पॉलीएक्रिलामाइड के उत्पादन में दो मुख्य चरण होते हैं:
मोनोमर उत्पादन प्रौद्योगिकी: एक्रिलामाइड मोनोमर का उत्पादन कच्चे माल के रूप में एक्रिलोनिट्राइल का उपयोग करता है। एक उत्प्रेरक की कार्रवाई के तहत, एक्रिलोनिट्राइल क्रूड एक्रिलामाइड उत्पाद प्राप्त करने के लिए जलयोजन से गुजरता है। फ़्लैश वाष्पीकरण और शुद्धिकरण के बाद, परिष्कृत एक्रिलामाइड मोनोमर प्राप्त होता है; यह मोनोमर पॉलीएक्रिलामाइड के उत्पादन के लिए प्राथमिक कच्चे माल के रूप में कार्य करता है।
एक्रिलोनिट्राइल + (जल/उत्प्रेरक) → हाइड्रेशन → क्रूड एक्रिलामाइड → फ्लैश वाष्पीकरण → शुद्धिकरण → परिष्कृत एक्रिलामाइड।
उत्प्रेरकों के ऐतिहासिक विकास के आधार पर, मोनोमर उत्पादन तकनीक तीन अलग-अलग पीढ़ियों के माध्यम से आगे बढ़ी है:
पहली पीढ़ी ने सल्फ्यूरिक एसिड उत्प्रेरित जलयोजन प्रौद्योगिकी का उपयोग किया। इस विधि की कमियों में कम एक्रिलोनिट्राइल रूपांतरण दर, कम एक्रिलामाइड उत्पाद की पैदावार, और असंख्य उप-उत्पादों का उत्पादन शामिल है, जिसने बाद की शुद्धिकरण प्रक्रिया पर एक महत्वपूर्ण बोझ डाला। इसके अलावा, सल्फ्यूरिक एसिड उत्प्रेरक की मजबूत संक्षारण क्षमता के कारण, उपकरण की लागत अधिक थी, जिससे कुल उत्पादन लागत में वृद्धि हुई। दूसरी पीढ़ी ने बाइनरी या टर्नरी स्केलेटल कॉपर उत्प्रेरक का उपयोग किया। इस तकनीक का नुकसान तांबे के आयनों को शामिल करना था, जो अंतिम उत्पाद में पोलीमराइजेशन प्रक्रिया में हस्तक्षेप करते हैं, जिससे डाउनस्ट्रीम शुद्धिकरण और पोस्ट प्रोसेसिंग से जुड़ी लागत बढ़ जाती है। तीसरी पीढ़ी माइक्रोबियल नाइट्राइल हाइड्रैटेज़ कैटलिसिस तकनीक का उपयोग करती है। यह तकनीक हल्की प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत काम करती है {{11}विशेष रूप से परिवेश के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर {{12}और यह उच्च चयनात्मकता, उच्च उपज और उच्च उत्प्रेरक गतिविधि की विशेषता है। एक्रिलोनिट्राइल रूपांतरण दर 100% तक पहुंच सकती है, जिससे उप-उत्पादों या अशुद्धियों के बिना पूर्ण प्रतिक्रिया सुनिश्चित होती है। परिणामी एक्रिलामाइड उत्पाद में कोई तांबा आयन नहीं होता है; इस प्रकार, उत्पादन के दौरान उत्पन्न तांबे के आयनों को हटाने के लिए आयन एक्सचेंज प्रक्रियाओं की कोई आवश्यकता नहीं है, जो समग्र प्रक्रिया प्रवाह को काफी सरल बनाता है। इसके अलावा, गैस क्रोमैटोग्राफी विश्लेषण से संकेत मिलता है कि एक्रिलामाइड उत्पाद में वस्तुतः कोई अवशिष्ट मुक्त एक्रिलोनिट्राइल नहीं होता है, जो उच्च स्तर की शुद्धता को दर्शाता है। यह इसे विशेष रूप से अति उच्च आणविक भार पॉलीएक्रिलामाइड के साथ-साथ खाद्य उद्योग के लिए आवश्यक गैर-विषैले पॉलीएक्रिलामाइड की तैयारी के लिए उपयुक्त बनाता है।
