聚丙烯酰胺  PAM  洗煤专用絮凝剂
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 参考资料
 
 

中分和抗盐聚丙烯酰胺生产技术

一、工艺原理

聚丙烯酰胺生产装置采用丙烯酰胺水溶液聚合法生产聚丙烯酰胺,共有两种生产工艺:
均聚工艺和抗盐工艺。

  1. 均聚工艺
    丙烯酰胺单体在自由基催化剂的作用下,发生聚合反应。在这种特定过程中,聚合反应包括两步:首先是氧化--还原体系催化剂释放自由基,然后是偶氮类催化剂在热活化作用下释放自由基,见图3-20。
    聚丙烯酰胺均聚中分工艺流程
    (1)氧化--还原引发。
    S2O8^2- + 2e- →2SO24-
    HOCH2SO2Na→NaHSO2+HCHO
    2NaHSO2→Na2S2O3+H2O
    2S2O3^2- →S4O4^2- + 2e
    (2)偶氮分解方程。

    (3)因为Na2CO3系二元碱,NaOH用于调节pH值,使溶液呈碱性,从而使丙烯酰胺聚合并发生水解反应,其反应方程如下:
    CO23- + H2O→HCO3- + OH-
    HCO3- + H2O→H2CO3 + OH- → CO2 + OH- + H2O
    最强反应为:

    由反应方程式可知:反应将产生与发生水解的丙烯酰胺同样摩尔数的NH3及一半摩尔数的CO2。由于有气体放出,在释放出一部分气体之前胶体体积大约膨胀2.5倍。
  2. 抗盐工艺
    抗盐工艺是丙烯酰胺水溶液聚合后,再加入固体氢氧化钠进行水解的工艺。工艺是在聚合时加入具有抗盐作用的功能性单体,从而达到在聚丙烯酰胺大分子上引入功能基团的目的。这种功能基团能抑制钙、镁等阳离子对黏度的降低,从而降低黏度的损失,起到了抗盐作用。采用后水解工艺,使大分子链在产品中的比重加大,使产品质量大幅度提高,其相对分子质量可达2400*10^4以上,黏度分别可达60mPa·s(6倍大庆清水)和4OmPa·s(4倍大庆清水),见图3-21。
    聚丙烯酰胺均聚抗盐工艺流程
    (1)聚合反应机理。
    本工艺采用丙烯酰胺单体水溶液均聚聚合方法。丙烯酰胺单体在催化剂的作用下,发生自由基聚合。在这种特定过程中,聚合反应包括两步:首先是氧化--还原反应体系催化剂释放初级自由基,诱发聚合反应开始,其反应方程如下:

    随着聚合放热,反应逐渐升温,当反应液温度达到40-50℃时,其中的偶氮类催化剂在热活化作用下分解释放自由基继续引发反应。偶氮分解方程式如下:

    (2)水解反应基本原理。
    聚合胶粒与粒碱接触后,发生水解反应。水解反应方程式如下:

