Pengeluaran polyacrylamide terdiri daripada dua langkah utama:
Teknologi Pengeluaran Monomer: Pengeluaran monomer akrilamida menggunakan akrilonitril sebagai bahan mentah. Di bawah tindakan pemangkin, akrilonitril mengalami penghidratan untuk menghasilkan produk akrilamida mentah. Berikutan penyejatan dan penulenan kilat, monomer akrilamida yang ditapis diperolehi; monomer ini berfungsi sebagai bahan mentah utama untuk penghasilan poliakrilamida.
Akrilonitril + (Air/Pemangkin) → Penghidratan → Akrilamida Mentah → Penyejatan Kilat → Pembersihan → Akrilamida Ditapis.
Berdasarkan evolusi sejarah pemangkin, teknologi pengeluaran monomer telah berkembang melalui tiga generasi berbeza:
Generasi pertama menggunakan teknologi penghidratan bermangkin asid sulfurik-. Kelemahan kaedah ini termasuk kadar penukaran akrilonitril yang rendah, hasil produk akrilamida yang rendah dan penjanaan banyak-produk, yang meletakkan beban besar pada proses penulenan berikutnya. Tambahan pula, disebabkan oleh kekakisan kuat pemangkin asid sulfurik, kos peralatan adalah tinggi, sekali gus meningkatkan kos pengeluaran keseluruhan. Generasi kedua menggunakan pemangkin tembaga rangka binari atau ternary. Kelemahan teknologi ini ialah pengenalan ion kuprum-yang mengganggu proses pempolimeran-ke dalam produk akhir, dengan itu meningkatkan kos yang berkaitan dengan penulenan hiliran dan pemprosesan-pasca. Generasi ketiga menggunakan teknologi pemangkinan nitril hidratase mikrob. Teknologi ini beroperasi dalam keadaan tindak balas ringan-khususnya pada suhu ambien dan tekanan atmosfera-dan dicirikan oleh selektiviti tinggi, hasil tinggi dan aktiviti pemangkin yang tinggi. Kadar penukaran akrilonitril boleh mencapai 100%, memastikan tindak balas lengkap tanpa penjanaan{15}}produk sampingan atau kekotoran. Produk akrilamida yang terhasil tidak mengandungi ion kuprum; oleh itu, tidak ada keperluan untuk prosedur pertukaran ion untuk membuang ion kuprum yang dihasilkan semasa pengeluaran, yang secara signifikan memudahkan aliran proses keseluruhan. Selain itu, analisis kromatografi gas menunjukkan bahawa produk akrilamida mengandungi hampir tiada baki akrilonitril bebas, menunjukkan tahap ketulenan yang tinggi. Ini menjadikannya sangat sesuai untuk penyediaan poliakrilamida ultra{19}}berat molekul tinggi, serta poliakrilamida bukan toksik yang diperlukan oleh industri makanan.
Mengenai teknologi untuk menghasilkan monomer akrilamida melalui pemangkinan mikrob, Jepun adalah yang pertama menubuhkan kemudahan komersial-khususnya 6,000-tan-setiap-tahun (t/a) loji-pada tahun 1985. Selepas itu, Rusia juga menguasai teknologi ini sepanjang tahun 1990-an, kedua-dua Jepun dan Rusia secara berturut-turut menugaskan-skala besar, sepuluh-ribu-tan-kemudahan kelas untuk-penghasilan akrilamida yang dimangkin oleh mikrob. Mengikuti Jepun dan Rusia, negara kita adalah yang ketiga di dunia yang memiliki teknologi ini. Aktiviti pemangkin mikrob berada pada 2,857 Unit Biokimia Antarabangsa, tahap yang telah mencapai piawaian global. Teknologi negara kita untuk{19}}pengeluaran mikrob monomer akrilamida yang dimangkin telah dibangunkan dan disiapkan oleh Institut Penyelidikan Racun Perosak Shanghai dalam tempoh tiga Rancangan Lima-Tahun berturut-turut: Rancangan "Ketujuh," "Kelapan" dan "Kesembilan". Pemangkin mikrob-nitril hidratase-ditayangkan pertama kali pada tahun 1990; ia diperoleh daripada nitril hidratase yang diperoleh melalui kultur benih, menggunakan 163 strain bakteria yang diasingkan daripada tanah di kaki Gunung Tai dan 145 strain yang diasingkan daripada tanah di Wuxi. Pemangkin ini telah ditetapkan oleh kod "Nocardia-163." Sejak itu, teknologi ini telah berjaya dimasukkan ke dalam operasi komersial di Rugao (Jiangsu), Nanchang (Jiangxi), Medan Minyak Shengli dan Wanquan (Hebei). Produk yang dihasilkan adalah berkualiti tinggi, memenuhi metrik kualiti khusus yang diperlukan untuk penghasilan poliakrilamida berat molekul relatif ultra tinggi. Pencapaian ini menandakan bahawa teknologi negara kita untuk pengeluaran akrilamida yang dimangkinkan mikrob telah mencapai tahap antarabangsa yang maju.
