Технология получения аммофоса, модифицированного физиологически активными веществами

Technology of ammophos modified by physiologically active substances
Цитировать:
Абидов И., Хошимов Ф.Ф. Технология получения аммофоса, модифицированного физиологически активными веществами // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. 11(77). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10821 (дата обращения: 13.06.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследования технологии  получения модифицированного аммофоса. Для модификации использованы физиологически активные вещества - ИВИН, ТПН. Разработана технология производства аммофоса, содержащего ИВИН и ТПН, на основе фocфатного сырья Каратау.

ABSTRACT

The article presents the results of the study of the technology of modified ammophos. Physiologically active substances were used for modification - IVIN, TPN. A technology has been developed for the production of ammophos containing IVIN and TPN based on Karatau phosphate raw materials.

 

Ключевые слова: комплексные удобрение, физиологически активные вещества, аммофос, плав, модификация, растворимость, система, концентрация, выпарка, пульпа, схема.

Keywords: complex fertilizer, physiologically active substances, ammophos, melt, modification, solubility, system, concentration, residue, pulp, scheme.

 

Введение. Одним из способов решения проблемы химизации сельского хозяйства является создание комплексных удобрение, содержащих физиологически активные вещества (ФAB), стимуляторы роста и развития растений.

Существует огромное количество биологически активных соединений, но многие из них характеризуются недостаточной эффективностью, токсичным воздействием на теплокровных, способностью накапливаться во внешней среде, недоступностью сырья и полупродуктов для их синтеза, высокой стоимостью.

Твердофазным способом получены полимерные комплексы, содержащие физиологически активных веществ [1-3].

Показана возможность получения минеральных удобрений, содержащих физиологически активные вещества [4].

Перспективными в этом отношении являются производные пириди­на [5, 6], в частности, ИВИН, производные бензимидазолструктур­ные аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований [7-10], среди которых найдены препараты, обладающие широким спектром рострегулирующей и пестицидной активности (розалин, узген, олгин, БИОН, 5-ХБИОН и др.) и соединения фурана, в частности, ТПН [11,12], которые находят все более широкое применение в различных областях народного хозяйства.

В настоящее время ростовые вещества используют для обработ­ки посевных семян или опрыскиванием вегетирующих растений водными растворами определенной концентрации. Совместное внесение удоб­рений с физиологически активными веществами как агрохимически, так и экономически выгодно.

Один из применяемых ФАВ - β-(2-тетрагидрофурил)пропионитрил (ТПН) - тетранил - произ­водное фурана, подвижная жидкость от желтого до светло-коричневого цвета со специфическим запахом; молокулярный вес - 125 у.е. =1,4468; вязкость при 200С-2,7 сиз; рН = 7; температура кипения 92-940С с/8 мм.рт.ст.; огневзрывобезопасен.

Эмпирическая формула – C7H11NO, структурная формула:

Тетранил не обладает коррозийными свойствами, стабилен в вод­ных растворах, под действием солнечного света слегка окисляется, поэтому хранить его можно в солнцезащитной таре не более 5 лет при температуре 25-45°С.

ТПН хорошо растворим в воде, хлороформе, ацетоне, спирте, плохо растворим в метаноле, не растворим в гексане, ацетонитриле, нитрилацетате.

Физико-химическая характеристика тетранила - ИК-, УФ-, ПМР-спектры представлены в работе [12].

Тетранил впервые получен в Институте химии растительных веществ АН РУз [13].

Применение удобрений с физиологически активными веществами позволяет улучшить рост, развитие, урожайность растений, повысить устойчивость к заболеваниям, полно использовать основные элементы минерального питания, и освобождает от лишних затрат на их индиви­дуальное внесение под культуру [3-6].

Как правило, введение физиологически активных веществ, не­смотря на их относительно высокую стоимость, дает положительный эффект при их низких (от 0,03 до 0,05 мас.%) концентрациях в ком­плексном удобрении. Производство удобрений, содержаших ФAB, не со­пряжено со значительными удельными капиталовложениями на реконст­рукцию существующих технологических схем, однако, при этом необхо­димо решить ряд технологических проблем, связанных с организацией узлов дозировки ФАВ, смешения ФАВ с большим потоком удобрении, аналитическим контролем качества готового продукта. В связи с этим, в настоящей работе рассмотрены вопросы и проведены исследования по разработке способов введения ФАВ в состав удобрений, и получения аммофоса и карбамида, модифицированных ФАВ. При решении ряда технологических задач использованы данные по растворимости и плавкости и изученных нами системах приведенных ниже.