二、工艺流程说明

  1. 溶解工序
    (1)均聚工艺。
    用于均聚中后水解反应溶液的主要原料是丙烯酰胺(AM)、碳酸钠溶液(Na2CO3)和脱盐水(DMW),每一溶解罐物料的主要参数见表3-12。
    均聚工艺中物料主要参数表 表3-12
    物料 温度(℃) 重量(kg) 流速(m3/h) 计量方法
    单体溶液 15-25 配方值 20 电磁流量计
    碳酸钠溶液 30-40 配方值 20 电磁流量计
    脱盐水 15-25 配方值 10 电磁流量计
    pH值是影响聚合反应的一个关键参数,丙烯酰胺、碳酸钠水溶液均聚工艺中的反应溶液pH值控制在12.4左右,而溶解后的混合溶液pH值随碳酸钠浓度的变化,一般在10.9-11.8之间。
    温度是影响聚合反应的另一个关键参数,丙烯酰胺、碳酸钠水溶液均聚工艺中要求的聚合温度为19℃。
    (2)抗盐工艺。
    抗盐工艺反应溶液的主要原料是丙烯酰胺(AM)和脱盐水(DMW),每一溶解罐的物料主要参数见表3-13。
    抗盐工艺中物料主要参数表 表3-13
    物料 温度(℃) 重量(kg) 流速(m3/h) 计量方法
    单体溶液 15-25 配方值 20 电磁流量计
    脱盐水 15-25 配方值 10 涡衡流量计
    混合溶液的pH值在反应器内由科研人员进行调节。
    抗盐工艺要求混合溶液的温度为0℃(该温度可按生产需要进行调整),控制方式与均聚工艺相同。
  2. 反应工序
    (1)均聚工艺。
    装置采用槽式反应器,每条生产线配备两台反应器。
    首先由泵将适量的OLUB喷入反应器中,目的是为了防止胶体黏在反应器的聚丙烯衬里上,也有利于卸料时胶体从反应器中滑出。接下来,由泵配制好的溶解液注入反应器,从反应釜底部喷嘴喷入带压氮气,氮气既能将溶液与加入的催化剂搅拌均匀,又能通过置换作用排出其他溶解气体。吹氮开始后60min,从次磷酸钠储罐向反应器中加入次磷酸溶液(一种链转移剂)。吹氮67min时,氧化剂(NH4)2S2O8加入反应器,3min后加入NaFS。NaFS加入后5min停止吹氮,反应即逐渐开始,温度逐渐升高,在此过程中,由于水解反应速度加快会产生大量NH3和CO2,胶体体积会膨胀为原体积的约2.5倍,此时物料温度为90℃左右,但水解反应仍在进行,为了增加产品的水解度,胶体需在反应器内熟化3h。聚合反应过程是否正常,可以通过DCS温度记录曲线上各段的温度变化来判定。
    催化剂加入时间可由质检部门根据反应情况随时调整。
    (2)抗盐工艺。
    首先由泵将适量的OLUB喷入反应器中,目的是为了防止胶体黏在反应器的聚丙烯衬里上,也有利于卸料时胶体从反应器中滑出。其次,由泵把配制好的溶解液注入反应器,从反应釜底部喷嘴喷入带压N2,N2既能将溶液及加入的催化剂搅拌均匀,又能通过置换作用排出其他溶解气体。加双氮化合物时由辅化岗人员在吹氮后10min由手动直接加入。AZDN加入完毕后,测量溶液的pH值,调整溶液的pH值至5.8-6.2的规定范围内。吹氮60min后,将各种催化剂按配方量分别加入反应器内引发聚合反应。然后反应液逐渐升温、成胶,此过程胶体发生膨胀。大约2.5-5h,聚合反应完成,胶体需在反应器内熟化1h。聚合反应过程是否正常,可以通过DCS温度记录曲线上各段的温度变化来判定。整个反应需5-6h完成。
  3. 预研磨、造粒工序
    由升降器将反应盖打开,启动液压泵将反应器缓慢倾斜,使胶体倒入预研磨器中,预研磨器内有6个平行的切割螺杆,切割螺杆将胶体切碎并压入进料螺杆中,然后由进料螺杆将胶体送入造粒机中,调节计量螺杆的转速可控制胶体进入造粒机的速度。通过造粒机底部的筛子可以得到尺寸为1-6mm的胶粒,然后利用风机输送到干燥器中。
    在抗盐工艺中反应的胶体经过预研磨和造粒后进入水解机,水解后的胶体进入缓冲料箱经二次造粒机后进入干燥器。
  4. 水解工序(抗盐工艺)
    抗盐工艺的水解反应在水解机内进行。每条抗盐生产线有4台水解机,水解机夹套加热系统始终保持投用,夹套介质为脱盐水,温度保持在95-100℃之间。水解进料条件满足后,打开水解机排氨阀,进行进料操作,待水解机进料量达到规定位后,按配方比例加入一定量的粒碱(NaOH)后,关闭排氨阀,物料在水解机中进行水解反应,水解设定时间为155min(根据产品品种不同水解时间可调)。水解完成后,打开水解机下料阀,物料进入缓冲料箱中,经二次造粒机再次造粒后,由输料风机输送到干燥器内进行胶粒烘干脱水。
  5. 干燥工序
    本装置采用振动式流化床结构的干燥器,对产品进行两段干燥。在此过程中,聚丙烯酰胺由胶体变成粉剂,水含量由70%降至10%左右。
  6. 筛分及包装工序
    筛分过程是把干燥后的聚丙烯酰胺颗粒按粒径大小分离开来,粒度分布满足要求的聚丙烯酰胺颗粒包装成为最终产品。
  • 巩义市泰和(化工)水处理公司是一家专业从事水溶性聚合物-聚丙烯酰胺的厂家,年生产阴离子聚丙烯酰胺3000吨,主要应用于污水处理,阳离子聚丙烯酰胺500吨主要用于污泥脱水、城市污水处理,非离子聚丙烯酰胺1000吨主要为洗煤厂、矿采选厂提供精选服务,其它超高分子量聚丙烯酰胺500多吨。
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