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    聚丙烯酰胺膠凍的熱風干燥(干燥方法一)
    加入時間:2017-08-19 11:08:39 瀏覽

        聚丙烯酰胺膠凍的熱風干燥

        文中出現的PAM代表聚丙烯酰胺。

        熱風干燥是用吹入熱風的手段進行除水,可采用不同的設備,例如:傳送帶、干燥器、滾筒、平皿等等設備通入熱風,進行干燥。由于低溫熱風干燥的時間過長,一般采用高溫熱風干燥。但對與聚丙烯酰胺膠凍來說,它含有“—NH2”基,當溫度高于60℃時,會發生亞胺化反應,如下圖:

    聚丙烯酰胺膠凍的熱風干燥(干燥方法一)

        這樣,形成了化學鍵的體型結構,使其不再溶解雨水,另外,“—NH2”這種極性基,或者部分水解的PAM膠凍中的—COOH,—NH2這些極性基,在空氣中加溫時,也會與水發生失水作用,形成立體結構,降低水溶性。高溫干燥也會引起聚丙烯酰胺降解及殘存單體交聯。另外,由于聚丙烯酰胺特殊的粘性,在高溫下,它自粘結塊,使熱的分布不均,傳熱系數大大下降,它粘附在干燥設備上,使干燥無法順利進行。

        為了克服這些缺點,采用過許多物理的方法。在早期,采用帶式干燥器,將聚丙烯酰胺粒子極薄地鋪在運行著的金屬網的帶子上,與帶子平面的垂直方向吹入熱風,進行干燥,這樣盡管效率極低,還是難免有聚丙烯酰胺結塊,粘壁現象。目前,能夠克服這些去誒但的干燥方法有:

        1.日本的新型干燥器

        種干燥器具有帶狀翼或者門型翼攪拌器,并且與PAM膠凍接觸的干燥器內壁用合成樹脂涂層,最好用聚四氟乙烯涂層,這種干燥器的使用方法十分簡單,只要將PAM膠凍粒子裝入干燥器內,在攪拌情況下采用吹熱風、熱傳導等任何一種加溫方法,都可在常壓、減壓,40-100℃下連續干燥,干燥時間2小時,即可得到含水率在5%以下的干燥粒子,這種粒子互不粘連,易于脫壁。此法干燥效率高,得到的粒子可不再粉碎。

        例:25%的丙烯酰胺水溶液經吹氮除氧后,加入2.2——偶氮二氯酸鹽引發劑,添加量為丙烯酰胺的0.2%,在20℃下開始聚合,5小時后,得到橡膠狀汗水膠凍,將此膠凍用絞肉機式的造粒機粉碎成2.5毫米的顆粒,絞肉機的螺旋桿徑為40毫米,長160毫米,螺距數為4,旋轉數為80轉/分,孔徑為2.4毫米,孔板前的旋轉刀4枚。將粉碎粒子裝入具有帶狀翼攪拌器的干燥機內,在攪拌下吹入熱風2小時,熱風溫度70℃,流蘇30NM3/小時,干燥后得到聚丙烯酰胺粒子含水率5%,粒子之間互不粘連。

        上述裝置的全容積為100升,高450毫米,長700毫米,帶狀翼旋轉徑為300毫米,間隙5毫米,攪拌器轉數為70轉/分,與粒子的接觸面完全用聚四氟乙烯涂層。

        2.滾筒干燥器

        滾筒干燥是一種有效的干燥方法,早已被廣泛采用,在七十年代應用仍極為普遍。但對聚丙烯酰胺來說,用普通的滾筒干燥仍存在這難涂均勻、結塊、粘壁等現象。為了克服這些缺點,美國專利提出,在丙烯酰胺聚合時加入30-60%的無機鹽,例如:氯化鉀、硫酸銨、硫酸鉀等等,聚合制得的PAM膠凍粉碎成粒子后采用滾筒干燥法。這種無機鹽可以使聚丙烯酰胺在高溫下不降解,不交聯,同時除去其單體,干燥溫度高達150℃-170℃,得到的聚丙烯酰胺干粉仍具有良好的絮凝型和水溶性,且易于脫濃,大大提高了干燥速度。采用此法無機鹽比聚合之后加入中性鹽效果明顯,更有利于均勻干燥。

        此外,美國專利從設備及材質等方面對滾動進行了改進,提出“多角滾筒干燥方法”。多角滾筒是由多孔板圍成的,直徑為470毫米,長度為560毫米,多孔板山的孔直徑為2毫米,間距為4毫米,將滾筒的橫截面加工成具有許多等邊三角形的多角星模樣。三角形邊長為50毫米,滾筒內壁涂有氟樹脂,使聚丙烯酰胺不粘壁。

        在滾筒下部有一可開合的熱風進口,沿滾筒的軸向觀察,相對于通過軸向下延伸的垂直平面而言,它的開合角度范圍為0-70°如圖1.

