有机无机复混肥的制造.ppt

第四章 有机无机复混肥的制造,第一节 有机无机复混肥的配方设计,一、有机无机复混肥生产的理论基础 1、土壤肥力条件 在制定复混肥配制方案时，必须适当地考虑不同肥力土壤的速效养分数量。,表1 不同肥力等级耕层土壤中的养分含量,2、作物吸收利用养分的特点 不同作物由于其生理特点和吸收特性不同，其吸收和利用养分数量及比例是不同的，而且随着目标作物产量的不同，其养分数量和比例也有变化。,表2 部分大田作物利用养分的近似值（kg/hm2）,表3 主要作物吸收氮、磷、钾的大致数量,二、无机复混肥配方设计的影响因素 1、原料间的相互作用 对养分形态的影响 原料间的相互作用会使养分形态发生变化，因而影响肥效。 原料相互作用的调控 对原料相互作用调控的目的，是利用这种相互作用改善肥料产品的理化性质，防止可能产生的不良影响。,2、有机-无机的合理比例 对肥效的影响 强度和持久性平衡（纵向平衡）。 有机无机配合的比例是养分供应强度和持久性的一个有效调节手段。 有机组分的活化作用、生理调节作用和改土培肥作用 有机-无机比例的确定 有机N-无机N比例大致在1-1.73或64 C/N 若以纤维素一类为主要有机原料，C/N 比以1.0-1.6为宜；若有效C比例较高，则C/N比宜调低至0.8-1.3；对于以改土补充有机质为目的的配方，则C/N比可在1.6以上。,表4 等N、P、K不同处理的水溶性C、有效C/N比和肥效的比例,三、有机-无机复混肥配方的种类 1、通用复混肥配方 通用复混肥配方的应用对象是某一地区对养分（主要指N、P、K） 需求差异不太悬殊的多种主要作物。例如在广东，水稻、叶菜类、桑、林木一类作物，应用11-3-7 或10-2.5-6 的通用配方，均有较好效果。 多年实践表明，有机复混肥适用范围较广，在等N 或等重施用条件下，增产效果比一般无机复混肥高而成本降低。在某些情况下（沙质土、瘦土），甚至还优于专用型无机复混肥。,表5 通用型和专用型肥料配方的养分设计举例,2、专用复混肥配方 专用肥是针对那些对N、P、K需求较特殊，差异较大的作物而制定的。 作物种类 香蕉和烟草对K的需求很高，对N的供应需有一定的限制，防止质量受损。而茶对P、K则需控制在一定范围内。一般的通用肥，难以满足其特殊需求，而且，这类作物经济价值高，也是配置专用肥的一个重要原因。,表中所列的作物吸收三要素比例，是确定专用肥三要素配比的参考依据。但需要注意，上述比例是比较粗放的，还会随不同经济产量、不同的生长期和品种而有变化。,表6 作物吸收三要素的比例,气候条件， 如温度、光照、降水等，对土壤和作物有影响，因而也与作物对养分的吸收密切有关,图1 配方的养分设计与气候、土壤和作物的关系, 生育期和季节 对于多年生的果树、林木，其需要肥料特性不仅因生长期而异，而且，一年当中不同季节亦有区别。例如，桑树采摘期，春、夏、秋季可沿用11-3-7的专用肥，但冬季则宜提高P、K比例而减少N肥比例。有的地区以7-5-5作为桑树冬肥。在配制专用肥时，亦应对季节因素予以考虑。,四、有机无机复混肥的设计 1、无机复混肥配方的制定 无机复混肥（下指复混肥）是指利用无机化肥（主要指氮、磷和钾肥）作为主要原料，根据土壤和作物的养分特性配制的具有养分平衡的，经机械加工而成的固体肥料。 复混肥的配方是指复混肥中氮、磷、钾含量的比例以及其他元素的加入量。 在制定复混肥配方时，必须要根据作物和土壤的需要，因为不同作物和土壤，所要求的N、P、K比例不同。,三角形图解法 三角形图解法利用等边三角形的各顶点相当于单个肥料，其中营养物质（P2O5、N和K2O）的含量取为100%，在三角形边上的点相当于二元肥料的组成，而三角形内部的各点则相当于三元肥料的组成（以P2O5、N和K2O计）,表7 几种主要作物吸收的养分比例（以N为1）,数学解析法 这个问题也可以采用解析法计算。