Способ получения гранулированного водорастворимого высокомолекулярного (со)полимера акриламида

 

Использование: в нефтяной промышленности , сельском хозяйстве. Сущность изобретения: гранулированный водорастворимый (со)полимер акриламида получают полимеризацией акриламида в реакторе в концентрированном водном растворе. Полимеризацию ведут в присутствии инициатора до образования вязкоупругого студня с прочностью более 140 кг/см . Полимер выгружают с одновременным гранулированием 90-94%-ной его массы. В реактор вновь загружают реакционную массу, удерживают слоем оставшегося студня толщиной не менее 0,015 м. 1 з.п.ф-лы, 2 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832671/05 (22) 26.02.90 (46) 15.11.92. Бюль 42 (71) Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л,Я.Карпова (72) Г.П.Корнеева, Е.В.Родионова, В.А.Макаров, 3.Н.Телешов, В.Ф.Громов, В.А.Домбровский, Е.В.Буна, И.В.Добров и

С.А. Мотов (56) Корнеева Г.П. и др. Полимеризация акриламида в концентрированных водных растворах..— Пластмассы, 1980, М 7, с.44.

Патент США 1Ф 3784597, кл. С 08 F 3/90, опублик. 1974. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ВОДОРАСТВОРИМОГО ВЫСОИзобретение относится к полимерной химии, а именно к способу получения гранулированного водорастворимого (со)полимера путем (со)полимеризации в водном растворе водорастворимых (со)мономеров, например, таких как акриламид, метакриламид, акриловая кислота и др. и их производные.

Известно, что в СССР в настоящее время промышленным способом получают гранулированный полиакриламид путем полимеризации 6 — 7 -ного водного раствора акриламида в смеси с сульфатом аммония, образовавшимся в качестве побочного продукта при синтезе акриламида. Образующийся вязкотекучий гель сушат на воздухе и измельчают. Товарный продукт содержит основного вещества не более 47 и обладает низкими эксплуатационными свойствами.

Повышение концентрации мономеров в водной реакционной смеси способствует не

„„. Ж„„1775410 Al (я)з С 08 F 20/56, В 01 J 19/00

КОМОЛЕКУЛЯРНОГО (СО)ПОЛИМЕРА АКРИЛАМИДА (57) Использование: в нефтяной промышленности, сельском хозяйстве. Сущность изобретения: гранулированный водорастворимый (со)полимер акриламида получают полимеризацией акриламида в реакторе в концентрированном водном растворе. Полимеризацию ведут в присутствии инициато-. ра до образования вязкоупругого студня с прочностью более 140 кг/см . Полимер выгружают с одновременным гранулированием 90 — 94%-ной его массы. В реактор вновь загружают реакционную массу, удерживают слоем оставшегося студня толщиной не менее 0,015 м. 1 з.п.ф-лы, 2 табл., 1 ил. только увеличению производительности процесса, но и повышению молекулярной массы образующегося (со)полимера, в результате чего повышаются эксплуатационные свойства конечного продукта. Однако при этом вязкость продукта реакции резко 4 возрастает, вследствие чего его выгрузка из (Л реактора и особенно переработка в удоб- фь ный для использования гранулированный ъ продукт представляет определенную слож- С ность, решить которую пытаются многие исследователи.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения частично гидролизованных полимеров акриламида.

По этому способу полимеризацию проводят в реакторе, имеющем в днище выходное отверстие, закрывающееся на период заполнения водным раствором реакционной смеси и полимеризации. По окончании реак1775410 ском реакторе, объединенном в одно целое 40 с гранулятором, через который осуществляется выгрузка полимера, 50

55 ции открываю выходное отверстие и под д н пением вязкотекучий продукт реакции передавливают в экструдер, в который одновременно подается гидролиэующий агент. В экструдере продукт реакции приобретает вязко-упругие свойства и выдавливается в виде гранул.

Недостатками этого способа являются; — получение гранулированного полимера только после второй стадии, стадии гидролиза, в результате которой полимер приобретает вязко-упругие, каучукоподобные свойства, позволяющие его гранулировать через экструдер: — при получении продукта реакции непосредственно в реакторе, обладающего достаточно высокими вязкостными свойствами, выгрузку полимера из узкого отверстия можно осуществить только создавая значительные давления (энергозатраты): — использование больших давлений при выгрузке полимера возможно при наличии соответствующих прочностных характеристик ректора, что ведет к росту веса и стоимости реактора.

Цель изобретения — повышение производительности процесса производства водорастворимого гранулированного полиакриламида и его производных, обладающих широким спектром свойств.

