способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных удобрений

Классы МПК:C05G1/00 Смеси удобрений, относящихся к разным подклассам класса  C 05
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория удобрений" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-02-05
публикация патента:

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения составов высококонцентрированных жидких комплексных удобрений основан на получении экспериментальных данных и построении (n+1)-угольной диаграммы, вершины которой соответствуют компонентам удобрения (n) и воде, при этом подбор компонентов и оптимизацию составов проводят на основании полученных экспериментальных данных по фазовым равновесиям в поликомпонентных системах, содержащих исходные компоненты: неорганические соли, неорганические кислоты, карбамид и воду, строят фазовые диаграммы, задают соотношение питательных веществ N, P2O5 и K2 O и устанавливают по диаграммам соотношение и максимальную концентрацию компонентов в жидком комплексном удобрении. Изобретение позволяет определить оптимальный состав ЖКУ по заданным соотношениям N:P 2O5:K2O или определить максимально возможную концентрацию компонентов ЖКУ, при этом гарантируется сохранение стабильности состава при хранении. 6 ил., 1 табл., 3 пр. способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163

способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163

Формула изобретения

Способ получения составов высококонцентрированных жидких комплексных удобрений, основанный на получении экспериментальных данных и построении (n+1)-угольной диаграммы, вершины которой соответствуют компонентам удобрения (n) и воде, при этом подбор компонентов и оптимизацию составов проводят на основании полученных экспериментальных данных по фазовым равновесиям в поликомпонентных системах, содержащих исходные компоненты: неорганические соли, неорганические кислоты, карбамид и воду, строят фазовые диаграммы, задают соотношение питательных веществ N, P2O5 и K2 O и устанавливают по диаграммам соотношение и максимальную концентрацию компонентов в жидком комплексном удобрении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии минеральных удобрений и может быть использовано для разработки и оптимизации составов высоконцентрированных жидких удобрений.

Комплексные минеральные удобрения представляют собой смеси различных питательных компонентов и обладают отличными физико-химическими показателями. Комплексные удобрения, как правило, относятся к группе высококонцентрированных удобрений. Их получают путем смешивания простых и сложных видов минеральных удобрений. Такие составы получили название тукосмеси. К ним относятся калиевые, фосфорные и азотные удобрения. Основным преимуществом тукосмесей является то, что они имеют огромное количество формул, которые применяются в зависимости от времен года, индивидуальных особенностей почвы и растений.

Жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) лишены недостатков, присущих твердым удобрениям. Они обладают свободной текучестью, не пылят, не слеживаются, не содержат нерастворимого балласта, их потребительские свойства не зависят от влажности окружающей среды. Стоимость операции по хранению, внесению в почву и загрузке при транспортировании ЖКУ ниже, чем у твердых туков.

Использование ЖКУ имеет несомненные преимущества перед твердыми туками: обеспечивается высокая равномерность внесения питательных веществ, снижаются их потери, улучшаются условия труда. Подкормку растворами ЖКУ можно совместить с обработкой почвы микроэлементами, средствами защиты растений.

В настоящее время патентуются, как правило, способы получения жидких удобрений с определенным соотношением питательных веществ, включающие неорганические соли, органические соединения и микроэлементы.

Известен способ получения жидкого азотного удобрения (Пат. РФ № 2114092, 1998, C05C 09/00, C05C 13/00) на основе карбамида и аммиачной селитры, получивших товарное название КАС. Вода добавляется к смеси для уравновешивания состава удобрения по азоту, концентрация которого в удобрении не должна отклоняться от номинального значения (28-34% мас.).

Известен способ получения ЖКУ (Пат. РФ № 2167133, 2001 г., C05B 7/00, C05D 1/00, C05G 1/00), включающий нейтрализацию экстракционной фосфорной кислоты калийсодержащим реагентом с последующим введением дополнительных макро- и микроэлементов.

Известен способ получения ЖКУ (А.с. СССР № 1060603, 1982 г., C05G 1/06, C05D9/02) путем растворения солей нитратов, фосфатов, хлоридов калия, кальция, магния, аммония, железа и микроэлементов в воде, упариванием исходных растворов и их смешения. Недостатком способа является наличие стадии упаривания полученных растворов, что приводит к повышенным энергозатратам на получение ЖКУ.

