Способ обезвоживания и очистки геля полиакриламида

 

Способ обезвоживания и очистки геля полиакриламида включает замораживание, измельчение и обработку растворителем. При этом остатки растворителя с обезвоженных и очищенных частиц удаляют потоком воздуха или инертного газа при температуре, не превышающей 48^oC. Способ расширяет количество растворителей, используемых для обезвоживания и очистки геля от примесей.

Изобретение относится к области полимерной химии и может быть использовано при разработке технологий обезвоживания и очистки водных растворов полимеров.

Гелеобразное состояние полиакриламида, выпускаемого промышленностью, низкое содержание в нем основного вещества и наличие примесей снижают эффективность его использования, а также создают неудобства при его транспортировке и хранении.

Способы термической сушки водных растворов полиакриламида как в воздушной среде (авт. св-во СССР N 1608193, С 08 F 20/56, 1990), так и в вакууме (авт. св-во СССР N 685666, С 08 F 20/56, 1979) не получили распространения, потому что они позволяют увеличить содержание основного вещества в конечном продукте до 30-40%, но затрудняют извлечение высушенного полимера из сушильных аппаратов, требуют последующего измельчения и снижают его эксплуатационные свойства, к примеру, растворимость в воде. При этом все примеси, кроме части воды, остаются в конечном продукте.

Известен способ получения сухого (частично обезвоженного) полиакриламида (авт. св-во СССР N 821446, С 08 F 20/56, 1981), согласно которому водные растворы мономера диспергируют в органических растворителях (бензоле, хлорбензоле, четыреххлористом углероде, пентане), эмульсию барботируют инертным газом и полимеризуют под воздействием ионизирующего излучения различных доз в присутствии стабилизаторов - солей жирных кислот. После фильтрации полиакриламид досушивают в вакууме.

Недостатками этого способа, кроме загрязнения конечного продукта стабилизаторами и использования ионизирующего излучения, являются снижение производительности синтеза на время образования эмульсии и невозможность очистки геля от примесей.

Известен способ получения обезвоживания полиакриламида (авт. св-во CCCP N 1775409, F 20/56, 1992), применяя который, увеличивают концентрацию мономера в реакционной смеси, получают каучукоподобный полиакриламид, который гранулируют через экструдер, затем гранулы сушат и измельчают.

Недостатком этого способа является необходимость использования высоких давлений для извлечения из реактора в гранулятор каучукоподобного полимера и в связи с этим необходимость проведения технологического процесса в реакторах, обладающих особыми прочностными характеристиками.

Кроме того, использование инициаторов и стабилизаторов суспензии загрязняет конечный сухой продукт и снижает содержание основного вещества в нем.

Известен способ получения сухого полиакриламида (авт. св-во СССР N 1775410, С 08 F 20/56, 1992), используя который сначала в присутствии инициаторов получают каучукоподобный полиакриламид в лабораторном реакторе, насаженном на горловину гранулятора с днищем из высоковязкого полимера, оставленного от предыдущей операции. Далее под действием механического поршня полиакриламид проталкивают в гранулятор, гранулируют и выгружают.

Наряду с техническими сложностями (необходимостью изготовления реактора с гранулятором и создания днища в реакторе из студнеобразного полиакриламида для удержания текучего водного его раствора) этот способ не позволяет в достаточной степени обезводить полиакриламид. Получаемые гранулы остаются каучукоподобными (содержащими воду), вследствие чего они сшиваются между собой, плохо хранятся и подвержены воздействию микроорганизмов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения гранулированного полиакриламида (заявка N 94011504, С 08 F 20/56, В 29 В 9/02). Согласно этому способу гелеобразный полиакриламид сначала замораживают, затем замороженный гель полиакриламида измельчают и полученные гранулы обезвоживают в органическом растворителе, в качестве которого используют спирт или ацетон. Обезвоженные гранулы обдувают воздухом при комнатной температуре.

Недостатком этого способа является низкая температура воздуха, которым обдувают обезвоженные гранулы, что увеличивает время технологического цикла. Известно, что при температуре 60^oC и выше в полиакриламиде происходят необратимые деструктивные процессы, приводящие к потере его эксплуатационных свойств (в частности, к потере растворимости в воде). В связи с этим авторами экспериментально найдена оптимальная температура обдувания обезвоженных гранул, не превышающая 48^oC.

