文档介绍：5 聚丙烯酰***
聚丙烯酰***——丙烯酰***的均聚物及共聚物(衍生物)的总称。凡丙烯酰***单体结构单元含量在50%以上的聚合物均称为聚丙烯酰***。
常温下为坚硬的玻璃态固体,水溶液呈清澈透明状。能以任意比例溶于水,微溶于醋酸、丙烯酸、***代乙酸、乙二醇、乳酸、甘油和甲酰***等少数溶剂。
在210℃、无氧条件下,聚丙烯酰***的酰***基脱水转变成***基,500℃炭化为黑色的粉末。
由于PAM的水溶性及主链上酰***基的活泼性质,使其具有广泛的应用性能。目前在中国用量最大的领域是石油工业的三次采油,其次是水处理和造纸;世界上应用最广的是水处理和造纸,还用于选矿、冶金、纺织、制糖和土壤改良等领域。它是当今世界发展较快的精细化工产品,目前有2000多个品种。
聚丙烯酰***的合成
单体——丙烯酰***(acrylamide,AM)及其制备
丙烯酰***(AM)是一种不饱和酰***,由丙烯睛水解制得,是一种重要的有机合成原料,也是医药、农药、染料和涂料的中间体。目前90%的丙烯酰***用来生产聚丙烯酰***(PAM),包括均聚物和各种共聚物,9%用于中间体,1%用于其它。
AM的基本性质
AM的基本性质
AM的制备
工业上AM的生产主要采用丙烯***水解法制备,按催化剂的不同分为硫酸催化水解法、骨架铜催化水合法和生化法(酶催化法)。
硫酸水解法
1954年美国***氨公司首先采用等摩尔比的丙烯***和水,在H2SO4存在下水解生成丙烯酰***盐,然后用液氨(或烧碱、生石灰)中和,结晶分离出丙烯酰***产品和副产品硫酸铵。水合反应为放热过程,其间歇式水合反应温度为90一100℃,连续式为150一175℃,同时加入阻聚剂。反应如下:
CH2= + H2SO4 + H2O CH2=CHCONH2• H2SO4
CH2=CHCONH2• H2SO4 + 2NH3
CH2CHCONH2+(NH4)2SO4
特点:
易制成AM结晶产品
问题:
原料消耗高
产品纯度低
收率低
产生大量含AM的硫酸盐或硫酸废液,污染环境、腐蚀设备
硫酸法是最早工业化的生产方法,目前国内还有一些小厂仍采用此法生产,属基本淘汰的生产技术。
骨架铜催化水解法
20世纪70年代初,美、日开发了在铜系催化剂存在下,丙烯***与水在固定床或悬浮床反应器中进行液相水合反应制备AM的技术并实现工业化。反应如下:
CH2= + H2O CH2CHCONH2
骨架铜催化剂
90——130℃
催化剂:Cu—Cr合金、 Cu—Ni合金、 Cu—Al—Zn合金
将15%一30%的丙烯***水溶液送入多个串联的反应器,在70一120℃ MPa下进行水合反应,用出口热交换器除去反应热,水合液经闪蒸、提浓得48%一52%的AM溶液,也可经冷冻结晶干燥生产AM干粉。工艺流程如下
催化水合法工艺流程图
主要优点:
产品纯度高
成本相对低
可实现全封闭循环操作,减少了污染。
在丙烯***催化水合工艺中,生产技术发展主要集中在提高催化剂的活性和产品的质量上。
目前具有代表性的先进技术为:美国***氨公司的固定床连续催化技术和日本三井东压化学公司的悬浮床连续催化技术
生化法(酶催化法)
20世纪70年代中期起,用生化工程方法生产AM的技术得到重视。
生化法或酶催化法即是将某些特定的微生物所含有的***水合酶,经细胞固定化后制成生物催化剂来催化水合丙烯***生成AM的工艺技术,该方法是继以上两种工艺之后的第三代生产AM的新技术。
生产工艺
在室温下将丙烯睛水溶液输人装有生物菌种催化剂的固定反应器中,几乎100%的丙烯***经菌种催化转化为AM,分离后可得40%左右的AM溶液。工艺流程如下:
生化法生产AM流程图
技术特点
产品纯度高
收率高
副产物少
反应在常温常压下进行,腐蚀小、相对设备投资少。
工艺路线的比较
目前世界范围内普遍采用的是“骨架铜催化水合法”和“生化法”,欧美国家基本采用前者,而日本、中国及俄罗斯已有不少厂家采用了后者。硫酸法由于其工艺及环保方面等原因已基本被淘汰。
骨架铜催化水合法的主要特点是技术成熟,产品质量较好,环境污染少,生产成本低,但仍存在生产过程复杂,投资较高,操作难度大,单程转化率不高,产品中含有对聚合不利的铜离子等杂质的问题