Poliakrilamid ishlab chiqarish ikki asosiy bosqichdan iborat:
Monomer ishlab chiqarish texnologiyasi: Akrilamid monomerini ishlab chiqarish xom ashyo sifatida akrilonitrildan foydalanadi. Katalizator ta'sirida akrilonitril hidratsiyadan o'tib, xom akrilamid mahsulotini beradi. Tez bug'lanish va tozalashdan so'ng tozalangan akrilamid monomeri olinadi; bu monomer poliakrilamid ishlab chiqarish uchun asosiy xom ashyo bo'lib xizmat qiladi.
Akrilonitril + (suv/katalizator) → hidratsiya → xom akrilamid → chaqqon bug'lanish → tozalash → tozalangan akrilamid.
Katalizatorlarning tarixiy evolyutsiyasiga asoslanib, monomer ishlab chiqarish texnologiyasi uchta alohida avlod orqali rivojlangan:
Birinchi avlod sulfat kislota{0}}katalizli hidratsiya texnologiyasidan foydalangan. Ushbu usulning kamchiliklari akrilonitrilning past konvertatsiya qilish tezligini, akrilamid mahsulotining past rentabelligini va keyingi tozalash jarayoniga katta yuk bo'lgan ko'plab{2}}mahsulotlarni ishlab chiqarishni o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, sulfat kislota katalizatorining kuchli korroziyligi tufayli uskunaning narxi yuqori bo'lib, shu bilan umumiy ishlab chiqarish xarajatlarini oshirdi. Ikkinchi avlod ikkilik yoki uchlik skelet mis katalizatorlaridan foydalangan. Ushbu texnologiyaning nochorligi mis ionlarining-polimerizatsiya jarayoniga xalaqit beradigan-yakuniy mahsulotga kiritilishi va shu tariqa quyi oqimda tozalash va keyingi qayta ishlash bilan bog‘liq xarajatlarni oshirish edi. Uchinchi avlod mikrobial nitril gidratazani katalizlash texnologiyasidan foydalanadi. Bu texnologiya yumshoq reaksiya sharoitida-ayniqsa, atrof-muhit harorati va atmosfera bosimida- ishlaydi va yuqori selektivlik, yuqori rentabellik va yuqori katalitik faollik bilan ajralib turadi. Akrilonitrilning konversiya darajasi 100% ga yetishi mumkin, bu esa yon mahsulotlar yoki aralashmalar-hosil boʻlmagan holda toʻliq reaktsiyani taʼminlaydi. Olingan akrilamid mahsulotida mis ionlari mavjud emas; shunday qilib, ishlab chiqarish jarayonida hosil bo'lgan mis ionlarini olib tashlash uchun ion almashinuvi protseduralariga ehtiyoj qolmaydi, bu umumiy jarayon oqimini sezilarli darajada osonlashtiradi. Bundan tashqari, gaz xromatografiyasi tahlili shuni ko'rsatadiki, akrilamid mahsulotida deyarli hech qanday qoldiq erkin akrilonitril mavjud emas, bu esa yuqori darajadagi tozalikni namoyish etadi. Bu uni, ayniqsa, oziq-ovqat sanoati uchun zarur boʻlgan ultra-yuqori molekulyar ogʻirlikdagi poliakrilamid hamda zaharli boʻlmagan{20}}poliakrilamidni tayyorlash uchun mos qiladi.
