Technologia chemiczna – surowce i procesy przemysłu nieorganicznego

Ćwiczenie 2

Nawozy płynne

11.03.2014

Anna Brol 206176

Łukasz Stala 199812

Wtorek 7.30

Próbka 6

1. Wstęp
   Wzrost liczby ludności spowodował pojawienie się problemu wyżywienia. Skutkiem tego jest konieczność stosowania środków wspomagających rozwój roślin i zwiększających plony. W tym celu stosuje się nawozy – szacuje się, że około 50% przyrostu plonowania i masy zielonej upraw zawdzięcza się nawożeniu.

Nawożenie polega na dostarczeniu roślin związków podstawowych pierwiastków – głównie azotu, fosforu i potasu – w łatwo przyswajalnej postaci. Zawartości tych składników mogą być wyrażone jako zawartości pierwiastków lub tlenków (dla fosforu P₂O₅ i potasu K₂O). Siarka jest składnikiem również dostarczanym w znacznych ilościach (np. jako siarczan amonu).

Nawozy można podzielić na mineralne, mineralno-organiczne i organiczne. Podział nawozów mineralnych może zostać przeprowadzony przykładowo ze względu na:

• Zawartość składników pokarmowych:

Nawozy kompleksowe powstają w głównej mierze dzięki reakcjom chemicznym, a nawozy mieszane poprzez zmieszania osobno wytworzonych składników.

• Postać fizyczną

Nawozy płynne można podzielić na klarowne i zawiesinowe. W pierwszym typie wymagana jest całkowita rozpuszczalność składników. Z tego względu nawozy wieloskładnikowe są mniej popularne, jednak wytwarza się wiele nawozów dwuskładnikowych azotowo-fosforowych. Nawozy zawiesinowe są tańsze(tanie surowce i ich różnorodność, niższe koszta wytwarzania), nie jest wymagana rozpuszczalność składników przez co można łatwo tworzyć nawozy wieloskładnikowe. Wady tego typu nawozów są związane z osadzaniem się fazy stałej na ścianach urządzeń rozprowadzających nawóz, koniecznością okresowego wymieszania oraz konieczność użycia czynnika dyspergującego.

Nawozy płynne mają wiele zalet. Umożliwiają dostarczenie takiej ilości składnika, która zostanie całkowicie pobrana przez roślinę i nie przeniknie do wód gruntowych i powierzchniowych. Pozwalają również na równomierne rozprowadzenie cieczy na glebie.

Nawozy klarowne wieloskładnikowe wytwarza się z odpowiednio dobranych czystych związków chemicznych, łatwo rozpuszczalnych w wodzie. Są to głównie: chlorek, siarczan i azotan potasu, mocznik, ortofosforan potasu, chlorek i siarczan magnezu, mocznik i sole wodoroamonowe. Wykorzystywane są głównie dwie metody produkcji:

• Na zimno-substancje zostają rozpuszczone w wodzie, a roztwór znacznie się ochładza

• Na gorąco-kwas fosforowy zostaje zneutralizowany amoniakiem; z powodu wydzielania się dużych ilości ciepła roztwór musi być intensywnie chłodzony

Głównymi producentami nawozów płynnych w Polsce są Zakłady Azotowe KĘDZIERZYN S.A., Zakłady Azotowe PUŁAWY S.A , Zakłady Azotowe w Tarnowie-Mościcach. Produkcją i badaniem nawozów sztucznych zajmuje się również Instytut Nawozów Sztucznych w Puławach oraz Grupa INCO(producent nawozów Florovit ARGO). Nawozy zawiesinowe wytwarza Stacja Doświadczalna Nawozów Płynnych w Łagiewnikach Średzkich. Dostępne są nawozy płynne – klarowne (najczęściej roztwory saletrzano-mocznikowe RSM) oraz nawozy zawiesinowe (nawozy typu NP, PK i NPK).

Większość z wymienionych producentów zajmuje się głównie wytwarzaniem nawozów stałych głównie przez mniejsze zapotrzebowanie rynku na nawozy płynne – nawozy płynne są mniej uciążliwe w produkcji.

1. Spis aparatury i przyrządów

• Kolba miarowa 250 cm³

• Kolba miarowa 100 cm³

• Zwleka 50 cm³

• Piknometr

• pH-metr/papierek wskaźnikowy

• Waga analityczna

• Konduktometr

• Wiskozymetr

1. Spis odczynników

• Nawóz płynny – próbka 6

• Woda destylowana

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie gęstości, lepkości, pH oraz zawartości soli w badanej próbce nawozu płynnego w celu określenie jego jakości.

1. Przebieg i wyniki ćwiczenia

Pomiar pH

Do zlewki odważono 5,0004g nawozu i dodano 25,010g wody. Roztwór wymieszano i przy pomocy papierka wskaźnikowego określono pH – 6,5.

Wyznaczanie gęstości nawozu

Piknometr o znanej masie umieszczono w szalce i zważono. Do piknometru nalano tyle wody, by po włożeniu termometru ciecz zajmowała całą objętość piknometru. Ponownie zważono piknometr i szalkę. Następnie wysuszono piknometr i nalano tyle nawozu, by po włożeniu termometru ciecz zajmowała całą objętość. Zważono zestaw.

