一，工藝原理
聚丙烯酰胺生產裝置采用丙烯酰胺水溶液聚合法生產聚丙烯酰胺，共有兩種生產工藝：
均聚工藝和抗鹽工藝。
均聚工藝
丙烯酰胺單體在自由基催化劑的作用下，發(fā)生聚合反應。在這種特定過程中，聚合反應包括兩步：首先是氧化--還原體系催化劑釋放自由基，然后是偶氮類催化劑在熱活化作用下釋放自由基，兩性離子聚丙烯酰胺見圖3-20。
(1)氧化--還原引發(fā)。
S2O8^2- + 2e- →2SO24-
HOCH2SO2Na→NaHSO2+HCHO
2NaHSO2→Na2S2O3+H2O
2S2O3^2- →S4O4^2- + 2e
(2)偶氮分解方程。
(3)因為Na2CO3系二元堿，兩性離子聚丙烯酰胺生產技術NaOH用于調節(jié)pH值，使溶液呈堿性，從而使丙烯酰胺聚合并發(fā)生水解反應，其反應方程如下：
CO23- + H2O→HCO3- + OH-
HCO3- + H2O→H2CO3 + OH- → CO2 + OH- + H2O
最強反應為：
由反應方程式可知：反應將產生與發(fā)生水解的丙烯酰胺同樣摩爾數(shù)的NH3及一半摩爾數(shù)的CO2。由于有氣體放出，在釋放出一部分氣體之前膠體體積大約膨脹2.5倍。抗鹽工藝
抗鹽工藝是丙烯酰胺水溶液聚合后，再加入固體氫氧化鈉進行水解的工藝。工藝是在聚合時加入具有抗鹽作用的功能性單體，從而達到在聚丙烯酰胺大分子上引入功能基團的目的。這種功能基團能抑制鈣，鎂等陽離子對黏度的降低，從而降低黏度的損失，兩性離子聚丙烯酰胺起到了抗鹽作用。采用后水解工藝，使大分子鏈在產品中的比重加大，使產品質量大幅度提高，其相對分子質量可達2400*10^4以上，黏度分別可達60mPa·s(6倍大慶清水)和4OmPa·s(4倍大慶清水)，見圖3-21。
(1)聚合反應機理。
本工藝采用丙烯酰胺單體水溶液均聚聚合方法。丙烯酰胺單體在催化劑的作用下，發(fā)生自由基聚合。在這種特定過程中，聚合反應包括兩步：首先是氧化--還原反應體系催化劑釋放初級自由基，誘發(fā)聚合反應開始，其反應方程如下：
隨著聚合放熱，兩性離子聚丙烯酰胺反應逐漸升溫，當反應液溫度達到40-50℃時，兩性離子聚丙烯酰胺生產技術其中的偶氮類催化劑在熱活化作用下分解釋放自由基繼續(xù)引發(fā)反應。偶氮分解方程式如下：
(2)水解反應基本原理。
聚合膠粒與粒堿接觸后，發(fā)生水解反應。水解反應方程式如下：
二，工藝流程說明
溶解工序
(1)均聚工藝。
用于均聚中后水解反應溶液的主要原料是丙烯酰胺(AM)，碳酸鈉溶液(Na2CO3)和脫鹽水(DMW)，每一溶解罐物料的主要參數(shù)見表3-12。均聚工藝中物料主要參數(shù)表 表3-12 物料 溫度(℃) 重量(kg) 流速(m3/h) 計量方法 單體溶液 15-25 配方值 20 電磁流量計 碳酸鈉溶液 30-40 配方值 20 電磁流量計 脫鹽水 15-25 配方值 10 電磁流量計 pH值是影響聚合反應的一個關鍵參數(shù)，丙烯酰胺，碳酸鈉水溶液均聚工藝中的反應溶液pH值控制在12.4左右，而溶解后的混合溶液pH值隨碳酸鈉濃度的變化，聚丙烯酰胺,pam,陰離子聚丙烯酰胺,非離子聚丙烯酰胺,陽離子聚丙烯酰胺--鞏義市泰和水處理材料有限公司一般在10.9-11.8之間。
溫度是影響聚合反應的另一個關鍵參數(shù)，丙烯酰胺，碳酸鈉水溶液均聚工藝中要求的聚合溫度為19℃。
(2)抗鹽工藝。