Общим недостатком известных способов получения ЖКУ является метод подбора, варьирования концентраций исходных компонентов и их соотношения в растворе с целью получения удобрения с максимальным содержанием питательных веществ. При этом вероятность нахождения составов, определенных препаративным методом, в области максимально насыщенных растворов с заданным соотношение NPK уменьшается с увеличением числа компонентов в ЖКУ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения состава тукосмесей, описанный в кн.: Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. Л.: Химия, 1983, с.329 - (прототип). Способ осуществляется на основании треугольной диаграммы, вершины которой соответствуют простым удобрениям, причем содержание в них питательных веществ P2O5, N и K2O принимается за 100%. Фигуративные точки, лежащие на сторонах треугольника, отвечают составу двойных, а точки внутри треугольника - составу тройных удобрений в пересчете на питательные вещества.

Например, требуется найти, в каком соотношении следует смешать аммонизированный суперфосфат, содержащий 14% P2O 5 и 2,5% N, сульфат аммония, содержащий 21% N, и калийную соль (сильвинит, обогащенный хлоридом калия), содержащую 42% K2O, чтобы получить смешанное удобрение с отношением N:P2O5:K2O равным 1:1:0,5.

Графический расчет смешения удобрений по прототипу приведен на Фиг.1. Для этого наносят на диаграмму (Фиг.1) точку а, соответствующую составу аммонизированного суперфосфата (отношение отрезка N - а к P2O5 - а равно отношению содержания P2O5 к N в аммонизированном суперфосфате 14:2,5). Затем наносят на диаграмму точку b, соответствующую составу смешанного удобрения, и проводят через вершину треугольника, отвечающую 100% K2O, и точку b прямую линию до пересечения со стороной N - P2O5 в точке с. Отношение длин отрезков а - с к с - N дает отношение количества сульфата аммония в пересчете на 100% N к количеству аммонизированного суперфосфата в пересчете на 100% (P2O5+N). Измерив отрезки, устанавливают, что это отношение равно 7:10. Отношение длины отрезка b - c к длине отрезка b - K2 O дает отношение количества калийной соли в пересчете на 100% K2O к сумме сульфата аммония и аммонизированного суперфосфата в пересчете на 100% (N+P2O5). Это отношение по условию задачи равно 1:4. Из этих отношений следует, что для получения смешанного удобрения заданного состава необходимо исходные удобрения взять в соотношении: калийная соль (100% K2 O):сульфат аммония (100% N):аммонизированный суперфосфат [100% (P2O5+N)]=1:1,65:2,35. Разделив последние числа на процентное содержание полезных питательных веществ в каждом из исходных удобрений, получим отношение масс натуральных исходных удобрений в смеси 0,024:0,079:0,145. Приняв массу смеси за 100%, устанавливаем, что смешанное удобрение с заданным соотношением питательных веществ должно состоять из 9,7% калийной соли, 31,9% сульфата аммония и 58,4% аммонизированного суперфосфата.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа определения и оптимизации составов высоконцентрированных жидких комплексных удобрений, основанного на физико-химическом анализе поликомпонентных систем, включающих неорганические соли, карбамид, неорганические кислоты и некоторые другие компоненты ЖКУ.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных удобрений, основанный на построении (n-1)-угольной фазовой диаграммы, вершины которой соответствуют простым удобрениям (n) и H2O, и отличительных существенных признаков, таких как: подбор компонентов и оптимизацию составов проводят на основании данных по фазовым равновесиям в поликомпонентных системах, содержащих исходные компоненты получаемого жидкого комплексного удобрения, при этом соотношение питательных веществ N, P2O5 и K2O определяют в максимально насыщенных составах системы, которые являются единственно оптимальными в выбранной системе координат. Согласно формуле изобретения на основании диаграммы растворимости системы, содержащей исходные компоненты жидкого комплексного удобрения, определяют величину максимальной совместной растворимости солей, которая соответствует координатам эвтонических точек.

Вышеперечисленная совокупность признаков как известных, так и новых позволяет получить следующий технический результат - определить оптимальный состав ЖКУ по заданным соотношениям N:P2O5:K 2O или определить максимально возможную концентрацию компонентов ЖКУ, при этом гарантируется сохранение стабильности состава при хранении.

Вышеуказанные недостатки прототипа устраняются в предлагаемом способе путем определения и оптимизации составов на основании диаграммы растворимости системы, содержащей исходные компоненты ЖКУ. В этом случае можно не только определить величину максимальной совместной растворимости солей, которая соответствует координатам эвтонических точек, но и оптимизировать рецептуру ЖКУ с заданным соотношением N:P2O5:K 2O по составу и концентрации питательных веществ. Условия совместной растворимости солей позволяют определить составы смесей, принадлежащих гомогенной области в определенном температурном интервале, и таким образом гарантировать их стабильность в течение длительного срока.