Obliczenia:

T = 25

$$\rho_{\text{wody}}^{25} = 0,99707\ \frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

m_piknometru = 26, 645g

m_{piknometru + szalki} = 39, 078g

m_{piknometru + szalki + wody} = 63, 111g

m_{piknometru + szalki + nawozu} = 63, 697g

$$V_{\text{wody}} = V_{\text{piknometru}} = \frac{m_{piknometru + szalki + wody} - m_{piknometru + szalki}}{\rho_{\text{wody}}^{25}} = = \frac{63,111g - 39,078g}{0,99707\ \frac{g}{\text{cm}^{3}}} \cong 24,10\text{cm}^{3}$$

$$\rho_{\text{nawozu}} = \frac{m_{piknometru + szalki + nawozu} - m_{piknometru + szalki}}{V_{\text{piknometru}}} = \frac{63,697g - 39,078g}{24,10\text{cm}^{3}} = \mathbf{1},\mathbf{02138}\frac{\mathbf{g}}{\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{3}}}$$

Wyznaczanie lepkości nawozu

Rurę pomiarową wiskozymetru napełniono nawozem i umieszczono w niej kulkę. Mierzono czas po którym kulka opadnie poniżej pierwszej oraz drugiej kreski.

Masa kulki	Gęstość kulki ρkulki	Gęstość nawozu ρnawozu	Stała kulki K	Czas opadania t	Średni czas opadania	Lepkość
4, 457g	$$2,228\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$	$$1,02138\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$	$${0,074067\ \backslash n}\frac{{mPa \bullet cm}^{3}}{g}$$	14s	14s	1, 251190  ∖ n
				7s • 2 = 14s

$$\mu = k \bullet \left( \rho_{\text{kulki}} - \rho_{\text{nawozu}} \right) \bullet t = 0,074067\ \frac{{mPa \bullet cm}^{3}}{g} \bullet \left( 2,228\frac{g}{\text{cm}^{3}} - 1,02138\frac{g}{\text{cm}^{3}} \right) \bullet 14s = \mathbf{1,251190}\mathbf{\ mPa \bullet s \approx 1,25\ cP}$$

Oznaczanie ilości soli w nawozie

Do kolbek miarowych o pojemności 100 cm³ odmierzono roztwory NaCl o odpowiednich stężeniach i zmierzono konduktancję:

Numer próby	Roztwór roboczy [cm^3]	Stężenie NaCl w roztworze [$\frac{g}{\text{dm}^{3}}$]	Konduktancja [mS • cm^−1]
0	0	0	0,0085
1	2	0,1	0,240
2	10	0,5	1,1
3	20	1	2,1
4	40	2	3,1
5	60	3	5,1

2 cm³nawozu przeniesiono do kolby o pojemności 200cm³ i dopełniono wodą do kreski. Po wymieszaniu pobrano 50 cm³ i przeniesiono do kolby o pojemności 100 cm³, dopełniono wodą do kreski i wymieszano. Następnie zmierzono konduktancję tak przygotowanego roztworu roboczego.

Konduktancja próbki – 0, 190 mS•cm⁻¹

Wykres 1 Wykres zależności konduktancji od stężenia NaCl – krzywa wzorcowa

Stężenie $\frac{\text{g\ NaCl\ }}{\text{dm}^{3}\text{\ nawozu}}$: $\frac{0,190 - 0,1814}{1,7515} \bullet 200 = 0,982\frac{\text{g\ NaCl}}{\text{dm}^{3}\text{\ nawozu}}$

1. Wnioski

Wykonane doświadczenia pozwoliły na pomiary parametrów znaczących dla nawozów płynnych. Stężenie soli zmierzone konduktometrycznie wskazuje na jej niską zawartość, czyli nawóz może być stosowany bez większej obawy przesolenia gleby, którą zasila. Można na tej podstawie stwierdzić, że nie jest to nawóz do zasilania roślin gruntowych. Średnia lepkość nawozów stosowanych w RSM to około 4 cP; ma ona znaczenie w procesie dystrybucji oraz projektowania linii produkcyjnych do wytwarzania nawozów płynnych. Lepkość próbki nr 6 zmierzona wiskozymetrem była znacznie niższa(1,25cP). Nawóz o niskiej lepkości będzie spływał po liściach do gleby, dzięki czemu nie będzie uszkadzał liści. W doświadczeniu zmierzone zostało również pH roztworu, które jest zbliżone do pH neutralnego. Nawóz nie będzie znacząco zakwaszał gleby, może być więc stosowany do roślin preferujących środowisko o odczynie zbliżonym do neutralnego lub kwasowym (borówka, żurawina, wrzos). Na podstawie pozyskanych danych możemy zklasyfikować naszą próbkę jako nawóz uniwersalny.

1. Źródła

Materiały Kancelarii Senatu, Rynek nawozów mineralnych w Polsce, kwiecień 2010

J.Kępiński, Technologia chemiczna nieorganiczna, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1975

Najlepsze dostępny techniki (BAT); Wytyczne dla Branży Chemicznej w Polsce; Przemysł Wielkotonażowych Chemikaliów Nieorganicznych, Amoniaku, Kwasów i Nawozów Sztucznych, Warszawa, wrzesień 2005