    聚丙烯酰胺膠凍的熱風干燥(干燥方法一)

        當滾筒以4.5轉/分旋轉時,從入口吹入熱空氣。由于多孔滾筒壁呈三角形的波浪狀,使滾筒內部的聚合物膠體受到劇烈攪拌,熱空氣通過多孔滾筒壁核PAM膠凍后,便由上方的排氣口排出。

        這種多角滾筒適合與干燥分子量在300萬以上的PAM膠凍,這些膠凍在擠壓機內先切成小球,然后再由擠壓機連續擠出成串的小球,呈連珠狀,進入滾筒干燥機,由于小球表面溫度下降,旋轉時成串的小球,呈連珠狀,進入滾筒干燥機,由于小球表面溫度下降,旋轉時成串的小球間運動造成摩擦切應力,使小球分開,由于多角滾筒的旋轉,小球受到劇烈攪拌,因此受熱均勻,干燥效率高。

        3.分段干燥法

        日本公開專利從工藝的角度提出了“分段干燥”方法,它根據當聚丙烯酰胺的含水率為15-25%時,聚合物粒子失掉粘性這一特點,先將聚丙烯酰胺粒子通入40-120℃熱風,干燥到含水率為15-25%。這是第一段干燥,干燥時間10分鐘,然后粉碎粒子,可采用熱河熱傳導型攪拌干燥劑,于60-100℃下,再干燥到含水率10%以下。

        4.保溫干燥

        美國專利提出過將PAM膠凍小片在20-100℃的熱風中用流化床干燥50-60分鐘,此方法干燥速度雖快,但產品分子量降低。為了不使干燥后的聚丙烯酰胺分子量下降,目前比較新穎的干燥方法使日本公開轉咯i提出的保溫干燥法。此方法是將丙烯酰胺單體水溶液聚合制得的PAM膠凍裝入聚四氟乙烯密封袋中,使其始終保持均勻溫度,干燥1-3小時,一般保持濕度的方法是將膠凍置于飽和水蒸氣中。此方法一方面尅暗哨聚丙烯酰胺中的殘余單體,增加粘度,提高分子量,另一方面可以使PAM膠凍在150℃高溫下干燥不至交聯。因此,此法能提高產品水溶性和分子量。

        例:在沒有攪拌機的適當的反應容器中將73份水和27份丙烯酰胺,在勻速攪拌下加入,完全溶解以后,繼續攪拌30分鐘,用50%苛性鈉溶液或者冰醋酸將溶液的PH值調節到7.0,然后在此溶液中加入倍分散在甲醇中的500ppm偶二異丁腈,然后開始送入氮氣,加入7ppm的過硫酸銨核2ppm的硫酸亞鐵銨,將得到的物質裝入150℃的連續傳送式的12英寸的帶罩中進行聚合。單體溶液的聚合幾乎在90分鐘內完全結束,得到的聚合物切成相同大小的小片,分別裝在不透水的聚乙烯袋中,然后將這些袋放在100℃的水浴中,分別經過0.5-3.0小時后,取出袋中的聚合物。其水溶性好,分子量高,殘留單體少。

        上述四種方法中,用攪拌干燥器,多角滾筒干燥器,分段干燥發,設備簡單,操作方便,干燥溫度高,所用時間端,所得聚丙烯酰胺粉末質量好。如果采用保濕干燥法,工藝較復雜,工業化較為困難。

        5.添加劑方法

        可以利用化學方法,即加入添加劑的方法防止聚丙烯酰胺的高溫交聯,消除殘余單體。加入添加劑后,一般使采用熱風加溫干燥,也有少數采用其它方法加溫干燥,因此也將其在此介紹。

        最初,美國專利提出在采用亞硫酸鈉一過氧化物的氧化還原體系引發劑的聚合中,加入亞硫酸鈉,使其與丙烯酰胺單體起可分子加成反應,消除雙鍵,而到解毒目的。這樣會有大量的亞硫酸鈉留在聚丙烯酰胺中,因此,美國專利里提出每克分子丙烯酰胺單體加入0.014克分子亞硫酸鈉,即可達到解毒目的,但是,盡管如此,少量的亞硫酸鈉,在聚丙烯酰胺的應用中,也有亞硫酸陰離子留于水中。這種危害還未進行全面研究。也有采用在聚合的同時使用氧化還原體系引發劑與100ppm的偶氮類引發劑,消除未反應單體。也有許多專利,采用在聚合前或聚合后就愛如添加劑來防治聚丙烯酰胺高溫交聯。為了明了起見,現將加入添加劑進行干燥的各方法列于表一中。

    聚丙烯酰胺膠凍的熱風干燥(干燥方法一)

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