Указанные выше отличительные признаки каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными обеспечивает решение поставленной задачи, является неочевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Проведенные исследования подтверждены экспериментально в следующих примерах осуществления изобретения.

Пример 1. Определение составов ЖКУ с требуемым соотношением N:P 2O5 из следующих сырьевых компонентов: мочевина, сульфат, хлорид, гидро- и дигидрофосфат аммония.

По экспериментальным данным о фазовых равновесиях в системах, содержащих исходные компоненты, моделируем фазовые диаграммы четырех- и пятикомпонентных систем (Фиг.2-5). Составы на линиях совместной растворимости солей и в точках пересечения этих линий отвечают максимально насыщенным растворам системы и являются единственно оптимальными в выбранной системе координат. Вычисляем соотношения N:P2O5 в этих составах и определяем область диаграммы с требуемым соотношением питательных веществ.

В представленных системах (Фиг.2-5) определена область составов, в которых соотношение N:P2O5=1:1 (плоскость обозначена пунктирной линией). Данные по составам насыщенных растворов и суммарному содержанию питательных веществ приведены в таблице.

Пример 2. Определение областей составов насыщенных растворов с максимальным содержанием питательных веществ и возможным диапазоном отношений N:P2O 5 из следующих сырьевых компонентов: хлорид, гидро- и дигидрофосфат аммония.

По данным о фазовых равновесиях в системе, содержащей исходные компоненты, моделируем фазовую диаграмму четырехкомпонентной системы NH4H2PO 4(A)-(NH4)2HPO4(B)-NH 4Cl(C)-H2O при 25°C в координатах N/(N+P 2O5), способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 (N+P2O5), % мас., R - растворимость соответствующего компонента, Е - раствор, находящийся в нонвариантном равновесии с соответствующими твердыми фазами (Фиг.6). R AEABEABCEAC - поверхность кристаллизации дигидрофосфата аммония, EABRB EqCEABC - поверхность кристаллизации гидрофосфата аммония, RCEACEAECEBC - поверхность кристаллизации хлорида аммония. Поверхности кристаллизации трех солей ограничивают область составов насыщенных растворов, которые можно приготовить при 25°C из этих солей.

Как видно из Фиг.6, наибольшее содержание питательных веществ отвечает составу эвтонического раствора трехкомпонентной системы NH4H2PO4-(NH4) 2HPO4-H2O. При добавлении хлорида аммония суммарное содержание питательных веществ уменьшается, но при этом увеличивается диапазон отношения N:P2O 5. Кроме того, при совместном изображении поверхностей кристаллизации дигидрофосфата и гидрофосфата аммония можно выделить область насыщенных растворов EABRBEb CEABCEAB с равным отношением N:P 2O5 и содержанием питательных веществ, но с различной концентрацией исходных солей (см. таблицу).

Пример 3. Разработка состава ЖКУ на основании диаграммы растворимости семикомпонентной системы К+, Mg2+, способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 , способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 - CO(NH2)2-H2O, в состав которой входит четверная взаимная система 2KH2PO 4+Mg(NO3)2=2KNO3+Mg(H 2PO4)2-H2O. В интервале температур 75-0°C установлены концентрации солей в насыщенных растворах при соотношении N:P2O5:K 2O:MgO 1:1:1:0,1; 1:1,5:1,5:0,2 и 1,5:1:1:0,1. При 25°C максимальная растворимость солей 35% мас. определена для растворов с соотношением 1:1,5:1,5:0,2. При 0°C максимальная растворимость компонентов 33,5% мас. - при соотношении питательных веществ 1:1:1:0,1. Таким образом, концентрация растворов ЖКУ при полном гидролизе фосфатов калия в присутствии азотной кислоты не должна опускаться ниже этого предела.

В таблице представлены характеристики полученных составов ЖКУ. Таким образом, данные по фазовым равновесиям в многокомпонентных системах позволяют рассчитать:

a) максимальный диапазон соотношений N:P2O5:K2O и суммарное содержание питательных веществ, которые можно получить из доступных сырьевых компонентов;

b) необходимые сырьевые компоненты для достижения требуемого соотношения N:P2O5 :K2O с максимальным содержанием питательных веществ при минимальном содержании воды.

Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163
Характеристики полученных составов ЖКУ
Состав насыщенного раствора, % мас. Содержание питательных веществ, % мас. Суммарное содержание питательных веществ % мас. солей от массы смеси
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 NH4H2PO 4(NH4)2HPO 4NH4Cl H2ON P2O5K2 O
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 26.9532.67 0.0040.38 10340 4460
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 21.1629.15 5.9243.77 10290 3956
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 17.2424.03 11.7946.95 10240 3453
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 0.0013.12 22.9463.94 970 1636
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 NH4H2PO 4NH4Cl (NH4)2O4 H2Oспособ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 9.150.00 38.4652.39 960 1548
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 5.5414.67 25.0854.71 1030 1345
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 0.0016.15 26.2757.58 1000 1042
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 3.8113.17 24.2158.81 920 и41
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 (NH4H)2PO 4NH4Cl (NH4)2O4 H2Oспособ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 17.790.00 33.2748.95 11100 2051
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 10.5012.89 23.9652.65 1160 1647
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 0.0016.15 26.2757.58 1000 1042
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 7.7313.11 22.6356.53 1040 1443
NH4H2PO4 (NH4)2HP04 NH4Cl(NH4) 2SO4H2O способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163
12.85 17.557.7216.51 45.3811 17028 42
14.66 18.695.6816.18 44.7911 19030 41
6.27 13.729.5320.56 49.9211 11022 44
3.17 11.8111.6822.25 51.0911 8019 46
14.51 19.998.7511.00 45.7511 20030 40
10.29 8.9711.0820.21 49.4510 11022 40
7.62 5.2012.1823.51 51.4810 7018 41
14.97 19.554.1119.50 41.8711 20031 43
11.53 9.814.6726.38 47.6110 12023 41
0.00 12.895.1129.98 52.0210 7017 48
7.43 16.014.6424.62 47.3011 13024 45
0.00 21.175.7015.13 58.019 11021 42
0.00 7.505.3133.08 54.1110 4014 46
4.21 0.005.4235.14 55.239 3012 41
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 (NH4)2HPO 4CO(NH2)2 H2Oспособ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 0.0054.00 46.0025 0025 54
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 3.0052.00 45.0025 2027 55
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 6.0050.00 44.0025 3028 56
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 10.0047.00 43.0024 5029 57
способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 13.0039.00 48.0021 7028 52
(NH4)2 HPO4CO(NH2) 2(NH4)2SO 4NH4Cl Н2Оспособ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163
0.94 46.8913.2310.42 28.5228 1028 71
2.19 29.6514.0016.22 37.9422 1023 60
0.91 51.506.4412.15 28.9929 0029 70
1.34 38.4618.5611.15 30.5025 1026 68
2.24 31.009.2918.47 39.0022 1023 59
2.19 32.954.6919.49 40.6822 1023 57
4.13 20.4217.8215.34 42.3018 2020 54
NH4H2 PO4CO(NH2) 2(NH4)2SO 4NH4Cl H2Oспособ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163
21.45 22.890.000.00 55.6613 13026 23
12.47 0.0029.490.00 58.048 8016 29
9.00 0.000.0017.00 74.006 6012 17
KH2PO4 Mg(NO3)2 KNO3CO(NH2) 2H2O способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163 способ определения составов высококонцентрированных жидких комплексных   удобрений, патент № 2529163
13.40 2.705.1012.30 66.507 7721 34
16.20 6.104.208.50 65.006 8822 35

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2529163

patent-2529163.pdf

Класс C05G1/00 Смеси удобрений, относящихся к разным подклассам класса  C 05

способ некорневой обработки озимой пшеницы -  патент 2527297 (27.08.2014)
кремнийсодержащее комплексное удобрение -  патент 2525582 (20.08.2014)
использование жидкой минеральной композиции для улучшения адаптивной реакции растений на изменение условий окружающей среды -  патент 2519233 (10.06.2014)
минерально-органическое комплексное гранулированное удобрение и способ его изготовления -  патент 2512165 (10.04.2014)
способ получения композитных органоминеральных удобрений для внесения в почву и готовых почвенных субстратов -  патент 2511296 (10.04.2014)
способ получения высокочистого углекислого кальция и азотно-сульфатного удобрения в процессе комплексной переработки фосфогипса -  патент 2509724 (20.03.2014)
способ получения гумуссодержащего компонента органоминеральных удобрений и почвенных субстратов -  патент 2505512 (27.01.2014)
торфоцеолитовое удобрение пролонгированного действия, модифицированное фосфатом калия -  патент 2502713 (27.12.2013)
способ получения удобрений пролонгированного действия -  патент 2497785 (10.11.2013)
двойное солевое удобрение, дающее повышенные урожаи сельскохозяйственных культур -  патент 2493138 (20.09.2013)
Наверх