Кроме того, в прототипе гранулированию подвергают гель полиакриламида, содержащий, кроме основного вещества, только воду, хотя на практике, кроме биохимического способа, выпускают гель, содержащий другие примеси, к примеру, сульфат аммония и др.

Предлагаемый способ расширяет количество растворителей, используемых для обезвоживания и очистки геля от примесей.

Техническим результатом изобретения является разработка способа обезвоживания и очистки геля полиакриламида с любым количеством основного вещества и примесей.

Технический результат достигается тем, что в способе обезвоживания и очистки геля полиакриламида, заключающемся в том, что гель полиакриламида, содержащий основное вещество и воду, путем замораживания, измельчения и обработки растворителем, согласно изобретению используют гель полиакриламида, содержащий, кроме основного вещества и воды, другие примеси, а остатки растворителя с обезвоженных и очищенных частиц удаляют потоком воздуха или инертного газа при температуре, не превышающей 48^oC.

В качестве реагента используют любой растворитель или смесь растворителей, взятых в любых соотношениях, но которые поглощают воду и примеси и не растворяют или практически не растворяют полиакриламид.

Способ осуществляют следующим образом.

Гель полиакриламида с любым содержанием основного вещества, воды и других примесей замораживают в любых формах и объемах.

Замораживание осуществляют при любой отрицательной температуре либо в естественных (уличных) условиях, либо в морозильной камере, либо в вымораживателе. Замороженный полиакриламид измельчают, частицы замороженного полиакриламида подают в реактор с работающей мешалкой и растворителем или смесью растворителей, адсорбирующих воду и примеси, но не растворяющих полиакриламид. Соотношение объемов замороженного полиакриламида и растворителя может быть любым, но не менее 1:2,1.

Через 10-15 мин (в зависимости от количества воды и примесей в исходном геле полиакриламида) мешалку выключают, смесь растворителя (или растворителей) с водой и примесями, выделившимся из частиц полиакриламида, сливают из реактора, примеси отфильтровывают, а растворитель или смесь растворителей отправляют на регенерацию, после которой их снова используют в процессе обезвоживания и очистки геля.

Частицы обезвоженного и очищенного полиакриламида выгружают из реактора, остатки растворителя с обезвоженных и очищенных частиц полиакриламида удаляют потоком любого инертного газа или воздуха при любой температуре, не превышающей 48^oC. Как показали исследования, начало деструктивных процессов в полиакриламиде происходит при температуре 48^oC.

Пример 1. 1 л геля полиакриламида, содержащего 8,3% основного вещества (остальное вода и примеси), замораживают при температуре -48^oC, измельчают. Частицы замороженного полиакриламида направляют в реактор с работающей мешалкой и заполненный 2,1 л смеси ацетона со спиртом в соотношении 1:1. Через 11 мин мешалку выключают, смесь спирта и ацетона с водой и примесями сливают, примеси отфильтровывают, фильтрат отправляют на регенерацию растворителей. Частицы обезвоженного и очищенного полиакриламида выгружают из реактора, остатки растворителей удаляют потоком воздуха при температуре 6^oC. Полученный полиакриламид анализируют. Содержание основного вещества в нем составляет 70,1%, потери растворителей - 7,1%.

Пример 2. 2 л геля полиакриламида, содержащего 6,8% основного вещества, замораживают при -59^oC и измельчают. Частицы замороженного полиакриламида обрабатывают в 5 л диметилформамида, смесь диметилформамида с водой и примесями сливают, примеси отфильтровывают, растворитель регенерируют, полиакриламид выгружают, остатки растворителя удаляют инертным газом. Сухой полиакриламид анализируют. Результаты анализа: 81,4% основного вещества. Потери растворителя - 5,1%.

Пример 3. 4 л геля полиакриламида с 9,1% основного вещества замораживают при -37^oC, измельчают, частицы обезвоживают и очищают в 9 л смеси диметилформамида и этанола в соотношении 1:1, выгружают, обдувают потоком воздуха с температурой 11^oC. Содержание основного вещества в сухом полиакриламиде - 79,9%, потери растворителей - 4,7%.

Пример 4. 12 л геля полиакриламида, содержащего 29,7% основного вещества, замораживают при - 21^oC, измельчают, частицы замороженного полиакриламида обрабатывают в 29 л смеси диметилформамида и ацетона, взятых в соотношении 1:1. Обезвоженные частицы обдувают воздухом с температурой 6^oC, анализируют. Они содержат 80,6% основного вещества. Потери растворителей - 5,7%.

