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        淺析聚丙烯酰胺相對(duì)分子量的影響因素及控制方法

        2020-06-02 01:35:56郭峰大慶煉化公司聚合物一廠黑龍江大慶163411
        化工管理 2020年8期
        關(guān)鍵詞:影響

        郭峰(大慶煉化公司聚合物一廠,黑龍江大慶 163411)

        1 概述

        聚丙烯酰胺是丙烯酰胺單體均聚或共聚的產(chǎn)物,分為陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型??梢宰鳛橛吞镏鷦┯糜谟吞锶尾捎?,提高油田的采收率。在污水處理,造紙等方面也得到廣泛應(yīng)用。工藝流程說(shuō)明:在配制罐中,按照一定的比例配制丙烯酰胺溶液,配制完畢后對(duì)配制溶液進(jìn)行降溫,達(dá)到工藝的控制要求,將配制溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng),成膠體后壓入預(yù)研磨進(jìn)行切割,通過(guò)一次造粒機(jī)和一次風(fēng)機(jī)輸送至水解機(jī)進(jìn)行水解反應(yīng),之后物料通過(guò)二次造粒機(jī)和二次風(fēng)機(jī)送入干燥器進(jìn)行干燥,最后經(jīng)過(guò)研磨篩分、包裝入庫(kù)。

        2 各種因素對(duì)聚丙烯酰胺相對(duì)分子量的影響

        2.1 丙烯酰胺溶液配制濃度影響

        配制液濃度對(duì)聚合膠體的硬度,韌性性能有一定影響。通常濃度越低,膠體的硬度、韌性越低。在一定的范圍內(nèi)聚丙烯酰胺分子量會(huì)隨著丙烯酰胺濃度的升高而增大,但是如果臨界范圍,在聚合過(guò)程中,因?yàn)楸0窛舛冗^(guò)高會(huì)使反應(yīng)過(guò)早的出現(xiàn)膠體絮凝現(xiàn)象,聚合產(chǎn)生的熱量不容易散出,造成體系溫度過(guò)高,反應(yīng)升快,使聚丙烯酰胺分子量降低。在生產(chǎn)過(guò)程中,產(chǎn)品的品種不同,有高分產(chǎn)品、超高分產(chǎn)品、抗鹽2500萬(wàn)產(chǎn)品、抗鹽3500萬(wàn)產(chǎn)品,會(huì)根據(jù)生產(chǎn)品種的不同,配制不同的單體濃度,濃度范圍在23%-27%之間。為了保證濃度的穩(wěn)定,溶液的配制用流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量,并限制流量在流量計(jì)量程的40%-80%,保證流量穩(wěn)定,在每次物料配制完畢后,我們要觀察配制罐的經(jīng)驗(yàn)液位是否正常,同時(shí)我們會(huì)每周對(duì)配制濃度進(jìn)行化驗(yàn)檢測(cè),確保丙烯酰胺溶液配制的準(zhǔn)確性。

        2.2 引發(fā)劑體系影響

        丙烯酰胺的聚合反應(yīng)是自由基聚合,它遵循鏈引發(fā)——增長(zhǎng)——終止的反應(yīng)機(jī)理。引發(fā)劑產(chǎn)生自由基引發(fā)聚合反應(yīng),加量的變化對(duì)聚合反應(yīng)速度影響很大,添加量越大,反應(yīng)速度越快,分子量越低,但是添加量過(guò)大,聚合反應(yīng)的速度會(huì)增大,容易爆聚,會(huì)影響產(chǎn)品的分子量和溶解性。添加量越小,反應(yīng)速度越慢,分子量越高,但添加量過(guò)小,聚合反應(yīng)引發(fā)緩慢或者難以引發(fā),容易產(chǎn)生低聚物或者無(wú)法聚合。所以為了達(dá)到不同分子量產(chǎn)品,我們對(duì)引發(fā)劑的配制濃度要求也不同,同時(shí)為了保證引發(fā)劑的活性,嚴(yán)格儲(chǔ)存溫度,注意溫度在10-30℃之間。

