Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Manufacturing Technology >> Productieproces

Meststof

Achtergrond

Meststof is een stof die aan de bodem wordt toegevoegd om de groei en opbrengst van planten te verbeteren. Voor het eerst gebruikt door oude boeren, ontwikkelde de kunstmesttechnologie zich aanzienlijk toen de chemische behoeften van groeiende planten werden ontdekt. Moderne synthetische meststoffen zijn voornamelijk samengesteld uit stikstof-, fosfor- en kaliumverbindingen waaraan secundaire voedingsstoffen zijn toegevoegd. Het gebruik van synthetische meststoffen heeft de kwaliteit en kwantiteit van het voedsel dat tegenwoordig beschikbaar is aanzienlijk verbeterd, hoewel milieuactivisten over het gebruik ervan op de lange termijn debatteren.

Zoals alle levende organismen, zijn planten opgebouwd uit cellen. Binnen deze cellen vinden talrijke metabolische chemische reacties plaats die verantwoordelijk zijn voor groei en voortplanting. Omdat planten geen voedsel eten zoals dieren, zijn ze afhankelijk van voedingsstoffen in de bodem om de basischemicaliën voor deze metabolische reacties te leveren. De aanvoer van deze componenten in de bodem is echter beperkt en naarmate planten worden geoogst, neemt deze af, waardoor de kwaliteit en opbrengst van planten afnemen.

Meststoffen vervangen de chemische componenten die door het kweken van planten uit de bodem worden gehaald. Ze zijn echter ook ontworpen om het groeipotentieel van de bodem te verbeteren, en meststoffen kunnen een betere groeiomgeving creëren dan natuurlijke grond. Ze kunnen ook worden aangepast aan het type gewas dat wordt verbouwd. Meestal zijn meststoffen samengesteld uit stikstof-, fosfor- en kaliumverbindingen. Ze bevatten ook sporenelementen die de groei van planten verbeteren.

De primaire componenten in meststoffen zijn voedingsstoffen die essentieel zijn voor de plantengroei. Planten gebruiken stikstof bij de synthese van eiwitten, nucleïnezuren en hormonen. Wanneer planten een stikstoftekort hebben, worden ze gekenmerkt door verminderde groei en vergeling van bladeren. Planten hebben ook fosfor nodig, een bestanddeel van nucleïnezuren, fosfolipiden en verschillende eiwitten. Het is ook nodig om de energie te leveren om metabolische chemische reacties te stimuleren. Zonder voldoende fosfor wordt de plantengroei verminderd. Kalium is een andere belangrijke stof die planten uit de bodem halen. Het wordt gebruikt bij de eiwitsynthese en andere belangrijke plantprocessen. Vergeling, vlekken van dood weefsel en zwakke stengels en wortels zijn allemaal indicatief voor planten die onvoldoende kalium hebben.

Calcium, magnesium en zwavel zijn ook belangrijke materialen in de plantengroei. Ze worden echter slechts in kleine hoeveelheden in meststoffen opgenomen, omdat de meeste bodems van nature voldoende van deze componenten bevatten. Andere materialen zijn in relatief kleine hoeveelheden nodig voor plantengroei. Deze micronutriënten omvatten ijzer, chloor, koper, mangaan, zink, molybdeen en boor, die voornamelijk fungeren als co-factoren bij enzymatische reacties. Hoewel ze in kleine hoeveelheden aanwezig kunnen zijn, zijn deze verbindingen niet minder belangrijk voor de groei, en zonder hen kunnen planten doodgaan.

Er worden veel verschillende stoffen gebruikt om de essentiële voedingsstoffen te leveren die nodig zijn voor een effectieve meststof. Deze verbindingen kunnen worden gewonnen of geïsoleerd uit natuurlijk voorkomende bronnen. Voorbeelden zijn natriumnitraat, zeewier, botten, guano, kalium en fosfaaterts. Verbindingen kunnen ook chemisch worden gesynthetiseerd uit basisgrondstoffen. Deze omvatten zaken als ammoniak, ureum, salpeterzuur en ammoniumfosfaat. Aangezien deze verbindingen in een aantal fysische toestanden voorkomen, kunnen meststoffen worden verkocht als vaste stoffen, vloeistoffen of slurries.

