Mae cynhyrchu polyacrylamid yn cynnwys dau brif gam:
Technoleg Cynhyrchu Monomer: Mae cynhyrchu monomer acrylamid yn defnyddio acrylonitrile fel y deunydd crai. O dan weithred catalydd, mae'r acrylonitrile yn cael ei hydradu i gynhyrchu cynnyrch acrylamid crai. Yn dilyn anweddiad fflach a phuro, ceir monomer acrylamid mireinio; mae'r monomer hwn yn gwasanaethu fel y prif ddeunydd crai ar gyfer cynhyrchu polyacrylamid.
Acrylonitrile + (Dŵr/Catalydd) → Hydradiad → Acrylamid crai → Anweddiad fflach → Puro → Acrylamid wedi'i fireinio.
Yn seiliedig ar esblygiad hanesyddol catalyddion, mae technoleg cynhyrchu monomerau wedi symud ymlaen trwy dair cenhedlaeth wahanol:
Roedd y genhedlaeth gyntaf yn defnyddio technoleg hydradu asid sylffwrig. Roedd anfanteision y dull hwn yn cynnwys cyfraddau trosi acrylonitrile isel, cynnyrch acrylamid isel, a chynhyrchu sgil-gynhyrchion niferus, a roddodd faich sylweddol ar y broses buro ddilynol. Ar ben hynny, oherwydd cyrydol cryf y catalydd asid sylffwrig, roedd costau offer yn uchel, a thrwy hynny gynyddu costau cynhyrchu cyffredinol. Roedd yr ail genhedlaeth yn defnyddio catalyddion copr ysgerbydol deuaidd neu deiranaidd. Anfantais y dechnoleg hon oedd cyflwyno ïonau copr-sy'n ymyrryd â'r broses bolymereiddio-i'r cynnyrch terfynol, gan gynyddu'r costau sy'n gysylltiedig â phuro a phrosesu post i lawr yr afon. Mae'r drydedd genhedlaeth yn defnyddio technoleg catalysis hydratase nitrile microbaidd. Mae'r dechnoleg hon yn gweithredu o dan amodau adwaith ysgafn-yn benodol ar dymheredd amgylchynol a gwasgedd atmosfferig-ac fe'i nodweddir gan ddetholusrwydd uchel, cynnyrch uchel, a gweithgaredd catalytig uchel. Gall y gyfradd trosi acrylonitrile gyrraedd 100%, gan sicrhau adwaith cyflawn heb gynhyrchu sgil-gynhyrchion neu amhureddau. Nid yw'r cynnyrch acrylamid canlyniadol yn cynnwys unrhyw ïonau copr; felly, nid oes angen gweithdrefnau cyfnewid ïon i gael gwared ar ïonau copr a gynhyrchir yn ystod y cynhyrchiad, sy'n symleiddio llif cyffredinol y broses yn sylweddol. At hynny, mae dadansoddiad cromatograffaeth nwy yn dangos nad yw'r cynnyrch acrylamid yn cynnwys bron dim acrylonitrile rhydd gweddilliol, gan ddangos gradd uchel o burdeb. Mae hyn yn ei gwneud yn arbennig o addas ar gyfer paratoi polyacrylamid pwysau moleciwlaidd uwch-uchel, yn ogystal â'r polyacrylamid diwenwyn sydd ei angen ar y diwydiant bwyd.
