Luận án Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu chống kết khối cho phân đạm urê trong điều kiện Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:124

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của Luận án này 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. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu chống kết khối cho phân đạm urê trong điều kiện Việt Nam

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: 62.52.75.01 Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH. La Văn Bình TS. Nguyễn Huy Phiêu
-1- LỜI CAM ĐOAN Tác giả luận án xin cam kết rằng tất cả các ý tưởng khoa học, các hình ảnh, số liệu, kết quả thực nghiệm trình bày trong luận án là kết quả của quá trình nghiên cứu khoa học nghiêm túc, trung thực và khách quan, do chính tác giả thực hiện; có sử dụng thêm các tài liệu tham khảo đã có trong nước và trên thế giới. Tác giả xin cam kết về tính mới và tính đúng đắn của luận án đồng thời xin chịu trách nhiệm trước pháp luật về mọi vấn đề liên quan đến quyền sở hữu trí tuệ. Hà Nội, ngày 22 tháng 04 năm 2012 Nghiên cứu sinh Hoàng Anh Tuấn
-2- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................................. 0 DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ..................................................................................................... 5 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ ........................................................................................... 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ 8 MỞ ĐẦU .......................................................................................................................................... 9 CHƯƠNG 1 .................................................................................................................................... 13 TỔNG QUAN ................................................................................................................................. 13 1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TẠO HẠT URÊ ....................................................... 14 1.2. BẢN CHẤT CỦA HIỆN TƯỢNG KẾT KHỐI PHÂN BÓN .................................................... 16 1.2.1. Bản chất của hiện tượng kết khối theo lý thuyết kết tinh ...................................... 16 1.2.2. Bản chất của hiện tượng kết khối theo lý thuyết khuếch tán ................................. 19 1.2.3. Bản chất của hiện tượng kết khối theo nguyên lý của hiện tượng ngưng tụ mao quản ............................................................................................................ 20 1.2.4. Hiện tượng kết khối dưới ảnh hưởng của các phản ứng hoá học ........................... 21 1.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆN TƯỢNG KẾT KHỐI PHÂN BÓN .......................... 22 1.3.1. Bản chất hóa lý của lực liên kết hình thành sự kết khối ........................................ 22 1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính kết khối của phân bón .......................................... 23 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ KẾT KHỐI PHÂN BÓN..................................................... 27 1.4.1. Hạn chế kết khối phân bón bằng cách tăng cường quá trình tạo hạt ...................... 27 1.4.2. Hạn chế kết khối phân bón bằng cách duy trì điều kiện bảo quản phù hợp............ 28 1.4.3. Hạn chế kết khối phân bón bằng cách khống chế xảy ra phản ứng hóa học........... 29 1.4.4. Hạn chế kết khối phân bón bằng phương pháp tạo màng bọc cho hạt ................... 30 1.4.5. Hạn chế kết khối bằng phương pháp biến tính bề mặt hạt ..................................... 30 1.4.5.1. Chất biến tính bề mặt dạng bột trơ ........................................................... 30 1.4.5.2. Chất biến tính dạng lỏng......................................................................... 32 1.4.6. Cơ chế tác dụng của chất hoạt động bề mặt trong phương pháp biến tính bề mặt hạt ................................................................................................................ 37 1.5. MỘT SỐ DẠNG SẢN PHẨM CHỐNG KẾT KHỐI THƯƠNG MẠI ....................................... 39 CHƯƠNG 2 .................................................................................................................................... 43 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................... 43 2.1. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN ................................................................................................... 43 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN .......................................................................... 45 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU-THỰC NGHIỆM.................................................................. 45 2.3.1. Cơ sở để xây dựng phương pháp nghiên cứu – thực nghiệm ................................. 45 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu tính kết khối của urê thương phẩm dạng hạt ................. 