设复混肥料中所含N P2O5 K2O=A B C，与此相对应，各营养物质在复混肥中的质量百分数为a、b、c，而三种单个基础肥料中营养物质的质量百分数分别为：（1）a1、b1、c1；（2）a2、b2、c2；（3）a3、b3、c3。又设组成复混肥料中的各个基础肥料的质量百分数分别为X、Y、Z。为解出a、b、c、X、Y、Z 6个未知数列出6个方程：,表9 典型复混肥配方2,表10 散装掺合物的典型配方,2 有机复混肥配方的确定 有机复混肥是指利用经过无害化处理的有机物（包括高温堆肥）和无机化肥（主要指氮、磷和钾肥）作为主要原料，根据土壤和作物的养分特性以及培肥土壤的目的配制的具有养分平衡的，经机械加工而成的固体肥料。 有机复混肥的配方是指有机复混肥中有机质和氮、磷、钾含量的比例以及其他元素的加入量。 对于含有效营养元素的土壤，配肥时应把这部分扣除。另外在制定无机肥的比例和数量时，也要将有机物所能提供的养分扣除后而确定。,有机物料与无机物料比例的确定 首先要知道有机物中有机质和氮、磷、钾的含量，其次要确定拟将配制的有机复混肥的有机质的含量，即100kg 有机复混肥中有机物和无机物的比例，最后要计算出100kg有机复混肥中有机物所能提供的氮、磷、钾数量。 例如，用含有机质45%、N2%、 P2O51%和 K2O2%的有机物料和含N46%的尿素，含P2O514%的过磷酸钙和含 K2O60%的氯化钾配制有机质含量为20%和NP2O5K2O=212的有机无机复混肥，求该有机复混肥中氮、磷、钾含量和各个基础肥料的配合量。设有机物料在有机复混肥中所占的比例为P，无机肥所占的总比例为Q，则列出以下两个方程：,解后可以求出P=44.4%，Q=55.6%，即要生产有机复混中有机物料所占比例为44.4kg，化肥总量为55.6kg。 无机物料中各种化肥比例的确定 仍以上述例子为例，这个问题也可以采用配制无机复混肥的数学解析法计算。,设复混肥料中所含N P2O5 K2O=A B C，与此相对应，各营养物质在复混肥中的质量百分数为a、b、c，而四种单个基础肥料（化学N肥、化学P非、化学K肥和有机物料）中营养物质的质量百分数分别为：（1）a1、b1、c1；（2）a2、b2、c2；（3）a3、b3、c3； （4）a4、b4、c4 。又设组成复混肥料中的各个基础肥料的质量百分数分别为X、Y、Z、P。为解出a、b、c、X、Y、Z、P 7个未知数列出7个方程：,表11 有机无机复混肥配比 复混肥含水量=13%， N + P2O5 +K2O=20%,五、复混肥中各元素之间的协合与拮抗 在配肥过程中单纯从某种元素的需要量来决定配比也可能导致无效甚至起到负作用。因为各种元素之间存在着拮抗和协合作用。有的在配合过程中还存在着激烈的物理、化学作用，以致完全失去了肥效。 1、氮与磷、钾 氮、磷、钾为每种植物生长必不可少的养分，一般情况下它们表现为协合作用。只有植物吸收了大量硝态氮时，氮、磷才产生拮抗作用，在高氮土壤情况下，氮、钾也存在拮抗。,2、氮、磷、钾与锌 在植物生长过程中由于供氮量的增加，会导致植物缺锌，磷、锌之间存在着明显的拮抗作用。在土壤高磷的情况下而导致作物生长失调时可以通过施锌加以调整。一般植株中P/Zn400时则会出现缺锌症状。施用钾可抵消磷与锌的拮抗作用，并能增加土壤中的有效锌。 3、磷、钾与铁 过量的磷可钝化铁离子的活性 铁直接影响植株对钾的吸收,4、钙、钾与硼 钾能促进植物对硼的吸收，钙、硼之间则有平衡关系。正常生长的植物体内钙硼比：大豆500，甜菜100，烟草1200。当比例失调时，植株以缺硼症状反映出来。 