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抗盐聚丙烯酰胺不溶物指标优化控制

发布时间:2019-11-30 09:46:48     作者:波涛净水

本文通过对抗盐聚丙烯酰胺产品容易出现不溶物超标问题进行了分析,总结了影响不溶物指标的因素及关键生产环节,并提出了具体的控制措施,从面有效地提高抗盐聚丙烯酰胺的产品质量。

一、抗盐聚丙烯酰胺工艺流程简介

抗盐聚丙烯酰胺生产工艺选用均聚后水解工艺,生产超高分子量阴离子型聚丙烯酰胺,生产工序包括溶解、聚合反应、预研磨造粒、水解、干燥、研磨筛分、包装等七个主要工序,该工艺是在聚丙烯酰胺大分子上引入一种功能基团,这种功能基团能抑制钙、镁等阳离子对粘度的降低,从而降低了粘度损失,起到抗盐作用。

二、抗盐聚丙烯酰胺不溶物的成因分析

抗盐聚丙烯酰胺的不溶物是指在常温下、规定时间内不能溶于水的固态物质。不溶物是聚丙烯酰胺产品质量指标中的重要一项,其控制指标为不超过0.2%。

在聚丙烯酰胺生产过程中,影响不溶物指标的因素非常多,几乎每道工序都会对其造成一定的影响,而这些影响有时并不是单独存在的,而是相互作用的,因此分析不溶物的成因,找出解决办法是搞好聚丙烯酰胺生产的一个重要工作。

(一)不溶物的成因

在一定的聚合或干燥条件下大分子之间或分子内部的酰胺基之间会形成亚胺化交联,这种亚胺化交联会使聚合物的水溶性降低。分子内的交联仅会部分不溶,分子间的亚胺化交联则会使交联的分子完全不溶,如果这种亚胺化程度很高的话就造成产品不溶物指标超标。

(二)成因分析

导致交联的主要原因可以归纳为:

1、原料的质量指标不合格,溶液pH值不合适。

2、聚合反应的起始温度、各种催化剂的量、氮气的含氧量及吹氮流量不合适等。

3、水解反应温度、时间及粒碱的加入量不合适。

4、干燥器控制参数不合适或控制不平稳。

三、抗盐聚丙烯酰胺不溶物超标原因分析及采取的控制措施

(一)溶解部分的分析及采取的措施

1、溶解工序是挖制产品质量的首道关口,为确保反应胶体的质量,需要保证原料质量指标合格。如果丙烯酰胺溶液中的铜、铁离子超标或脱盐水中铁离子超标,那么一定量的铜、铁离子会与氧化还原剂等反应消耗部分催化剂,导致反应升温异常,而过量的铁离子又有阻聚功能,试验证明,如果浓度超过100PPb将会影响聚合反应。因此,需要保证丙烯酰胺溶液中铜、铁离子含量不超过0.1ppm,脱盐水中铁离子含量不超过1PPb,才能保证反应质量。

2、在聚合反应中,介质的pH值会影响反应和聚合物的结构性质,过低pH值下聚合易发生分子内和分子间的酰亚胺化反应,形成支链或交联型产物;在过高pH值下,单体分子或聚合物分子中的酰胺基会发生水解反应,使均聚改变成含有羧基的共聚物,这样都会影响不溶物指标。本工艺要求pH值控制在5.8-6.2之间,每次吹氮前需要采样测量溶液的pH值,对不符合要求的进行调整。

(二)反应部分的分析及采取的措施

1、反应温度的影响

在自由基聚合反应中,聚合温度对聚合速率、聚合度和高聚物的结构有显著影响。在一定温度范围内,随着聚合温度的升高,聚合速率将增加,有助于分子量的增加,但超出这一范围后,相对分子量会明显下降,原因是聚合过程是个放热过程,温度过高,若不及时散热会导致解聚反应发生。而且在高温条件下,会加快交联反应速度,导致交联产物增加,所以任何反应均有一个较佳温度,本工艺要求控制在0-2℃。

