一，工藝原理
聚丙烯酰胺生產(chǎn)裝置采用丙烯酰胺水溶液聚合法生產(chǎn)聚丙烯酰胺，共有兩種生產(chǎn)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(yīng)。在這種特定過程中，聚合反應(yīng)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?yàn)镹a2CO3系二元堿，兩性離子聚丙烯酰胺生產(chǎn)技術(shù)NaOH用于調(diào)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(yīng)，其反應(yīng)方程如下：
CO23- + H2O→HCO3- + OH-
HCO3- + H2O→H2CO3 + OH- → CO2 + OH- + H2O
最強(qiáng)反應(yīng)為：
由反應(yīng)方程式可知：反應(yīng)將產(chǎn)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(jìn)行水解的工藝。工藝是在聚合時(shí)加入具有抗鹽作用的功能性單體，從而達(dá)到在聚丙烯酰胺大分子上引入功能基團(tuán)的目的。這種功能基團(tuán)能抑制鈣，鎂等陽(yáng)離子對(duì)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(chǎn)品中的比重加大，使產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，其相對(duì)分子質(zhì)量可達(dá)2400*10^4以上，黏度分別可達(dá)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(yīng)機(jī)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(yīng)包括兩步：首先是氧化--還原反應(yīng)體系催化劑釋放初級(jí)自由基，誘發(fā)聚合反應(yīng)開始，其反應(yīng)方程如下：
隨著聚合放熱，兩性離子聚丙烯酰胺反應(yīng)逐漸升溫，當(dāng)反應(yīng)液溫度達(dá)到40-50℃時(shí)，兩性離子聚丙烯酰胺生產(chǎn)技術(shù)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(yīng)。偶氮分解方程式如下：
(2)水解反應(yīng)基本原理。
聚合膠粒與粒堿接觸后，發(fā)生水解反應(yīng)。水解反應(yīng)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(yīng)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(jì)量方法 單體溶液 15-25 配方值 20 電磁流量計(jì) 碳酸鈉溶液 30-40 配方值 20 電磁流量計(jì) 脫鹽水 15-25 配方值 10 電磁流量計(jì) pH值是影響聚合反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，丙烯酰胺，碳酸鈉水溶液均聚工藝中的反應(yīng)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(yáng)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(yīng)的另一個(gè)關(guān)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(yīng)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(jì)量方法 單體溶液 15-25 配方值 20 電磁流量計(jì) 脫鹽水 15-25 配方值 10 渦衡流量計(jì) 混合溶液的pH值在反應(yīng)器內(nèi)由科研人員進(jìn)行調(diào)節(jié)。
抗鹽工藝要求混合溶液的溫度為0℃(該溫度可按生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整)，控制方式與均聚工藝相同。反應(yīng)工序
(1)均聚工藝。
裝置采用槽式反應(yīng)器，每條生產(chǎn)線配備兩臺(tái)反應(yīng)器。
首先由泵將適量的OLUB噴入反應(yīng)器中，目的是為了防止膠體黏在反應(yīng)器的聚丙烯襯里上，也有利于卸料時(shí)膠體從反應(yīng)器中滑出。接下來，由泵配制好的溶解液注入反應(yīng)器，從反應(yīng)釜底部噴嘴噴入帶壓氮?dú)?，氮?dú)饧饶軐⑷芤号c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(chǔ)罐向反應(yīng)器中加入次磷酸溶液(一種鏈轉(zhuǎn)移劑)。吹氮67min時(shí)，氧化劑(NH4)2S2O8加入反應(yīng)器，3min后加入NaFS。NaFS加入后5min停止吹氮，反應(yīng)即逐漸開始，溫度逐漸升高，在此過程中，由于水解反應(yīng)速度加快會(huì)產(chǎn)生大量NH3和CO2，膠體體積會(huì)膨脹為原體積的約2.5倍，此時(shí)物料溫度為90℃左右，但水解反應(yīng)仍在進(jìn)行，為了增加產(chǎn)品的水解度，膠體需在反應(yīng)器內(nèi)熟化3h。聚合反應(yīng)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(shí)間可由質(zhì)檢部門根據(jù)反應(yīng)情況隨時(shí)調(diào)整。
(2)抗鹽工藝。
首先由泵將適量的OLUB噴入反應(yīng)器中，目的是為了防止膠體黏在反應(yīng)器的聚丙烯襯里上，也有利于卸料時(shí)膠體從反應(yīng)器中滑出。其次，由泵把配制好的溶解液注入反應(yīng)器，從反應(yīng)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(shí)由輔化崗人員在吹氮后10min由手動(dòng)直接加入。AZDN加入完畢后，測(cè)量溶液的pH值，調(diào)整溶液的pH值至5.8-6.2的規(guī)定范圍內(nèi)。吹氮60min后，將各種催化劑按配方量分別加入反應(yīng)器內(nèi)引發(fā)聚合反應(yīng)。然后反應(yīng)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(yīng)完成，膠體需在反應(yīng)器內(nèi)熟化1h。聚合反應(yīng)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(gè)反應(yīng)需5-6h完成。預(yù)研磨，造粒工序
由升降器將反應(yīng)蓋打開，啟動(dòng)液壓泵將反應(yīng)器緩慢傾斜，使膠體倒入預(yù)研磨器中，預(yù)研磨器內(nèi)有6個(gè)平行的切割螺桿，切割螺桿將膠體切碎并壓入進(jìn)料螺桿中，然后由進(jìn)料螺桿將膠體送入造粒機(jī)中，調(diào)節(jié)計(jì)量螺桿的轉(zhuǎn)速可控制膠體進(jìn)入造粒機(jī)的速度。通過造粒機(jī)底部的篩子可以得到尺寸為1-6mm的膠粒，然后利用風(fēng)機(jī)輸送到干燥器中。
在抗鹽工藝中反應(yīng)的膠體經(jīng)過預(yù)研磨和造粒后進(jìn)入水解機(jī)，水解后的膠體進(jìn)入緩沖料箱經(jīng)二次造粒機(jī)后進(jìn)入干燥器。水解工序(抗鹽工藝)
抗鹽工藝的水解反應(yīng)在水解機(jī)內(nèi)進(jìn)行。每條抗鹽生產(chǎn)線有4臺(tái)水解機(jī)，水解機(jī)夾套加熱系統(tǒng)始終保持投用，夾套介質(zhì)為脫鹽水，溫度保持在95-100℃之間。水解進(jìn)料條件滿足后，打開水解機(jī)排氨閥，進(jìn)行進(jìn)料操作，待水解機(jī)進(jìn)料量達(dá)到規(guī)定位后，按配方比例加入一定量的粒堿(NaOH)后，關(guān)閉排氨閥，物料在水解機(jī)中進(jìn)行水解反應(yīng)，水解設(shè)定時(shí)間為155min(根據(jù)產(chǎn)品品種不同水解時(shí)間可調(diào))。水解完成后，打開水解機(jī)下料閥，物料進(jìn)入緩沖料箱中，經(jīng)二次造粒機(jī)再次造粒后，由輸料風(fēng)機(jī)輸送到干燥器內(nèi)進(jìn)行膠粒烘干脫水。干燥工序
本裝置采用振動(dòng)式流化床結(jié)構(gòu)的干燥器，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)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(chǎn)品。
