聚丙烯酰胺的干燥技术研究*

王媛媛，张梦凡，万　东，张　晖，司友琳

(1 蚌埠医学院化学教研室，安徽　蚌埠　233030；2 安徽天润化学工业股份有限公司，安徽　蚌埠　233010)



生产技术

聚丙烯酰胺的干燥技术研究*

王媛媛1，张梦凡1，万东2，张晖1，司友琳1

(1 蚌埠医学院化学教研室，安徽蚌埠233030；2 安徽天润化学工业股份有限公司，安徽蚌埠233010)

在探究聚丙烯酰胺的干燥原理及干燥设备的基础上，从聚丙烯酰胺的干燥温度、流化床干燥器的操作条件、物料在流化床内的床层厚度、流化床鼓引风大小等生产条件控制方面研究了聚丙烯酰胺的干燥技术，确定了最佳的加热器温度、造粒孔板尺寸、流化床挡板高度、鼓风风量。通过生产工艺条件的优化，为高品质、低能耗、环保型聚丙烯酰胺的生产奠定基础。

聚丙烯酰胺；干燥技术；研究

聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)是一种多功能高分子聚合物，广泛用于污水处理、造纸、石油开采、选矿等多个领域，每年国内外市场需求量达90多万吨[1-3]。为便于运输和使用，市场上聚丙烯酰胺大多以颗粒状为主，即干燥后通过粉碎机和筛网形成不同规格的颗粒。所以，干燥技术在聚丙烯酰胺生产过程中非常重要，探究科学、合理、低耗的干燥技术具有重要意义。实际生产中，要结合不同的干燥设备，充分的从生产工艺条件着手，深入研究，探究出最佳的聚丙烯酰胺干燥条件，尽可能的提高聚丙烯酰胺的干燥速度，降低能耗，保证产品品质。

1　聚丙烯酰胺的干燥原理

聚丙烯酰胺产品的水分包含自由水和结合水，自由水是与物料直接接触的水分及物料吸收的水分，与物料结合不紧密，容易去除；结合水是与物料内部结构紧密结合的水分，不同的结合水所需要的干燥能量不同，去除结合水要根据不同阶段水分的结合方式，利用不同的干燥过程进行干燥。

聚丙烯酰胺的干燥是传热和传质相结合的过程，利用蒸汽把空气加热，物料的水分逐渐与热的空气交换，从而得到干燥。正常情况下，聚丙烯酰胺的干燥都分为两个阶段，恒速干燥阶段和降速干燥阶段，恒速干燥阶段是物料的前半个干燥过程，主要去除大量的自由水，整个干燥速度取决于自由水的气化速度，此阶段的速率一般由加热器的温度、空气湿度、加热空气的流速决定。随着自由水的去除，慢慢的转向降速干燥阶段，此过程主要去除干燥物料的结合水部分，由于水分含量越来越少，水分向物料表面迁移的速度越来越慢，所以干燥速率逐步降低，此时可以通过提高加热温度和降低空气湿度来进一步减少水分。结合聚丙烯酰胺的物料特性，若干燥温度过高，会改变物料特性，不利于使用效果，所以降速干燥过程后期不能无限制的提高温度，实际生产中最好的处理办法是适当地延长物料的干燥时间来缓慢的干燥物料。

2　聚丙烯酰胺的干燥设备

20世纪50年代，聚丙烯酰胺的大工业生产开始出现，使用的传统干燥器是间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、滚筒式烘干机等，但干燥不均匀、不能高效率满足工业生产、浪费人力、污染环境等缺点制约了此类设备在聚丙烯行业的应用。随着化工干燥行业的发展，回转圆筒干燥器的出现实现了颗粒物料的搅动，标志着干燥器由间歇操作向连续操作方向的发展，不仅提高了烘干的均匀性，自动化程度也有了一定的突破，但无法满足大规模的工业化生产和污染环境仍是其致命的缺点[4]。

随着流化技术的发展，高强度、高自动化、高效率、高环保的干燥设备相继出现，现在聚丙烯酰胺市场上的干燥手段主要有流化床干燥器、喷雾干燥器、气动干燥器、沸腾干燥机、带式干燥机、真空干燥机等，其中最常用的干燥手段主要还是振动式流化床。振动流化床整个机体通过弹簧支撑在底座上，多孔板稍向出料端倾斜，机体一端或两侧装有振动电机，物料由风机从进料口送入流化床，依靠机械振动和穿孔气流双重作用流化，在振动电机的作用下产生震荡，结合鼓风机的鼓风充分的翻滚，交换热量，从而达到理想流化干燥效果。流化床内的风量经旋风分离器除尘后由排风口排出，大的颗粒经旋风回落收集进入流化床，粉尘由引风引入除尘池，减少了环境污染。流化床干燥器在工业化生产上具有非常突出的优点：由振动电机和鼓风气流作用获得了均匀的流化态，无死角和吹穿现象；料层调节方便，物料停留时间分布可以均匀控制，物体热交换充分，干燥强度高，节约能源；风量和振动频率的的灵活调节，旋风除尘的利用，对物料表面损伤小，对晶型的破坏小，产出的细粉量少，降低了生产成本，同时对不同大小的颗粒适应性较强，适应的料性范围为广，适合大工业生产；全封闭式结构，有效地阻止了物料对作业环境的污染，提高员工工作环境的清洁度。