Указанная цель достигается тем, что реакцию ведут таким образом, чтобы продукт реакции приобретал сразу вид вязко-упругого студня., обладающего прочностными, каучукоподобными свойствами, пригодного для гранулирования. Чтобы каучукоподобный полимерный студень превратить в гранулы с наименьшими трудозатратами, полимеризацию проводят в цилиндричеСущественным отличием такого способа получения полимеров в гранулированном виде является использование части водорастворимого полимерного вязко-упругого студня (продукта реакции) в качестве днища реактора, препятствующего протеканию в гранулятор жидкого водного раствора реакционной смеси следующей загрузки. Применение продукта реакции в качестве днища реактора вызывало сомнения, поскольку, во-первых, полимер растворим в реакционном растворе и вследствие этого теряет прочностные каучукоподобные свойства, переходя в вязко-текучее состояние. во-вторых, в зависимости от условий полимеризации может приобретать пузырчатый вид, что может привести к появлению

35 сквозных отверстий и вытеканию реакционного раствора следующей загрузки.

Опытами установлено (см. табл,1), что время удержания водного раствора реакционной смеси над полимерным днищем зависит от величины прочности студня на разрыв и толщины днища, выполненного из студня.

Из табл.1 видно, что с уменьшением прочности студня с 140 до 100 кгс/см время

2 удержания днищем водного реакционного раствора резко падает. Опыты, проведенные нами, показали, что при прочности полимерного студня 140 кг/см сохраняются вязко-упругие свойства днища в течение 7-8 сут.

Поскольку процессы полимеризации, как правило, заканчиваются за 1 — 24 ч, прочность студня >140 кгс/см гарантированно обеспечивает прочность днища даже в случае вынужденного более длительного пребывания реакционной смеси в реакторе, Увеличение прочности студней может быть достигнуто различными известными способами, например, увеличением концентрации мономера(ов) в реакционной смеси, молекулярной массы (характеристической вязкости) образующегося полимера, степени гидролиза, Приемы, приводящие к увеличению прочности образующихся студней, по-видимому, этим перечнем не ограничиваются.

Установлено также (см. табл.2), что при прочности на разрыв студня не менее 140 кгс/см наличие пузырей и небольших отверстий не приводит к протеканию реакционного раствора при толщине днища, составляющей более 5% высоты реактора (но не менее 15 мм), что составляет более 6% массы в реакторе при коэффициенте загрузки 0,90-0,95 (плотность массы близка к 1), поскольку при этих условиях происходит

"самозапаивание" отверстий за счет поглощения реакционной смеси полимером и набуханием последнего, При этом вязко-упругие свойства полимерного студня сохраняются более семи суток, При толщине днища, равной 8% от высоты реактора, вязко-упругие свойства сохраняются более десяти суток. Однако слишком завышать толщину днища нецелесообразно, поскольку это приводит к снижению реакционного обьема реактора, На чертеже изображен реактор с гранул ятором.

Полимеризацию проводят в цилиндрическом реакторе 1, соединенным в одно целое с гранулятором 2. При этом горловина гранулятора и отверстие, по которым полимер доставляется из реактора к винту 3

1775410

20

30

40

55 гранулятора, равно или даже несколько больше диаметра реактора, чтобы каучукоподобный студень беспрепятственно достигал винта гранулятора. После завершения полимеризации включают двигатель 5 гранулятора и под действием собственного веса либо под пневматическим, гидравлическим, механическим давлением (в зависимости от габаритов реактора и материала, иэ которого он сделан) полимер выгружают в виде гранул. При этом, если части витка винта гранулятора, захватывающей полимер, поступающий из реактора. придать заостренную форму, то происходит более равномерная подача полимера в гранулятор при меньших усилиях на пресс.

Предлагаемый способ можно осуществлять и непрерывным методом. Для этой цели загрузку реакционной смеси и гранулирование производят одновременно и при одинаковых расходах, а время пребывания реакционной массы в реакторе дол>кно быть не менее времени количественного йревращения мономера(ов) в полимер. При этом слой полимера, выполняющий роль днища, должен оставаться не тоньше, чем при дискретной полимеризации.

Получение водорастворимых (со)полимеров на основе акриламида в гранулированном виде по предлагаемому способу позволяет увеличить производительность единичного реактора за счет варьирования его размеров (диаметр, высота) в разумных пределах, сохраняя практически без изменений затраты на гранулирование, поскольку оператор всегда имеет дело только с гранулами, а не с целым блоком, выгружаемым из реактора.

При этом в зависимости от соотношения компонентов, их состава и параметров процесса можно получать полимеры в широком диапазоне свойств.