47 2.3.2.1. Phương pháp kiểm tra lưu kho bao gói lớn ............................................. 47 2.3.2.2. Phương pháp kiểm tra lưu kho bao gói nhỏ ............................................. 48 2.3.2.3. Phương pháp đánh giá kết khối nhanh ..................................................... 48 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu quá trình đóng rắn/kết tinh urê từ dịch nóng chảy ......... 50 2.3.4.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu ........................................................................ 50 2.3.4.2. Nghiên cứu hình thái cấu trúc học theo phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM).................................................................................. 50 2.3.4.3. Nghiên cứu thành phần pha theo phương pháp Phổ nhiễu xạ tia X (X-ray) .................................................................................................... 51
-3- 2.3.5. Phương pháp nghiên cứu quá trình kết tinh lại của urê ......................................... 51 2.3.5.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu ........................................................................ 51 2.3.5.2. Nghiên cứu theo phương pháp phân tích nhiệt vi phân TG/DTA............. 52 2.3.5.3. Nghiên cứu thành phần pha theo phương pháp phổ nhiễu xạ tia X .......... 52 2.3.5.4. Xác định bề mặt riêng theo phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt nitơ (BET) ..................................................................................................... 53 2.3.5.5. Xác định độ hút ẩm theo phương pháp hấp phụ ẩm đẳng nhiệt................ 53 CHƯƠNG 3 .................................................................................................................................... 54 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................................................... 54 3.1. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN KẾT KHỐI URÊ TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP TẠI VIỆT NAM ............................................................................................. 54 3.1.1. Nghiên cứu định tính về hiện tượng kết khối trên sản phẩm urê công nghiệp ...... 54 3.1.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sản phẩm khi đóng bao đến hệ số kết khối của urê hạt ........................................................................ 54 3.1.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời điểm đóng bao sau khi ra khỏi tháp tạo hạt đến hệ số kết khối của urê hạt.............................................. 56 3.1.1.3. Nghiên cứu sự thay đổi hình thái cấu trúc bề mặt hạt urê sau khi tạo hạt tại các thời điểm khác nhau ......................................................... 57 3.1.2. 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 ............................................................................................ 59 3.1.2.1. Khảo sát quá trình đóng rắn/kết tinh urê từ dịch nóng chảy phụ thuộc vào thời gian đóng rắn/kết tinh theo phương pháp SEM ................. 59 3.1.2.2. Khảo sát quá trình đóng rắn/kết tinh urê từ dịch nóng chảy phụ thuộc vào thời gian đóng rắn/kết tinh theo phương pháp X-ray................ 60 3.2. KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HIỆN TƯỢNG KẾT KHỐI URÊ .............................................................................................. 63 3.2.1. Khảo sát đặc điểm khí hậu một số vùng miền Việt Nam...................................... 63 3.2.1.1. Đặc điểm của khí hậu nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam ............................. 63 3.2.1.2. Tính chất ẩm của khí hậu tại các địa phương trong cả nước .................... 65 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố khí hậu đến hiện tượng kết khối urê ................ 67 3.2.2.1. Ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đến quá trình đóng rắn/kết tinh urê từ dịch nóng chảy .............................................................................. 67 3.2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến quá trình đóng rắn/kết tinh urê từ dịch nóng chảy ....................................................................... 70 3.3. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ KẾT KHỐI SẢN PHẨM URÊ ..................................................................................................................... 74 3.3.1. Nghiên cứu về giải pháp bảo quản sản phẩm trong kho bảo ôn............................. 74 3.3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản sản phẩm đến xu hướng kết khối urê .................................................................................. 74 3.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản đến hệ số kết khối urê hạt ........................................................................................................... 76 3.3.2. Nghiên cứu về giải pháp bổ sung chất phụ gia tăng cường quá trình tạo hạt ......... 79 3.3.2.1. Nghiên cứu cơ chế ảnh hưởng của chất phụ gia đến quá trình đóng rắn/kết tinh urê nóng chảy .............................................................. 79 3.3.2.2. Nghiên cứu xác định tỷ lệ sử dụng chất phụ gia bổ sung vào dịch nóng chảy trước khi tạo hạt ..................................................................... 83 3.3.3. Nghiên cứu giải pháp biến tính bề mặt hạt urê bằng chất chống kết khối dạng lỏng .................................................................................................................... 85