Mikrobial kataliz orqali akrilamid monomerini ishlab chiqarish texnologiyasiga kelsak, Yaponiya birinchi bo'lib 1985 yilda tijorat ob'ektini-xususan, yiliga 6000{3}}t--{5}} tonna (t/a) zavodni- qurdi. Keyinchalik bu texnologiya Rossiyada ham o'zlashtirildi; 1990-yillarda Yaponiyada ham, Rossiyada ham akrilamidning mikrobial-katalizlangan{18}}ishlab chiqarish uchun yirik-miqyosdagi, oʻn{10}}min-t-t-sinfdagi inshootlar ketma-ket ishga tushirildi. Mamlakatimiz Yaponiya va Rossiyadan keyin ushbu texnologiyaga ega bo‘lgan dunyoda uchinchi o‘rinda turadi. Mikrobial katalizatorning faolligi 2857 xalqaro biokimyoviy birlikni tashkil etadi, bu global standartlarga yetgan darajadir. Mamlakatimizda akrilamid monomerlarini mikrob-katalizli ishlab chiqarish texnologiyasi Shanxay pestitsidlar ilmiy-tadqiqot instituti tomonidan ketma-ket uchta besh yillik rejalar-: “Yettinchi”, “Sakkizinchi” va “To‘qqizinchi” rejalar davomida ishlab chiqilgan va yakunlangan. Mikrobial katalizator-nitrilgidrataz-birinchi marta 1990 yilda tekshirilgan; u Tay tog'i etagidagi tuproqdan ajratilgan 163 bakteriya shtammlari va Vusidagi tuproqdan ajratilgan 145 shtammdan foydalangan holda urug'lik madaniyati orqali olingan nitril gidratazasidan olingan. Bu katalizator "Nocardia-163" kodi bilan belgilangan. O'shandan beri ushbu texnologiya Rugao (Jiangsu), Nanchang (Jiangxi), Shengli neft koni va Wanquan (Xebey) shaharlarida muvaffaqiyatli ishga tushirildi. Olingan mahsulotlar yuqori sifatga ega bo'lib, o'ta yuqori nisbiy molekulyar og'irlikdagi poliakrilamid ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan o'ziga xos sifat ko'rsatkichlariga javob beradi. Bu yutuq mamlakatimizda akrilamidni mikrobial-katalizli ishlab chiqarish texnologiyasi ilg‘or xalqaro darajaga chiqqanidan dalolatdir.
Polimerizatsiya texnologiyasi: Poliakrilamid ishlab chiqarishda xom ashyo sifatida akrilamid monomerlarining suvli eritmasidan foydalaniladi. Boshlovchi taʼsirida polimerlanish reaksiyasi sodir boʻladi. Reaksiya tugagandan so'ng, hosil bo'lgan poliakrilamid jel bloklari yakuniy poliakrilamid mahsulotini olish uchun -kesish, granulyatsiya, quritish va maydalash-da bir qator ishlov berish bosqichlaridan o'tadi. Ushbu jarayonning muhim bosqichi polimerizatsiya reaktsiyasining o'zi; keyingi qayta ishlash bosqichlarida poliakrilamidning mo‘ljallangan nisbiy molekulyar og‘irligi va suvda eruvchanligini saqlab qolish uchun mexanik degradatsiya, issiqlik degradatsiyasi va o‘zaro{5}}o‘zaro bog‘lanishning oldini olishga alohida e’tibor qaratish lozim.
Akrilamid + suv (boshlovchi/polimerizatsiya) → poliakrilamid jel bloklari → granulyatsiya → quritish → pulverizatsiya → poliakrilamid mahsuloti
Mamlakatimizda poliakrilamid ishlab chiqarish texnologiyasi odatda uchta alohida bosqichda rivojlandi:
Birinchi bosqich "pan polimerizatsiyasi" ning eng erta qabul qilinishini o'z ichiga oladi. Ushbu usulda yaxshilab aralashtirilgan polimerizatsiya reaktsiyasi eritmasi zanglamaydigan po'latdan yasalgan tovoqlarga quyiladi. Keyin bu tovoqlar harorat boshqariladigan -quritish pechiga surildi. Bir necha soat davomida polimerizatsiya qilinganidan so'ng, tovoqlar pechdan chiqarildi; poliakrilamid jeli gilyotin kesgich yordamida chiziqlar bilan kesilgan, granulyatsiya qilish uchun go'sht maydalagichga oziqlangan, pechda quritilgan va nihoyat tayyor mahsulot ishlab chiqarish uchun maydalangan. Bu butun jarayon an'anaviy qo'lda ishlaydigan ustaxona uslubida o'tkazildi. Ikkinchi bosqich yoğurma mashinasidan foydalanishni o'z ichiga oladi: oldindan aralashgan polimerizatsiya reaktsiyasi eritmasi yoğurma mashinasiga joylashtiriladi va isitiladi. Polimerizatsiya boshlangandan so'ng, yoğurma mashinasi ishga tushiriladi, bu esa yoğurma va polimerizatsiyani bir vaqtning o'zida davom ettirish imkonini beradi. Polimerizatsiya tugashi bilan granulyatsiya ham katta darajada tugaydi; keyin chiqarilgan material quritiladi va yakuniy mahsulotni olish uchun maydalanadi.
