Il-produzzjoni tal-polyacrylamide tikkonsisti f'żewġ passi ewlenin:
Teknoloġija tal-Produzzjoni tal-Monomeru: Il-produzzjoni tal-monomeru tal-akrilamide tutilizza l-akrilonitrile bħala l-materja prima. Taħt l-azzjoni ta 'katalizzatur, l-akrilonitrile jgħaddi minn idratazzjoni biex jagħti prodott ta' akrilammid mhux raffinat. Wara l-evaporazzjoni flash u l-purifikazzjoni, jinkiseb monomeru akrilammid raffinat; dan il-monomeru jservi bħala l-materja prima primarja għall-produzzjoni tal-polyacrylamide.
Acrylonitrile + (Ilma/Katalizzatur) → Idrazzjoni → Akrilamid mhux raffinat → Evaporazzjoni Flash → Purifikazzjoni → Acrylamide raffinat.
Ibbażat fuq l-evoluzzjoni storika tal-katalizzaturi, it-teknoloġija tal-produzzjoni tal-monomeri mxiet minn tliet ġenerazzjonijiet distinti:
L-ewwel ġenerazzjoni użat teknoloġija ta' idratazzjoni katalizzata ta' l-aċidu sulfuriku-. L-iżvantaġġi ta 'dan il-metodu kienu jinkludu rati baxxi ta' konverżjoni ta 'akrilonitrile, rendimenti baxxi ta' prodotti ta 'akrilamide, u l-ġenerazzjoni ta' bosta prodotti sekondarji, li poġġew piż sinifikanti fuq il-proċess ta 'purifikazzjoni sussegwenti. Barra minn hekk, minħabba l-korrużività qawwija tal-katalizzatur tal-aċidu sulfuriku, l-ispejjeż tat-tagħmir kienu għoljin, u b'hekk żdiedu l-ispejjeż ġenerali tal-produzzjoni. It-tieni ġenerazzjoni użat katalizzaturi tar-ram skeletriċi binarji jew ternarji. L-iżvantaġġ ta' din it-teknoloġija kien l-introduzzjoni ta' jonji tar-ram-li jinterferixxu mal-proċess ta' polimerizzazzjoni-fil-prodott finali, u b'hekk jiżdiedu l-ispejjeż assoċjati mal-purifikazzjoni downstream u l-proċess-post. It-tielet ġenerazzjoni timpjega teknoloġija tal-kataliżi mikrobjali nitrile hydratase. Din it-teknoloġija topera taħt kundizzjonijiet ta' reazzjoni ħfief-speċifikament f'temperatura ambjentali u pressjoni atmosferika-u hija kkaratterizzata minn selettività għolja, rendiment għoli, u attività katalitika għolja. Ir-rata ta 'konverżjoni tal-akrilonitrile tista' tilħaq il-100%, u tiżgura reazzjoni sħiħa mingħajr l-ebda ġenerazzjoni ta '-prodotti sekondarji jew impuritajiet. Il-prodott akrilammid li jirriżulta ma fih l-ebda joni tar-ram; għalhekk, m'hemmx bżonn ta 'proċeduri ta' skambju joniku biex jitneħħew jonji tar-ram iġġenerati matul il-produzzjoni, li jissimplifika b'mod sinifikanti l-fluss ġenerali tal-proċess. Barra minn hekk, l-analiżi tal-kromatografija tal-gass tindika li l-prodott tal-akrilamide prattikament ma fih l-ebda akrilonitrile ħieles residwu, li juri grad għoli ta 'purità. Dan jagħmilha partikolarment adattata għall-preparazzjoni ta' polyacrylamide ta' piż molekulari ultra-, kif ukoll tal-polyacrylamide mhux-tossiku meħtieġ mill-industrija tal-ikel.