Geschiedenis

Het proces van het toevoegen van stoffen aan de bodem om de groeicapaciteit te verbeteren, werd ontwikkeld in de begindagen van de landbouw. Oude boeren wisten dat de eerste opbrengsten op een stuk land veel beter waren dan die van de daaropvolgende jaren. Dit zorgde ervoor dat ze verhuisden naar nieuwe, onbebouwde gebieden, die in de loop van de tijd opnieuw hetzelfde patroon van verminderde opbrengsten vertoonden. Uiteindelijk werd ontdekt dat de plantengroei op een stuk land verbeterd kon worden door dierlijke mest over de bodem te verspreiden.

In de loop van de tijd werd de kunstmesttechnologie verfijnder. Er werden nieuwe stoffen ontdekt die de groei van planten verbeterden. Van de Egyptenaren is bekend dat ze as van verbrand onkruid aan de aarde hebben toegevoegd. Oude Griekse en Romeinse geschriften geven aan dat er verschillende dierlijke uitwerpselen werden gebruikt, afhankelijk van het type grond of de plant die werd verbouwd. Het was tegen die tijd ook bekend dat het kweken van peulvruchten op percelen voorafgaand aan de tarweteelt gunstig was. Andere soorten materialen die zijn toegevoegd, zijn onder meer zeeschelpen, klei, plantaardig afval, afval van verschillende productieprocessen en ander afval.

Georganiseerd onderzoek naar kunstmesttechnologie begon in het begin van de zeventiende eeuw. Vroege wetenschappers zoals Francis Bacon en Johann Glauber beschrijven de gunstige effecten van de toevoeging van salpeter aan de bodem. Glauber ontwikkelde de eerste volledige minerale meststof, een mengsel van salpeter, kalk, fosforzuur, stikstof en kalium. Naarmate wetenschappelijke chemische theorieën zich ontwikkelden, werden de chemische behoeften van planten ontdekt, wat leidde tot verbeterde mestsamenstellingen. Organisch chemicus Justus von Liebig toonde aan dat planten minerale elementen zoals stikstof en fosfor nodig hebben om te groeien. Men zou kunnen zeggen dat de industrie voor chemische meststoffen is begonnen met een octrooi verleend aan Sir John Lawes, dat een methode schetste voor het produceren van een vorm van fosfaat die een effectieve meststof was. De kunstmestindustrie kende een aanzienlijke groei na de Eerste Wereldoorlog, toen faciliteiten die ammoniak en synthetische nitraten voor explosieven hadden geproduceerd, werden omgebouwd tot de productie van op stikstof gebaseerde meststoffen.

Grondstoffen

De hier geschetste meststoffen zijn samengestelde meststoffen die zijn samengesteld uit primaire meststoffen en secundaire nutriënten. Deze vertegenwoordigen slechts één type meststof en er worden ook andere soorten afzonderlijke voedingsstoffen gemaakt. De grondstoffen kunnen in vaste vorm aan meststoffenfabrikanten worden geleverd in bulkhoeveelheden van duizenden tonnen, trommelhoeveelheden, of in metalen vaten en zakcontainers.

Primaire meststoffen omvatten stoffen die zijn afgeleid van stikstof, fosfor en kalium. Voor de productie van deze verbindingen worden verschillende grondstoffen gebruikt. Wanneer ammoniak wordt gebruikt als stikstofbron in een meststof, vereist één methode van synthetische productie het gebruik van aardgas en lucht. De fosforcomponent wordt gemaakt met behulp van zwavel, steenkool en fosfaaterts. De kaliumbron is afkomstig van kaliumchloride, een hoofdbestanddeel van kalium.

Aan sommige meststoffen worden secundaire voedingsstoffen toegevoegd om ze effectiever te maken. Calcium wordt verkregen uit kalksteen, dat calciumcarbonaat, calciumsulfaat en calciummagnesiumcarbonaat bevat. De magnesiumbron in meststoffen is afgeleid van dolomiet. Zwavel is een ander materiaal dat wordt gewonnen en aan meststoffen wordt toegevoegd. Andere gewonnen materialen zijn ijzer uit ferrosulfaat, koper en molybdeen uit molybdeenoxide.

Het fabricageproces

Volledig geïntegreerde fabrieken zijn ontworpen om samengestelde meststoffen te produceren. Afhankelijk van de daadwerkelijke samenstelling van het eindproduct zal het productieproces van fabrikant tot fabrikant verschillen.