        聚丙烯酰胺分子量和溶解性是一對(duì)相互矛盾的指標(biāo),為防止聚合物分子間交聯(lián),加入鏈轉(zhuǎn)移劑來(lái)改善產(chǎn)品溶解性,結(jié)果使分子量下降。所以要得到高分子量、溶解性好的產(chǎn)品,必須控制鏈轉(zhuǎn)移劑的用量,從而可減少偶合終止和畸化終止的發(fā)生比率。加入鏈轉(zhuǎn)移劑后,自由基會(huì)向鏈轉(zhuǎn)移劑轉(zhuǎn)移,避免大分子自由基向大分子轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致大分子交聯(lián);但濃度偏高,會(huì)導(dǎo)致聚合度偏低,分子量相對(duì)較低;影響產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。因此要與催化劑配制部門加強(qiáng)溝通,適當(dāng)控制鏈轉(zhuǎn)移劑的濃度。

        2.3 反應(yīng)初始溫度

        反應(yīng)初始溫度控制方法是用冷凍水對(duì)丙烯酰胺溶液溫度進(jìn)行控制,達(dá)到規(guī)定溫度后,轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜,由于受環(huán)境溫度的影響,溶液進(jìn)行反應(yīng)釜后會(huì)升高1-2℃。在一定溫度范圍內(nèi),隨溫度的提高,聚合效果越好,但超出這一范圍后,相對(duì)分子量會(huì)明顯下降,原因是聚合過(guò)程是個(gè)放熱反應(yīng)的自由基組合過(guò)程,溫度過(guò)高,引發(fā)劑分解生成自由基的速度會(huì)加快,反而影響整個(gè)聚合效果。在一定范圍內(nèi)降低反應(yīng)初始溫度,會(huì)使反應(yīng)穩(wěn)定,有利于大分子量的形成。為了保證聚合反應(yīng)的效果,我們產(chǎn)品的品種不同,溫度控制也有所不同,但總體范圍控制在0-10℃之內(nèi)比較穩(wěn)定。

        2.4 pH值影響

        反應(yīng)溶液pH 值的控制是通過(guò)醋酸進(jìn)行調(diào)整的,在反應(yīng)過(guò)程中催化劑中會(huì)含有酸性介質(zhì),對(duì)反應(yīng)液的pH值進(jìn)行微調(diào),來(lái)保證反應(yīng)的順利進(jìn)行。反應(yīng)中嚴(yán)格控制pH 值范圍,因?yàn)樵诒0肪酆蠒r(shí),pH值太高,反應(yīng)速度加快,使相對(duì)分子量降低,反應(yīng)pH 值降低時(shí),反應(yīng)速度降低,分子量會(huì)有一定幅度提高,如果pH值太低,聚合反應(yīng)容易發(fā)生亞酰胺化反應(yīng),影響其它質(zhì)量指標(biāo)。我們裝置的本套生產(chǎn)配方在酸性條件下引發(fā),防止質(zhì)量波動(dòng),配制液pH值在4.2-6.5之內(nèi)。

        2.5 金屬離子影響

        在來(lái)的原料丙烯酰胺中,會(huì)含有銅離子,過(guò)量的銅離子會(huì)嚴(yán)重影響聚合反應(yīng),不論是一價(jià)銅離子或是二價(jià)銅離子,因?yàn)殡x子參與了反應(yīng)使活性中心增多,使反應(yīng)加快,不利于高分子量聚丙烯酰胺的產(chǎn)生,使產(chǎn)品的粘度和分子量都會(huì)下降。為防止影響聚合反應(yīng),所以原料必須嚴(yán)格控制金屬離子的濃度。2017年12 月13 日裝置生產(chǎn)線N5、N7 線零點(diǎn)班質(zhì)量不合格,聚合反應(yīng)曲線明顯增快,反應(yīng)時(shí)間由原來(lái)的2-3小時(shí)縮短為1小時(shí),檢查配制溶液的濃度和pH 值及溫度未發(fā)現(xiàn)異常,對(duì)水解部分和吹氮流量進(jìn)行檢查也沒(méi)有問(wèn)題,對(duì)催化劑的配制和儲(chǔ)存進(jìn)行檢查都未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,對(duì)加催化劑人員的加劑視頻進(jìn)行檢查也未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,最后在檢查原料丙烯酰胺指標(biāo)時(shí)發(fā)現(xiàn)在最近的記錄中,丙烯酰胺原料銅離子達(dá)到592 ug∕L,銅離子遠(yuǎn)大于控制指標(biāo)100 ug∕L,原因認(rèn)為是來(lái)料丙烯酰胺中銅離子含量超標(biāo),使反應(yīng)速度增快,使分子量和粘度下降,車間根據(jù)情況增加催化劑中螯合劑的濃度,才使分子量和粘度恢復(fù)到正常指標(biāo)。

