CN101193952B - 制备聚合物浓溶液的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由聚合物粒料制备聚合物浓溶液的方法，其中所述粒料在第一阶段用水进行分散，在第二阶段以每立方米更低的混合或分散效率进行再分散。本发明还涉及实施该方法的设备。

Description

制备聚合物浓溶液的方法和设备

本发明涉及由粒状聚合物，特别是高分子合成聚合物制备水溶性聚合物溶液的方法以及用于实施该方法的设备。

水溶性聚合物常常具有差的溶解行为，特别是当它们具有高分子量时。例如，聚丙烯酰胺，代表了一大类水溶性聚合物。丙烯酰胺聚合物主要以高分子(平均分子量＞10⁵)、阴离子型、阳离子型或两性共聚物的形式用于许多固液分离领域。除城市废水处理厂和纸工业之外，采矿业是絮凝剂的另一个重要用户。

所述聚合物以水溶液使用，聚合物的浓度大约是0.5重量％。当制备该水溶液时，将所需量的聚合物搅拌下加入水中，并在溶液中分散。固体丙烯酰胺聚合物在与水接触时由于倾向于形成团块即聚结，而妨碍了它们在水中的分散。在将聚合物粉末加入到水中之后，通过不溶解的固体包封在水湿聚合物的外层包膜延缓了水进一步渗入固体颗粒，从而直接形成固体聚合物团块。这种聚结尤其是由聚合物粉末的细粉部分低于200μm而引起的。

在连续适度的搅拌下，完全溶解聚合物需要1-2小时的熟化时间。为了制备活性物质溶液，已知的有包括熟化罐和储罐的双罐系统，每个罐具有3-10m³的容量，取决于制造商或想要的容量。熟化之后，将制备的聚合物溶液装回到储罐中，在储罐中连续搅拌，从其中连续移除，直到变空。同时，在熟化罐中新制备的聚合物溶液被泵抽到空的储罐中。

由于高装填体积和长的熟化、等待、再充填和排空时间，有时聚合物溶液在使用之前，要在罐中停留好几天。因此，由生物降解和剪切诱导降解过程可能降低聚合物溶液的效力。

为了确保聚合物溶液的半连续供应，使用所谓的三腔溶解系统。在三腔溶解系统中，由切向水流润湿的粒料进入第一腔室，并通过搅拌器系统进行均化和溶解。第一腔室液面上升导致液体溢出，溶液从而进入到第二腔室中，在第二腔室中同样有搅拌器实现均化和溶解。当第二腔室的液体达到溢流标记时，溶液流入到第三腔室中，在其中通过搅拌器再次实现均化和溶解。在第三腔室中存在一个具有最低接触(开始腔室1湿润过程)和最高接触(停止腔室1湿润过程)的液面计，根据液位开始或停止第一腔室的润湿过程。这样溶解的粒料在约30-60分钟的熟化时间后，能够用于生产工艺。

此外，熟化时间后，聚合物水溶液中仍然存在部分包含不溶解聚合物的凝胶。凝胶含量不仅会导致聚合物溶液作用的丧失，而且会由于堵塞筛孔引起技术问题，或者在造纸中导致纸面的不平整。

浓度多至约0.5重量％的溶液仍可以缓和地被泵抽，以致于在泵抽过程中没有发生显著的剪切降解。加压运送高浓度溶液完全是可能的，但总是会导致部分聚合物降解。在工业规模上限制为低浓度的聚合物溶液，需要安装大的、笨重的和昂贵的溶解站。

为了获得尽可能无凝胶的聚合物，在现有技术已公知各种剪切系统，然而，它们在减低凝胶量的同时，也引起不希望的聚合物溶液粘度的降低。粘度下降是由于聚合物分子量的降低，并导致效力的下降。

因此，在WO 95/20 431中描述了一种方法，其中包含聚合物溶液的水凝胶在压力下穿过筛孔宽度逐渐降低的线内滤器。

在EP 0 050 312 A1中，描述了一种用于分散聚合物粉末，随后将其溶解在溶剂紊流中的装置和方法。在这种情况下，发现对聚合物粉末的颗粒大小有很大的依赖性。分散在装置中发生，所述装置基本上由具有用于聚合物粉末和切向液体进料的装料口的漏斗、具有环状喷嘴和喷射泵的排放管组成。在这种情况下，由于聚合物粉末粒径＞800μm的未溶的溶胀体引起的效力丧失变得非常明显。而包含的高度分散的聚合物粉末导致过大的溶液粘度，和装置的堵塞。