3　实际生产中聚丙烯酰胺振动流化床干燥的工艺条件控制

影响PAM干燥效果的原因很多，条件也很复杂，笔者结合实际工作中遇到的部分情况，经过细致研究，摸透聚丙烯酰胺干燥原理和各工艺参数的协同运作原理，对操作过程进行条件优化，从而提高干燥效率和产品质量。

3.1聚丙烯酰胺干燥温度控制

由PAM的干燥原理可知，物料干燥过程分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段，恒速干燥阶段其实是个气化控制阶段，主要由加热气体的温度、空气湿度、物料流经的速度控制，降速干燥阶段是物料内部传热传质的阶段，主要通过低温让其内部水分蒸发出，达到所需的固含量，所以整个流化床的温度控制大体是分前后两个部分，前段加热器温度控制在110～150 ℃，后段加热器温度控制在70～10 ℃，流化床前点物料温度控制在30～50 ℃、后点物料温度控制在40～60 ℃。此外，不同季节空气湿度不同，湿度较大的春夏季节流化床前段加热器控制120～160 ℃、后段加热器控制80～120 ℃；湿度较小的秋冬季节流化床前段加热器控制100～140 ℃、后段加热器控制在60～100 ℃，物料温度保持不变。

3.2流化床干燥器进料过程的操作条件控制

物料进入流化床之前有两个方面影响干燥效果：一是每小时进料量的大小，进料太多易在流化床前点结块，干燥效果差，进料太少则易干燥过度，影响产品质量，每小时进料量与流化床的尺寸应遵循一定的比例关系。二是进入物料的尺寸大小，物料的尺寸由物料的料性和造粒机的造粒孔板决定，不同物料的软硬度选择不同的孔板尺寸，物料尺寸大影响干燥速率，浪费能源，物料尺寸太小，则干燥程度过大影响内在质量，且容易产生细粉，根据物料性质，通常控制造粒孔板尺寸在5～15 mm之间。

3.3物料在流化床内床层厚度的控制

流化床聚丙烯酰胺物料的厚度也直接决定干燥的好坏，因为它决定了物料的停留时间，流化床的厚度一般由床内挡板控制，根据实际生产经验，探索出一种结合能耗和产品质量的新方法：将流化床内分两段，设置两块挡板，一段设置在中部，另一段与平常流化床一样设置在床尾部，中部挡板高度设在400～600 mm，尾部挡板高度设在100～300 mm，经过此种工艺设置，充分利用前段的能源，满足产量要求，又降低后段的停留时间，提高了产品的溶解性能。

3.4流化床鼓引风及振动电机频率的协调控制

流化床依靠振动电机作用产生的推动力运转，振动电机决定了物料的停留时间和物料的流化好坏，振动频率太大虽然流化效果好，但停留时间短，不满足固含量要求，振动频率小则流化状态差，产品易在床内结块，影响产品质量。振动频率的设置与床层厚度有正比关系，床层越厚，则要求振动频率越大，反之亦然。

流化床内鼓引风的设置决定流化状态好坏和物料干燥的充分程度，鼓风小，吹不起物料，无干燥效果，物料结块，鼓风太大，则物料局部吹穿，其余物料部分结块，且加热的气体能源浪费，被引风拉走。为了最佳的干燥效果，需设置鼓风风量略小于引风风量，使床内形成为负压状态，并且控制引风出口处的前点温度<60 ℃，引风出口处后点温度<40 ℃，此种干燥工艺条件为生产中最佳，最大程度的提高加热气体的能源利用率，保证产品质量。

4　结　语

聚丙烯酰胺的干燥温度、物料床层厚度、进料量大小、鼓引风大小等众多的干燥条件必须发挥协同作用才能使干燥效率和产品的质量合格率达到最大化。随着市场的竞争，节能降耗的需要，聚丙烯酰胺干燥设备制造业按照高品质、低能耗、环保型的要求发展，进一步优化聚丙烯酰胺的干燥工艺是聚丙烯行业、乃至整个化工行业都需继续探索的课题。

[1]郭营营.聚丙烯酰胺生产概述[J].中国化工贸易,2014,23(6):101.

[2]王泽鹏.聚丙烯酰胺生产工艺及应用分析[J].中国化工贸易,2013(6):361.

[3]钱伯章.聚丙烯酰胺的生产技术与市场分析[J].化学工业,2010, 28(2-3):15-19.

[4]黄志刚,毛志怀.转筒干燥器的现状及发展趋势[J].食品科学,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

安徽省高等教学自然科学研究项目(项目编号：KJ2016A485)；安徽省高等教育振兴计划项目(项目编号：2015zytz032)；安徽省大学生创新创业训练项目(项目编号：201510367001)。

王媛媛(1988-)，女，硕士，助教，研究方向为应用化学。

TQ316

A

1001-9677(2016)015-0155-02