2、催化剂的影响

按自由基聚合规律,催化剂浓度增加,在同样温度下,体系中的自由基浓度增加,引发速率加快,提高催化剂用量有利于提高聚合物的粘度,即提高分子量,但是当用量增加到一定量时,继续增加就会发生交联反应,使产物中不溶物增多,因此,需要严格按照工艺要求加入各种催化剂。

3、氮气对聚合反应的影响

聚合反应中吹氮的目的主要有两个,一是将溶液和各种催化剂搅拌均匀,二是通过置换作用除去溶液中对反应有阻聚作用的氧气,使其含量降到0.3ppm以下。

若氮气中氧含量过高,吹氮过程将达不到预期的除氧效果,如果溶液中氧含量高于0.3ppm,就会导致聚合反应引发速度慢,消耗反应过程中所需的活性自由基,使反应速度变慢,分子量下降。这样得到的胶体一般不易造粒,且粒度不均匀,使水解反应不完全,产品的水溶性下降,从而导致不溶物超标。

同样,若吹氮时流量过低,也会出现除氧不彻底,溶液与催化剂搅拌不均的现象,这样聚合反应不完全或成胶过程不均匀,在水解时易发生副反应,引起交联,使不溶物超标。所以要保证氮气流量在60-80Nm3/h才可以吹氮反应,并保证两个喷嘴都是通畅的。

(三)水解部分的分析及采取的措施

1、加碱量的影响

聚丙烯酰胺的水解反应是在聚合后的聚丙烯酰胺胶体中加入粒碱(100%的NaOH),生成部分水解的聚丙烯酰胺。因此粒碱的加入量将直接影响产品的水解度,同时也不同程度的影响产品的不溶物指标。加碱量低,会使水解反应不完全,聚合物的水溶性下降,导致不溶物超标;若加碱量过多,因水解反应放出的热量较大,容易发生交联,也会使不溶物超标。因此,需要按照工艺要求的加碱量准确加碱,并且要从水解机的两个加碱斗分别加入,以保证水解反应均匀。

2、水解温度的影响

水解温度是确保水解反应速度及反应进行程度的关键因素,水解机夹套内的热水为水解反应提供热量保证。水解温度低会降低水解反应速度,造成水解反应不完全;水解温度高则会导致聚合物的亚胺化反应,产生交联,使不溶物超标。水解的较适宜温度为85-90℃。

3、水解时间的影响

为使水解反应进行完全充分,需要保证水解反应时间,水解时间短,水解反应进行得不完全,使聚合物的水溶性下降,产品的不溶物超标。当水解时间较长时,易使水解温度升高,过高的水解温度会导致聚合物的亚胺化反应,产生交联,使不溶物超标。

(四)干燥部分的分析及采取的措施

本装置采用振动式流化床干燥器,水解后的物料进入干燥器,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75%降到10%左右。干燥器控制对不溶物的产生的影响非常大,主要体现在温度、风压等参数的控制和进料的连续性方面,若干燥温度偏低,会使所得产品的含水量高,导致固含量偏低,若干燥温度过高,会使聚丙烯酰胺发生亚胺化交联,部分亚胺化的聚合物溶性降低,从而影响产品不溶物指标。因此,干燥器一二段的物料温度应在保证固含量的前提下,尽量低些,并且要控制平稳。

(五)其他环节

实际生产过程中,以下情况不溶性杂质进入成品也会使不溶物超标:

1、由聚合釜、预研磨、造粒机、水解机、缓冲料箱等处进入的杂质;

2、水解机或双层筛密封条破损被研磨后进入成品;

3、由于筛网的破损,筛球被研磨后进入成品;

4、带衬里的输料管线会因衬里老化脱落,被研磨后进入成品;

通过经常检查馏出口物料的外观和对上述各处的巡检,可减少或避免上述原因造成的不溶物超标。

四、总结

综上所述,本文对抗盐聚丙烯酰胺生产中易出现不溶物超标的问题进行了细致的分析和研究,找出不溶物的成因,并针对这些成因提出了一定的控制措施,对聚丙烯酰胺的生产有着很大的指导意义。日常生产过程中只要严格控制这些重要的环节,尤其是聚合反应及干燥参数的控制,就能有效地防止抗盐聚丙烯酰胺的不溶物超标,提高产品质量,创造更大的经济效益。

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