C7H9NO-NH4H2PO4-H2O, C7H9NO-(NH4)2HPO4-H2O, C7H9NO-[90% NH4H2PO4 +10% (NH4)2HPO4]- H2O, C7H6N2O-H3PO4-H2O, C7H6N2O-NH3-H2O, C7H5N2OCl- H3PO4-H2O,

Методика исследований. Для изучения растворимости фаз в водно-солевых системах ис­пользовался визуально-политермический метод анализа, разработан­ный А.Г.Бергманом [4].

Сущность визуально-политермического метода заключается в оп­ределении температуры кристаллизации визуальным наблюдением темпе­ратуры появления первых кристаллов, которые выделяются при медлен­ном охлаждении и энергичном перемешивании раствора, и температу­ры исчезновения последних кристаллов при нагревании, после чего строится диаграмма состав-температура кристаллизации.

При выполнениях исследований применялись перекристаллизованные соли квалификации "ч.д.а." и "х.ч." и синтезированные лабора­торным путем ИВИН, Т П Н [10-14].

Анализы на содержание фос­фора проводились по известным методикам [15].

Основная часть. Наиболее узким местом производства аммофоса, модифицированного ФАВом, является узел введения ФАВ в кислоту или пульпу. Так как оптимальной концентрацией ФАВ, согласно агрохимическим и токсикологическим исследованиям в составе аммофоса является 0,15-0,05%, часовой расход физиологически активной добавки в ЭФК или аммофос­ную пульпу для существующих технологических линий, мощность -120 тыс. т Р2О5 в год работающих на фоссырье Kapaтav, составит 4,5-15 кг/ч. При этом массовое соотношение ЭФК: ФАВ равно 14500: 4500: 1 и аммофосная пульпа: ФАВ = 11000 - 3500: 1.

Равномерное распределение добавки при таком массовом соотношении компонентов представляет значительную трудность.

Целесообразным является отвод части кислоты или пульпы, растворение в этом объеме физиологически активной добавки и смешение с основным потоком кислоты или пульпы.

Как показали исследования систем на основе ИВИН, ТПН и составляющих компонентов аммофоса целесообразно вводить ФАВ в нейтрализованную аммофосную пульпу, поскольку при смешении с фосфорной кислотой возможно их разложение.

Анализ фазовых диаграмм растворимости систем C7H9NO-(NH4)2HPO4, NH4H2PO4, [90% NH4H2PO4 +10% (NH4)2HPO4]- H2O показал, что физиологически активная добавка хорошо растворя­ется в водных растворах дигидроорто- и гидроортофосфатов аммония.

ТПН при смешении с растворами дигидроорто- и гидроортофосфатов аммония высокой концентрации плохо растворим, поэтому постро­ить полные политермические диаграммы, включающие ТПН и компоненты аммофоса не удалось.

Следовательно, при введении ИВИНа в аммофосную пульпу, имею­щую температуру более 60°C, согласно диаграмме растворимости, он будет растворяться до его содержания 5 мас.%. Такая концентрация является оптимальной, поскольку на растворение и равномерное пе­ремешивание ИВИНа при этом затрачивает 1-2 мин. Аммофосная пульпа после аппарата скоростной аммонизатор-испаритель (САИ) с солевой массой раствора 50‑55% имеет температуру - 80-85°С. Растворение ИВИНа не представляет особых затруднении.

Полученная таким образом аммофосная пульпа, содержащая 5 мас.% ИВИНа, смешивается с таким количеством аммофосной пульпы, чтобы концентрация ФАВ в готовом продукте составляла 0,03-0,05 мас.%.

В связи с вышеизложенным, нами предложена технологическая схема получения аммофоса, содержащего ФAB (рис.1).