5、其他元素 磷可以加强植株对钼的吸收和运输。硫则抑制植株对钼的吸收，对于豆科作物施用硫肥时应特别注意钼肥的作用。铁与钼适量时为协合作用。钙、硼对镁有拮抗作用。氯离子、磷酸二氢根离子、硝酸根离子之间都有不同程度的拮抗作用，施用时必须注意,六、各种原料相互影响 复混肥的各种原料在混合过程中也会发生化学反应，有些化学反应产生良好的效果，也有一些反应导致肥效的损失，有些原料混合起来吸湿、结块，甚至分解完全失去肥效，因而不能混用。,表12 各种原料混配程度,第二节 有机无机复混肥的生产工艺和主要设备,一、原材料及预处理 （一）原材料 1、有机物料 指经过风干或烘干、粉碎和筛分处理的高温堆肥产品或已经过无害化和稳定化处理的有机物料。无害化处理的物料是指已通过一定的技术措施杀灭病原菌、虫卵和杂草种子的有机物料。,2、化肥 主要是指氮素化肥（尿素、氯化铵、碳酸氢铵、硫酸铵等）、磷素化肥（过磷酸钙和钙镁磷肥）和钾素化肥（氯化钾和硫酸钾） 3、其他营养元素的作用与确定 中量元素和微量元素的作用是不能忽视的。这些元素主要包括硼、锰、钼、锌、铁、钴、铜、镁、钙、硅、硫等。这些元素在植物生理功能中是不能用常量元素替代的，它们各具有专一的生理功能。在植物的整个生长过程中它们互相依赖，互相制约，处于一种平衡状态。一旦失去平衡，便会使作物产生生理病害以至失收。在复混肥中增加适量的微量元素，以使农作物增产增收是现代农业科学技术的一大突破。,（二）原材料预处理 1、过磷酸钙的预干燥 将过磷酸钙进行预干燥处理，使其水分降至5%以下。过磷酸钙预干燥方法通常可用烟道气并流直接加热。 2、原料的粉碎 在造粒之前，必须分别进行粉碎，保证各种物料粒度小于1mm 3、过磷酸钙的氨化 预处理过程的实质就是用中和剂中和游离酸的过程。经中和的过磷酸钙，游离水变成结晶水，所得的物料溶解度小，有利于混合物料的造粒。中和剂多数厂家用碳酸氨铵，但因为碳酸氢铵来源方便，价格便宜，用其来作中和剂较能满足生产上的要求。,表13 碳铵作过磷酸钙中和剂结果,4、混合 混合就是把氮、磷、钾三种主要基础肥料，按照拟好的配方，输送于混合机内进行。混合机可用滚筒式或立式圆盘。混合必须充分，即混即用，不宜混合后放置太久，以免受潮。对于D=200mm 的混合机来说，转速为24-30r/min左右，混合时间为30min为宜。,二、造粒 （一）团粒法 造粒工序是复混肥生产的关键过程。关于造粒基本原理，美国国家肥料开发中心和英国ICI 公司等提出以液相理论为基础的颗粒成长原理，可作为附聚造粒方法的理论基础。 美国TVA（田纳西流域管理局）根据不同物料配方，对造粒过程的液相进行了长时期的研究，并用电子计算机计算出一些物料的经验液相系数 利用液相系数，可以确定配方的总液相量。总液相量控制得好，造粒效果通常是好的。,温度与返料量对造粒质量也有一定影响。温度影响各物料的溶解度。温度与含水量的关系采用下列经验公式表示：,表14 美国测得的一些物料的经验液相系数,从上式看出，物料含水量越高，造粒所需的温度越低；反之，物料含水量越低，造粒所需的温度越高。其原因是，物料含水量高时，造粒所需液相量已够，不需要用提高温度来增加可溶盐溶解度的方法来增加液相量；物料含水量低时，则需提高温度增加水溶液性盐溶解度以增加液相量，使其达到造粒的要求。 在有返料的造粒方法中，返料量与物料含水量相关。含水量低时，返料就少；含水量高时，返料就多，由于返料温度较高，因此，也可以起到调节温度的作用。,造粒是在造粒机内进行。把混合机混合好的物料，输送到造粒机内，再加入选好的黏合剂。物料受到造粒机的转动翻滚，逐渐长大成粒。造粒效果的好坏，主要决定于造粒机的设计和操作，如造粒机的倾角、转速，直径大小，黏合剂的浓度，用量，加料出料方式等。