【正文】 1增稠劑在食品中有如下功效 1增強原料面粉中的蛋白質(zhì)粘結(jié)力 2使淀粉粒子相互結(jié)合分散滲透至蛋白質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構中 3 形成質(zhì)地致密的面團表面光滑而具有光澤 4形成穩(wěn)定的面團膠體防止可溶性淀粉滲出 5保水性強使水分均勻保持于面團中防止干燥 6提高面團的延展性 7使原料中的油脂成分穩(wěn)定地分散至面團中 2 作為電解質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用改變蛋白質(zhì)結(jié)構增強食品的粘彈性改善組織 3應用舉例 1面 包蛋糕面條類通心面提高原材料利用率改善口感和風味用量0052 水產(chǎn)糜狀制品罐頭食品紫菜干等強化組織保持新鮮味增強味感 3 調(diào)味醬番茄沙司蛋黃醬果醬稀奶油醬油增稠劑及穩(wěn)定劑 4果汁酒類等分散劑 5冰淇淋卡拉蜜爾糖改善味感及穩(wěn)定性 6冷凍食品水產(chǎn)加工品表面膠凍劑保鮮 4由于在水中溶解較慢可預先與砂糖粉末淀粉糖漿乳化劑等混合以提高溶解速度 5 作糖液鹽水飲料等的澄清劑高分子凝聚劑 [] 食品安全國外從上世紀六十年代就開始將聚丙烯酸鈉用于多種食品的增稠增筋和保鮮等 是美國 FDA 日本厚生省等批準使用的食品添加劑 2020 年中國衛(wèi)生 部也正式批準為食品級增稠劑 水處理劑分散劑 水處理劑分散劑小相對分子質(zhì)量的用于水處理可在堿性和中濃縮倍數(shù)條件下運行而不結(jié)垢 PAAS 能將碳酸鈣硫酸鈣等鹽類的微晶或泥沙分散于水中而不沉淀從而達到阻垢目的 PAAS 是一種常用的分散劑除了用于水處理還還廣泛大量應用于造紙紡織印染行業(yè)做漿料分散劑用于陶瓷工業(yè)做碳酸鈣分散劑用于涂料行業(yè)做顏料分散劑等 聚丙烯酸鈉是成熟工業(yè)產(chǎn)品有行業(yè)標準標準號為 HGT28381997 標準規(guī)定產(chǎn)品外觀為無色至黃色液體固含量大于等于 30 高相對分子質(zhì)量的用于絮凝劑 [] 水處理劑絮凝劑 聚丙烯酸鈉是一種線狀可溶性的高分子化合物其分子鏈上的羧基由于靜電相斥作用使得曲繞的聚合物鏈伸展促成具有吸附性的功能團外露到表面上來由于這些活性點吸附在溶液中懸浮粒子上形成粒子間的架橋從而加速了懸浮粒子的沉降 作為絮凝劑的聚丙烯酸鈉其相對分子質(zhì)量可達幾百萬其商品形態(tài)為黃色粘稠液體固含量或達 8 許相應特性粘數(shù)η≥ 340 聚丙烯酸鈉絮凝劑是特別適用于燒堿和純堿行業(yè)鹽水精制氧化鋁生產(chǎn)的赤泥沉降分離味精廠廢水中蛋白質(zhì)回收和制糖等行業(yè)的高分子材料 造紙化學品 造紙化學品造紙涂料上作為分散劑 最合適的相對分子質(zhì)量是 20203000 商品形態(tài)一般是 30 或 42 固含量粘度小于 600mPas 外觀無色透明至琥珀色液體 pH在 69 之間 [] 以上分析可見高分子量的聚丙烯酸鈉在很多領域都廣泛使用但目前在國內(nèi)企業(yè)使用的多為國外產(chǎn)品國內(nèi)近兩年已有生產(chǎn)但廠家不多生產(chǎn)能力不超過一千噸其中還包括膠體產(chǎn)品由此可見國內(nèi)高分子量聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)缺口還很大有必要增加生產(chǎn)滿足國內(nèi)需求因此建設高質(zhì)量的使用性能好的聚丙烯酸鈉生產(chǎn)廠非常必要 [11] 高分子量聚丙烯酸鹽的合成方法主要有水溶液聚合法和反相懸浮聚合法水溶液聚合法是以水為溶劑將 經(jīng)堿部分中和后的丙烯酸加入有關助劑引發(fā)劑然后在一定的溫度下進行聚合干燥粉碎而制得的方法該法以水為溶劑生產(chǎn)過程不產(chǎn)生污染對主設備要求低投資省操作簡單生產(chǎn)效率高缺點是反應速度快溫度不易控制但后處理需增加干燥粉碎篩分工序有過細粉末產(chǎn)生水溶液聚合法根據(jù)反應器的形式又可分為盤式法轉(zhuǎn)鼓法盤式法具有設備簡單投資小的特點轉(zhuǎn)鼓法則適合于連續(xù)性生產(chǎn)但設備較復雜國內(nèi)尚沒有類似的商品設備水溶液聚合法生產(chǎn)的聚丙烯酸鈉產(chǎn)品因呈不規(guī)則粉末狀是高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)的主要方法國內(nèi)的高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)基本采用該法 [12] 反相懸浮聚合 法是以溶劑 油相 為分散介質(zhì)經(jīng)堿部分中和的水溶性單體丙烯酸鈉在懸浮分散劑和攪拌作用下分散成水相液滴引發(fā)劑和交聯(lián)劑溶解在水相液滴中在加熱的情況下進行的聚合方法該法解決了水溶液聚合法的傳熱攪拌困難等問題且反應條件溫和可直接獲得珠狀產(chǎn)品生產(chǎn)的聚丙烯酸鈉粒徑大小可根據(jù)用途要求調(diào)節(jié)溶劑容易與聚合物分離是一種合成聚丙烯酸鈉獨特的方法缺點是反應過程較不穩(wěn)定工業(yè)放大困難主設備材質(zhì)要求高設備投資較大采用易燃的有機溶劑需要溶劑回收裝置存在消防隱患和產(chǎn)生污染只能進行間歇生產(chǎn)設備利用率低通常產(chǎn)量為設備容量的 10∽ 15 生產(chǎn)效率低 通 常的水溶液聚合法是以單一的引發(fā)劑在加熱的情況下引發(fā)反應即反應要在專門的加熱室內(nèi)進行需建一套加熱室會使投資增加同時加熱也造成能耗的增大并且由于反應時最高溫度達到 115℃以上反應劇烈得到的聚丙烯酸鈉分子量不大水溶性較差后處理造粒和干燥十分困難干燥能耗也增加針對以上問題我們經(jīng)過大量的試驗開發(fā)出用復合引發(fā)劑在常溫下引發(fā)丙烯酸溶液的聚合反應的聚合工藝聚合反應在常溫下進行反應時最高溫度約 75℃反應較緩和得到的聚丙烯酸鈉分子量較大水溶解性能較好聚合后的膠體外觀較硬粘性很小有利于后處理的造粒和干燥膠體干燥時間也明顯縮短經(jīng)過 前期試驗驗證結(jié)果令人滿意 [1316]試驗結(jié)果見表 21 表 21 不同引發(fā)劑對聚合反應的影響 引發(fā)型式 反應溫度℃ 開始反應間 min 物料最高溫度℃ 反應情況 產(chǎn)物外觀 分子量 單一引發(fā)劑 60 60 ≥ 100 劇烈 軟而粘 800 復合引發(fā)劑 常溫 30 75 緩和 硬而韌 2560 另外在聚合過程中加入少量有機胺和有機酸鹽等聚合助劑可提高產(chǎn)物的分子量增加水溶解性能縮短溶解時間聚合助劑影響的生產(chǎn)性試驗 [1718]結(jié)果見表22 表 22 聚合助劑對產(chǎn)物性能的影響 試驗 分子量萬 水溶解情況 溶解時 間 min 不加聚合助劑 1540 有少量凝膠 約 60 加聚合助劑 1540 無凝膠 ＜ 30 由表 22 可見加人聚合助劑可使產(chǎn)物的分子量大大提高并且分析試驗表明在采用粘度法測定分子量時不加聚合助劑的樣品在過濾時有一定量的不溶凝膠使得濾液中的物質(zhì)量減少導致計算的分子量降低 