-4- 3.3.3.1. Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu điều chế chất chống kết khối dạng lỏng VHCKK-2000 ........................................................................ 86 3.3.3.2. Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến môi trường , động thực vật ............................................................................. 90 3.2.3.3. Đánh giá hiệu quả của chất chống kết khối VHCKK-2000 trên urê quy mô phòng thí nghiệm .................................................................. 92 3.4. NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA VHCKK-2000 ĐẾN BỀ MẶT HẠT URÊ SAU KHI XỬ LÝ BIẾN TÍNH ................................................................................................. 96 3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến quá trình kết tinh lại của sản phẩm urê ............................................................................................................. 96 3.4.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến quá trình kết tinh lại urê theo phương pháp quan sát trực quan............................................ 96 3.4.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến quá trình kết tinh lại urê theo phương pháp TG-TDA.......................................................... 98 3.4.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến quá trình kết tinh lại urê theo phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray) .................................... 100 3.4.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến quá trình kết tinh lại urê theo phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt nitơ (BET)....................... 101 3.4.1.5. 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 ...................................................................................................... 102 3.4.2. Nghiên cứu xác định độ ẩm tương đối tới hạn của urê hạt sau khi biến tính bằng chất chống kết khối VHCKK-2000 ........................................................... 104 3.4.3. Khảo sát tính chất của lớp bề mặt hạt urê sau khi được xử lý biến tính bằng VHCKK-2000 ................................................................................................... 106 3.4.4. Khảo sát tính linh động của urê hạt sau khi được xử lý biến tính bằng chất chống kết khối VHCKK-2000 ........................................................................... 108 3.4.5. Cơ chế tác động của VHCKK-2000 trong xử lý chống kết khối urê.................... 109 3.4.5.1. Tác động của VHCKK-2000 đến tính chất hóa – lý của lớp tinh thể urê trên bề mặt hạt sau khi biến tính ................................................ 109 3.4.5.2. Tác động phối hợp của VHCKK-2000 trong xử lý chống kết khối urê theo phương pháp biến tính bề mặt hạt urê .............................. 111 KẾT LUẬN .................................................................................................................................. 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 116 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .......................................... 123
-5- DANH M ỤC CÁC BẢNG, BIỂU Bảng 1.1. Chiều cao rơi cần thiết của hạt trong tháp phụ thuộc Trang 15 vào kích thước của hạt Bảng 1.2. Độ ẩm tương đối tới hạn của một số dạng phân bón Trang 18 Bảng 1.3. Độ ẩm cho phép tối đa của một số dạng phân bón khi Trang 24 bảo quản Bảng 1.4. Khả năng hút ẩm của một số dạng phân bón sau 72 h Trang 25 ở nhiệt độ 30oC và tại độ ẩm tương đối của môi trường 80% Bảng 1.5. 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 Trang 55 nhau Bảng 3.2. Lực kết khối của urê tại các thời điểm đóng bao khác Trang 57 nhau Bảng 3.3. Độ ẩm trung bình tại các địa phương trong cả nước Trang 65 Bảng 3.4. Hệ số kết khối của urê hạt sau thời gian bảo quản 3 Trang 77 ngày tại các nhiệt độ bảo quản khác nhau Bảng 3.5. Độ bền cơ học của urê với các tỷ lệ chất phụ gia sử Trang 86 dụng khác nhau Bảng 3.6. Lực kết khối và hệ số kết khối của urê được biến tính Trang 89 với các tỷ lệ amin và sunfonat khác nhau Bảng 3.7 Kết quả thử nghiệm ảnh hưởng của VHCKK-2000 Trang 91 đến môi trường Bảng 3.8. Ảnh hưởng của VHCKK-2000 đến phản ứng trùng Trang 92 hợp urê- fomalđehyt Bảng 3.9. Tổng hợp kết quả thử nghiệm so sánh hiệu quả giữa Trang 94 các chất chống kết khối VHCKK-2000 và URESOFT-150 trên urê quy mô phòng thí nghiệm Bảng 3.10. Đặc trưng hóa -lý của các mẫu M1 (đối chứng) và Trang 102 mẫu thí nghiệm M2 Bảng 3.11. Độ hút ẩm của tinh thể urê thứ cấp tại các độ ẩm môi Trang 103 trường khác nhau Bảng 3.12. Độ hút ẩm của mẫu urê sau khi kết tinh lại Trang 104 Bảng 3.13 Độ chảy tự do của urê hạt sau khi được xử lý bề mặt Trang 108 bằng VHCKK-2000