माइक्रोबियल कटैलिसीस के माध्यम से एक्रिलामाइड मोनोमर के उत्पादन की तकनीक के संबंध में, जापान 1985 में एक वाणिज्यिक सुविधा स्थापित करने वाला पहला देश था, विशेष रूप से 6,000 टन क्षमता वाला 6,000 टन वार्षिक (टी/ए) संयंत्र। इसके बाद, रूस ने भी इस तकनीक में महारत हासिल की; 1990 के दशक के दौरान, जापान और रूस दोनों ने एक्रिलामाइड के माइक्रोबियल उत्प्रेरित उत्पादन के लिए क्रमिक रूप से बड़े पैमाने पर दस हजार दस हजार टन टन वर्ग की सुविधाएं शुरू कीं। जापान और रूस के बाद हमारा देश यह तकनीक रखने वाला दुनिया में तीसरा है। माइक्रोबियल उत्प्रेरक की गतिविधि 2,857 अंतर्राष्ट्रीय जैव रासायनिक इकाइयों पर है, जो एक स्तर है जो वैश्विक मानकों तक पहुंच गया है। एक्रिलामाइड मोनोमर्स के माइक्रोबियल उत्प्रेरित उत्पादन के लिए हमारे देश की तकनीक शंघाई कीटनाशक अनुसंधान संस्थान द्वारा लगातार तीन पंचवर्षीय योजनाओं: "सातवीं," "आठवीं," और "नौवीं" योजनाओं के दौरान विकसित और पूरी की गई थी। माइक्रोबियल उत्प्रेरक -नाइट्राइल हाइड्रैटेज़-की पहली बार 1990 में जांच की गई थी; इसे बीज संवर्धन के माध्यम से प्राप्त नाइट्राइल हाइड्रैटेज़ से प्राप्त किया गया था, जिसमें माउंट ताई की तलहटी में मिट्टी से अलग किए गए 163 जीवाणु उपभेदों और वूशी में मिट्टी से अलग किए गए 145 उपभेदों का उपयोग किया गया था। इस उत्प्रेरक को "नोकार्डिया-163" कोड द्वारा नामित किया गया था। तब से इस तकनीक को रुगाओ (जियांग्सू), नानचांग (जियांग्शी), शेंगली ऑयलफील्ड और वानक्वान (हेबेई) में सफलतापूर्वक वाणिज्यिक संचालन में डाल दिया गया है। परिणामी उत्पाद बेहतर गुणवत्ता वाले हैं, जो अल्ट्रा-उच्च सापेक्ष आणविक भार पॉलीएक्रिलामाइड के उत्पादन के लिए आवश्यक विशिष्ट गुणवत्ता मेट्रिक्स को पूरा करते हैं। यह उपलब्धि दर्शाती है कि एक्रिलामाइड के माइक्रोबियल-उत्प्रेरित उत्पादन के लिए हमारे देश की तकनीक उन्नत अंतरराष्ट्रीय स्तर पर पहुंच गई है।
पॉलिमराइजेशन तकनीक: पॉलीएक्रिलामाइड का उत्पादन कच्चे माल के रूप में एक्रिलामाइड मोनोमर्स के जलीय घोल का उपयोग करता है। एक सर्जक की कार्रवाई के तहत, एक पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रिया होती है। प्रतिक्रिया के पूरा होने पर, परिणामी पॉलीएक्रिलामाइड जेल ब्लॉकों को अंतिम पॉलीएक्रिलामाइड उत्पाद प्राप्त करने के लिए प्रसंस्करण चरणों की एक श्रृंखला से गुजरना पड़ता है {{2}काटना, दानेदार बनाना, सुखाना और चूर्णित करना{{3)। इस प्रक्रिया में महत्वपूर्ण चरण पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रिया ही है; बाद के प्रसंस्करण चरणों के दौरान, यांत्रिक क्षरण, थर्मल क्षरण और क्रॉस लिंकिंग को रोकने पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि पॉलीएक्रिलामाइड अपने इच्छित सापेक्ष आणविक भार और पानी में घुलनशीलता को बरकरार रखता है।
एक्रिलामाइड + पानी (आरंभकर्ता/पॉलीमराइजेशन) → पॉलीएक्रिलामाइड जेल ब्लॉक → दानेदार बनाना → सुखाना → चूर्णित करना → पॉलीएक्रिलामाइड उत्पाद