Uchinchi bosqich 1980-yillarning oxirida konusli reaktor polimerizatsiya jarayonining rivojlanishi bilan paydo bo'ldi. Ushbu texnologiya Yadro sanoati vazirligining Beshinchi tadqiqot instituti tomonidan Jiangsu provintsiyasidagi Jiangdu kimyo zavodida muvaffaqiyatli sinovdan o'tkazildi. Bu jarayon konussimon reaktorning pastki qismida joylashgan aylanadigan granulyatsiya pichog'iga ega; polimer ekstrude qilinganidek, u bir vaqtning o'zida granulalarga aylanadi. Materiallar keyinchalik aylanadigan barabanli quritgich yordamida quritiladi va yakuniy mahsulotni ishlab chiqarish uchun maydalanadi.
Poliakrilamid gel bloklarining polimerizatsiya reaktorining ichki devorlariga yopishib qolishiga yo'l qo'ymaslik uchun ba'zi usullarda reaktorning ichki qismiga qo'llaniladigan ftor- yoki kremniy{1}}asosidagi polimer birikmalaridan yasalgan qoplamalar qo'llaniladi. Biroq, bu qoplamalar ishlab chiqarish jarayonida tozalanishga moyil bo'lib, shu bilan poliakrilamid mahsulotini ifloslantiradi.
Aylanadigan konusli reaktorlardan foydalanadigan dizaynlar ham mavjud; polimerizatsiya reaksiyasi tugagach, reaktor poliakrilamid gel bloklarini chiqarish uchun teskari aylantiriladi. Bundan tashqari, granulyatsiya usullari (jumladan, mexanik granulyatsiya, kesish granulyatsiyasi va nam granulyatsiya-ya'ni, dispersiya muhitida granulyatsiya), quritish usullari (masalan,-oqimli aylanma quritish yoki tebranish suyuq qatlamli quritish) va maydalash usullari bo'yicha farqlar mavjud. Ushbu farqlarning ba'zilari jihozlar sifatining o'zgarishidan kelib chiqsa, boshqalari qabul qilingan maxsus operatsion yondashuvlardagi farqlarni aks ettiradi, umuman olganda, polimerizatsiya texnologiyasidagi ustunlik tendentsiyasi vibratsiyali suyuq qatlamli quritish texnologiyasi bilan birgalikda qo'zg'almas konussimon reaktorlardan foydalanishga o'tmoqda.
Yuqorida aytib o'tilgan birlik operatsiyalariga qo'shimcha ravishda, poliakrilamid ishlab chiqarish texnologiyasi jarayonni shakllantirishda sezilarli farqlarni ko'rsatadi. Xususan, boshlash bosqichida "ishqordan oldingi-gidroliz" jarayoni va "ishqordan keyingi-gidrolizdan keyingi-gidroliz" jarayoni o'rtasida farqlanadi. Har bir usulning oʻziga xos afzalliklari va kamchiliklari bor: gidrolizdan oldingi{6}}gidroliz{6}}protsessual jihatdan soddaroq, lekin u gidroliz paytida issiqlik oʻtkazuvchanligi bilan bogʻliq qiyinchiliklar-xususan, oʻzaro{9}}bogʻlanishga moyillik va nisbiy molekulyar massada sezilarli yoʻqotishlarni keltirib chiqaradi. Aksincha,-ishqordan keyingi{12}}gidroliz jarayoni murakkabroq protsedura ketma-ketligini o'z ichiga olgan bo'lsa-da, u bir xil gidrolizni ta'minlaydi, o'zaro bog'lanish xavfini kamaytiradi va mahsulotning nisbiy molekulyar massasini arzimas darajada yo'qotishiga olib keladi.
Mening mamlakatimda poliakrilamid polimerizatsiyasi uchun qo‘llaniladigan inisiatorlar odatda uchta toifaga bo‘linadi: noorganik inisiatorlar, organik inisiatorlar va aralash noorganik{0}}organik tizimlar. (1) Peroksidlar
Peroksidlar keng tarqalgan bo'lib noorganik peroksidlar va organik perikslarga bo'linadi. Noorganik peroksidlarga kaliy peroksidisulfat, ammoniy peroksidisulfat, natriy perbromat va vodorod periks kiradi. Organik peroksidlarga benzoil peroksid, lauroil peroksid va tert-butil gidroperoksid kiradi. Odatda bu peroksidlar bilan birlashtirilgan qaytaruvchi moddalarga temir sulfat, temir xlorid, natriy metabisulfit va natriy tiosulfat kiradi.
