聚丙烯酰胺的干燥技術研究*

王媛媛，張夢凡，萬　東，張　暉，司友琳

(1 蚌埠醫學院化學教研室，安徽　蚌埠　233030；2 安徽天潤化學工業股份有限公司，安徽　蚌埠　233010)

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生產技術

聚丙烯酰胺的干燥技術研究*

王媛媛1，張夢凡1，萬東2，張暉1，司友琳1

(1 蚌埠醫學院化學教研室，安徽蚌埠233030；2 安徽天潤化學工業股份有限公司，安徽蚌埠233010)

在探究聚丙烯酰胺的干燥原理及干燥設備的基礎上，從聚丙烯酰胺的干燥溫度、流化床干燥器的操作條件、物料在流化床內的床層厚度、流化床鼓引風大小等生產條件控制方面研究了聚丙烯酰胺的干燥技術，確定了最佳的加熱器溫度、造粒孔板尺寸、流化床擋板高度、鼓風風量。通過生產工藝條件的優化，為高品質、低能耗、環保型聚丙烯酰胺的生產奠定基礎。

聚丙烯酰胺；干燥技術；研究

聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)是一種多功能高分子聚合物，廣泛用于污水處理、造紙、石油開采、選礦等多個領域，每年國內外市場需求量達90多萬噸[1-3]。為便于運輸和使用，市場上聚丙烯酰胺大多以顆粒狀為主，即干燥后通過粉碎機和篩網形成不同規格的顆粒。所以，干燥技術在聚丙烯酰胺生產過程中非常重要，探究科學、合理、低耗的干燥技術具有重要意義。實際生產中，要結合不同的干燥設備，充分的從生產工藝條件著手，深入研究，探究出最佳的聚丙烯酰胺干燥條件，盡可能的提高聚丙烯酰胺的干燥速度，降低能耗，保證產品品質。

1　聚丙烯酰胺的干燥原理

聚丙烯酰胺產品的水分包含自由水和結合水，自由水是與物料直接接觸的水分及物料吸收的水分，與物料結合不緊密，容易去除；結合水是與物料內部結構緊密結合的水分，不同的結合水所需要的干燥能量不同，去除結合水要根據不同階段水分的結合方式，利用不同的干燥過程進行干燥。

聚丙烯酰胺的干燥是傳熱和傳質相結合的過程，利用蒸汽把空氣加熱，物料的水分逐漸與熱的空氣交換，從而得到干燥。正常情況下，聚丙烯酰胺的干燥都分為兩個階段，恒速干燥階段和降速干燥階段，恒速干燥階段是物料的前半個干燥過程，主要去除大量的自由水，整個干燥速度取決于自由水的氣化速度，此階段的速率一般由加熱器的溫度、空氣濕度、加熱空氣的流速決定。隨著自由水的去除，慢慢的轉向降速干燥階段，此過程主要去除干燥物料的結合水部分，由于水分含量越來越少，水分向物料表面遷移的速度越來越慢，所以干燥速率逐步降低，此時可以通過提高加熱溫度和降低空氣濕度來進一步減少水分。結合聚丙烯酰胺的物料特性，若干燥溫度過高，會改變物料特性，不利于使用效果，所以降速干燥過程后期不能無限制的提高溫度，實際生產中最好的處理辦法是適當地延長物料的干燥時間來緩慢的干燥物料。

2　聚丙烯酰胺的干燥設備

20世紀50年代，聚丙烯酰胺的大工業生產開始出現，使用的傳統干燥器是間歇操作的固定床式干燥器，例如烘干箱干燥器、洞道式干燥器、滾筒式烘干機等，但干燥不均勻、不能高效率滿足工業生產、浪費人力、污染環境等缺點制約了此類設備在聚丙烯行業的應用。隨著化工干燥行業的發展，回轉圓筒干燥器的出現實現了顆粒物料的攪動，標志著干燥器由間歇操作向連續操作方向的發展，不僅提高了烘干的均勻性，自動化程度也有了一定的突破，但無法滿足大規模的工業化生產和污染環境仍是其致命的缺點[4]。

隨著流化技術的發展，高強度、高自動化、高效率、高環保的干燥設備相繼出現，現在聚丙烯酰胺市場上的干燥手段主要有流化床干燥器、噴霧干燥器、氣動干燥器、沸騰干燥機、帶式干燥機、真空干燥機等，其中最常用的干燥手段主要還是振動式流化床。振動流化床整個機體通過彈簧支撐在底座上，多孔板稍向出料端傾斜，機體一端或兩側裝有振動電機，物料由風機從進料口送入流化床，依靠機械振動和穿孔氣流雙重作用流化，在振動電機的作用下產生震蕩，結合鼓風機的鼓風充分的翻滾，交換熱量，從而達到理想流化干燥效果。流化床內的風量經旋風分離器除塵后由排風口排出，大的顆粒經旋風回落收集進入流化床，粉塵由引風引入除塵池，減少了環境污染。流化床干燥器在工業化生產上具有非常突出的優點：由振動電機和鼓風氣流作用獲得了均勻的流化態，無死角和吹穿現象；料層調節方便，物料停留時間分布可以均勻控制，物體熱交換充分，干燥強度高，節約能源；風量和振動頻率的的靈活調節，旋風除塵的利用，對物料表面損傷小，對晶型的破壞小，產出的細粉量少，降低了生產成本，同時對不同大小的顆粒適應性較強，適應的料性范圍為廣，適合大工業生產；全封閉式結構，有效地阻止了物料對作業環境的污染，提高員工工作環境的清潔度。