हमारे देश की पॉलीएक्रिलामाइड उत्पादन तकनीक आम तौर पर तीन अलग-अलग चरणों से होकर विकसित हुई है:
पहले चरण में "पैन पोलीमराइजेशन" को जल्द से जल्द अपनाना शामिल था। इस विधि में, पूरी तरह से मिश्रित पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रिया समाधान को स्टेनलेस स्टील ट्रे में डाला गया था। फिर इन ट्रे को तापमान नियंत्रित सुखाने वाले ओवन में डाल दिया गया। कई घंटों तक पोलीमराइज़ करने के बाद, ट्रे को ओवन से हटा दिया गया; पॉलीएक्रिलामाइड जेल को गिलोटिन कटर का उपयोग करके स्ट्रिप्स में काटा गया, दानेदार बनाने के लिए मांस की चक्की में डाला गया, ओवन में सुखाया गया और अंत में तैयार उत्पाद तैयार करने के लिए चूर्णित किया गया। यह पूरी प्रक्रिया पारंपरिक मैनुअल कार्यशाला की शैली में आयोजित की गई थी। दूसरे चरण में एक नीडर का उपयोग शामिल है: पूर्व -मिश्रित पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रिया समाधान को नीडर में रखा जाता है और गर्म किया जाता है। एक बार जब पोलीमराइजेशन शुरू हो जाता है, तो नीडर सक्रिय हो जाता है, जिससे गूंधना और पोलीमराइजेशन एक साथ आगे बढ़ सकता है। जब तक पोलीमराइजेशन पूरा हो जाता है, तब तक दाने का निर्माण भी काफी हद तक समाप्त हो जाता है; अंतिम उत्पाद प्राप्त करने के लिए निस्तारित सामग्री को सुखाया जाता है और चूर्णित किया जाता है।
तीसरा चरण 1980 के दशक के अंत में शंक्वाकार रिएक्टर पोलीमराइजेशन प्रक्रिया के विकास के साथ उभरा। इस तकनीक को परमाणु उद्योग मंत्रालय के पांचवें अनुसंधान संस्थान द्वारा जियांग्सू प्रांत के जियांगडू रासायनिक संयंत्र में सफलतापूर्वक संचालित किया गया था। इस प्रक्रिया में शंक्वाकार रिएक्टर के निचले भाग में स्थित एक घूमने वाला दानेदार ब्लेड होता है; जैसे ही पॉलिमर को बाहर निकाला जाता है, यह एक साथ कणिकाओं में बन जाता है। बाद में सामग्री को रोटरी ड्रम ड्रायर का उपयोग करके सुखाया जाता है और अंतिम उत्पाद तैयार करने के लिए चूर्णित किया जाता है।
पॉलीएक्रिलामाइड जेल ब्लॉकों को पोलीमराइज़ेशन रिएक्टर की भीतरी दीवारों पर चिपकने से रोकने के लिए, कुछ तकनीकें रिएक्टर के आंतरिक भाग पर फ्लोरीन या सिलिकॉन आधारित पॉलिमर यौगिकों से बनी कोटिंग लगाती हैं। हालाँकि, उत्पादन प्रक्रिया के दौरान इन कोटिंग्स के छिलने का खतरा होता है, जिससे पॉलीएक्रिलामाइड उत्पाद दूषित हो जाता है।
घूमने योग्य शंक्वाकार रिएक्टरों का उपयोग करने वाले डिज़ाइन भी हैं; एक बार जब पोलीमराइजेशन प्रतिक्रिया पूरी हो जाती है, तो रिएक्टर को पॉलीएक्रिलामाइड जेल ब्लॉकों को डिस्चार्ज करने के लिए उल्टा कर दिया जाता है। इसके अलावा, दानेदार बनाने के तरीकों (यांत्रिक दानेदार बनाना, काटना दानेदार बनाना, और गीला दानेदार बनाना{{1}यानी, एक फैलाव माध्यम के भीतर दाने डालना), सुखाने के तरीके (जैसे कि प्रवाह रोटरी सुखाने या कंपन द्रवीकृत बिस्तर