-6- DANH M ỤC C ÁC ĐỒ THỊ , HÌ NH VẼ Hình 1.1. Đồ thị xác định điểm hút ẩm theo phương pháp Trang 16 Peshtov Hình 1.2. Sơ đồ dụng cụ xác định tính hút ẩm của vật liệu Trang 17 Hình 1.3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điểm hút ẩm và độ Trang 23 ẩm tối đa cho phép của phân bón Hình 1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến điểm hút ẩm của urê Trang 32 biến tính bằng N-serve theo các tỷ lệ khác nhau Hình 1.5. Độ hút ẩm của urê biến tính bằng 1,0% N-serve ở 25 Trang 32 o C và độ ẩm tương đối môi trường 80, 90 và 100% Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý biến tính bề mặt hạt Trang 41 phân bón Hình 2.1. Đạm urê bị kết khối sau 3 ngày bảo quản nếu không Trang 43 có biện pháp xử lý Hình 3.1. Bề mặt hạt urê sau các thời gian bảo quản 1 h (a,c) và Trang 58 72 h (b,d) Hình 3.2. Hình thái cấu trúc urê sau khi đóng rắn/kết tinh 1h (a) Trang 60 và 72h (b) Hình 3.3. Phổ nhiễu xạ tia X của urê sau khi đóng rắn/ kết tinh Trang 61 1h, 36h và 72h Hình 3.4. Hình thái cấu trúc tinh thể urê sau khi đóng rắn/kết Trang 67 tinh tại các độ ẩm môi trường 70 % (a), 80 % (b), 90 % (c) Hình 3.5. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu urê đóng rắn/ kết Trang 68 tinh tại nhiệt độ 60oC và các độ ẩm môi trường khác nhau lần lượt là 70%, 80% và 90%. Hình 3.6. Ảnh SEM mô tả hình thái cấu trúc tinh thể urê ở các Trang 70 nhiệt độ đóng rắn khác nhau: 30 oC (a), 40 oC (b) và 50 oC (c) Hình 3.7. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu urê đóng rắn/ kết Trang 71 tinh tại độ ẩm 70% và các nhiệt độ môi trường khác nhau lần lượt là 30 oC, 40oC và 50 oC Hình 3.8. Hình thái cấu trúc urê sau khi được bảo quản 120 Trang 75 phút tại nhiệt độ 60 0C (a), 120 phút tại nhiệt độ 30 o C (b), 60 phút tại nhiệt độ 60 oC và sau đó tiếp tục 60 phút tại nhiệt độ 30 0C (c) Hình 3.9. Phổ XRD của các mẫu urê sau khi được bảo quản Trang 75 120 phút tại nhiệt độ 60 0C (a), 120 phút tại nhiệt độ 30 oC (b), 60 phút tại nhiệt độ 60oC và sau đó tiếp tục 60 phút tại nhiệt độ 30 0C (c)
-7- Hình 3.10. Ảnh SEM mô tả hình thái cấu trúc tinh thể urê kết Trang 80 tinh từ dịch urê nóng chảy có bổ sung (a) và không bổ sung (b) CHĐBM Hình 3.11. Phổ XRD của các mẫu urê có bổ sung và không bổ Trang 82 sung chất phụ gia tạo hạt Hình 3.12. Hình thái cấu trúc urê với các tỷ lệ bổ sung CHĐBM Trang 84 lần lượt là 0,1% (a), 0,3% và 0,5% (c) Hình 3.13. Hình thái cấu trúc bề mặt urê sau khi đóng rắn/ kết Trang 88 tinh dưới tác động của hỗn hợp CHĐBM khác nhau Hình 3.14. Hệ số kết khối của urê với các tỷ lệ amin/sunfonat Trang 89 khác nhau Hình 3.15. Hệ số kết khối của các mẫu urê UV003 (biến tính Trang 94 bằng VHCKK-2000) và UU003 (biến tính bằng URESOFT-150), tỷ lệ 0,03% Hình 3.16. Hệ số kết khối của các mẫu urê UV005 (biến tính Trang 95 bằng VHCKK-2000) và UU005 (biến tính bằng URESOFT-150), tỷ lệ 0,05% Hình 3.17. Hình ảnh mô quả quá trình kết tinh lại của urê từ Trang 97 dung dịch bão hòa: M3-mẫu đối chứng, M4-mẫu thí nghiệm có bổ sung VHCKK-2000 Hình 3.18. Giản đồ nhiệt TG/DTA của mẫu urê sau khi kết tinh Trang 98 lại có bổ sung chất biến tính VHCKK-2000 (hình dưới) và mẫu đối chứng (hình trên) Hình 3.19. Phổ XRD của các mẫu urê kết tinh lại chụp sau thời Trang 100 gian 6h Hình 3.20. Phổ XRD của các mẫu u rê kết tinh lại sau các Trang 100 khoảng thời gian 12h và 24h Hình 3.21. Ảnh KTS chụp sản phẩm kết tinh của mẫu M1 và Trang 101 mẫu M2 Hình 3.22. Đường hút ẩm đẳng nhiệt của mẫu urê sau khi kết Trang 103 tinh lại Hình 3.23 Đồ thị xác định độ ẩm tương đối tới hạn của urê hạt Trang 105 biến tính bằng 0,05% VHCKK-2000 (MH2) và đối chứng (MH1) Hình 3.24. Đường hút ẩm đẳng nhiệt phụ thuộc vào độ ẩm môi Trang 105 trường của mẫu urê đối chứng (MH1) Hình 3.25. Đường hút ẩm đẳng nhiệt phụ thuộc vào độ ẩm môi Trang 106 trường của urê biến tính bằng 0,05% VHCKK-2000 (MH2) Hình 3.26. Hình thái cấu trúc bề mặt hạt urê đã qua xử lý (a) và Trang 107 chưa qua xử lý (b) bằng chất chống kết khối VHCKK-2000 sau thời gian bảo quản 7 ngày
-8- DANH M ỤC CÁC KÝ HI ỆU VÀ CHỮ VI ẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ Viết tắt Viết đầy đủ Sự thay đổi khối lượng do hút CHĐBM Chất hoạt động bề mặt ∆m ẩm, % SCBM Sức căng bề mặt LKK Lực kết khối Độ ẩm toàn phần của sản Wp A Hợp chất amin phẩm, % Độ ẩm giới hạn của sản Wc phẩm, % S Hợp chất sunfonat Độ ẩm tương đối tới hạn h của sản phẩm, % SEM Kính hiển vi điện tử quét Độ ẩm tương đối của môi φ trường, % BET Phương pháp BET σ Hệ số kết khối, % X-ray Phương pháp nhiễu xạ tia X Phương pháp phân tích nhiệt vi k Hệ số hút ẩm của sản phẩm TG-DTA phân
-9- M Ở ĐẦU 1. 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. Vấn đề này đã được nghiên cứu qua nhiều công trình khoa học mà chủ yếu là các công trình khoa học của các tác giả nước ngoài. 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; trong đó, việc xây dựng được phương pháp nghiên cứu phù hợp với quy mô và đối tượng nghiên cứu; từ đó hệ thống hóa và xử lý các số liệu thực nghiệm, rút ra phương pháp luận khách quan và khoa học, mô tả đúng bản chất của các quá trình hóa – lý nhằm tìm ra giải pháp kỹ thuật, giải quyết vấn đề trong thực tế ở nước ta lại là một vấn đề cấp thiết khác.