 

Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема получения ФАВ содержащего аммофоса:

 1 - хранилище ЭФК, 2,8 – бункер 3,9 - весовой ленточный дозатор, 4,10 - реактор смеситель, 5,11 - расходомер, 6 - насосы, 7 - аппарат САИ, 12 - выпарная установка, 13 - тон­ка, 14 - циклон, 15 - аппарат БГС, 16 - элеватор, 17 - дробилка, 18 - грохот, 19 - холодильник, 20 - склад готовой продукции.

 

Часть потока пульпы, поступающей на выпарку из аппарата САИ 7, отводится в реактор смеситель 10, обогреваемый через рубашку греющим паром. Туда же весовым дозатором 9 из бункера 8 вводится расчетное количество ФАВ. Время пребывания реагентов при температуре 70-80°С составляет 3 мин. Концентрация ИВИНа в пульпе поддер­живается на уровне 5 мас.%. Затем ИВИН-содержащий исток аммофосной пульпы смешивается с основным потоком непосредственно в выпарном аппарате 12 с выносной греющей камерой за счет циркуляции, обеспечиваемой насосом 6. Соотношение основного и ИВИН-содержашего потоков аммофосной пульпы составляет 330-200:1 и обеспечивает концентрацию физиологически активного вещества в готовом продукте 0,03-0,05 мас.%.

Аммофосная пульпа после выпарного аппарата, 12 подается в БГС 15, где происходит грануляция и сушка. После охлаждения и разли­вания продукта на грохоте (18) мелкую фракцию (частицы размером менее 1 мм) возвращают в БГС в качестве внешнего ретура. Крупную фракцию направляют на дробилку (17), а товарную -  охлаждают в холо­дильника (19) и отправляют на склад готовой продукции (20).

Производство аммофоса, содержащего ИВИН и ТПН, на основе фocфатного сырья Каратау осуществляется с использованием для аммонизации ЭФК аппаратов САИ, а для грануляции и сушки - аппаратов БГС. Показатели технологического режима приведены для стандартной технологической линии мощностью 120 тыс. т Р2О5 в год.

Таблица 1.

Показатели технологического режима производства аммофоса, содержащего ИВИНа и ТПН

Нейтрализация ЭФК:

Концентрация ЭФК, мас.% Р2О5

20,0 : 21,0

Мольное соотношение NH3: Н3PO4

1,00:1,1

рН аммофосной пульпы

4,9:4,5

Температура пульпы, °С

90:95

Время аммонизации в аппарате САИ, мин

1:2

Растворение ИВИНа или ТПНа в аммофосной пульпе:

Соотношение потока пульпы, отводимого на

стадию растворения к основному потоку

1:250 : 300

Продолжительность растворения, мин

3:4

Температура, °С

85:90

Концентрация ФАВ (ИВИН или ТПН) а пульпе, мас.%

4,5:5,0

Смешение аммофосной пульпы с ФАВ-содержащей пульпой:

Соотношение потоков ФАВ-содержашей пульпы

и аммофосной пульпы

1:250 : 300

Продолжительность смешения, мин

1:1,5

Концентрация добавки в пульпе, мас.%

0,818 * 8,08

Плотность пульпы, кг/м3

1280:1300

Влажность пульпы, %

50:55

Выпаривание пульпы:

Влажность пульпы, % мас.

 

до выпаривания

 

50:55

после выпаривания

20 : 40

Плотность пульпы после выпаривания, кг/м3

1400 : 1500

Температура пульпы после выпаривания, °С

90 : 95

Сушка и грануляция в БГС

Температура топочных газов,°С

 

на входе в БГC

550 : 650

отходящих газов

100 :110

Температура продукта, °С

в слое

80 : 90

на выходе из БГС

75:80

Выход товарной фракции с размером

гранул 1-4 мм, %

90

Состав аммофоса, содержащего физиологически активные вещества

Массовая доля усвояемых фосфатов, %

45 : 47

Массовая доля общего азота, %

10±1

Массовая доля ФАВ (ИВИН или ТПН), %

0,03 : 0,05

Массовая доля влаги %, не более

1,5

Гранулометрический состав:

массовая доля гранул с размером, мм1-4

90:95

менее 1 мм

5

Прочность гранул, мПа, не менее

3

Рассыпчатость, %

100

 

Выводы

Разработана технология производство аммофоса, содержащего ИВИН и ТПН, на основе фocфатного сырья Каратау. Аммофос-содержащий ФАВ, не слеживается, его гигроскопичес­кая точка близка к значению гигроскопической точки чистого аммофо­са. Технология - удобрения реализуется на базе действующего оборудо­вания производства аммофоса с установкой дополнительного реактора для растворения физиологически активных добавок и смешения потоков аммофосной пульпы, узлов хранения и дозирования ФАВ в реактор-смеситель.