सुखाने), और चूर्णीकरण तकनीकों के संबंध में भिन्नताएं मौजूद हैं। जबकि इनमें से कुछ अंतर उपकरण की गुणवत्ता में भिन्नता से उत्पन्न होते हैं, अन्य अपनाए गए विशिष्ट परिचालन दृष्टिकोण में अंतर को दर्शाते हैं, मोटे तौर पर कहें तो, पोलीमराइजेशन तकनीक में प्रचलित प्रवृत्ति कंपनशील द्रवयुक्त बिस्तर सुखाने की तकनीक के साथ संयुक्त निश्चित शंक्वाकार रिएक्टरों के उपयोग की ओर बढ़ रही है।
उपरोक्त इकाई संचालन के अलावा, पॉलीएक्रिलामाइड उत्पादन तकनीक प्रक्रिया निर्माण में महत्वपूर्ण विविधताएं प्रदर्शित करती है। विशेष रूप से आरंभिक चरण के संबंध में, "प्री{{1}क्षार सह-हाइड्रोलिसिस" प्रक्रिया और "पोस्ट-क्षार पोस्ट-हाइड्रोलिसिस" प्रक्रिया के बीच अंतर किया जाता है। प्रत्येक विधि के अपने फायदे और नुकसान हैं: पूर्व-क्षार सह-हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया प्रक्रियात्मक रूप से सरल है, लेकिन यह हाइड्रोलिसिस के दौरान गर्मी हस्तांतरण से संबंधित चुनौतियां पेश करती है, विशेष रूप से, क्रॉस-लिंकिंग की प्रवृत्ति और सापेक्ष आणविक द्रव्यमान में महत्वपूर्ण हानि। इसके विपरीत, जबकि पोस्ट {{11} क्षार पोस्ट - हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया में अधिक जटिल प्रक्रियात्मक अनुक्रम शामिल होता है, यह एकसमान हाइड्रोलिसिस सुनिश्चित करता है, क्रॉस लिंकिंग के जोखिम को कम करता है, और उत्पाद के सापेक्ष आणविक द्रव्यमान का नगण्य नुकसान होता है।
मेरे देश में, पॉलीएक्रिलामाइड पोलीमराइज़ेशन के लिए नियोजित आरंभकर्ता आम तौर पर तीन श्रेणियों में आते हैं: अकार्बनिक आरंभकर्ता, कार्बनिक आरंभकर्ता, और मिश्रित अकार्बनिक -कार्बनिक सिस्टम। (1) पेरोक्साइड
पेरोक्साइड को मोटे तौर पर अकार्बनिक पेरोक्साइड और कार्बनिक पेरोक्साइड में वर्गीकृत किया जाता है। अकार्बनिक पेरोक्साइड में पोटेशियम पेरोक्सीडाइसल्फेट, अमोनियम पेरोक्सीडाइसल्फेट, सोडियम पेरब्रोमेट और हाइड्रोजन पेरोक्साइड शामिल हैं। कार्बनिक पेरोक्साइड में बेंज़ॉयल पेरोक्साइड, लॉरॉयल पेरोक्साइड, और टर्ट -ब्यूटाइल हाइड्रोपेरोक्साइड शामिल हैं। आमतौर पर इन पेरोक्साइड के साथ जोड़े जाने वाले कम करने वाले एजेंटों में फेरस सल्फेट, फेरस क्लोराइड, सोडियम मेटाबाइसल्फाइट और सोडियम थायोसल्फेट शामिल हैं।
(2) एज़ो यौगिक
उदाहरणों में एज़ोबिसोब्यूटिरोनिट्राइल (एआईबीएन), एज़ोबिस (डाइमिथाइलवैलेरोनिट्राइल), सोडियम एज़ोबिस (साइनोवालेरेट), और 1980 के दशक में विकसित एज़ोएमिडीन लवणों की श्रृंखला शामिल है, जैसे कि एज़ो {{2} एन - प्रतिस्थापित एमिडिनोप्रोपेन हाइड्रोक्लोराइड। ये उत्पादों के एक वर्ग का प्रतिनिधित्व करते हैं जो गहन प्रतिस्पर्धी विकास का विषय रहे हैं। इन्हें आम तौर पर 0.005 से 1 भाग प्रति 10,000 तक की सांद्रता में जोड़ा जाता है; वे उच्च उत्प्रेरक दक्षता प्रदर्शित करते हैं, उच्च सापेक्ष आणविक द्रव्यमान वाले पॉलिमर के उत्पादन की सुविधा प्रदान करते हैं, और पानी में घुलनशील होते हैं, जिससे उनका उपयोग करना सुविधाजनक हो जाता है।