Teknologi Pempolimeran: Pengeluaran poliakrilamida menggunakan larutan akueus monomer akrilamida sebagai bahan mentah. Di bawah tindakan pemula, tindak balas pempolimeran berlaku. Setelah selesai tindak balas, blok gel poliakrilamida yang terhasil menjalani satu siri langkah pemprosesan-pemotongan, granulasi, pengeringan dan pelumutan-untuk menghasilkan produk poliakrilamida akhir. Langkah kritikal dalam proses ini ialah tindak balas pempolimeran itu sendiri; semasa peringkat pemprosesan seterusnya, perhatian khusus mesti diberikan untuk mencegah kemerosotan mekanikal, kemerosotan terma dan penyambungan silang-untuk memastikan poliakrilamida mengekalkan berat molekul relatif yang dimaksudkan dan keterlarutan air.
Akrilamida + Air (Pemula/Pempolimeran) → Blok Gel Poliakrilamida → Granulasi → Pengeringan → Penghancuran → Produk Poliakrilamida
Teknologi pengeluaran poliakrilamida negara kita secara amnya telah berkembang melalui tiga peringkat yang berbeza:
Peringkat pertama melibatkan penggunaan terawal "pempolimeran kuali." Dalam kaedah ini, larutan tindak balas pempolimeran yang dicampur dengan teliti telah dituangkan ke dalam dulang keluli tahan karat. Dulang ini kemudiannya ditolak ke dalam ketuhar pengering-terkawal suhu. Selepas pempolimeran selama beberapa jam, dulang dikeluarkan dari ketuhar; gel polyacrylamide dipotong menjadi jalur menggunakan pemotong guillotine, dimasukkan ke dalam pengisar daging untuk granulasi, dikeringkan dalam ketuhar, dan akhirnya ditumbuk untuk menghasilkan produk siap. Keseluruhan proses ini dijalankan dalam gaya bengkel manual tradisional. Peringkat kedua melibatkan penggunaan uli: pra-larutan tindak balas pempolimeran campuran diletakkan ke dalam uli dan dipanaskan. Sebaik sahaja pempolimeran bermula, penguli diaktifkan, membolehkan penguli dan pempolimeran diteruskan secara serentak. Pada masa pempolimeran selesai, granulasi juga sebahagian besarnya selesai; bahan yang dinyahcas kemudiannya dikeringkan dan dilumatkan untuk menghasilkan produk akhir.
Peringkat ketiga muncul pada akhir 1980-an dengan pembangunan proses pempolimeran reaktor kon. Teknologi ini berjaya dipandu oleh Institut Penyelidikan Kelima Kementerian Industri Nuklear di Loji Kimia Jiangdu di Wilayah Jiangsu. Proses ini mempunyai bilah granulasi berputar yang terletak di bahagian bawah reaktor kon; apabila polimer tersemperit, ia secara serentak dibentuk menjadi butiran. Bahan tersebut kemudiannya dikeringkan menggunakan pengering drum berputar dan dilumatkan untuk menghasilkan produk akhir.
Untuk mengelakkan blok gel poliakrilamida daripada melekat pada dinding dalam reaktor pempolimeran, sesetengah teknik menggunakan salutan yang diperbuat daripada sebatian polimer berasaskan fluorin- atau silikon-yang digunakan pada bahagian dalam reaktor. Walau bagaimanapun, salutan ini terdedah kepada pengelupasan semasa proses pengeluaran, dengan itu mencemarkan produk poliakrilamida.
Terdapat juga reka bentuk yang menggunakan reaktor kon boleh putar; sebaik sahaja tindak balas pempolimeran selesai, reaktor diterbalikkan untuk melepaskan blok gel poliakrilamida. Tambahan pula, variasi wujud mengenai kaedah granulasi (termasuk granulasi mekanikal, granulasi pemotongan dan granulasi basah-iaitu, granulasi dalam medium penyebaran), kaedah pengeringan (seperti melalui-pengeringan berputar aliran atau pengeringan lapisan terbendalir bergetar), dan teknik penumpukan. Walaupun beberapa perbezaan ini berpunca daripada variasi dalam kualiti peralatan, yang lain mencerminkan perbezaan dalam pendekatan operasi khusus yang diguna pakai, secara umum, trend lazim dalam teknologi pempolimeran sedang beralih ke arah penggunaan reaktor kon tetap yang digabungkan dengan teknologi pengeringan katil terbendalir bergetar.