- 10 - 2. 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. 3. Nội dung của luận án: - 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; so sánh để lựa chọn biện pháp kỹ thuật phù hợp và hiệu quả nhất để ứng dụng-triển khai trên dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện có. - 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. 4. Những điểm mới của luận án: - Phương pháp nghiên cứu – thực nghiệm trong luận án được xây dựng một cách khoa học và phù hợp trên cơ sở mô phỏng và đơn giản hóa các quá trình xảy ra trong sản xuất công nghiệp; do đó có thể tiến hành tại phòng thí nghiệm với các nghiên cứu định tính và định lượng cụ thể trên đối tượng nghiên cứu chính là đạm urê, vốn rất nhạy cảm trước thay đổi dù rất nhỏ của các yếu tố khách quan như nhiệt độ, độ ẩm của không khí môi trường. 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…
- 11 - Do đó, đã tập hợp và công bố được các số liệu, kết quả thực nghiệm hoàn toàn mới, mang tính hệ thống hóa cao xung quanh vấn đề nghiên cứu mà các công trình nghiên cứu khác chưa làm được. - 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” - vấn đề chưa được làm sáng tỏ trước khi nghiên cứu đề tài này. 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. - Thông qua phương pháp luận và các số liệu, kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mẫu mô phỏng hóa quá trình kết tinh lại từ dung dịch urê bão hòa đã chứng minh để làm rõ thêm về cơ chế tác động của chất biến tính bề mặt lên quá trình kết tinh lại và tính chất của lớp tinh thể urê trên bề mặt hạt. 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” - vấn đề mà nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả nước ngoài chưa giải đáp thoả đáng. - Song song với nghiên cứu phòng thí nghiệm đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng và triển khai ở quy mô công nghiệp; chứng minh ý nghĩa khoa học và hiệu quả kinh tế-xã hội của đề tài nghiên cứu trong thực tiễn.
- 12 - 5. Cấu trúc của luận án: - Luận án có 123 trang bao gồm Mở đầu (4 trang); Chương 1- Tổng quan (29 trang): Chương 2 - Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu (10 trang), Chương 3 - Kết quả và thảo luận (58 trang), Kết luận (3 trang); Tài liệu tham khảo (7 trang). - Trong luận án có 18 bảng biểu, 31 hình vẽ và đồ thị. Liên quan đến luận án có 95 tài liệu tham khảo và 14 công trình khoa học đã công bố do tác giả làm chủ biên, trong đó có 4 công trình công bố trước khi tác giả được công nhận là nghiên cứu sinh.