 

Список литературы:

  1. Hoshimov Farhod F. Solid-phase method for producing polymer complex of routine. // International journal of engineering sciences & research technology. 2015, 4(4): April, Indiya.
  2. Хошимов Ф.Ф., Каримов Р.К. Твердофазная технология получения полимерного комплекса рутина. // Узбекский химический журнал. Ташкент. 2015, №2.
  3. Хошимов Ф.Ф., Собиров С.М., Хабибуллаев Ж.. Рутипол субстанциясининг қаттиқ фазали технологияси. // Фарғона политехника институти илмий-техника журнали. 2019. том 23. №1.
  4. Абидов И., Хошимов Ф., Охундадаев А.. Технология азотно-фосфорных удобрений содержащих физиологически активных веществ. Монография, Наманган. НамИТИ 2019.
  5. Куxapь В.П. и др. Новый регулятор роста растении – ИВИН. // Физиологически активные вещества, -Киев: Наукова думка, - 1986. -Вып. 18. -С 3-14.
  6. Кулаева О.Н., Цитокинины, их структура и функция. -М.: Наука, 1973. -C.59-66
  7. Кадыров Ч.Ш. Целенаправленный синтез растительных регуляторов, гербицидов и фунгицидов. // Регуляторы роста растении и герби­циды. -Ташкент: Фан, 1978. -C.5-30.
  8. Акбарова М. и др. Химия и пестицидная активность некоторых замещенных бензимидазолии-2-онов. // Ферганский политехнический институт, -Фергана: 1985. - 31 с
  9. Nurmanov S.E. Synthesis of vinyl phenyl ether and its use for ammetric titra-tion of silver (I). // Russian journal of applied chemistry. - 2002. - Т-75. №3.- Р. 480-482.
  10. Sirlibaev Т. Synthesis of alkylpyridine through acetylene and methylethylketone condensation with ammonium // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii khimiya i khimicheskaya tekhnologiya. 1991. T-34. №11. Р.102-104
  11. Тухтаев С. Физико-химические основы получения комплексных удобрений, содержащих микроэлементы, физиологически активные вещества и дефолиантов: Автореф. дис. ... докт. хим. наук. -Ташкент, 1983. -46 с.
  12. Трунин А.С, Петрова Д.Г. Визуально-политермический метод. -Куйбышев: Куйбышевский политехнический институт, 1977. -94 с.-Рук. Деп. В ВИНИТИ 6 февраля, 1978. №584-78.
  13. Parmanov A.B., Nurmonov S.E., Abdugafurov I.A., Ziyadullaev O.E., Mirkhamitova D.X. Synthesis of vinyl ester of lactic acid // Евразийский союз ученых. Россия. № 7 (64) / 2019 P. 51-56.
  14. Ельцов А.В., Кузнецов B.C., Колесова М.Б. //Журн. орг. химии. -1965. - T.I.-№6. -С. 1117.
  15. Руководство по анализу и производстве фocфopa, фосфорной кислоты и удобрений /Под ред. И.Б.Мойжеса. –Л. Химия, 1973,-216 с.
Информация об авторах

канд. тех. наук, доцент Наманганского инженерно-технологического института, Узбекистан, г.Наманган

Candidate of Science, Associate Professor of the Namangan Engineering and Technological Institute, Uzbekistan, Namangan city

канд. тех. наук, зав. кафедрой химии, Наманганский инженерно-технологический институт, Узбекистан, г. Наманган

Candidate of Technical Sciences, Head of the Department of Chemistry Namangan Engineering Technological Institute, Namangan, Uzbekistan

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top