(2) Azo birikmalari
Masalan, azobisizobutironitril (AIBN), azobis (dimetilvaleronitril), natriy azobis (siyanovalerat) va 1980-yillarda yaratilgan azoamidin tuzlari turkumi-masalan, azo{2}}N-almashtirilgan amidinopropan gidroxloridlari. Bular shiddatli raqobatbardosh rivojlanish mavzusi bo'lgan mahsulotlar sinfini ifodalaydi. Ular odatda 10 000 ga 0,005 dan 1 qismgacha bo'lgan konsentratsiyalarda qo'shiladi; ular yuqori katalitik samaradorlikni namoyish etadi, yuqori nisbiy molekulyar massaga ega polimerlar ishlab chiqarishni osonlashtiradi va suvda eriydi{10}, bu ularni ishlatish uchun qulay qiladi.
Teskari suspenziya polimerizatsiyasi: Poliakrilamid sanoatda eng muhim organik polimer flokulyantlardan biridir. Sanoatda poliakrilamid odatda suvli eritma usuli yoki teskari suspenziya polimerizatsiya usuli yordamida ishlab chiqariladi. Quyidagi bo'limda teskari suspenziya polimerizatsiyasi orqali poliakrilamid ishlab chiqarish jarayoni ko'rsatilgan.
Teskari suspenziya polimerizatsiyasi hozirgi vaqtda poliakrilamid (PAM) mikrosferalarini ishlab chiqarish uchun eng ko'p qo'llaniladigan va texnologik jihatdan etuk usul hisoblanadi. Jarayon monomerni (yoki monomerlar aralashmasini) uzluksiz muhitda (odatda organik erituvchi) tarqatish va mayda tomchilarni hosil qilish uchun kuchli aralashtirishdan foydalanishni o'z ichiga oladi. Keyinchalik, polimerizatsiya monomerlar, tashabbuskorlar, organik erituvchi va dispersiya stabilizatorlari orasida boshlanadi. Polimerizatsiya reaktsiyasi tugagandan so'ng, mahsulot zarrachali mahsulotni olish uchun azeotropik suvsizlanish, ajratish va quritishdan o'tadi. Teskari suspenziya polimerizatsiyasi orqali olingan mahsulotlar odatda 90% dan ortiq qattiq tarkibga, 95% dan ortiq polimerizatsiya konversiya darajasiga va 0,5% dan kam monomer qoldiqlariga ega; mahsulot zarrachalarining o'lchami 10 dan 500 mikrometrgacha o'zgarib turadi va mahsulot suvda mukammal eruvchanligini namoyish etadi.
Bu usul oddiy jarayon, operatsion nazorat qilish qulayligi, polimerlanish issiqligini oson olib tashlash va polimerni ajratish, yuvish va quritish qulayligi tufayli sanoat miqyosida-tatbiq etish uchun juda mos keladi; bundan tashqari, hosil bo'lgan mahsulot uning tozaligi, bir xilligi va barqarorligi bilan ajralib turadi. Biroq, teskari suspenziya polimerizatsiyasi sanoat ishlab chiqarishida bir qancha qiyinchiliklarga duch keladi. Ulardan eng muhimi uning aralashtirish tezligiga yuqori sezuvchanligi bo'lib, bu ko'pincha zarrachalarning birlashishi va jel shakllanishiga olib keladi. Bundan tashqari, azeotrop distillash paytida tizim beqaror bo'lib qoladi va jarayon uzoq vaqt suvsizlanish vaqtlari bilan tavsiflanadi. Bundan tashqari, mahsulot zarrachalarining keng taqsimlanishi, organik erituvchilardan keng foydalanish, ishlab chiqarish operatsiyalari bilan bog'liq xavfsizlik muammolari va haddan tashqari yuqori polimerizatsiya xarajatlari kabi omillar birgalikda poliakrilamid ishlab chiqarish uchun teskari suspenziyali polimerizatsiya usulidan kamdan kam qo'llanilishiga olib keldi.