Rigward it-teknoloġija għall-produzzjoni tal-monomeru tal-akrilamide permezz ta' katalisi mikrobjali, il-Ġappun kien l-ewwel li stabbilixxa faċilità kummerċjali-speċifikament impjant ta' 6,000-tunnellata{-fis--sena (t/a)-fl-1985. Sussegwentement, ir-Russja wkoll ħakmet din it-teknoloġija; matul id-disgħinijiet, kemm il-Ġappun kif ukoll ir-Russja kkummissjonaw suċċessivament -skala kbira, għaxar-elf-tunnellata-faċilitajiet ta' klassi għall-produzzjoni-katalizzata mill-mikrobi tal-akrilamide. Wara l-Ġappun u r-Russja, pajjiżna huwa t-tielet fid-dinja li jippossjedi din it-teknoloġija. L-attività tal-katalizzatur mikrobjali hija ta '2,857 Unità Bijokimika Internazzjonali, livell li laħaq standards globali. It-teknoloġija ta' pajjiżna għall-produzzjoni -katalizzata mill-mikrobi tal-monomeri tal-akrilammide ġiet żviluppata u kompletata mill-Istitut tar-Riċerka tal-Pestiċidi ta' Shanghai matul tliet Pjanijiet ta' Ħames-Snin konsekuttivi: is-"Seba'," "It-Tmien" u "id-Disa'". Il-katalizzatur mikrobjali-nitrile hydratase-kien skrinjat għall-ewwel darba fl-1990; kien derivat minn nitrile hydratase miksuba permezz tal-kultura taż-żerriegħa, bl-użu ta '163 razza batterika iżolata mill-ħamrija fil-qiegħ tal-Muntanja Tai u 145 razza iżolata mill-ħamrija f'Wuxi. Dan il-katalist kien indikat bil-kodiċi "Nocardia-163." Din it-teknoloġija minn dak iż-żmien tqiegħdet f'operazzjoni kummerċjali b'suċċess f'Rugao (Jiangsu), Nanchang (Jiangxi), ix-Shengli Oilfield, u Wanquan (Hebei). Il-prodotti li jirriżultaw huma ta 'kwalità superjuri, li jissodisfaw il-metriċi ta' kwalità speċifiċi meħtieġa għall-produzzjoni ta 'polyacrylamide ta' piż molekulari relattiv ultra-għoli. Din il-kisba tfisser li t-teknoloġija ta 'pajjiżna għall-produzzjoni ta' akrilamide katalizzata mill-mikrobi laħqet livell internazzjonali avvanzat.
Teknoloġija ta 'polimerizzazzjoni: Il-produzzjoni ta' polyacrylamide tutilizza soluzzjoni milwiema ta 'monomeri ta' akrilamid bħala l-materja prima. Taħt l-azzjoni ta 'inizjatur, isseħħ reazzjoni ta' polimerizzazzjoni. Mat-tlestija tar-reazzjoni, il-blokki tal-ġell tal-polyacrylamide li jirriżultaw jgħaddu minn serje ta 'passi ta' pproċessar-qtugħ, granulazzjoni, tnixxif, u polverizzazzjoni-biex jagħti l-prodott finali tal-polyacrylamide. Il-pass kritiku f'dan il-proċess huwa r-reazzjoni ta 'polimerizzazzjoni nnifisha; matul l-istadji sussegwenti tal-ipproċessar, għandha tingħata attenzjoni partikolari għall-prevenzjoni tad-degradazzjoni mekkanika, id-degradazzjoni termali, u cross-linking biex jiġi żgurat li l-polyacrylamide iżomm il-piż molekulari relattiv maħsub tiegħu u s-solubilità fl-ilma.
Acrylamide + Ilma (Inizjatur/Polimerizzazzjoni) → Blokki tal-Ġell tal-Polyacrylamide → Granulazzjoni → Tnixxif → Pulverizzazzjoni → Prodott tal-Poliakrilamid
It-teknoloġija tal-produzzjoni tal-polyacrylamide ta 'pajjiżna ġeneralment evolviet permezz ta' tliet stadji distinti:
L-ewwel stadju involva l-aktar adozzjoni bikrija ta ' "polimerizzazzjoni pan." F'dan il-metodu, is-soluzzjoni ta 'reazzjoni ta' polimerizzazzjoni mħallta sewwa tferra 'fi trejs ta' l-istainless steel. Dawn it-trejs imbagħad ġew imbuttati f'forn tat-tnixxif ikkontrollat b'temperatura-. Wara l-polimerizzazzjoni għal diversi sigħat, it-trejs tneħħew mill-forn; il-ġel tal-polyacrylamide kien maqtugħ fi strixxi bl-użu ta ' cutter giljottina, mitmugħa fi grinder tal-laħam għall-granulazzjoni, imnixxef f'forn, u finalment pulverizzat biex jipproduċi l-prodott lest. Dan il-proċess kollu sar fl-istil ta’ workshop manwali tradizzjonali. It-tieni stadju jinvolvi l-użu ta' kneader: is-soluzzjoni ta' reazzjoni ta' polimerizzazzjoni mħallta minn qabel titqiegħed fl-għaġna u msaħħna. Ladarba tibda l-polimerizzazzjoni, l-għaġna tiġi attivata, u tippermetti li l-għaġna u l-polimerizzazzjoni jipproċedu fl-istess ħin. Sakemm il-polimerizzazzjoni tkun kompluta, il-granulazzjoni hija wkoll fil-biċċa l-kbira lesta; il-materjal skarikat huwa mbagħad imnixxef u polverizzat biex jagħti l-prodott finali.
