СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПОЛИАКРИЛАМИДА Российский патент 1997 года по МПК B29B9/00 B29B9/12 

Изобретение относится к области полимерной химии и может быть использовано при разработке технологий гранулирования гелеобразных веществ.

Известны способы сушки геля полиакриламида на воздухе [1] или в вакууме [2] с последующим измельчением.

Однако эти методы не получили распространения, так как товарный полиакриламид содержит основного вещества всего 30 40% и обладает низкими эксплуатационными свойствами ( низкая растворимость в воде). Примесь сульфата аммония при этом остается в конечном продукте.

Известен способ получения гранулированного полиакриламида, согласно которому водные растворы мономера диспергируют в органических растворителях (бензоле, хлорбензоле, четыреххлористом углероде, пентане), эмульсию барботируют инертным газом и полимеризуют под воздействием ионизирующего излучения в присутствии стабилизаторов слой жирных кислот. После фильтрации полиакриламид сушат в вакууме [3]
Недостатки этого способа: загрязнение конечного продукта стабилизаторами, использование ионизирующего излучения дозой, требующей наличия защитного устройства, снижение производительности синтеза на время образования эмульсии, энергозатраты на сушку в вакууме.

Получают сухой полиакриламид также из каучукоподобного (синтезированного путем полимеризации мономера при температуре кипения водного раствора), который вынимают из реактора, разрезают, гранулируют, сушат и измельчают [4]
Недостатком этого способа, кроме недостатка, присущего сушке, является использование высоких давлений для извлечения высоковязкого полимера, в связи с чем возникает необходимость использования реакторов с повышенными прочностными параметрами, что увеличивает вес и цену реактора.

Наиболее близки к заявляемому способу является способ получения сухого полиакриламида [5] Согласно этому способу из гелеобразного полиакриламида изготавливают ленты размером 5х5х50 мм, которые затем охлаждают при температуре ниже 0^oC, и заливают для обезвоживания MeOH или спиртом. Через 15 мин полиакриламид отфильтровывают и сушат при температуре 80^oC. Высушенный полиакриламид измельчают.

Одним из недостатком этого способа является сушка полиакриламида при 80^oC, так как известно (Химическая энциклопедия, т. 3, 1992), что при температурах выше 60^oC происходит деструкция полиакриламида, приводящая к потере его растворимости в воде.

Недостатком этого способа является также невозможность применения его в промышленных условиях из-за технической сложности создания из геля громадного количества лент (размеров, указанных в прототипе), которые затем охлаждают. Увеличение же объема лент не позволяет (независимо от реагента) удалить воду из всего их объема, вода извлекается только частично (из поверхностных слоев) гель покрывается оболочкой из обезвоженного полиакриламида. Поэтому для дальнейшего удаления воды необходимо применять термическую сушку и измельчение.

Техническим результатом изобретения является разработка способа гранулирования водного раствора полиакриламида ( независимо от количества в нем основного вещества и сульфата аммония), увеличение содержания основного вещества и выделение примеси сульфата аммония.

Технический результат достигается тем, что в способе получения гранулированного полиакриламида, заключающемся в том, что измельчают гель полиакриламида, включающий примесь сульфата аммония, осуществляют замораживание, обработку в реагенте, согласно изобретению, замораживание осуществляют при температуре от -16 до -18^oC перед измельчением, а обработке в реагенте подвергают гранулы до окончания выделения сульфата аммония.

Замораживание при температуре от -16 до -18^oC могут вести до выделения 60 70% сульфата аммония.

В качестве реагента могут использовать ацетон.

В качестве реагента могут использовать этанол.

Способ осуществляют следующим образом.

Гель полиакриламида в любых объемах и формах замораживают при температуре ниже -16.-18^oC или в кристаллизаторе вымораживателе, или в морозильной камере, или в естественных (уличных) условиях в емкости с поддоном. Оптимальной температурой замораживания является интервал от -16 до -18^oC, так как в этом температурном интервале из геля выделяется и накапливается в поддоне водный раствор сульфата аммония, количество которого может достигать 60 70% от его исходного содержания. При замораживании ниже 18^oC, раствор сульфата аммония замораживается вместе с гелем и для его выделения потребуется большее (на 20 25%) количество реагента.

Замороженный полиакриламид гранулируют, гранулы подают в реактор с работающей мешалкой и реагентом, в качестве которого используют ацетон или этанол. Соотношение объемов гранул и реагента равно 1/ 2, 3. В результате этого цикла из гранул полиакриламида выделяют кристаллический сульфат аммония (оставшийся после замораживания) и воду.