- 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]. Hiện tượng k ế t k h ố i được đặc trưng bởi trạng thái quan sát được của sản phẩm nếu sau một thời gian bảo quản, sản phẩm đó mất đi độ rời gốc mà nguyên nhân là sự xuất hiện liên kết tiếp xúc giữa các hạt sản phẩm với nhau dưới dạng liên kết kết dính, liên kết pha lỏng hoặc liên kết pha rắn. L i ê n k ế t k ế t d í n h hình thành khi các phần tử của hệ tinh thể ion tương tác tĩnh điện với nhau để định dạng lại các khuyết tật điểm trên lớp bề mặt. [22]. L i ê n k ế t p h a l ỏ n g hình thành khi sản phẩm hút ẩm quá mức (Wp >> Wc), tạo ra lớp dung dịch bão hòa trên bề mặt hạt hoặc các bóng nước giữa các hạt. Lực mao dẫn phát sinh kéo các hạt đơn lẻ kết tụ lại với nhau thành một khối lớn hơn. Liên kết pha lỏng có bề mặt tiếp xúc lớn hơn liên kết pha rắn và liên kết kết dính nhưng lại có độ bền tiếp xúc nhỏ hơn cả (0,1 – 1,0 MPa) [22]. Khi nhiệt độ thấp, liên kết pha lỏng có thể tạo ra khối đông kết với ơtecti của tổ hợp muối-nước. 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] ... song trên thực tế, đây là các quá trình khác nhau hoàn toàn về bản chất. Phân bón bị kết khối do liên kết kết dính được gọi là “vón cục”, do liên kết pha lỏng gọi là “dính bết”. Tất cả các loại muối và phân bón đều có thể bị “vón cục” hoặc bị “dính bết’’ nhưng chỉ các sản phẩm chứa các loại muối có hệ số khuếch tán trong của dung dịch cao Dp > 1.10 -9 m2/s (ví dụ như NH4Cl, NH4NO 3, KCl, urê,...) 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. 1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TẠO HẠT URÊ Quá trình tạo hạt urê trong công nghiệp thường được thực hiện theo phương pháp prill. Đầu tiên, dịch urê nóng chảy ở 132-135 oC được phun thành các giọt dịch nhỏ từ trên đỉnh tháp tạo hạt xuống phía dưới qua hệ thống giỏ phun ly tâm phân phối dịch. Khi trao đổi nhiệt trực tiếp với dòng không khí làm nguội đi từ dưới lên, quá trình chuyển pha xảy ra làm cho dịch nóng chảy bị đóng rắn lại thành các hạt hình cầu. Hạt hình cầu tiếp tục được làm nguội và ra khỏi tháp; sau khi sàng phân loại, sản phẩm cuối cùng được đóng bao và chuyển vào kho bảo quản [14]. Quá trình đóng rắn của giọt dịch nóng chảy xảy ra từ ngoài vào trong. Do urê có hệ số truyền nhiệt thấp nên khi lớp vỏ ngoài cùng đã đóng rắn hoàn toàn thì phần thể tích bên trong hạt vẫn còn ở thể lỏng hoặc đang trong trạng thái chuyển pha lỏng-rắn làm cho hạt hình cầu vừa được tạo thành có cấu trúc xốp, kém bền, dễ vỡ khi va chạm với nhau hoặc với thành tháp. Đây là một nguyên nhân chính làm cho hạt sản phẩm thu được có kích thước nhỏ, không đồng nhất và chứa nhiều mạt, bụi [12,14]
- 15 - Dựa vào quá trình truyền nhiệt, chuyển khối và chuyển pha của urê, người ta đã tính toán được chiều cao rơi tối thiểu cần thiết của hạt trong tháp để quá trình đóng rắn xảy ra hoàn toàn ở các điều kiện kỹ thuật: nhiệt độ không khí ngoài môi trường 23 oC, lượng không khí làm nguội 9,74 kg/kg urê [14]. Bảng 1.1. Chiều cao rơi cần thiết của hạt trong tháp phụ thuộc vào kích thước hạt Đường kính hạt trung Tỷ lệ hạt có kích thước Chiều cao rơi cần thiết bình, mm 2-3 mm, % khối lượng của hạt, m 1,70 27,5 52 1,85 42,5 59 2,00 57,5 66 2,15 72,5 75 2,30 87,5 82 Nguồn: Горловский, Д.М., Л.Н. Альтшулер, В.