It-tielet stadju ħareġ fl-aħħar tas-snin 80 bl-iżvilupp tal-proċess ta 'polimerizzazzjoni tar-reattur koniku. Din it-teknoloġija ġiet ippilotata b'suċċess mill-Ħames Istitut tar-Riċerka tal-Ministeru tal-Industrija Nukleari fl-Impjant Kimiku ta 'Jiangdu fil-Provinċja ta' Jiangsu. Dan il-proċess fih xafra tal-granulazzjoni li ddur li tinsab fil-qiegħ tar-reattur koniku; hekk kif il-polimeru jiġi estruż, huwa simultanjament iffurmat fi granuli. Il-materjal huwa sussegwentement imnixxef bl-użu ta 'tanbur li jdur dryer u polverizzat biex jipproduċi l-prodott finali.
Biex jipprevjenu blokki tal-ġel tal-polyacrylamide milli jeħel mal-ħitan ta 'ġewwa tar-reattur ta' polimerizzazzjoni, xi tekniki jimpjegaw kisjiet magħmulin minn komposti polimeri bbażati fuq il-fluworin- jew is-silikon-applikati għall-intern tar-reattur. Madankollu, dawn il-kisjiet huma suxxettibbli li jitqaxxru matul il-proċess ta 'produzzjoni, u b'hekk jikkontaminaw il-prodott tal-poliacrilamide.
Hemm ukoll disinji li jutilizzaw reatturi konikali li jduru; ladarba r-reazzjoni tal-polimerizzazzjoni tkun kompluta, ir-reattur jinqaleb biex jarmi l-blokki tal-ġel tal-polyacrylamide. Barra minn hekk, jeżistu varjazzjonijiet fir-rigward ta' metodi ta' granulazzjoni (inkluż granulazzjoni mekkanika, granulazzjoni tat-tqattigħ, u granulazzjoni mxarrba-jiġifieri, granulazzjoni f'mezz ta' dispersjoni), metodi ta' tnixxif (bħal-tnixxif rotatorju permezz tal-fluss jew tnixxif tas-sodda fluwidizzata li jivvibra), u tekniki ta' polverizzazzjoni. Filwaqt li xi wħud minn dawn id-differenzi joħorġu minn varjazzjonijiet fil-kwalità tat-tagħmir, oħrajn jirriflettu differenzi fl-approċċi operattivi speċifiċi adottati, b'mod ġenerali, ix-xejra prevalenti fit-teknoloġija tal-polimerizzazzjoni qed tiċċaqlaq lejn l-użu ta 'reatturi koniċi fissi flimkien ma' teknoloġija tat-tnixxif tas-sodda fluwidizzata li jivvibra.
Minbarra l-operazzjonijiet tal-unità msemmija hawn fuq, it-teknoloġija tal-produzzjoni tal-polyacrylamide turi varjazzjonijiet sinifikanti fil-formulazzjoni tal-proċess. Speċifikament fir-rigward tal-pass tal-bidu, issir distinzjoni bejn il-proċess ta' "pre-alkali ko-hydrolysis" u l-proċess ta' "post-alkali post-hydrolysis". Kull metodu għandu l-vantaġġi u l-iżvantaġġi tiegħu stess: il-proċess ta' pre-ko-idroliżi tal-alkali huwa proċeduralment aktar sempliċi, iżda jippreżenta sfidi relatati mat-trasferiment tas-sħana waqt l-idroliżi-speċifikament, tendenza li jseħħu cross-linking u telf sinifikanti fil-massa molekulari relattiva. Bil-maqlub, filwaqt li l-proċess ta' wara-alkali ta' wara-idroliżi jinvolvi sekwenza proċedurali aktar kumplessa, jiżgura idroliżi uniformi, jimminimizza r-riskju ta' cross-linking, u jirriżulta f'telf negliġibbli tal-massa molekulari relattiva tal-prodott.
F'pajjiżna, l-inizjaturi impjegati għall-polimerizzazzjoni tal-polyacrylamide ġeneralment jaqgħu fi tliet kategoriji: inizjaturi inorganiċi, inizjaturi organiċi, u sistemi mħallta inorganiċi-organiċi. (1) Perossidi
Il-perossidi huma kklassifikati b'mod wiesa 'f'perossidi inorganiċi u perossidi organiċi. Perossidi inorganiċi jinkludu perossidisulfat tal-potassju, perossidisulfat tal-ammonju, perbromat tas-sodju u perossidu tal-idroġenu. Perossidi organiċi jinkludu perossidu tal-benżoil, perossidu tal-lauroil, u idroperossidu tat-tert-butil. L-aġenti li jnaqqsu tipikament flimkien ma 'dawn il-perossidi jinkludu sulfat tal-ħadid, klorur tal-ħadid, metabisulfite tas-sodju, u tiosulfat tas-sodju.