После 15-минутного вращения гранул в реагенте в реактор подают дополнительную порцию реагента, объем которой равен 1/3 от объема реагента, залитого в реактор перед подачей гранул. Дополнительную порцию реагента подают медленно ( в течение 15 мин). Одновременно (с подачей дополнительной порции) открывают вентиль в нижней части реактора для оттока реагента. При этом скорость подачи реагента равняется скорости его оттока.

Следует отметить, что увеличение времени обработки гранул реагентом не окажет отрицательного воздействия на их качество но увеличит энергозатраты. Не ухудшает их качество и увеличение объема реагента для их обработки, однако это увеличит затраты на приобретение реагента. Кроме того, обработку гранул можно проводить и без дополнительной порции реагента, но тогда в конечном продукте будет увеличено (на 3 4%) содержание сульфата аммония.

После обработки гранул реагентом мешалку выключают, смесь реагента с водой и кристаллами сульфата аммония сливают из реактора через сетку (размеры ячеек которой меньше размеров гранул) и подают на фильтр для отделения сульфата аммония, в реагент регенерируют с помощью перегонного аппарата либо осушителя. Восстановленный реагент снова используют в технологическом процессе. Потери реагента на обработку гранул и его регенерацию составляют 2 - 3%
Гранулы полиакриламида выгружают из реактора и направляют на упаковку. Сульфат аммония, выделенный из полиакриламида в результате его гранулирования, может быть использован в народном хозяйстве, в частности как ценное аммиачное удобрение.

Пример 1. 0,5 л водного раствора полиакриламида, содержащего 6% основного вещества и 21% сульфата аммония, замораживают при -16^oC в морозильной камере. Выделившийся водный раствор сульфата аммония (60% от исходного содержания) сливают, а замороженный полиакриламид гранулируют на лабораторном грануляторе. Гранулы в течение 15 мин обрабатывают в 1,2 л этанола в реакторе с работающей мешалкой. Затем в реактор подают (с одновременным оттоком) 0,4 л. спирта. После 15-минутной дополнительной обработки мешалку включают, смесь этанола с водой и сульфатом аммония сливают из реактора через сетку и подают на фильтрацию. Сульфат аммония отделяют, фильтрат отправляют на перегонку. Гранулы полиакриламида выгружают и анализируют. Их состав: 89,9% основное вещество и 2,8% сульфат аммония. Потери этанола после обработки гранул и регенерации 3%
Пример 2. 0,5 геля полиакриламида (состава как в примере 1) замораживают при -16^oC, раствор сульфата аммония (60% от исходного содержания) сливают, а замороженный полиакриламид гранулируют, гранулы промывают в 1,2 л и дополнительно в 0,4 л ацетона. Затем смесь ацетона с водой и сульфатом аммония сливают из реактора, подают на фильтр для отделения сульфата аммония, ацетон регенерируют, гранулы полиакриламида выгружают. Их состав: 91,2% основное вещество и 2,3% сульфат аммония. Потери ацетона 2,1%
Пример 3. 1 л геля полиакриламида, содержащий основного вещества 8 и 19% сульфата аммония, замораживают в естественных (уличных) условиях при -17,2^oC, сливают раствор сульфата аммония (64% от исходного количества), замороженный полиакриламид гранулируют, гранулы промывают в 2,3 и 0,8 л ацетона. Смесь ацетона с водой и сульфатом аммония сливают из реактора и подают на фильтр, ацетон регенерируют, гранулы выгружают. Их состав: основное вещество 94 и 0,8% сульфат аммония. Потери реагента 2%
Пример 4. 1,2 л геля полиакриламида с содержанием 12% основного вещества и 23% сульфата аммония замораживают при -18^oC отделяют раствор сульфата аммония (70% от исходного содержания), замороженный полиакриламид гранулируют, гранулы обрабатывают в 2,76 л и дополнительно в 0,9 л этанола. Смесь этанола с водой и сульфатом аммония сливают, сульфат аммония отфильтровывают спирт регенерируют, гранулы выгружают, Их состав: 91,1% основное вещество и 0,2% - сульфат аммония. Потери реагента составляют 2,4%
Пример 5. 1,2 л геля полиакриламида (состава как в примере 4) замораживают при -18^oC, сливают раствор сульфата аммония (70% от исходного содержания), замороженный полиакриламид гранулируют, гранулы обрабатывают в 2,76 л и дополнительно в 0,9 л ацетона. Сульфат аммония отфильтровывают, ацетон регенерируют, гранулы выгружают. Их состав: 94,8% основное вещество, 0,1% сульфата аммония. Потери реагента составляют 2%
Пример 6. 1 л геля полиакриламида (состава как в примере 4) замораживают при -17,6^oC, сливают раствор сульфата аммония (70% от исходного содержания), замороженный гель гранулируют, гранулы обрабатывают в 2,3 л и дополнительно в 0,8 л этанола, сульфат аммония отфильтровывают, реагент генерируют, гранулы выгружают. Их состав: основное вещество 94,7% сульфат аммония 0,2% Потери реагента 2,7%
Пример 7. 3 л геля полиакриламида с содержанием основного вещества 9% и сульфата аммония 25% замораживают в уличных условиях при -17,8^oC, сливают раствор сульфата аммония (70% от исходного содержания), замороженный полиакриламид гранулируют, гранулы промывают один раз в 7,2 л ацетона. Сульфат аммония отфильтровывают, ацетон регенерируют, гранулы выгружают. Их состав: 93% основное вещество и 2,9% сульфат аммония. Потеря ацетона 2,9%
Пример 8. 1 л геля полиакриламида (состава как в примере 7) замораживают при -28,3^oC, гранулируют, гранулы обрабатывают в 2,3 л ацетона и дополнительно в 1,6 л. Отфильтровывают сульфат аммония, ацетон регенерируют, полиакриламид выгружают. Состав гранул 91,2% основное вещество и 2,7 - сульфат аммония. Потери реагента составляют 3%
Предлагаемый способ получения гранулированного полиакриламида принципиально отличается от прототипа.