O ran y dechnoleg ar gyfer cynhyrchu monomer acrylamid trwy gatalysis microbaidd, Japan oedd y cyntaf i sefydlu cyfleuster masnachol yn benodol 6,000 tunnell fesul ffatri ym 1985. Yn dilyn hynny, meistrolodd Rwsia y dechnoleg hon hefyd; yn ystod y 1990au, yn olynol comisiynodd Japan a Rwsia gyfleusterau dosbarth ar raddfa fawr, deg mil o dunelli ar gyfer cynhyrchu acrylamid wedi'i gataleiddio gan ficrobau. Yn dilyn Japan a Rwsia, ein gwlad yw'r drydedd yn y byd i feddu ar y dechnoleg hon. Mae gweithgaredd y catalydd microbaidd yn sefyll ar 2,857 o Unedau Biocemegol Rhyngwladol, lefel sydd wedi cyrraedd safonau byd-eang. Datblygwyd a chwblhawyd technoleg ein gwlad ar gyfer cynhyrchu monomerau acrylamid wedi'i gataleiddio gan ficrobau gan Sefydliad Ymchwil Plaladdwyr Shanghai dros dri Chynllun Pum Mlynedd yn olynol: y "Seithfed," "Wythfed," a "Nawfed" Cynlluniau. Cafodd y catalydd microbaidd-nitrile hydratase-ei sgrinio am y tro cyntaf yn 1990; roedd yn deillio o hydratase nitrile a gafwyd trwy feithrin hadau, gan ddefnyddio 163 o fathau bacteriol wedi'u hynysu o bridd wrth droed Mynydd Tai a 145 o fathau wedi'u hynysu o bridd yn Wuxi. Dynodwyd y catalydd hwn gan y cod "Nocardia-163." Ers hynny mae'r dechnoleg hon wedi'i rhoi ar waith yn fasnachol yn Rugao (Jiangsu), Nanchang (Jiangxi), y Shengli Oilfield, a Wanquan (Hebei). Mae'r cynhyrchion canlyniadol o ansawdd uwch, gan fodloni'r metrigau ansawdd penodol sy'n ofynnol ar gyfer cynhyrchu polyacrylamid pwysau moleciwlaidd cymharol uwch-uchel. Mae'r cyflawniad hwn yn dynodi bod technoleg ein gwlad ar gyfer cynhyrchu acrylamid wedi'i gataleiddio â microbau wedi cyrraedd lefel ryngwladol uwch.
Technoleg Polymerization: Mae cynhyrchu polyacrylamid yn defnyddio hydoddiant dyfrllyd o fonomerau acrylamid fel y deunydd crai. O dan weithred cychwynnydd, mae adwaith polymerization yn digwydd. Ar ôl cwblhau'r adwaith, mae'r blociau gel polyacrylamid canlyniadol yn mynd trwy gyfres o gamau prosesu-torri, gronynnu, sychu a malurio-i gynhyrchu'r cynnyrch polyacrylamid terfynol. Y cam hanfodol yn y broses hon yw'r adwaith polymerization ei hun; yn ystod y camau prosesu dilynol, rhaid rhoi sylw arbennig i atal diraddio mecanyddol, diraddio thermol, a thrawsgysylltu i sicrhau bod y polyacrylamid yn cadw ei bwysau moleciwlaidd cymharol a hydoddedd dŵr.
Acrylamid + Dŵr (Cychwynnydd / Polymerization) → Blociau Gel Polyacrylamid → Granulation → Sychu → Malureiddio → Cynnyrch Polyacrylamid
Yn gyffredinol, mae technoleg cynhyrchu polyacrylamid ein gwlad wedi esblygu trwy dri cham gwahanol:
Roedd y cam cyntaf yn cynnwys mabwysiadu cynharaf "polymerization padell." Yn y dull hwn, arllwyswyd yr ateb adwaith polymerization cymysg yn drylwyr i hambyrddau dur di-staen. Yna cafodd yr hambyrddau hyn eu gwthio i mewn i -popty sychu a reolir gan dymheredd. Ar ôl polymerizing am sawl awr, tynnwyd yr hambyrddau o'r popty; torrwyd y gel polyacrylamid yn stribedi gan ddefnyddio torrwr gilotîn, ei fwydo i mewn i grinder cig ar gyfer gronynniad, ei sychu mewn popty, ac yn olaf ei falurio i gynhyrchu'r cynnyrch gorffenedig. Cynhaliwyd y broses gyfan hon yn arddull gweithdy llaw traddodiadol. Mae'r ail gam yn cynnwys defnyddio tylino: mae'r hydoddiant adwaith polymerization cyn-gymysg yn cael ei roi yn y tylino a'i gynhesu. Unwaith y bydd polymerization yn dechrau, mae'r tylinwr yn cael ei actifadu, gan ganiatáu i dylino a pholymereiddio fynd ymlaen ar yr un pryd. Erbyn i'r polymerization gael ei gwblhau, mae granwleiddio hefyd wedi'i orffen i raddau helaeth; yna caiff y deunydd a ollyngir ei sychu a'i malurio i gynhyrchu'r cynnyrch terfynol.