И. Курячевый (1981). Технология карбамида, Химия, Ленинград. Quá trình đóng rắn của dịch nóng chảy xảy ra song song với quá trình kết tinh mà động lực chính là sự giảm nhiệt độ quá mức của pha lỏng [22], phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật của pha khí ban đầu, bao gồm nhiệt độ, lưu lượng, tốc độ lưu thông. Quá trình đóng rắn/kết tinh xảy ra hoàn hảo nếu khống chế được cả ba yếu tố này một cách phù hợp. Ngoài ra, độ ẩm không khí cũng có ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước bề mặt hạt và là một nguyên nhân khác tác động đến quá trình tạo hạt [14]. Làm nguội hạt sản phẩm trước khi đóng bao cũng là một khâu quan trọng trong kỹ thuật tạo hạt urê. Để hạn chế sản phẩm bị kết khối, nhiệt độ hạt khi đóng bao bảo quản phải được khống chế nghiêm ngặt theo yêu cầu. Tiêu chuẩn GOST 2081-75 (Liên Xô cũ) quy định nhiệt độ urê không được vượt quá 60 oC khi đóng bao giấy, 50 oC khi bảo quản trong kho dưới dạng không bao gói và 30oC khi đóng bao nhựa mềm. Để đạt được yêu cầu nhiệt độ nói trên, quá trình làm nguội có thể được thực hiện trong thiết bị hoạt động kiểu lớp sôi, gắn ở phía đáy hoặc ở bên ngoài tháp tạo hạt [14]. 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. Nếu việc làm nguội được thực hiện trong
- 16 - thiết bị tĩnh điện thì bề mặt hạt sẽ chuyển sang cấu trúc của pha thủy tinh và hiện tượng kết khối sẽ được hạn chế [14]. 1.2. BẢN CHẤT CỦA HIỆN TƯỢNG KẾT KHỐI PHÂN BÓN Kết khối là quá trình hoá lý phức tạp và là hệ quả của các hiện tượng hút ẩm, hòa tan và tái kết tinh, hoàn thiện cấu trúc của hệ theo xu hướng giảm năng lượng liên kết giữa các tinh thể hoặc các phần tử trong hệ cũng như năng lượng tự do lớp bề mặt hạt [2, 22, 24]. Theo định nghĩa của Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế ISO, kết khối là sự hình thành một lượng kết tụ (aggromerate) có kích thước lớn hơn từ các phần tử có kích thước nhỏ bao gồm hạt tiêu chuẩn, hạt phi tiêu chuẩn và mạt hoặc bụi tạo ra khi hạt bị vỡ hoặc bị mài mòn [22]. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng kết khối liên quan trực tiếp đến các quá trình hoá – lý khác nhau; được nghiên cứu, giải thích trên cơ sở vận dụng các lý thuyết hóa – lý cơ sở. 1.2.1. Bản chất của hiện tượng kết khối theo lý thuyết kết tinh Khi tiếp xúc với không khí có độ ẩm tương đối đủ cao, lớp vật chất (1.3) trên bề mặt hạt bị hoà tan tạo thành dung dịch bề mặt. Dung dịch này trở nên bão hòa dần theo thời gian. Đây chính là yếu tố dẫn đến hiện tượng tái kết tinh; hình thành các tinh thể mới với kích thước lớn dần. Sự phát triển tinh thể tạo nên cầu nối vật chất trong vùng tiếp xúc giữa các tinh thể và hạt; là nguyên nhân gây nên hiện tượng kết khối [2]. Hình 1.1. Đồ thị xác định điểm hút ẩm Nguyên nhân cơ bản ảnh theo phương pháp Peshtov [22] hưởng đến tính chất lớp bão hoà là tính hút ẩm của phân bón và nhiệt độ môi trường bảo quản.Tính hút ẩm của phân bón được xác định bởi độ ẩm tương đối tới hạn h (Critical Relative
- 17 - Humidity) [35-41] hay còn gọi là “điểm hút ẩm” [10, 11, 13, 15, 18, 21, 22, 24, 25]. Điểm hút ẩm của phân bón phản ánh khả năng hút ẩm của phân bón đó thông qua tốc độ hút ẩm theo phương trình động học: (W/)T, = k( - h) (1.2) Trong đó: k- hệ số hút ẩm, đặc trưng cho từng loại phân bón; T - Nhiệt độ môi trường, oK; Khí Ni tơ Thiết bị ổn nhiệt  - Độ ẩm tương Bình chứa mẫu đối của môi trường, %; h - Điểm hút ẩm của phân bón tại nhiệt độ T, Dd %; muối bão Bình chứa hòa Theo phương trình nitơ Nước này, loại phân bón nào có hệ số hút ẩm cao và điểm hút Hình 1.2. Sơ đồ dụng cụ xác định tính hút ẩm ẩm thấp sẽ có tốc độ hút ẩm của vật liệu [22] lớn hơn. Với cùng một loại phân bón, khi độ ẩm tương đối của môi trường giảm đi thì tốc độ hút ẩm của phân bón cũng giảm theo. Điểm hút ẩm của sản phẩm được xác định theo phương pháp Peshtov [22, 26, 27], thông qua việc khảo sát sự thay đổi khối lượng của mẫu sau khi bảo quản tại các độ ẩm tương đối môi trường khác nhau. Từ phương trình (1.2), ta có: h = - k-1(W/)T, +  h = - k-1. m +  (1.3) Giao điểm của đồ thị hàm tuyến tính (1.3) với trục hoành trên đồ thị hình 1.1 chính là giá trị h cần tìm. Như vậy, điểm hút ẩm của sản phẩm có trị số đúng bằng độ ẩm tương đối của môi trường bảo quản mà ở đó khối lượng mẫu sản phẩm không thay đổi sau thời gian bảo quản (m = 0); cũng có nghĩa là ở môi trường đó, phân bón không hút thêm ẩm mà cũng không tự khô đi. Để khảo sát quá trình hút ẩm của sản phẩm, có thể sử dụng hệ dụng cụ mô tả trong hình 1.2. Khí nitơ mang hơi ẩm được tạo ra bằng cách cho lội qua