(2) Komposti Azo
Eżempji jinkludu azobisisobutyronitrile (AIBN), azobis(dimethylvaleronitrile), azobis(cyanovalerate) tas-sodju, u s-serje ta' melħ azoamidine żviluppati fis-snin tmenin-bħal azo-N-hydrochlorides amidinopropane sostitwiti. Dawn jirrappreżentaw klassi ta 'prodotti li kienu s-suġġett ta' żvilupp kompetittiv intens. Huma tipikament miżjuda f'konċentrazzjonijiet li jvarjaw minn 0.005 sa 1 parti għal kull 10,000; juru effiċjenza katalitika għolja, jiffaċilitaw il-produzzjoni ta 'polimeri b'mases molekulari relattivi għoljin, u huma solubbli fl-ilma-, u jagħmluhom konvenjenti biex jintużaw.
Polimerizzazzjoni tas-Sospensjoni inversa: Polyacrylamide huwa wieħed mill-flokulanti polimeriċi organiċi l-aktar sinifikanti industrijalment. Industrijalment, polyacrylamide huwa tipikament prodott bl-użu jew il-metodu ta 'soluzzjoni akwea jew il-metodu ta' polimerizzazzjoni tas-sospensjoni inversa. It-taqsima li ġejja tiddeskrivi l-proċess għall-produzzjoni tal-polyacrylamide permezz ta 'polimerizzazzjoni tas-sospensjoni inversa.
Il-polimerizzazzjoni tas-sospensjoni inversa bħalissa hija l-aktar metodu użat u teknoloġikament matur għall-manifattura ta 'mikrosferi tal-polyacrylamide (PAM). Il-proċess jinvolvi l-użu ta 'aġitazzjoni qawwija biex tferrex monomeru (jew taħlita ta' monomeri) f'mezz kontinwu (tipikament solvent organiku), li jiffurmaw qtar fini. Sussegwentement, il-polimerizzazzjoni tinbeda fost il-monomeri, inizjaturi, solvent organiku, u stabilizzaturi tad-dispersjoni. Mat-tlestija tar-reazzjoni ta 'polimerizzazzjoni, il-prodott jgħaddi minn deidrazzjoni ażeotropika, separazzjoni u tnixxif biex jagħti prodott partikuli. Prodotti miksuba permezz ta ' polimerizzazzjoni ta ' sospensjoni inversa tipikament jippossjedu kontenut solidu li jaqbeż id-90%, rata ta 'konverżjoni ta' polimerizzazzjoni akbar minn 95%, u kontenut ta 'monomeru residwu ta' inqas minn 0.5%; id-daqs tal-partiċelli tal-prodott ivarja minn 10 sa 500 mikrometru, u l-prodott juri solubilità eċċellenti fl-ilma.
Dan il-metodu huwa suxxettibbli ħafna għall-implimentazzjoni fuq skala-industrijali minħabba l-proċess sempliċi tiegħu, il-faċilità ta 'kontroll operattiv, it-tneħħija faċli tas-sħana tal-polimerizzazzjoni, u l-faċilità li biha l-polimeru jista' jiġi sseparat, maħsul u mnixxef; barra minn hekk, il-prodott li jirriżulta huwa kkaratterizzat mill-purità, l-uniformità u l-istabbiltà tiegħu. Madankollu, il-polimerizzazzjoni tas-sospensjoni inversa tiffaċċja diversi sfidi fil-produzzjoni industrijali. Fuq kollox fost dawn hija s-sensittività għolja tagħha għall-veloċità tat-taħwid, li ta 'spiss twassal għall-koalescence tal-partikuli u l-formazzjoni tal-ġel. Barra minn hekk, is-sistema għandha tendenza li tkun instabbli waqt id-distillazzjoni azeotropika, u l-proċess huwa kkaratterizzat minn ħinijiet fit-tul tat-tneħħija tal-ilma. Barra minn hekk, fatturi bħal distribuzzjoni wiesgħa tad-daqs tal-partiċelli tal-prodott, l-użu estensiv ta 'solventi organiċi, tħassib dwar is-sigurtà fir-rigward ta' operazzjonijiet ta 'produzzjoni, u spejjeż ta' polimerizzazzjoni eċċessivament għoljin irriżultaw kollettivament fil-metodu ta 'polimerizzazzjoni tas-sospensjoni inversa li rarament jiġi utilizzat domestikament għall-produzzjoni ta' polyacrylamide.
