỹ thuật trong quá trình xử lý hạn chế kết khối phân bón. - Vì vậy, việc nghiên cứu một cách có hệ thống vấn đề kết khối phân bón nói chung, phân đạm urê nói riêng. - Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu xác định nguyên nhân của hiện tượng kết khối phân đạm urê và đưa ra các giải pháp kỹ thuật hạn chế kết khối urê có tính ứng dụng – triển khai cao trong điều kiện sản xuất công nghiệp với khí hậu nhiệt đới nóng, ẩm tại Việt Nam. - góp phần hoàn thiện về cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm xung quanh vấn đề kết khối sản phẩm urê. - Nghiên cứu xác định nguyên nhân của hiện tượng kết khối urê trong thực tế sản xuất công nghiệp tại Việt Nam. - Khảo sát đặc điểm khí hậu Việt Nam và ảnh hưởng của yếu tố khí hậu đến hiện tượng kết khối urê làm cơ sở đề xuất một số biện pháp kỹ thuật hạn chế kết khối urê theo nguyên lý tác động vào nguyên nhân gây nên hiện tượng kết khối đã xác định. - Nghiên cứu khảo sát và đánh giá về một số biện pháp kỹ thuật hạn chế kết khối sản phẩm urê. - Nghiên cứu, khảo sát và dựa vào số liệu thực nghiệm, cơ sở lý luận để biện luận làm rõ hơn về bản chất của các hiện tượng hóa – lý xảy ra cũng như cơ sở khoa học của việc áp dụng biện pháp chống kết khối đã lựa chọn. - Ngoài việc đánh giá khuynh hướng kết khối thông qua các phép đo hệ số kết khối, độ bền cơ lý của sản phẩm, để đánh giá kết quả thí nghiệm và xác định sự thay đổi tính chất hóa-lý của urê qua quá trình nghiên cứu - thực nghiệm, đã sử dụng các phép đặc trưng hóa lý hiện đại như: SEM, BET, X-ray, TG-DTA. - Thông qua phương pháp luận và các số liệu, kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên sản phẩm urê hạt và trên mẫu mô phỏng hóa quá trình đóng rắn/kết tinh từ dịch urê nóng chảy, đã nghiên cứu xác định về nguyên nhân của hiện tượng kết khối urê trong điều kiện sản xuất công nghiệp. - chứng minh được “quá trình đóng rắn/kết tinh dịch nóng chảy trong tháp tạo hạt chưa triệt để và hiện tượng già hóa, phát triển cấu trúc tinh thể và hạt xảy ra sau khi đóng bao và trong thời gian bảo quản là một trong những nguyên nhân cơ bản gây nên hiện tượng kết khối urê trong điều kiện sản xuất công nghiệp ở môi trường khí hậu nhiệt đới nóng, ẩm tại Việt Nam”. - giải đáp câu hỏi: “Tại sao phân đạm urê của Công ty Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc được đóng bao kín, không bị hút ẩm và chảy rữa vẫn bị kết khối nghiêm trọng mà nguyên nhân không phải do quá trình kết dính vật lý thông thường. - Từ đó, đã nghiên cứu khảo sát về một số biện pháp hạn chế kết khối cho urê theo nguyên tắc tác động trực tiếp vào các yếu tố, nguyên nhân đã gây nên hiện tượng kết khối. - lựa chọn biện pháp biến tính bề mặt hạt bằng chất chống kết khối dạng lỏng là biện pháp phù hợp và hiệu quả để ứng dụng – triển khai ngay vào dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện có. - Kết quả thu được đã giải đáp câu hỏi: “Tại sao phân đạm urê được biến tính bằng chất hoạt động bề mặt có tính hút ẩm cao hơn lẽ ra dễ bị kết khối hơn song trên thực tế lại ít bị kết khối hơn. - 13 - CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Kết khối là hiện tượng thường xuyên xảy ra đối với các loại hoá chất dạng hạt và dạng bột trong đó có phân bón [2]. - Liên quan đến vấn đề kết khối trong phân bón, có thể có một số cách gọi khác nhau như vón cục [3,7,8], dính bết [4], kết khối [1. - Phân bón bị kết khối do liên kết kết dính được gọi là “vón cục”, do liên kết pha lỏng gọi là “dính bết”. - mới bị “kết khối” [22]. - Khái niệm “kết khối” được sử dụng trong trường hợp các hạt vật liệu dạng rời liên kết có điều kiện với nhau thành hạt có kích thước lớn hơn bởi các liên kết pha rắn mới hình thành từ quá trình khuếch tán giữa các lớp bề mặt, quá trình tái kết tinh trên lớp bề mặt hoặc quá trình phát triển hạt và vi cấu trúc, kèm theo sự giảm năng lượng và bề mặt riêng của vật liệu. - Như vậy, kết khối là một trong các nguyên nhân làm cho sản phẩm phân bón bị mất độ rời phân tán ban đầu [22]. - Tuy nhiên, nguyên nhân này có mức độ ảnh hưởng - 14 - nghiêm trọng nhất đến chất lượng và mẫu mã của sản phẩm nên trong lĩnh vực phân bón, khái niệm “kết khối“ (hoặc kết tảng, đóng tảng) được sử dụng chung cho cả ba trường hợp, thay cả cho cả các khái niệm “vón cục“ và “dính bết“. - Độ kết khối hay hệ số kết khối có thể xác định bởi tỷ lệ giữa các tiếp xúc tạo thành liên kết kết khối và tổng số các tiếp xúc trong khối hạt. - Đối với các sản phẩm đồng nhất về cỡ hạt, đại lượng này tương đương với tỷ lệ giữa khối lượng hạt bị kết tụ (ma) và tổng khối lượng hạt khảo sát (mo): б = ma/mo (1.1) Đối với các sản phẩm không đồng nhất về cỡ hạt, việc xác định độ kết khối phức tạp và kém chính xác hơn. - Tuy nhiên để đơn giản hóa, việc xác định độ kết khối vẫn được áp dụng theo công thức (1.1). - Trên thực tế, hệ số kết khối thường được xác định bằng cách phân loại sản phẩm qua sàng rồi tính toán tỷ lệ giữa khối lượng sản phẩm trên sàng và khối lượng chung của sản phẩm. - Tuy nhiên, việc làm nguội trong thiết bị hoạt động kiểu lớp sôi không tránh khỏi xảy ra hiện tượng làm vỡ hạt, tạo thành bụi khó tách ra khỏi sản phẩm và lại là nguyên nhân gây kết khối cho sản phẩm
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt