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1、絮凝剂的种类和性能絮凝剂的种类聚丙烯酰胺的质量参数聚丙烯酰胺的产品品种聚丙烯酰胺絮凝作用的机理聚丙烯酰胺溶液的粘度絮凝剂是甘蔗糖厂普遍使用的药剂，用以加速蔗汁沉降和提高清汁质量。近年来，国内外糖业界籍助于现代絮凝剂的良好性能，研究开发了多种新的气浮清净工艺流程，显著地提高了制糖工业的科技水平。絮凝剂的品种和性能也有很大的发展与提高，它在制糖工业中发挥着越来越重要的作用。1、絮凝剂的种类絮凝剂有不少品种，其共通特点是能够将溶液中的悬浮微粒聚集联结形成粗大的絮状团粒或团块。它们都是含有大量活性基团的高分子有机物，主要有三大类：、以天然的高分子有机物为基础，经过化学处理增加它的活性基团含量而制成。、
2、用现代的有机化工方法合成的聚丙烯酰胺系列产品。、用天然原料和聚丙烯酰胺接枝(或共聚)制成。某些天然的高分子有机物例如含羧基较多的多聚糖和含磷酸基较多的淀粉都有絮凝性能。用化学方法在大分子中引入活性基团可提高这种性能，如将一种天然多糖进行醚化反应引入羧基、酰胺基等活性基团后，絮凝性能较好，可加速蔗汁沉降。将天然的高分子物质如淀粉、纤维素、壳聚糖等与丙烯酰胺进行接枝共聚，聚合物有良好的絮凝性能，或兼有某些特殊的性能。国内研制的一些产品，曾在几个糖厂试用，有较好效果。目前在国内外糖厂使用最广泛的絮凝剂，是合成的聚丙烯酰胺系列产品，它们的发展提高较快，在制糖工业的多种流程中普遍使用。聚丙烯酰胺(pol
3、yacrylamide)，常简写为 pam(过去亦有简写为 php)。糖厂近年使用的各种 pam，实质上是用一定比例的丙烯酰胺和丙烯酸钠经过共聚反应生成的高分子产物，有一系列的产品。丙烯酰胺的分子式为：ch 2 = chconh 2丙烯酸钠的分子式为：ch 2 = chcoona聚合物的分子式为：conh2 coona ch2 ch ch2 ch mn式中的 m 与 n 分别代表丙烯酰胺与丙烯酸钠的相对数量。它们的比例对聚合物的性质有很大的影响。通常将 n 对(m+n)的百分比称为阴离子度或羧基比率，以前通常称它为水解度：阴离子度 100%nn + m因为coona 基团在水溶液中容易离解出
4、na+ 而留下负电基coo，使大分子带负电，它们亦称为阴离子聚合电解质。2、聚丙烯酰胺的质量参数pam 的分子量、阴离子度和残留单体含量是很重要的参数。（1）分子量pam 的分子量很高，且近年来还有较大提高。20 世纪 70 年代应用的 pam，分子量一般为数百万；80 年代以后，多数高效pam 的分子量在 1500 万以上，有些达到 2000 万。每一个这种 pam 分子是由十万个以上的丙烯酰胺或丙烯酸钠分子聚合而成 (丙烯酰胺的分子量为 71，含十万个单体的 pam 的分子量为 710 万)。通常，分子量高的 pam 的絮凝性能较好。高分子有机物的分子量，即使在同一产品中也不是完全均一的，
5、标称的分子量是它的平均值。（2）阴离子度pam 的阴离子度对它的使用效果有很大影响，但它的适宜数值需视所处理的物料的种类和性质而定，不同情况下会有不同的最佳值。根据我们多年的研究和对数十个 pam 样本进行对比试验与分析，制糖工业所用的 pam 阴离子度 2228%较适合，且适应性较强，可用于不同的物料(蔗汁、糖浆、赤糖及原糖的回溶糖浆)以及不同的工艺流程(亚硫酸法、碳酸法和磷浮法) 。国外生产的糖用 pam 的阴离子度多数在此范围。bennett 指出，如果所处理的物料的离子强度较高(含无机物较多)，所用 pam 的阴离子度宜较高，反之则应较低。又据克拉克的报告，澳州的糖厂常用 20%阴离子
