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农业技术领域:化肥养分在线检测装置

文章来源: 发布时间: 2018-07-02

  所处阶段:中试 

  成果来源:技术生物与农业工程研究所 

  必要性及需求分析: 

  化肥是粮食的粮食,化肥质量影响到企业生存和农作物生产。化肥的质量包括化肥的有效营养成分的数量(如三元复合肥中氮、磷、钾含量)和化肥中有害物质如:尿素中缩二脲含量超标会对作物产生毒害作用,水分含量过高会造成尿素产生板结。所以化肥企业十分重视化肥质量的控制,目前化肥质量检测主要依靠传统化学分析方法,这种方法所用试剂多、步骤繁杂,费时费力。由于不能实时检测企业还需要在产品质量检测结果出来之前进行产品转场存储,耗费大量的人力物力和场地,因而亟待提升化肥质量的快速检测技术水平。 

  近红外光谱分析技术具有速度快、成本低、无污染、不破坏样品等优点以及合作方已经在实验室成功的利用NIR同时检测尿素产品中尿素、缩二脲和水分。在此基础上设计了一种基于近红外光谱分析技术的尿素产品质量检测和监测装置。该装置可以对尿素和复合肥质量进行实时在线检测,对于企业保证化肥产品质量、提高效率具有重要意义。 

  近红外光谱化肥质量在线检测装置的应用,有利于化肥企业将质量控制由产后变成生产过程、由事后监督变成事前检查,对企业质量控制有重要作用,装置研究成功后,可以在化肥产品生产线进行安装实施在线现场监测。2015年我国共生产化肥7627.36万吨,其中尿素3446.5万吨,规模以上化肥生产企业共有2000余家。仅以尿素企业为例全国有大约尿素厂家150多家,生产线500余条,按全国一半生产尿素企业使用NIR监测装置就有约75家,需要375-600台,加上复合肥生产企业其应用前景广阔。 

  目标及主要任务: 

  (1)目标 

  实现对化肥中成分(不同形态的氮、磷、钾营养元素)和水分、有害成分等的在线分析。目前已完场了装备系统的集成,初步完成了样机的调试,建立了以尿素中缩二脲、水分和尿素的定量检测模型,并对装置长期运行的稳定性、可靠性和测量精度进行攻关;同时在目前的基础上还开展其它肥料成分检测的攻关,例如:复合肥中各成分检测等等。这些为以肥料为基础的产业提供在线检测和规模化应用奠定了基础。该设备的特点和性能如下: 

  该方法绿色环保,该装置不破坏样品及不影响生产 

  能够实现对以尿素为代表的肥料进行在线检测分析,为生产者提供实时数据。 

  能够对肥料中含H基团成分含量在0.1%以上提供精确测量。 

  该装置也可推广到烟草、制药、粮食检测等行业 

   (2)主要任务 

  装置的长期稳定性、可靠性及各项性的测试及完善。 

  建立以缩二脲、水分和尿素的在线检测的模型。 

  克服现场条件:温度、粉尘等因素的影响 

  远程控制检测、反馈、报警灯功能的完善 

  现有工作基础: 

  本装置的光学探头采用全封闭结构,检测和控制单元与光学探头分离,可以克服化肥生产外界因素的影响;采用V型挡板使样品到收集光纤端口的位置时刻保持一致;采用多点围绕位置的近红外光照射,能够实现对样品的均匀照射;采用多终端同时对近红外光谱采集,提高了所采集光谱的信噪比。设计了能够自动对光谱进行校正的新型检测探头。 

  具有自助的知识产权(发明专利:ZL201410040766.2CN201610012042.6);目前样机器已经研发,在河南心连心化肥有限公司尿素生产线进行检测和调试,硬件和软件在运行中不断升级。 

  预期经济和社会效益: 

  该装置在化肥生产企业具有很大的市场需求,批量生产本身有较大的市场。所以初步估计两年后装置生产产值2000万元,新增销售收入800万元,利税200万元。另外该装置通过硬件升级,软件模型的进一步完善,该装置可以应用到复合肥、磷肥等肥料的生产线上,初步保守估计装置生产总值达到1亿元,新增销售4000万元,利税1000万元。 

  实施方式/模式: 

    本项目拟首先通过政府或相关企业支持或融资,建立生产检测尿素中缩二脲、水分和尿素的生产线,同时拟与相关企业合作,开展其它肥料成分的检测装置的生产,建立对应的应用示范,并进行产品生产、示范和升级,并产生一定的经济和社会效益。进一步将该设备应用到烟草、制药等行业。希望以技术入股的方式入股生产线建设及产品生产、应用,采取以企业为中心,科研机构参与,利益共享、风险共担的产学研联合的模式,共同促进科技成果的转化与推广。

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