Daeth y trydydd cam i'r amlwg yn y 1980au hwyr gyda datblygiad y broses polymerization adweithydd conigol. Treialwyd y dechnoleg hon yn llwyddiannus gan Bumed Sefydliad Ymchwil y Weinyddiaeth Diwydiant Niwclear yng Nhalaith Cemegol Jiangdu yn Nhalaith Jiangsu. Mae'r broses hon yn cynnwys llafn granwleiddio cylchdroi sydd wedi'i leoli ar waelod yr adweithydd conigol; wrth i'r polymer gael ei allwthio, caiff ei ffurfio ar yr un pryd yn ronynnau. Yna caiff y deunydd ei sychu gan ddefnyddio sychwr drwm cylchdro a'i falurio i gynhyrchu'r cynnyrch terfynol.
Er mwyn atal blociau gel polyacrylamid rhag glynu wrth waliau mewnol yr adweithydd polymerization, mae rhai technegau'n defnyddio haenau wedi'u gwneud o gyfansoddion polymer wedi'u seilio ar fflworin neu silicon wedi'u gosod ar du mewn yr adweithydd. Fodd bynnag, mae'r haenau hyn yn dueddol o blicio yn ystod y broses gynhyrchu, a thrwy hynny halogi'r cynnyrch polyacrylamid.
Mae yna hefyd ddyluniadau sy'n defnyddio adweithyddion conigol cylchdro; unwaith y bydd yr adwaith polymerization wedi'i gwblhau, caiff yr adweithydd ei wrthdroi i ollwng y blociau gel polyacrylamid. Ymhellach, mae amrywiadau yn bodoli o ran dulliau granwleiddio (gan gynnwys granwleiddio mecanyddol, torri gronynniad, a gronynniad gwlyb-hy, gronynniad o fewn cyfrwng gwasgaru), dulliau sychu (megis trwy-sychu cylchdro llif neu sychu gwely hylifol dirgrynu), a thechnegau malurio. Er bod rhai o'r gwahaniaethau hyn yn deillio o amrywiadau mewn ansawdd offer, mae eraill yn adlewyrchu gwahaniaethau yn y dulliau gweithredu penodol a fabwysiadwyd, yn fras, mae'r duedd gyffredinol mewn technoleg polymerization yn symud tuag at ddefnyddio adweithyddion conigol sefydlog ynghyd â thechnoleg sychu gwely hylifol dirgrynol.
Yn ogystal â'r gweithrediadau uned a grybwyllwyd uchod, mae technoleg cynhyrchu polyacrylamid yn arddangos amrywiadau sylweddol o ran llunio prosesau. Yn benodol o ran y cam cychwyn, gwahaniaethir rhwng y broses "cyn{1}}hydrolysis co-alcali" a'r broses "post{3}}post alcali-hydrolysis". Mae gan bob dull ei fanteision a'i anfanteision ei hun: mae'r broses hydrolysis cyn-alcali yn symlach yn weithdrefnol, ond mae'n cyflwyno heriau sy'n ymwneud â throsglwyddo gwres yn ystod hydrolysis, yn benodol, tueddiad i groesgysylltu ddigwydd a cholled sylweddol mewn màs moleciwlaidd cymharol. I'r gwrthwyneb, tra bod y broses hydrolysis postyn alcali yn cynnwys dilyniant gweithdrefnol mwy cymhleth, mae'n sicrhau hydrolysis unffurf, yn lleihau'r risg o groesgysylltu, ac yn arwain at golled ddibwys ym màs moleciwlaidd cymharol y cynnyrch.
Yn fy ngwlad i, mae'r cychwynwyr a gyflogir ar gyfer polymerization polyacrylamid yn gyffredinol yn perthyn i dri chategori: cychwynwyr anorganig, cychwynwyr organig, a systemau organig anorganig cymysg. (1) Perocsidau
Mae perocsidau wedi'u dosbarthu'n fras yn berocsidau anorganig a pherocsidau organig. Mae perocsidau anorganig yn cynnwys peroxydisulfate potasiwm, peroxydisulfate amoniwm, perbromad sodiwm, a hydrogen perocsid. Mae perocsidau organig yn cynnwys perocsid benzoyl, perocsid lauroyl, a tert-butyl hydroperoxide. Mae'r asiantau lleihau sydd fel arfer yn cael eu paru â'r perocsidau hyn yn cynnwys sylffad fferrus, clorid fferrus, sodiwm metabisulfite, a sodiwm thiosylffad.