Sebagai tambahan kepada operasi unit yang disebutkan di atas, teknologi pengeluaran polyacrylamide mempamerkan variasi ketara dalam penggubalan proses. Khususnya mengenai langkah permulaan, pembezaan dibuat antara proses "pra-ko alkali-hidrolisis" dan proses "pasca-pasca alkali-hidrolisis". Setiap kaedah mempunyai kelebihan dan keburukan tersendiri: proses hidrolisis pra-ko alkali-secara prosedurnya lebih mudah, tetapi ia memberikan cabaran yang berkaitan dengan pemindahan haba semasa hidrolisis-khususnya, kecenderungan untuk pemautan silang-berlaku dan kehilangan ketara dalam jisim molekul relatif. Sebaliknya, walaupun proses hidrolisis-pasca alkali-melibatkan urutan prosedur yang lebih kompleks, ia memastikan hidrolisis seragam, meminimumkan risiko-pautan silang dan mengakibatkan kehilangan jisim molekul relatif produk yang boleh diabaikan.
Di negara saya, pemula yang digunakan untuk pempolimeran poliakrilamida secara amnya terbahagi kepada tiga kategori: pemula tak organik, pemula organik dan sistem organik-tak organik campuran. (1) Peroksida
Peroksida secara meluas dikelaskan kepada peroksida tak organik dan peroksida organik. Peroksida bukan organik termasuk kalium peroksidisulfat, ammonium peroksidisulfat, natrium perbromat, dan hidrogen peroksida. Peroksida organik termasuk benzoil peroksida, lauroyl peroksida dan tert-butil hidroperoksida. Ejen pengurangan yang biasanya dipasangkan dengan peroksida ini termasuk ferus sulfat, ferus klorida, natrium metabisulfit, dan natrium tiosulfat.
(2) Sebatian Azo
Contohnya termasuk azobisisobutyronitrile (AIBN), azobis(dimethylvaleronitrile), sodium azobis(cyanovalerate), dan siri garam azoamidine yang dibangunkan pada tahun 1980-an-seperti azo-N-substituted amidinopropane hydrochloride. Ini mewakili kelas produk yang telah menjadi subjek pembangunan persaingan yang sengit. Ia biasanya ditambah pada kepekatan antara 0.005 hingga 1 bahagian setiap 10,000; ia mempamerkan kecekapan pemangkin yang tinggi, memudahkan penghasilan polimer dengan jisim molekul relatif tinggi, dan larut{10} dalam air, menjadikannya mudah untuk digunakan.
Pempolimeran Suspensi Songsang: Poliakrilamida ialah salah satu flokulan polimer organik yang paling penting dalam industri. Secara industri, poliakrilamida biasanya dihasilkan menggunakan sama ada kaedah larutan akueus atau kaedah pempolimeran ampaian songsang. Bahagian berikut menggariskan proses untuk menghasilkan poliakrilamida melalui pempolimeran ampaian songsang.
Pempolimeran ampaian songsang kini merupakan kaedah yang paling banyak digunakan dan berteknologi matang untuk pembuatan mikrosfera poliakrilamida (PAM). Proses ini melibatkan penggunaan pengadukan yang kuat untuk menyebarkan monomer (atau campuran monomer) dalam medium berterusan (biasanya pelarut organik), membentuk titisan halus. Selepas itu, pempolimeran dimulakan di kalangan monomer, pemula, pelarut organik, dan penstabil serakan. Setelah selesai tindak balas pempolimeran, produk mengalami dehidrasi azeotropik, pemisahan, dan pengeringan untuk menghasilkan produk zarah. Produk yang diperoleh melalui pempolimeran ampaian songsang biasanya mempunyai kandungan pepejal melebihi 90%, kadar penukaran pempolimeran lebih daripada 95%, dan kandungan monomer sisa kurang daripada 0.5%; saiz zarah produk adalah antara 10 hingga 500 mikrometer, dan produk mempamerkan keterlarutan air yang sangat baik.
Kaedah ini sangat sesuai dengan pelaksanaan skala industri-disebabkan prosesnya yang mudah, kemudahan kawalan operasi, penyingkiran haba pempolimeran yang mudah dan kemudahan polimer boleh diasingkan, dibasuh dan dikeringkan; tambahan pula, produk yang terhasil dicirikan oleh ketulenan, keseragaman, dan kestabilannya. Walau bagaimanapun, pempolimeran ampaian songsang menghadapi beberapa cabaran dalam pengeluaran perindustrian. Yang paling penting di antaranya ialah kepekaannya yang tinggi terhadap kelajuan kacau, yang selalunya membawa kepada penyatuan zarah dan pembentukan gel. Tambahan pula, sistem ini cenderung tidak stabil semasa penyulingan azeotropik, dan prosesnya dicirikan oleh masa penyahairan yang berpanjangan. Selain itu, faktor seperti taburan saiz zarah produk yang luas, penggunaan meluas pelarut organik, kebimbangan keselamatan mengenai operasi pengeluaran, dan kos pempolimeran yang terlalu tinggi secara kolektif menyebabkan kaedah pempolimeran ampaian songsang jarang digunakan di dalam negara untuk pengeluaran poliakrilamida.