Во-первых, первой технологической стадией получения сухого полиакриламида должно быть замораживание его геля, так как именно это дает возможность его сгранулировать. Гранулы замороженного полиакриламида в отличие от гелеобразных лент (как в прототипе) не сшиваются между собой при соприкосновении и легко отдают реагенту воду и другие примеси, сохраняя при этом свои физико-химические свойства.

Следует также отметить, что выделение раствора сульфата аммония является следствием замораживания геля в температурном интервале от -16 до -18^oC и исключает время и затраты на очистку гранул реагентом. При этом полиакриламид становится простым и эластичным и гораздо быстрее обезвоживается и очищается от примесей.

Во-вторых, обезвоживание и очищение от сульфата аммония гранулы не требуют герметической сушки (как в прототипе).

Таким образом, предлагаемый способ получения сухого полиакриламида исключает сразу три стадии, являющиеся одними из основных в прототипе.

первую стадию (изготовление из геля лент), совершенно неприемлимую в промышленных условиях,
предпоследнюю стадию: термическая сушка лент, обработанных спиртом (этанолом) или MeOH, которая ухудшает эксплуатационные свойства конечного продукта,
последнюю стадию (измельчение), требующую дополнительных энергозатрат.

Растворителями, наиболее эффективно удаляющими воду и примесь сульфата аммония и геля полиакриламида являются ацетон, этанол (спирт).

При этом обработка гранул ацетоном наиболее эффективна, так как увеличивает (на 1,3 3,7%) содержание основного вещества.

Весь цикл гранулирования геля полиакриламида, содержащего примесь сульфата аммония, выполняется на стандартном оборудовании и позволяет снизить энергозатраты до 50% увеличить содержание основного вещества до 94,8% снизить содержание сульфата аммония до 0,2%

Использование: изобретение относится к области полимерной химии и может быть использовано при разработке технологий гранулирования гелеобразных веществ. Сущность изобретения: замораживание осуществляют при температуре от -16 до -18^oC перед измельчением, а обработке в реагенте подвергают гранулы до окончания выделения сульфата аммония. Замораживание при температуре от -16 до -18^oC ведут до выделения 60 - 70% сульфата аммония. В качестве реагента используют ацетон или этанол. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ получения гранулированного полиакриламида, заключающийся в том, что измельчают гель полиакриламида, включающий примесь сульфата аммония, осуществляют замораживание, обработку в реагенте, отличающийся тем, что замораживание осуществляют при температуре (-16) (-18)^oС перед измельчением, а обработке в реагенте подвергают гранулы до окончания выделения сульфата аммония. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что замораживание при температуре (-16) (-18)^oС ведут до выделения 60 70% сульфата аммония. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента используют ацетон. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента используют этанол.