(2) Cyfansoddion Azo
Mae enghreifftiau yn cynnwys azobisisobutyronitrile (AIBN), azobis(dimethylvaleronitrile), sodiwm azobis (cyanovalerate), a'r gyfres o halwynau azoamidine a ddatblygwyd yn y 1980au megis azo-N-hydrocloridau amidinopropan a amnewidiwyd. Mae'r rhain yn cynrychioli dosbarth o gynhyrchion sydd wedi bod yn destun datblygiad cystadleuol dwys. Fel arfer cânt eu hychwanegu mewn crynodiadau sy'n amrywio o 0.005 i 1 rhan fesul 10,000; maent yn arddangos effeithlonrwydd catalytig uchel, yn hwyluso cynhyrchu polymerau â masau moleciwlaidd cymharol uchel, ac yn hydawdd mewn dŵr, gan eu gwneud yn gyfleus i'w defnyddio.
Polymerization Ataliad Gwrthdro: Polyacrylamid yw un o'r fflocwlantau polymerig organig mwyaf arwyddocaol yn ddiwydiannol. Yn ddiwydiannol, mae polyacrylamid yn cael ei gynhyrchu fel arfer gan ddefnyddio'r dull hydoddiant dyfrllyd neu'r dull polymerization ataliad gwrthdro. Mae'r adran ganlynol yn amlinellu'r broses ar gyfer cynhyrchu polyacrylamid trwy bolymeru hongiad gwrthdro.
Ar hyn o bryd, polymerization ataliad gwrthdro yw'r dull mwyaf aeddfed yn dechnolegol a ddefnyddir fwyaf ar gyfer gweithgynhyrchu microsfferau polyacrylamid (PAM). Mae'r broses yn cynnwys defnyddio cynnwrf egnïol i wasgaru monomer (neu gymysgedd o fonomerau) o fewn cyfrwng di-dor (toddydd organig fel arfer), gan ffurfio defnynnau mân. Yn dilyn hynny, mae polymerization yn cael ei gychwyn ymhlith y monomerau, cychwynwyr, toddydd organig, a sefydlogwyr gwasgariad. Ar ôl cwblhau'r adwaith polymerization, mae'r cynnyrch yn cael ei ddadhydradu'n azeotropig, ei wahanu a'i sychu i gynhyrchu cynnyrch gronynnol. Mae cynhyrchion a geir trwy bolymeru ataliad gwrthdro fel arfer yn meddu ar gynnwys solet o fwy na 90%, cyfradd trosi polymerization o fwy na 95%, a chynnwys monomer gweddilliol o lai na 0.5%; mae maint gronynnau cynnyrch yn amrywio o 10 i 500 micromedr, ac mae'r cynnyrch yn arddangos hydoddedd dŵr rhagorol.
Mae'r dull hwn yn addas iawn ar gyfer gweithredu ar raddfa ddiwydiannol oherwydd ei broses syml, rhwyddineb rheolaeth weithredol, tynnu gwres polymerization yn hawdd, a'r rhwyddineb y gellir gwahanu, golchi a sychu'r polymer; ar ben hynny, nodweddir y cynnyrch canlyniadol gan ei burdeb, unffurfiaeth, a sefydlogrwydd. Fodd bynnag, mae polymerization ataliad gwrthdro yn wynebu sawl her mewn cynhyrchu diwydiannol. Y mwyaf blaenllaw ymhlith y rhain yw ei sensitifrwydd uchel i gyflymder troi, sy'n aml yn arwain at gyfuniad gronynnau a ffurfio gel. At hynny, mae'r system yn tueddu i fod yn ansefydlog yn ystod distyllu azeotropig, a nodweddir y broses gan amseroedd dihysbyddu hirfaith. Yn ogystal, mae ffactorau megis dosbarthiad maint gronynnau cynnyrch eang, y defnydd helaeth o doddyddion organig, pryderon diogelwch o ran gweithrediadau cynhyrchu, a chostau polymerization rhy uchel gyda'i gilydd wedi arwain at anaml y defnyddir y dull polymerization ataliad gwrthdro yn ddomestig ar gyfer cynhyrchu polyacrylamid.