3　實際生產中聚丙烯酰胺振動流化床干燥的工藝條件控制

影響PAM干燥效果的原因很多，條件也很復雜，筆者結合實際工作中遇到的部分情況，經過細致研究，摸透聚丙烯酰胺干燥原理和各工藝參數的協同運作原理，對操作過程進行條件優化，從而提高干燥效率和產品質量。

3.1聚丙烯酰胺干燥溫度控制

由PAM的干燥原理可知，物料干燥過程分為恒速干燥階段和降速干燥階段，恒速干燥階段其實是個氣化控制階段，主要由加熱氣體的溫度、空氣濕度、物料流經的速度控制，降速干燥階段是物料內部傳熱傳質的階段，主要通過低溫讓其內部水分蒸發出，達到所需的固含量，所以整個流化床的溫度控制大體是分前后兩個部分，前段加熱器溫度控制在110～150 ℃，后段加熱器溫度控制在70～10 ℃，流化床前點物料溫度控制在30～50 ℃、后點物料溫度控制在40～60 ℃。此外，不同季節空氣濕度不同，濕度較大的春夏季節流化床前段加熱器控制120～160 ℃、后段加熱器控制80～120 ℃；濕度較小的秋冬季節流化床前段加熱器控制100～140 ℃、后段加熱器控制在60～100 ℃，物料溫度保持不變。

3.2流化床干燥器進料過程的操作條件控制

物料進入流化床之前有兩個方面影響干燥效果：一是每小時進料量的大小，進料太多易在流化床前點結塊，干燥效果差，進料太少則易干燥過度，影響產品質量，每小時進料量與流化床的尺寸應遵循一定的比例關系。二是進入物料的尺寸大小，物料的尺寸由物料的料性和造粒機的造粒孔板決定，不同物料的軟硬度選擇不同的孔板尺寸，物料尺寸大影響干燥速率，浪費能源，物料尺寸太小，則干燥程度過大影響內在質量，且容易產生細粉，根據物料性質，通常控制造粒孔板尺寸在5～15 mm之間。

3.3物料在流化床內床層厚度的控制

流化床聚丙烯酰胺物料的厚度也直接決定干燥的好壞，因為它決定了物料的停留時間，流化床的厚度一般由床內擋板控制，根據實際生產經驗，探索出一種結合能耗和產品質量的新方法：將流化床內分兩段，設置兩塊擋板，一段設置在中部，另一段與平常流化床一樣設置在床尾部，中部擋板高度設在400～600 mm，尾部擋板高度設在100～300 mm，經過此種工藝設置，充分利用前段的能源，滿足產量要求，又降低后段的停留時間，提高了產品的溶解性能。

3.4流化床鼓引風及振動電機頻率的協調控制

流化床依靠振動電機作用產生的推動力運轉，振動電機決定了物料的停留時間和物料的流化好壞，振動頻率太大雖然流化效果好，但停留時間短，不滿足固含量要求，振動頻率小則流化狀態差，產品易在床內結塊，影響產品質量。振動頻率的設置與床層厚度有正比關系，床層越厚，則要求振動頻率越大，反之亦然。

流化床內鼓引風的設置決定流化狀態好壞和物料干燥的充分程度，鼓風小，吹不起物料，無干燥效果，物料結塊，鼓風太大，則物料局部吹穿，其余物料部分結塊，且加熱的氣體能源浪費，被引風拉走。為了最佳的干燥效果，需設置鼓風風量略小于引風風量，使床內形成為負壓狀態，并且控制引風出口處的前點溫度<60 ℃，引風出口處后點溫度<40 ℃，此種干燥工藝條件為生產中最佳，最大程度的提高加熱氣體的能源利用率，保證產品質量。

4　結　語

聚丙烯酰胺的干燥溫度、物料床層厚度、進料量大小、鼓引風大小等眾多的干燥條件必須發揮協同作用才能使干燥效率和產品的質量合格率達到最大化。隨著市場的競爭，節能降耗的需要，聚丙烯酰胺干燥設備制造業按照高品質、低能耗、環保型的要求發展，進一步優化聚丙烯酰胺的干燥工藝是聚丙烯行業、乃至整個化工行業都需繼續探索的課題。

[1]郭營營.聚丙烯酰胺生產概述[J].中國化工貿易,2014,23(6):101.

[2]王澤鵬.聚丙烯酰胺生產工藝及應用分析[J].中國化工貿易,2013(6):361.

[3]錢伯章.聚丙烯酰胺的生產技術與市場分析[J].化學工業,2010, 28(2-3):15-19.

[4]黃志剛,毛志懷.轉筒干燥器的現狀及發展趨勢[J].食品科學,2003(8):185-187.

Study on Drying Technology of Polyacrylamide*

WANGYuan-yuan1,ZHANGMeng-fan1,WANDong2,ZHANGHui1,SIYou-lin1

(1 Department of Chemistry, Bengbu Medical College, Anhui Bengbu 233030;2 Anhui Tianrun Chemical Industry Incorporated Company, Anhui Bengbu 233010, China)

The drying technology of polyacrylamide was studied from the aspect of production conditions, such as the drying temperature, the operation of the fluidized bed drying conditions, the thickness of materials in the fluidized bed, drum lead wind size of the fluidized bed, which was based on the research of the drying principle and equipment of polyacrylamide.

polyacrylamide; drying technology; study

安徽省高等教學自然科學研究項目(項目編號：KJ2016A485)；安徽省高等教育振興計劃項目(項目編號：2015zytz032)；安徽省大學生創新創業訓練項目(項目編號：201510367001)。

王媛媛(1988-)，女，碩士，助教，研究方向為應用化學。

TQ316

A

1001-9677(2016)015-0155-02