Stikstofmeststofcomponent

  • 1 Ammoniak is een stikstofmeststof die kan worden gesynthetiseerd uit goedkope grondstoffen. Aangezien stikstof een aanzienlijk deel van de atmosfeer van de aarde uitmaakt, werd een proces ontwikkeld om ammoniak uit lucht te produceren. In dit proces, Aardgas en stoom worden in een groot vat gepompt. Vervolgens wordt lucht in het systeem gepompt en wordt zuurstof verwijderd door verbranding van aardgas en stoom. Hierdoor blijven voornamelijk stikstof, waterstof en koolstofdioxide over. Het kooldioxide wordt verwijderd en ammoniak wordt geproduceerd door een elektrische stroom in het systeem te brengen. Katalysatoren zoals magnetiet (Fe 3 O 4 ) zijn gebruikt om de snelheid en efficiëntie van de ammoniaksynthese te verbeteren. Eventuele onzuiverheden worden uit de ammoniak verwijderd en deze wordt in tanks opgeslagen totdat deze verder wordt verwerkt.
  • 2 Hoewel ammoniak zelf soms als meststof wordt gebruikt, wordt het vaak omgezet in andere stoffen om het gemakkelijker te kunnen hanteren. Salpeterzuur wordt geproduceerd door eerst ammoniak en lucht in een tank te mengen. In aanwezigheid van een katalysator vindt een reactie plaats waarbij de ammoniak wordt omgezet in stikstofmonoxide. Het stikstofmonoxide wordt verder omgezet in aanwezigheid van water om salpeterzuur te produceren.
  • 3 Salpeterzuur en ammoniak worden gebruikt om ammoniumnitraat te maken. Dit materiaal is een goede meststof omdat het een hoge stikstofconcentratie heeft. De twee materialen worden in een tank met elkaar gemengd en er vindt een neutralisatiereactie plaats, waarbij ammoniumnitraat wordt geproduceerd. Dit materiaal kan vervolgens worden opgeslagen totdat het klaar is om te worden gegranuleerd en gemengd met de andere mestcomponenten.

Fosforhoudende meststof

  • 4 Om fosfor uit fosfaaterts te isoleren, wordt het behandeld met zwavelzuur, waarbij fosforzuur wordt geproduceerd. Een deel van dit materiaal wordt verder omgezet met zwavelzuur en salpeterzuur om een ​​drievoudig superfosfaat te produceren, een uitstekende bron van fosfor in vaste vorm.
  • 5 Een deel van het fosforzuur wordt ook in een aparte tank met ammoniak omgezet. Deze reactie resulteert in ammoniumfosfaat, een andere goede primaire meststof.

Kaliummeststofcomponent

  • 6 Kaliumchloride wordt doorgaans in bulk geleverd aan kunstmestfabrikanten. De fabrikant zet het om in een meer bruikbare vorm door het te granuleren. Dit maakt het gemakkelijker om in de volgende stap te mengen met andere meststoffen.

Granuleren en mengen

  • 7 Om kunstmest in de meest bruikbare vorm te produceren, wordt elk van de verschillende verbindingen, ammoniumnitraat, kaliumchloride, ammoniumfosfaat en drievoudig superfosfaat, gegranuleerd en met elkaar gemengd. Een methode van granuleren omvat het plaatsen van de vaste materialen in een roterende trommel die een schuine as heeft. Terwijl de trommel draait, nemen stukjes van de vaste mest kleine bolvormige vormen aan. Ze worden door een zeef geleid die deeltjes van voldoende grootte scheidt. Vervolgens wordt er een laag inert stof op de deeltjes aangebracht, waardoor ze elk afzonderlijk blijven en het vasthouden van vocht wordt voorkomen. Ten slotte worden de deeltjes gedroogd, wat het granulatieproces voltooit.
  • 8 De verschillende soorten deeltjes worden in de juiste verhoudingen met elkaar gemengd om een ​​samengestelde meststof te produceren. Het mengen gebeurt in een grote mengtrommel die een bepaald aantal beurten draait om het best mogelijke mengsel te produceren. Na het mengen wordt de mest op een transportband geleegd, die het naar de afzakmachine transporteert.

Opzakken

  • 9 Meststoffen worden doorgaans in grote zakken aan boeren geleverd. Om deze zakken te vullen wordt de mest eerst in een grote trechter afgeleverd. Een geschikte hoeveelheid wordt uit de trechter vrijgegeven in een zak die wordt opengehouden door een kleminrichting. De zak staat op een trillend oppervlak, wat een betere verpakking mogelijk maakt. Wanneer het vullen is voltooid, wordt de zak rechtop naar een machine getransporteerd die deze sluit. De zak wordt vervolgens getransporteerd naar een palletiseermachine, die meerdere zakken stapelt, klaar maakt voor verzending naar distributeurs en uiteindelijk naar boeren.