抗鹽工藝反應溶液的主要原料是丙烯酰胺(AM)和脫鹽水(DMW)，每一溶解罐的物料主要參數(shù)見表3-13。抗鹽工藝中物料主要參數(shù)表 表3-13 物料 溫度(℃) 重量(kg) 流速(m3/h) 計量方法 單體溶液 15-25 配方值 20 電磁流量計 脫鹽水 15-25 配方值 10 渦衡流量計 混合溶液的pH值在反應器內由科研人員進行調節(jié)。
抗鹽工藝要求混合溶液的溫度為0℃(該溫度可按生產需要進行調整)，控制方式與均聚工藝相同。反應工序
(1)均聚工藝。
裝置采用槽式反應器，每條生產線配備兩臺反應器。
首先由泵將適量的OLUB噴入反應器中，目的是為了防止膠體黏在反應器的聚丙烯襯里上，也有利于卸料時膠體從反應器中滑出。接下來，由泵配制好的溶解液注入反應器，從反應釜底部噴嘴噴入帶壓氮氣，氮氣既能將溶液與加入的催化劑攪拌均勻，又能通過置換作用排出其他溶解氣體。吹氮開始后60min，從次磷酸鈉儲罐向反應器中加入次磷酸溶液(一種鏈轉移劑)。吹氮67min時，氧化劑(NH4)2S2O8加入反應器，3min后加入NaFS。NaFS加入后5min停止吹氮，反應即逐漸開始，溫度逐漸升高，在此過程中，由于水解反應速度加快會產生大量NH3和CO2，膠體體積會膨脹為原體積的約2.5倍，此時物料溫度為90℃左右，但水解反應仍在進行，為了增加產品的水解度，膠體需在反應器內熟化3h。聚合反應過程是否正常，可以通過DCS溫度記錄曲線上各段的溫度變化來判定。
催化劑加入時間可由質檢部門根據(jù)反應情況隨時調整。
(2)抗鹽工藝。
首先由泵將適量的OLUB噴入反應器中，目的是為了防止膠體黏在反應器的聚丙烯襯里上，也有利于卸料時膠體從反應器中滑出。其次，由泵把配制好的溶解液注入反應器，從反應釜底部噴嘴噴入帶壓N2，N2既能將溶液及加入的催化劑攪拌均勻，又能通過置換作用排出其他溶解氣體。加雙氮化合物時由輔化崗人員在吹氮后10min由手動直接加入。AZDN加入完畢后，測量溶液的pH值，調整溶液的pH值至5.8-6.2的規(guī)定范圍內。吹氮60min后，將各種催化劑按配方量分別加入反應器內引發(fā)聚合反應。然后反應液逐漸升溫，成膠，此過程膠體發(fā)生膨脹。大約2.5-5h，聚合反應完成，膠體需在反應器內熟化1h。聚合反應過程是否正常，可以通過DCS溫度記錄曲線上各段的溫度變化來判定。整個反應需5-6h完成。預研磨，造粒工序
由升降器將反應蓋打開，啟動液壓泵將反應器緩慢傾斜，使膠體倒入預研磨器中，預研磨器內有6個平行的切割螺桿，切割螺桿將膠體切碎并壓入進料螺桿中，然后由進料螺桿將膠體送入造粒機中，調節(jié)計量螺桿的轉速可控制膠體進入造粒機的速度。通過造粒機底部的篩子可以得到尺寸為1-6mm的膠粒，然后利用風機輸送到干燥器中。
在抗鹽工藝中反應的膠體經(jīng)過預研磨和造粒后進入水解機，水解后的膠體進入緩沖料箱經(jīng)二次造粒機后進入干燥器。水解工序(抗鹽工藝)
抗鹽工藝的水解反應在水解機內進行。每條抗鹽生產線有4臺水解機，水解機夾套加熱系統(tǒng)始終保持投用，夾套介質為脫鹽水，溫度保持在95-100℃之間。水解進料條件滿足后，打開水解機排氨閥，進行進料操作，待水解機進料量達到規(guī)定位后，按配方比例加入一定量的粒堿(NaOH)后，關閉排氨閥，物料在水解機中進行水解反應，水解設定時間為155min(根據(jù)產品品種不同水解時間可調)。水解完成后，打開水解機下料閥，物料進入緩沖料箱中，經(jīng)二次造粒機再次造粒后，由輸料風機輸送到干燥器內進行膠粒烘干脫水。干燥工序
本裝置采用振動式流化床結構的干燥器，對產品進行兩段干燥。在此過程中，聚丙烯酰胺由膠體變成粉劑，水含量由70%降至10%左右。篩分及包裝工序
篩分過程是把干燥后的聚丙烯酰胺顆粒按粒徑大小分離開來，粒度分布滿足要求的聚丙烯酰胺顆粒包裝成為最終產品。