6、度的 pam，而美国佛罗里达州的糖厂常用较高的数值。cress 等的研究发现，在蔗汁中加絮凝剂和除去沉淀物以后，残留的 pam 量与 pam 原来的阴离子度有关。而在普通的水处理中，时常用不含羧基的聚丙烯酰胺。早期生产的 pam 是由丙烯酰胺一种单体聚合而成，原来不含coona 基团。使用前要先加 naoh 加热，使部分conh 2 基水解为coona，反应式如下：conh 2 + naoh coona + nh 3水解过程中有氨气放出。pam 中酰胺基团水解的比例就称为 pam 的水解度，它即是阴离子度。这种 pam 的使用不方便，且性能较差(加热水解必使 pam 分子量和性能明显下降)，8
7、0 年代后已很少使用。现代生产的 pam 有多种不同阴离子度的产品，用户可根据需要和通过实际试验选用适当的品种，不需要再行水解，溶解以后即可使用。但是，由于习惯的原因，有些人仍将絮凝剂的溶解过程称为水解。应当注意，水解的含义是加水分解，是化学反应，pam 的水解有氨气放出；而溶解只是物理作用，无化学反应。两者的本质不同，不应混为一谈。目前还有一些糖厂的技术人员对此不了解，甚至按以前的概念错误操作。（3）残余单体含量pam 的残余单体含量是衡量它是否适用于食品工业的重要参数。丙烯酰胺的聚合物是无毒的，在国际上已广泛用于自来水清净、食品工业和制糖工业。不过，在工业品聚丙烯酰胺中，难免残留有微量的未
8、聚合的丙烯酰胺单体，它有一些毒性。因此，必须严格控制 pam 产品中的残余单体含量。国际规定用于饮用水和食品工业的 pam 中的残余单体含量不超过 0.05%。国外著名产品的这一数值低于 0.03%。3、聚丙烯酰胺的产品品种国内外生产的 pam 产品很多，而且在不断发展提高。1、国内早期曾生产一种含干基 7%的粘胶状 pam 产品，分子量低，不含羧基，现已淘汰。2、广州南中有机化工厂在 1970 年代用乳液聚合法制成第一代 pam 干粉，含干基超过 90%，分子量 500900 万，阴离子度510%，性能比前一种有较大提高。但糖厂使用时需再进行水解，这个品种近年很少使用。3、该厂于 80 年代
9、初制成 php 系列产品，含干基 90%以上，有不同型号代表不同的分子量和阴离子度。其中 php10 的阴离子度为 510%，php20 为 1020%，php30 为 2030%；型的分子量为 300600 万，型为 600900 万，型为 9001300 万，型超过 1300 万。不少糖厂用过 php30-型产品，效果较好，使用方便。但它是通用型产品，残留单体含量仍偏高。4、t 型 pam 是较适合制糖工业使用的絮凝剂。广州南中厂与广东糖业界合作，在 80 年代初采用新的共聚法工艺试制了多种小样，在中山糖厂进行了数十次试验对比，优选出这一品种。它的分子量较高，一般超过 1200 万，阴离子
10、度约 25%；分子中活性基团分布较均匀，链节伸张程度好，在溶液中较易离解，化学活性和吸附性能良好。实际使用说明，t 型 pam 对糖液中的悬浮微粒有良好的絮凝能力，在糖厂各种工艺流程中应用有较强的适应性，明显地优于 php 型。同时，这种产品中残留的丙烯酰胺单体含量较低，可用于食品工业。t 型 pam 为胶块状产品，含干基 3035%(其余为水分)。虽然它的性能较好，但使用比较麻烦，影响了它的推广应用，有待改进。5、国外的 pam 产品很多，已有多种进入国内市场，使用效果较好。主要的如：美国 mazer 公司的 mafloc 724，mafloc 985；日本三菱公司的 t1150；法国 sn
11、f 公司的 an923vhm。还有一些产品亦曾试用过：如英国 tate & lyle 公司的 talosep(用于蔗汁沉淀)，talodura(用于糖浆气浮)，taloflote(用于原糖糖浆)，美国 dow 化学公司的 ap273；美国 fabcon 公司的zuclar2000；美国氰胺公司的 manofloc 846 等。由于各个糖厂的物料成份和所用工艺常有不同，其最适用的絮凝剂品种可能不同，宜进行试验对比来选择使用。此外，还要考虑产品的溶解性能，宜选用较易溶解的产品。近年的 pam 产品多数是干粉，有效成份可按 100%计算。它是白色粉末(或很细的颗粒)，松比重约 0.8。较易吸潮，遇水