根據(jù)上述分析試驗結(jié)果和企業(yè)資金情況聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)選用水溶液聚合法的盤式法由于聚合反應后聚合物膠體對通常材料的盛裝器具具有很大粘性采用常規(guī)的盤式反應器時得到的大塊膠體后處理很困難根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)和試驗我們設計出采用噴涂不粘涂料的 不銹鋼盤作為聚合反應盤并且反應盤設計成帶條形格的結(jié)構使反應生成的聚合物膠體可方便地整條取出不需切成條或塊狀即可直接進人后續(xù)造粒工序的肉類絞碎機節(jié)省了人工和粗切碎裝置 22 丙烯酸鈉溶液脫除阻聚劑方法的選擇 由于丙烯酸在貯運過程中為了避免發(fā)生聚合通常加人約 20Ppm 的酚類化合物作為阻聚劑在聚合以前要除去否則會使聚合反應難以進行或因要多加引發(fā)劑并加熱到較高溫度才能引發(fā)反應除去阻聚劑常用的方法是減壓蒸餾丙烯酸此種方法需加熱減壓進行但其丙烯酸的損失較大而且需要專門的蒸餾設備也有使用活性炭來脫除但直接加入丙烯酸內(nèi)由于酸 性較大脫除效果不明顯丙烯酸因活性炭吸附造成的損失也稍大我們采用丙烯酸先經(jīng)中和后再加人細粉狀活性炭攪拌后過濾除去阻聚劑這種方法丙烯酸的損失相對較少各種方法去除阻聚劑的試驗效果見表 23[35] 根據(jù)試驗結(jié)果可知采用丙烯酸先經(jīng)氫氧化鈉溶液中和后再加人細粉狀活性炭攪拌后過濾的方法對阻聚劑的脫除效果較好處理時不需加熱丙烯酸損失也較輕所以選用其作為生產(chǎn)時去除阻聚劑使用的方法 [19] 表 23 各種方法去除阻聚劑的效果比較 脫除方法 處理后阻聚劑含量 ppm 丙烯酸損失情況 減壓蒸餾 ＜1 10 活性炭直接脫除 12 1∽ 2 中和后脫除 3∽ 4 ＜ 1 23 造粒方法的選擇 丙烯酸鈉聚合后物性為高含水 6065 膠體物及彈性粘性大的特點由不同大小的顆粒做的干燥曲線表明同等條件下粒徑和干燥時間呈非線性關系相差幾百倍不同粒徑與干燥時間的試驗結(jié)果見表 24 表 24 聚丙烯酸鈉膠體粒徑對干燥時間的影響 粒徑 23mm 45mm 78mm 10mm 30mm 干燥時間 40 分 60分 56 小時 23 天 12 月 要使其成為含水量約 5 的細小顆粒就必須大大提高物料的表面積在干燥前細化物料并且聚合反應后的高吸水性樹脂膠體從反應器上剝落后如整塊進行干燥會使搬運操作困難而且由于膠體厚會使干燥時受熱不均勻水分擴散慢干燥時間大大增加對后續(xù)破碎工序也有影響 聚合物膠體經(jīng)造粒后進入后續(xù)干燥工序由于其具有一定的粘性應選用合適的造粒設備進行造粒用普通切片機難以得到顆粒狀膠體并且會造成分子量的降解現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝是采用捏合機進行初破碎但在捏合過程中分子量將顯著降低大大降低產(chǎn)品質(zhì)量據(jù)了解國內(nèi)有廠家生產(chǎn)聚丙烯酰胺解碎造粒機但其價格昂貴尚不見有聚丙烯酸鈉膠體用的解碎 造粒機 經(jīng)多種造粒試驗比較決定選用肉類絞碎機其擠壓行程短可快速有效地解碎膠體得到顆粒粒徑≤ 5mm 的均勻膠粒使干燥過程時間大大縮短能耗降低產(chǎn)品質(zhì)量能保持不變而且適合后續(xù)工序的連續(xù)性生產(chǎn)我們選用的肉類絞碎機還具有價格低廉的優(yōu)點 1 臺處理量為 200kgh 的肉類絞碎機價格僅為 