对于圆盘造粒机普遍使用硫酸或磷酸作黏合剂。硫酸的浓度可用50%左右。黏合剂的用量一般看颗粒大小而定，加黏合剂量大，通常成球快且粒大一般生产1t复混肥，用98% （质量分数）浓硫酸50kg左右，圆盘造粒机的倾角一般为45度，圆盘的转速30r/min，直径为1.6-2.2m。常用的圆盘造粒机规格与生产能力的关系见表15。,表15 圆盘造粒机规格与生产能力的关系,一般圆盘的倾斜角不得小于混合料的自然休止角，否则物料粘贴在底盘上，随圆盘一起转动。刮刀的位置与水平方向成60度，不使物料在刮扳位置挤压成块，圆盘的高度与其直径比一般在0.1-0.25之间，料从圆盘下面半径为3/4之处自动排出。,圆盘造粒机,（二）挤压法 该法是将物料直接挤压成成品的造料过程。挤压法特别适合于热敏物料的造粒。挤压造粒法可以看作是干料加蒸汽进行无化学反应的造粒过程。其主要特点是降低能耗，简化工艺流程，由于产品始终保持干燥，因此可省去团粒法的干燥和冷却工序，避免氮损失，也不存在排放物污染环境的问题。,立轴以一定的速度旋转，带动固定在立轴上的四个碾轮绕立轴中心线公转，同时碾轮分别绕自身的心轴自转。四个碾轮与模板之间始终保持预先调整好的工作间隙，模板上均布小通孔。混合均匀的物料，经给料装置连续定量地送入造粒机上筒体内。利用物料分子之间的亲合力，在碾轮与模板之间强制性的挤压作用下，物料在模板小孔内摩擦、压缩、挤出而形成圆柱状。再通过旋转的切刀，将其截成所需的短圆柱颗粒形状。,在挤压过程中，旋加压强、粒子大小和黏结力之间的关系见右图,使用挤压造粒的关键技术是控制进料水分，一般为6%-8%。,挤压法生产复混肥的工艺流程,（三）喷浆法 喷浆法是将料浆通过喷嘴喷淋为小液滴，经干燥、冷却制成合格的光滑球粒。喷浆造粒可在圆筒或塔内进行，喷出的液滴和上升的气体逆向相遇，同时进行传质和传热，将液滴干燥和冷却成为固体颗粒。 喷浆过程供热由燃烧室产生的高温炉气，配入二次空气后供给，其温度由二次空气调节，温度高低取决于物料性质，一般不能超过物料的分解温度。操作过程中，要注意防止高温炉气与干物料和筒壁直接接触，导致过热、分解或熔结现象。,喷浆是用气流式喷嘴，热的浓缩料浆用泵输送，用0.5-0.6MPa压缩空气使之雾化。料浆喷洒在由返料组成的料粒上，喷洒液滴在飞 散过程中获得部分干燥，一部分料浆形成湿颗粒，它们彼此碰撞粘成大颗粒；另一部分料浆黏结在返料颗粒上，使颗料长大，这种造粒是以涂布为主的成粒过程。调节压缩空气流量与料浆量的比值可以控制造粒过程中粒度分布。一般说来，增加压缩空气量，可使造粒物料中细颗粒量增加。一般压缩空气用量为50-60m3/t。 喷浆浓度是根据处理物料的性质而定。一般可用28%-30%含水料浆 喷浆生产过程返料量取决于处理料浆的性质和含水量，一般可取2.5-3.0。 喷 浆造粒主要用于硝酸磷肥或磷铵的造粒中，用于过磷酸钙为原料的复混肥生产中较少。,三、扑粉处理 粒状复混肥造粒后，最好经扑粉处理，改善颗粒表面的物理性能，以保持成品在贮存过程中维持质量稳定、不结块、不解潮、耐强压，强度好，手感良好。扑粉过程是将扑粉剂加到成品中，适当翻滚，混合均匀即可。 扑粉剂通常为黏土、钙镁磷肥、石膏粉、滑石粉等。扑粉剂一般用量为复混肥料量2%-4%。,表16 不同扑粉剂对复混肥颗粒强度的影响,四、主要造粒设备 （一）圆盘造粒机 圆盘造粒机是目前我国用的最多的造粒设备。它具有结构简单、造价低、维修方便等优点。圆盘造 粒机是由一个具有角度的浅盘和支承构成。其倾角和圆盘的转速是可调的。混合机混合好的物料，用皮带机送至圆盘上方，连续定量加进圆盘，圆盘的物料由喷淋下来的黏合剂黏结，包裹成粒。随着圆盘翻滚，颗粒逐步长大，由于圆盘造粒具有显著的分级能力，大的颗粒浮在上面，从圆盘的下方连续卸出。