12、易结成团块，其水溶液非常粘滑。它应存放于干燥阴凉之处，包装用的塑料袋在打开以后，要及时捆扎好袋口。4、聚丙烯酰胺絮凝作用的机理pam 产生絮凝作用是基于它的两种特点：长链(线)状的分子结构和分子中含有大量活性基团。pam 是直链状聚合物，因每个分子是由十万个以上的单体聚合构成，分子链相当长。它如果完全伸直，其长度要比一般的分子 (如蔗糖)或离子(如 ca2+)长数万倍以上。由于它的分子长而细，会弯曲或卷曲成不规则的曲线形状。这个长分子链向外侧伸出许多化学活性基团：酰胺基conh 2及羧基coo。酰胺基是非离子性基团，但亦善于形成副价键而与其它物质的活性基团吸附并连结起来。单纯的聚丙烯酰胺可以用
13、在一般的水处理中，使水中的悬浮物絮凝。羧基是负电性基团，它是使糖汁中微粒絮凝的关键因素。因为糖汁中微粒的絮凝主要通过钙离子的架桥作用产生。bennett 的研究证明，糖汁中的悬浮微粒及大多数胶体物质带有负电荷，它们的表面上经常吸附糖汁中的钙离子。由于 ca2+ 有两单位正电荷，而微粒或胶体表面上的每一个带电点通常只有一个负电荷(即一价酸根如coo)，故这些被吸附的钙离子还剩余一单位的正电荷，能再和其它负电基团相结合。这样，钙离子就在两者之间起架桥作用而将它们连接起来。磷酸钙与微粒或胶体的连结是通过这种作用，絮凝剂与微粒的连结也主要通过这种作用，即通过絮凝剂的羧基coo与钙作用而与各种钙盐沉淀物
14、及各种带负电的微粒互相连结。在溶液中存有磷酸和磷酸钙时，也能通过磷酸钙和磷酸根架桥与其他微粒表面的钙离子连结。许多 pam 分子与许多钙盐沉淀和磷酸钙沉淀微粒的互相连结就形成粗大的絮凝团。它的尺寸可达到数毫米或以上。据 bennett 研究，蔗汁加 pam 后形成的絮凝团约包含有 10510 7个原来的微粒。由于 pam 分子长而细并有许多化学活性基团，它们能和沉淀微粒产生很多连接而形成较大的絮凝物，这些絮凝物的结构就象棉絮那样，松散、无定形，互相连结但不很稳固，内部有很多空间和很多微细的网络，包藏着大量液体，因而絮凝物的比重颇接近它所存在的液体本身。絮凝物中还网络了各种各样的微粒，这就将各种
15、不同成分、不同性质、不同大小的微粒集合在一起。因此，良好的絮凝剂处理能将溶液中原有的微粒完全网络除去，使溶液显得特别清亮透明和有光泽。由于絮凝物的尺寸较大，它的沉降和过滤都比较快。絮凝剂与微粒的作用就是通过化学吸附和物理网络这两种形式产生的。根据上述机理可知，分子量较高、分子较长的 pam，能吸附较多的微粒，形成网络的能力较强，故絮凝效能较好。同理，pam 分子中羧基的比例适当也很重要，因糖汁中的微粒多数带负电，pam 需要有适量的羧基通过钙离子架桥与它作用。但如果羧基含量太多，pam 分子本身负电过强，本身分子之间的相斥力过大，也不利于絮凝作用。除了碳酸法以外，糖液(蔗汁和糖浆)加 pam
16、都是在加入磷酸和石灰乳中和以后。它们反应生成的磷酸钙沉淀是絮状物，能够捕集液相中的各种悬浮微粒形成稍大的颗粒。这称为第一次絮凝。在此基础上加 pam 形成更大的絮凝物，称为第二次絮凝。良好的一次絮凝可以显著提高加 pam 的二次絮凝的效果，并减少所需的 pam 的数量；因为一次絮凝已经将各种微细的粒子初步凝聚，大大减少了粒子的总数，从而减少了 pam 的负担。搞好一次絮凝是加 pam 获得最佳效果的基础。5、聚丙烯酰胺溶液的粘度 pam 溶液是很粘稠的。分子量越高的 pam 的溶液粘度越大。这是因为 pam 大分子是长而细的链状体，在溶液中运动的阻力很大。粘度的实质是反映溶液内磨擦力的大小，亦称为内磨擦系数。各种高分子有机物的溶液的粘度都较高，并随分子量升高而增大。测定高分子有机物分子量的一种方法，就是测定一定浓度溶液在一定条件下的粘度，再按一定的公式计算其分子量，称为“粘均分子量”。pam 溶液的特性粘度 与其分