- 18 - các dung dịch muối bão hòa khác nhau. Đơn giản hơn, có thể sử dụng dung dịch H2SO 4 có nồng độ khác nhau để điều chỉnh độ ẩm của môi trường chứa mẫu cần khảo sát. Điểm hút ẩm của một số dạng phân bón [22, 86] chính được trình bày trong bảng 1.2. Dựa vào điểm hút ẩm của phân bón và lý thuyết kết tinh, các tác giả đã giải thích bản chất của hiện tượng kết khối phân bón như sau [2],[22],[80]: - Khi độ ẩm tương đối của môi trường bảo quản thấp hơn điểm hút ẩm của phân bón ( < h), hạt phân bón không hấp thụ thêm ẩm từ môi trường nên luôn giữ trạng thái khô, rời; khả năng kết khối hoặc ít xảy ra, hoặc xảy ra theo các nguyên lý khác; Bảng 1.2. Độ ẩm tương đối tới hạn của một số dạng phân bón [30] Độ ẩm tương đối Tỷ lệ N:P2O 5:K2O Thành phần phân bón tới hạn h, % 46 - 0 - 0 Urê 70 - 75 34 - 0- 0 Amoni nitrat 55 - 60 21 - 0 - 0 Amoni sunfat (AS) 75 - 85 18 - 46 - 0 Điamoni photphat (DAP) 65 - 75 12 - 50 - 0 Monoamoni photphat (MAP) 70 - 75 0 - 46 - 0 Supephotphat kép(TSP) 75 - 85 0 - 0 - 60 Kali clorua KCl 70 - 80 13 - 0 - 44 Kali nitrat 80 - 85 0 - 0 - 50 Kali sunfat 75 - 80 8 - 32 - 16 AS, amoni photphat, KCl 65 –75 10-5-18-2MgO AS, quặng photphat, KCl, sand 60 - 70 28 - 28 - 0 Urê, amoni polyphotphat 55 - 65 20 - 20 - 0 Urê, DAP, quặng photphat 50 - 60 16 - 0 - 30 Urê, KCl 45 - 55 18 - 18 - 10 Urê, DAP, quặng photphat 45 - 55 17 - 17 - 10 Urê, AS, DAP, KCl 45 - 55
- 19 - Độ ẩm tương đối Tỷ lệ N:P2O 5:K2O Thành phần phân bón tới hạn h, % 19 - 19 - 19 Urê, APP, KCl 50 - 60 15 - 15 - 15 Urê, DAP, KCl 45 - 50 12-12-17-2MgO Urê, quặng photphat, KCl 40 - 50 12-12-17-2MgO Nitrophotphat 60 – 65 - Khi độ ẩm tương đối của môi trường bảo quản tăng lên vượt quá điểm hút ẩm của phân bón ( > h), hạt phân bón bắt đầu hút ẩm và hòa tan. Khi quá trình hút ẩm đạt trạng thái cân bằng, trên bề mặt hạt xuất hiện lớp dung dịch lỏng bão hòa bởi muối tan. Lúc này, nếu nhiệt độ hoặc độ ẩm của môi trường tiếp tục tăng lên thì pha rắn trên bề mặt hạt tiếp tục khuếch tán vào pha lỏng làm cho nồng độ dung dịch lỏng bề mặt trở nên bão hoà hơn. Sự thay đổi giảm của nhiệt độ môi trường sau đó sẽ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều ngược lại, vật chất từ pha lỏng chuyển sang pha rắn gây nên hiện tượng tái kết tinh và kết khối. - Quá trình lặp lại theo sự biến động của độ ẩm môi trường bảo quản và là quá trình không thuận nghịch. Hiện tượng kết khối cứ thế tiếp diễn, không có điểm dừng [22]. Như vậy, theo lý thuyết kết tinh phân bón bị kết khối bởi quá trình hút ẩm/hòa tan/tái kết tinh xảy ra trên bề mặt hạt, khi sản phẩm được bảo quản không tốt, hạt sản phẩm tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ và độ ẩm cao, không ổn định. 1.2.2. Bản chất của hiện tượng kết khối theo lý thuyết khuếch tán Ở trạng thái khô, các ion của phân tử muối trên lớp bề mặt có mối liên kết chặt chẽ với ô mạng tinh thể. Khi độ ẩm của sản phẩm (gọi tắt là độ ẩm khối - Wp) tăng lên, các ion này bị hiđrat hoá, lực liên kết giữa ion với tinh thể trở nên yếu hơn làm cho chúng có xu hướng dịch chuyển trên bề mặt [18, 22]. Đây là nguyên nhân xảy ra quá trình khuếch tán trên bề mặt hạt. Đối với các hóa chất có tính tan trong nước và cấu trúc hạt dạng mao quản xốp, quá trình khuếch tán trong chỉ xảy ra đối với phân tử muối tan, quá trình khuếch tán ngoài chỉ xảy đối với phân tử nước còn quá trình khuếch tán trên bề mặt xảy ra đối với tổ hợp muối – nước dưới dạng dung dịch rắn [18].