उलटा सस्पेंशन पॉलिमराइजेशन: पॉलीएक्रिलामाइड सबसे औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण कार्बनिक पॉलिमर फ्लोकुलेंट्स में से एक है। औद्योगिक रूप से, पॉलीएक्रिलामाइड का उत्पादन आमतौर पर या तो जलीय घोल विधि या व्युत्क्रम निलंबन पोलीमराइजेशन विधि का उपयोग करके किया जाता है। निम्नलिखित अनुभाग व्युत्क्रम निलंबन पोलीमराइजेशन के माध्यम से पॉलीएक्रिलामाइड के उत्पादन की प्रक्रिया की रूपरेखा बताता है।
पॉलीएक्रिलामाइड (पीएएम) माइक्रोस्फीयर के निर्माण के लिए व्युत्क्रम निलंबन पोलीमराइजेशन वर्तमान में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली और तकनीकी रूप से परिपक्व विधि है। इस प्रक्रिया में एक सतत माध्यम (आमतौर पर एक कार्बनिक विलायक) के भीतर एक मोनोमर (या मोनोमर्स का मिश्रण) को फैलाने के लिए जोरदार आंदोलन का उपयोग करना शामिल है, जिससे बारीक बूंदें बनती हैं। इसके बाद, मोनोमर्स, आरंभकर्ताओं, कार्बनिक विलायक और फैलाव स्टेबलाइजर्स के बीच पोलीमराइजेशन शुरू किया जाता है। पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रिया के पूरा होने पर, उत्पाद एक कणीय उत्पाद प्राप्त करने के लिए एज़ोट्रोपिक निर्जलीकरण, पृथक्करण और सुखाने से गुजरता है। व्युत्क्रम निलंबन पोलीमराइजेशन के माध्यम से प्राप्त उत्पादों में आमतौर पर 90% से अधिक ठोस सामग्री, 95% से अधिक पोलीमराइजेशन रूपांतरण दर और 0.5% से कम की अवशिष्ट मोनोमर सामग्री होती है; उत्पाद के कण का आकार 10 से 500 माइक्रोमीटर तक होता है, और उत्पाद उत्कृष्ट जल घुलनशीलता प्रदर्शित करता है।
यह विधि अपनी सरल प्रक्रिया, परिचालन नियंत्रण में आसानी, पोलीमराइजेशन गर्मी को आसानी से हटाने और पॉलिमर को अलग करने, धोने और सुखाने में आसानी के कारण औद्योगिक पैमाने पर कार्यान्वयन के लिए अत्यधिक उपयुक्त है; इसके अलावा, परिणामी उत्पाद की विशेषता इसकी शुद्धता, एकरूपता और स्थिरता है। हालाँकि, व्युत्क्रम निलंबन पोलीमराइजेशन को औद्योगिक उत्पादन में कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। इनमें से सबसे महत्वपूर्ण है सरगर्मी गति के प्रति इसकी उच्च संवेदनशीलता, जो अक्सर कण सहसंयोजन और जेल गठन की ओर ले जाती है। इसके अलावा, एज़ोट्रोपिक आसवन के दौरान सिस्टम अस्थिर हो जाता है, और इस प्रक्रिया में लंबे समय तक निर्जलीकरण की विशेषता होती है। इसके अतिरिक्त, व्यापक उत्पाद कण आकार वितरण, कार्बनिक सॉल्वैंट्स का व्यापक उपयोग, उत्पादन संचालन के संबंध में सुरक्षा चिंताएं, और अत्यधिक उच्च पोलीमराइजेशन लागत जैसे कारकों के परिणामस्वरूप सामूहिक रूप से पॉलीएक्रिलामाइड के उत्पादन के लिए घरेलू स्तर पर व्युत्क्रम निलंबन पोलीमराइजेशन विधि का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है।