Пример 1, В цилиндрическом реакторе диаметром 60 мм и высотой 350 мм, насаженном на горловину гранулятора того же диаметра и имеющем днище из 30 мм слоя студня полимера, оставленного от предыду-, щей операции, проводят полимеризацию в атмосфере инертного газа при содержании компонентов реакционной среды: акриламид 340 г, вода 495 г, едкий натр 5.27 г, персульфат аммоний 0.009 г, Начальная о температура полимеризации 30 . По окончании реакции (через 2 часа) приводят в движение шнек 3 гранулятора и под действием механического поршня полимер проталкивают в гранулятор. Грануляцию проводят до тех пор, пока в реакторе останется слой полимера в 20-30 мм. что составляет 8 — 10% от всей массы, находившейся в реакторе. Прочность на разрыв студня 240 кгс/см .

Гранулированный полимер имеет степень гидролиза 3%, характеристическую вязкость 12 дл/г.

Производительность реактора 400 г/ч.

Если этот полимер выгрузить из реактора цельным блоком, а потом подвергнуть грануляции, то за счет дополнительных операций производительность реактора снижается до 350 r/÷.

Пример 2. Полимериэацию и выгрузку полимера проводят как в примере 1, при толщине днища 15 мм из полимерного студня, но при другой загрузке компонентов: акриламид 196 г, вода 470 г, сода (NazC03)

22 г, персульфат калия 0,0017 г. Начальная температура полимеризации 40 С, Реакция заканчивается через час, после чего производят гранулирование продукта до остаточного слоя студня, равного 15-20 мм, что составляет 6 — 9% первоначальной массы в реактоое. Прочность на разрыв студня 140 кгс/см .

Гранулированный полимер имеет степень гидролиза 20, характеристическую вязкость 22 дл/г.

Производительность реактора при заданном режиме составляет 480 г/час. При раздельных операциях полимеризации, выгрузки полимера и последующем гранулировании производительность снижается до

400 г/ч.

Пример 3. В цилиндрический реактор, насаженный на горловину гранулятора одинакового диаметра с цилиндром, имеющий диаметр 60 мм, высоту 1200 мм и толщину днища 108 мм, выполненного из полимерного студня, полученного по рецепту данногО .примера, загружают в атмосфере инертного газа реакционный раствор при 25 С, содержащий 1620 r акриламида, 2430 г воды, 81 r нитрилотрипропионамида и 0,4 r персульфата калия. Через четыре часа производят гранулирование 4132 r массы; что составляет 90 от суммы масс загрузки и днища.

Затем загрузку и все операции повторяют.

Продукт реакции имеет нулевую степень гидролиза, характеристическую вязкость 12 дл/г, прочность на разрыв 210 кгс/см .

Производительность реактора 800 г/ч, При раздельных операциях выгрузки и гранулирования полимера производительность сни>кается до 600 г/ч.

Формула изобретения

1. Способ получения гранулированного водорастворимого высокомолекулярного (со)полимера акриламида путем полимери1775410

Таблица 1

Ф

Влияние проЧности полимерного студня на время его перехода в вязко-текучее состояние (толщина днища, выполненного из полимерного студня 6% от высоты реактора, коэффициент заполнения реактора 0,95) Таблица 2

Влияние толщины слоя студня на прочность днища (прочность на разрыв 140 кгс/см ) Время удерживания реакционного раствора над слоем студня, сутки

Тол ина слОя

Примечание ни

% от высоты реактора

6-8

9-12

16 - 18

26- 30

10 зации акриламида или его сополимеризации с акриловыми мономерами в реакторе в концентрированном водном растворе в. присутствии инициатора радикального типа с последующей грануляцией (со)полимера, 5 о т л-и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения- производительности процесса, (со)полимеризацию осуществляют до образования вязкоупругого студня с прочностью более 140 кгс/см2, выгрузку продукта про- 10 изводят с одновременным гранулированием 90-94% от его массы и затем в реакторе вновь загружают реакционную мономерную смесь, удерживаемую слоем оставшегося студня толщиной не менее 0,015 м, с последующим проведением стадий полимеризации и гранулирования.

2. Способ по и 1, отличающийся тем, что загрузку реакционной смеси в реактор осуществляют в процессе выгрузки из него (со)полимера акриламида.

Множество сквозных отверстий

Просочилось 2-3 см раствора, затем днище "запаялось"

Просочилось несколько капель раствора, затем днище

"запаялось"

Раствор удерживался

ПОЛНОСТЬЮ

Составитель Г.Корнеева

Редактор В.Трубченко . Техред М.Моргентал Корректор Н.Милюкова

Заказ 4019 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/6

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101