而较小的颗粒留在盘中与新加入的物料粘在一起，继续长大。圆盘造粒机造粒非常均匀，返料也很少，其生产能力大，一台普通圆盘造粒每小时可生产成品4t。,盘式造粒机具有以下特点：本身具有良好的分级作用，生成粗粒较少，因此粒率高；全部操作过程均能观察到，能及时发现操作中的问题，进行调节；生产有较大的灵活性，粒度控制范围较宽；由于设备较简单，投资较省，所以广泛地被采用。该设备对物料不能进行氨化处理，粉尘及烟雾的收集较困难。,（二）转鼓造粒机 其主要造粒部分为一倾斜的旋转圆筒，进口处有挡圈以防止进料溢出，出口处也有挡圈以保证料层深度。由混合机混合好的物料，自动定量送入圆筒内，与喷淋出来的液滴接触，由于圆筒不断翻滚，物料逐渐成球。物料不断加入，成球的颗粒不断排出并连续进行。圆筒壁装有刮刀，以避免物料黏结在筒壁上。,（三）喷浆造粒机,表17 国内外喷浆造粒机的设计参数,（四）挤压造粒机,第七节 国内部分有机复混肥的效果和生产实例,我国具有丰富的有机肥料资源，如：糖厂滤泥、蔗渣、晒盐硝皮、城市垃圾、城市污泥、人畜粪、糠麸皮、秸秆和畜禽粪等含有丰富有机质的肥料，利用这些物料生产复混肥，不仅提高资源的利用价，为农业提供肥源，而且化废为宝，消灭三废，净化环境。 一、增产效果 有机 无机复混肥不仅肥效好，而且还可以提高地力。,二、有机复混肥生产实例 （一）以晒盐硝皮为原料生产复混肥 晒盐硝皮即盐田里的有机物。据原子光谱分析，晒盐硝皮不仅含有丰富的有机物、氮和钾，而且还有许多微量元素，如：硼、锌、镁、钙等。利用这些硝皮生产复混肥，既可提高肥效，降低成本，化废为宝，又可清除盐田蒸发池里的苔、海藻等，提高制卤效果，并可提高盐业生产量和质量。,晒盐硝皮的化学成分%,技术流程,成本分析,（二）糠肥 主要为糠醛渣，取自蔗糖厂糠醛车间。 把适量添加剂与商品N、P、K 肥料按一定比例混合，然后进入造粒机进行造粒造粒方法可用挤压造粒。由于挤压造粒不像转筒造粒机用蒸汽加热、挤压造粒机可用水进行降温，不会使有机质分解。此外，糖肥还可以用打砖机械，制成不同规格的块状肥料，作为果树的专用肥料。用糠肥制复混肥的其他工艺及设备与晒盐硝皮制复混肥完全相同。,（四）用糖厂废料生产复混肥 甘蔗糖厂的废料含有丰富有机物及植物生长需要的各种养分，经过发酵沤制，生产复混肥料，不仅提高糖厂效益，回收资源，而且减少废料排出，解决环保问题。,有机无机复混肥原料配比,（五）利用人畜禽粪便直接生产复混肥 人畜禽粪含有丰富的有机杂肥，也含有一定数量的氮、磷、钾等植物生长养分。人畜禽粪自古以来就作为农家肥广泛用于农作物，具有肥效长等优点。随着饲养业的发展，机械化饲养家禽已成为今天饲养业的主体，畜禽粪的集中使用已成为急需解决的问题。这也为生产有机复混肥提供了优良的原料。,新鲜粪尿养分含量,工艺流程,（六）利用垃圾堆肥生产有机复混肥 、概论 生活垃圾的组成和性质随着城市建设的发展以及人们生活水平的提高而变化。在绝大部分中小城镇还仍采用混合垃圾收集清运办法。因此，其垃圾组成主要是单气区、双气区及城市建设渣土、商业固体废物和其他杂物的混合垃圾。 垃圾虽然成分复杂，粗细不等，但含有大量可利用的有机物和氮、磷、钾及微量元素。尤其是随着城市双气化（煤气和暖气）率增大，有机物比例提高，经过分捡后，可发酵处理的有机物组分会大量增加。经发酵处理的垃圾，制成有机复混肥或改土剂施用，肥效和经济效益均优于直接施用。,2、设计思想 首先将垃圾分捡，清除不能发酵的无机物和大块的杂物，余下物经高温堆肥无害化处理产生腐熟度较高的堆肥，经系列后处理（筛选、风选和磁选），进一步制成各种适合不同作物类型的有机无机专用复混肥。 3、堆肥方案 为了尽快将城市垃圾转化为肥料，拟采用如下方案。,有机无机复混肥生产工艺流程,