        在聚合反應(yīng)過(guò)程,鐵離子同樣會(huì)對(duì)聚合反應(yīng)造成影響,因?yàn)殍F離子會(huì)與氧化還原劑等反應(yīng)消耗部分催化劑,導(dǎo)致反應(yīng)升溫異常,而過(guò)量鐵離子有阻聚功能,所以我們嚴(yán)格控制鐵離子濃度不超過(guò)100PPb。

        2.6 氧的影響

        在聚合反應(yīng)過(guò)程中,需要對(duì)物料進(jìn)行除氧和攪拌。氧是強(qiáng)阻聚劑,它與自由基反應(yīng)生成不活潑的過(guò)氧自由基:

        MX·+O2→MX——O——O·

        過(guò)氧自由基在低溫時(shí)阻止聚合反應(yīng)進(jìn)行,高溫下又會(huì)迅速分解,產(chǎn)生大量活潑自由基,易造成爆聚事故,所以在自由基型聚合反應(yīng)中,常通入惰性氣體如氮?dú)獾瘸ンw系中的氧;而且吹入氮?dú)膺€能將溶液及加入的催化劑攪拌均勻,所以氮?dú)饬髁勘仨毐3衷谝粋€(gè)穩(wěn)定且相對(duì)較高的水平,否則不能達(dá)到除氧和攪拌的目的。目前裝置采取的除氧措施:

        (1)聚合釜進(jìn)料前做氣密,對(duì)聚合釜進(jìn)行保壓測(cè)試,在壓力達(dá)到280 Kpa,關(guān)閉進(jìn)風(fēng)閥,壓力下降,出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)后,保壓8分鐘以上,壓力趨于平穩(wěn)且不低于150Kpa。

        (2)對(duì)聚合釜吹氮?dú)?5分鐘,氮?dú)饬髁靠刂圃?0-80Nm3∕h左右。

        2.7 聚合反應(yīng)氮?dú)饬髁康挠绊?/h3>

        為了保證反應(yīng)的效果,在聚合過(guò)程中需要用氮?dú)獬跻酝猓硪蛔饔镁褪菙嚢?,充分的攪拌?huì)使除氧效果增強(qiáng),同時(shí)催化劑加入后,分散比較均勻,反應(yīng)穩(wěn)定性較好,在現(xiàn)在的生產(chǎn)狀態(tài)下氮?dú)饬髁靠刂圃?3Nm3∕h,現(xiàn)在看來(lái)質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定。在今年的裝置檢修開(kāi)工后,N5線出現(xiàn)了質(zhì)量波動(dòng)的情況,經(jīng)過(guò)加樣檢測(cè),發(fā)現(xiàn)分子量有高有低,變化不穩(wěn)定,通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)在吹氮過(guò)程中,氮?dú)饬髁亢龈吆龅驮?0-90 Nm3∕h之內(nèi)波動(dòng),現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥進(jìn)行處理后,氮?dú)饬髁炕謴?fù)穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量停止波動(dòng)。

        3 結(jié)語(yǔ)

        本文講述的內(nèi)容全部是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)驗(yàn)積累而形成的,認(rèn)為在聚合反應(yīng)中,反應(yīng)曲線會(huì)有三個(gè)明顯的溫度控制點(diǎn),控制點(diǎn)一的溫度在20-30℃之間,控制點(diǎn)二的溫度在35-45℃之間,控制點(diǎn)三的溫度在65℃-80℃之間,如果曲線出現(xiàn)控制點(diǎn)的溫度偏差,我們可以通過(guò)本文的講述的影響因素和控制方式進(jìn)行調(diào)整,基本都能夠找出波動(dòng)的原因,并采取有效的措施,對(duì)產(chǎn)品的相對(duì)分子量和其它質(zhì)量指標(biāo)都有很好的穩(wěn)定作用。

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