Kwaliteitscontrole

Om de kwaliteit van de geproduceerde meststof te waarborgen, controleren fabrikanten het product in elke productiefase. De grondstoffen en de afgewerkte producten worden allemaal onderworpen aan een reeks fysische en chemische tests om aan te tonen dat ze voldoen aan de eerder ontwikkelde specificaties. Enkele van de kenmerken die worden getest, zijn pH, uiterlijk, dichtheid en smeltpunt. Aangezien de productie van kunstmest door de overheid is gereguleerd, worden samenstellingsanalysetests uitgevoerd op monsters om het totale stikstofgehalte, het fosfaatgehalte en andere elementen die de chemische samenstelling beïnvloeden te bepalen. Afhankelijk van de specifieke aard van de mestsamenstelling worden ook diverse andere testen uitgevoerd.

Bijproducten/afval

Een relatief kleine hoeveelheid stikstof in meststoffen die op de bodem worden aangebracht, wordt daadwerkelijk opgenomen in de planten. Veel spoelt weg in omringende wateren of filtert in het grondwater. Dit heeft aanzienlijke hoeveelheden nitraten toegevoegd aan het water dat door het publiek wordt geconsumeerd. Sommige medische onderzoeken hebben gesuggereerd dat bepaalde aandoeningen van de urinewegen en nieren het gevolg zijn van overmatige nitraten in drinkwater. Er wordt ook gedacht dat dit bijzonder schadelijk is voor baby's en zelfs mogelijk kankerverwekkend kan zijn.

De nitraten die in meststoffen zitten, worden op zichzelf niet als schadelijk beschouwd. Bepaalde bacteriën in de bodem zetten nitraten echter om in nitrietionen. Onderzoek heeft aangetoond dat wanneer nitrietionen worden ingenomen, ze in de bloedbaan kunnen komen. Daar binden ze zich met hemoglobine, een eiwit dat verantwoordelijk is voor de opslag van zuurstof. Wanneer een nitrietion zich bindt met hemoglobine, verliest het zijn vermogen om zuurstof op te slaan, wat leidt tot ernstige gezondheidsproblemen.

Nitrosamines zijn een ander potentieel bijproduct van de nitraten in kunstmest. Ze zijn het resultaat van een natuurlijke chemische reactie van nitraten. Van nitrosaminen is aangetoond dat ze tumoren veroorzaken bij proefdieren, wat de angst voedt dat hetzelfde bij mensen zou kunnen gebeuren. Er is echter geen onderzoek geweest dat een verband aantoont tussen het gebruik van kunstmest en menselijke tumoren.

De Toekomst

Het onderzoek naar meststoffen richt zich momenteel op het verminderen van de schadelijke milieueffecten van het gebruik van kunstmest en het vinden van nieuwe, goedkopere bronnen van meststoffen. Zaken die worden onderzocht om mest milieuvriendelijker te maken, zijn verbeterde toedieningsmethoden, het leveren van mest in een vorm die minder vatbaar is voor afspoeling en het maken van meer geconcentreerde mengsels. Ook worden nieuwe bronnen van meststoffen onderzocht. Het is gebleken dat zuiveringsslib veel van de voedingsstoffen bevat die nodig zijn voor een goede meststof. Helaas bevat het ook bepaalde stoffen zoals lood, cadmium en kwik in concentraties die schadelijk zouden zijn voor planten. Er worden inspanningen geleverd om de ongewenste elementen te verwijderen, waardoor dit materiaal een levensvatbare meststof wordt. Een andere bron die wordt ontwikkeld is mest. De eerste meststoffen waren mest, maar deze worden niet op grote schaal gebruikt omdat de behandeling ervan te duur is gebleken. Wanneer de technologie verbetert en de kosten worden verlaagd, zal dit materiaal een levensvatbare nieuwe meststof zijn.


Productieproces

  1. Molybdeenmeststof
  2. Werking en toepassingen van de bodemvochtsensor
  3. IO-Link versnelt digitalisering van procesinstallaties
  4. Op het gebied van procesinstallaties met Ethernet
  5. Raspberry Pi Bodemvochtsensor
  6. Wat planten in 25 jaar niet hebben geleerd
  7. Standaard digitale camera en AI om bodemvocht te bewaken
  8. Het belang van winterklaar maken van fabrieken
  9. Wat is een bodemstapel?
  10. Wat is een grondpijp?
  11. 16 soorten hydraulische machines die in de bouw worden gebruikt