3000 元 [2021] 24 干燥方法的選擇 對造粒后的聚丙烯酸鈉膠粒進行干燥可采用箱式回轉(zhuǎn)窯紅外等干燥方式箱式干燥是化工行業(yè)廣泛使用的干燥方式具有投資小使用方便采用煙氣加熱時成本低的特點回轉(zhuǎn)窯設備適應于連續(xù)生產(chǎn)但是投資大占地面積大且對具有一定粘性的聚丙烯酸鈉膠粒不適應該種干燥方式生產(chǎn)試驗的前期采用紅外線加熱但是干燥成本高 每噸產(chǎn)品的干燥費用近 5000 元 而且設備維護費用大會導致產(chǎn)品成本顯著增加后改為煙氣干燥用煙氣加熱的箱式干燥方法每噸產(chǎn)品干燥費用不超過 1000 元根據(jù)企業(yè)的投資情況和生產(chǎn)能力選用煙氣加熱的箱式干燥方法[2223] 25 粉碎方法的選擇 干燥后的聚丙烯酸鈉成相對疏松顆粒間相連的塊狀物生產(chǎn)性試驗是采用人工敲碎后粉碎考慮到設計后產(chǎn)量較大和減輕工人的勞動強度采用先經(jīng)鄂式破碎機壓散然后萬能粉碎機粉碎這些都為常用的工業(yè)處理手段根據(jù)以上選擇本項目采用的技術路線為以丙烯酸為原料經(jīng)氫氧化鈉中和用活性炭脫除其中的阻聚劑加人聚合助劑和引發(fā)劑在常溫下反應得到聚丙烯酸鈉膠體然后將膠體造粒干燥粉碎篩分得到聚丙烯酸鈉產(chǎn)品 [2425] 26 聚丙烯酸鈉生產(chǎn)工藝流程 l 丙烯酸鈉溶液的制取將經(jīng)計量的丙烯酸與經(jīng)溶解冷卻計量的燒堿溶液進行部分中和中和后的丙烯酸鈉水溶液經(jīng)冷卻至室溫丙烯酸鈉溶液經(jīng)活性炭脫阻聚劑然后經(jīng)抽濾缸抽濾脫除阻聚劑 2 丙烯酸鈉的聚合在中和后脫除阻聚劑的丙烯酸鈉水溶液中加入計量量的助劑和引發(fā)劑放入盤式反應器中進行常溫聚合 3 聚合物膠體的造粒干燥聚 合生成的聚合物膠條經(jīng)造粒機造粒置于箱式干燥器干燥 4 干膠體的粉碎篩分干燥后的聚丙烯酸鈉經(jīng)顆式破碎機壓散粉碎機細碎振動篩篩分計量包裝得到聚丙烯酸鈉產(chǎn)品 工藝流程簡圖如下 [26] 27 生產(chǎn)過程主要操作條件及控制 l 配堿 按 NaOHH20 l212 的質(zhì)量比配制堿液其濃度約為 25 ww 將稱量好的燒堿緩慢倒人裝有定量純水的配堿釜中同時開動攪拌并在夾套通冷卻水冷卻控制最終堿液溫度≤ 40℃用堿液泵泵人貯堿槽 2 丙烯酸中和 按丙烯酸 NaOH l056的質(zhì)量比在中和釜中加人丙烯酸開攪拌并在夾套通冷卻水同時緩 慢加入已冷卻的堿液堿液量為丙烯酸堿液 l174 質(zhì)量比相當中和度 100 mol 比 控制最終丙烯酸中和液溫度≤ 35℃ 3 丙烯酸中和液脫阻聚劑 在中和釜的丙烯酸中和液中按丙烯酸質(zhì)量的 1 加人粉狀活性炭開動攪拌攪拌 3060min 視中和液溫度而定冬季中和液溫度低時需 30min 溫度高時需 60min 然后經(jīng)陶瓷過濾槽抽濾放人中和液槽 [27] 4 聚合反應 將中和液釜中的丙烯酸中和液放 150kg 人計量攪拌釜中開動攪拌后加入助 劑加入量為丙烯酸質(zhì)量的 02 攪拌使其溶解然后加人丙烯酸量 025 的復合引發(fā)劑攪拌使其在 10min 內(nèi)溶解隨即放入反應盤中時間控制在 15min 內(nèi)約3040min 開始反應 3h 后反應結(jié)束 5 造粒干燥 將聚合物膠條從反應盤中取出逐條喂入造粒機絞切成 5mm 粒徑的聚合物膠粒均勻堆放干燥器推車網(wǎng)架上送人箱式干燥器內(nèi)進行干燥干燥時間約 48h 干燥溫度以干燥機內(nèi)物料溫度≤ 130℃為宜干燥后產(chǎn)物