Пример 5. 19 л геля полиакриламида, содержащего 18,3% основного вещества замораживают при - 4,7^oC, измельчают, частицы обезвоживают и очищают в 41 л смеси трет-бутанола с ацетоном, взятых в соотношении 0,8 : 1,2. Остатки растворителей удаляют потоком воздуха с температурой 21,7^oC. Обезвоженные частицы содержат 69,7% основного вещества. Потери растворителей составляют 4,9%.

Пример 6. 0,7 л геля полиакриламида, содержащего 6% основного вещества, замораживают при - 10,3^oC, измельчают, частицы обрабатывают в 3 л смеси бутиролактона с этанолом в соотношении 3: 2, выгружают, обдувают потоком инертного газа. Содержание основного вещества в частицах достигает 79,4%. Потери растворителей составляют 3,7%.

Пример 7. 1,6 л геля полиакриламида, содержащего 30% основного вещества, замораживают при - 7,3^oC, измельчают, обрабатывают в 4,9 л смеси диоксана с ацетоном в соотношении 1,1:0,9, выгружают, обдувают инертным газом. Содержание основного вещества в сухом полиакриламиде - 94,1 %. Потери растворителей - 2,9%.

Пример 8. 0,4 л геля полиакриламида, содержащего 7,6% основного вещества, замораживают при - 3,9^oC, измельчают, обезвоживают в 1,7 л пропанола. Обезвоженные частицы обдувают воздухом с температурой 28,6^oC. Сухой полиакриламид содержит 97,4% основного вещества. Потери растворителя составляют 3,4%.

Пример 9. 0,5 л геля полиакриламида, содержащего 7,8% основного вещества, замораживают при -2,7^oC, измельчают, обрабатывают в 1,4 л щелочного раствора, сухой полиакриламид выгружают, обдувают воздухом с температурой 48^oC и анализируют. Содержание основного вещества в конечном продукте - 58,9%, потери растворителя - 6,8%.

Пример 10. 0,8 л геля полиакриламида с содержанием основного вещества 30% замораживают, измельчают, частицы обрабатывают в 2 л смеси щелочного раствора и метанола в соотношении 1,3:0,7, смесь воды и примесей с растворителями сливают, примеси отфильтровывают, фильтрат отправляют на регенерацию растворителей, частицы полиакриламида выгружают, обдувают потоком воздуха температурой 47^oC, анализируют. Содержание основного вещества в них составляет 76%, потери растворителей равны 6,1%.

Пример 11. 0,6 л геля полиакриламида, содержащего 6,8% основного вещества, замораживают при -1,9^oC, измельчают, обрабатывают в смеси коламина с этанолом в соотношении 0,9:1,1. Сухой полиакриламид выгружают, обдувают инертным газом и анализируют. Содержание основного вещества в конечном продукте - 79,3%, потери растворителей -5,3%.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что он технически легко осуществим на любом производственном предприятии, выпускающем гель полиакриламида, независимо от его производственных мощностей. В промышленных условиях не составляет особых затрат выполнить замораживание, измельчение и обработку в растворителе любого количества геля. Кроме того, в осенне-зимне-весенний периоды в районах с отрицательными температурами (к примеру, выпускающие гель полиакриламида заводы г. Березники Пермской области, г. Дзержинск, г. Ленинск-Кузнецкий и др.) замораживание целесообразнее проводить в естественных условиях, например, под навесом в полиэтиленовых мешках, ящиках, ячейках и др.

Замораживание геля полиакриламида вытесняет из его структуры воду и примеси, а обработка измельченного полиакриламида в растворителе или смеси растворителей, наиболее эффективно удаляющими воду с примесями, но не растворяющими или практически не растворяющими полиакриламид, эффективно обезвоживает его.

Весь цикл обезвоживания и очистки геля полиакриламида, выполняется на стандартном оборудовании, значительно снижает энергозатраты, практически на порядок увеличивает содержание основного вещества в полиакриламиде, соответственно уменьшая на порядок содержание в нем воды и примесей.

Формула изобретения

Способ обезвоживания и очистки геля полиакриламида, содержащего основное вещество и воду, путем замораживания, измельчения и обработки растворителем, отличающийся тем, что используют гель полиакриламида, содержащий кроме основного вещества и воды другие примеси, а остатки растворителя с обезвоженных и очищенных частиц удаляют потоком воздуха или инертного газа при температуре, не превышающей 48^oC.