在EP 0 051 264 A1中，描述了一种在紊流中溶解聚丙烯酰胺凝胶颗粒的方法。在这种情况下，在溶解步骤之前，用多价盐溶液对聚合物颗粒进行长达20分钟的处理。由此形成的聚合物溶胀体通过由溶解罐和管道系统组成的流动型装置再循环，直到该溶胀体被破坏。所述流动装置描述于DE-OS-28 07 709中。由于盐的添加，由该方法制备的聚合物溶液在用作絮凝剂时显示出下降的效力。

DE-OS 26 27 367描述了一种用于混合聚合物聚电解质粉末和水的方法和装置，其中所述粉末由风力进入管道，并用其中的液体喷洒，随后夹带液体进入装有搅拌装置的溶解罐中。建议所述粉末输送管道由透明塑料材料制成，从而可能确定由聚合物粉末聚结引起的堵塞的位置。

GB 2 067 908公开了一种装置和方法，其中粉末由风力进入垂直的圆柱形柱并被润湿以形成均匀溶液。所述柱具有喷嘴，通过所述喷嘴加入溶剂。然而，该方法不能阻止很小和极小凝胶粒的形成。

DE 102 10 511 A1公开了一种溶解装置，其中通过涡旋吸杯向混合罐提供液体或粉末状聚合物和水。通过混合罐的混合挡扳，由意欲引起聚合物粉末溶解的循环或紊流产生两区段再循环混合。由溶解装置的底部取出即用聚合物溶液。聚合物降解是由其中的强紊流造成的，并损害聚合物溶液的效力。在实践中，由于包含不需要的凝胶不能完全避免的事实粉末聚合物的溶解呈现出了问题。使用该装置不能生产浓度明显超过1重量％的成批聚合物。

DE 32 43 671描述了一种用于连续混合粉状物质与液体的装置，其中所述粉状固体通过中心进料管被吸入装有回转泵和具有散置齿环的叶轮的环形混合室。将液体流以切线方向引入到该混合室。夹带的粉末与液相离心进入转子-定子齿环迷宫，并在该强制输送中胶态溶解或分散。然后通过固定筛取出该分散体。

DE 35 17 879 A1描述了通过永久嵌入的多盘环改进的该溶解系统的发展。尽管相对精细的混合技术，但该系统还是不适于制备完全无凝胶的聚电解质粉末溶液。另外，就对剪切比较敏感的产品，比如高分子水溶性絮凝剂聚合物而言，分子量降低，并因此导致效力的丧失。

DE 197 17 161描述了一种用液体连续破碎可润湿性差的粉状物料的装置，所述装置由粉状物料的管状加料装置和位于其下游的分散设备组成，在加料装置和分散装置之间通过压力注射入液体，以防止与粉末接触区域的粘着。就高粘性介质而言，该分散设备必须在其下游安装有泵，以确保所述液体远离该分散设备安全的输送。

EP 729 780 A2描述了一种用于分散预定量液体与预定量粉状固体的装置，其中所述预定量的液体通过混合设备由强力搅拌供给罐再循环多次，并从而每次都富集额外的固体。没有讨论溶解可溶性固体粉末的问题。

DE 196 22 191 A1描述了一种从粉末供应容器无污染计量和输送固体粉末进入分散或溶解所述粉末的分散或溶解罐中的方法和装置。将无粉尘粉末计量入漏斗，并吸入位于其底部出口的液体喷射泵中，分散并溶解，然后输送到溶解罐中。该方法能够无尘运输粉末，但溶解的聚合物不是无凝胶的。

WO 92/21 436公开一种用于分散、悬浮或乳化气体、液体和/或可流动固体的装置，其在具有两个进料口和一个产物出口的分散腔室中，有一个盘状转子。物料流在装有齿或叶片的转盘的边缘区域进行物理混合。任选地，该分散装置用额外的定子开动通过其径向孔施加额外的分散和剪切作用。由于在水溶性聚合物粒料的分散和溶解中发生的强烈的剪切作用，由分子降解导致效力丧失。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于溶解水溶性、粉状、并尤其是高分子量聚合物的方法，通过该方法制备基本上无凝胶的聚合物溶液，从而省去后续去除所含凝胶的费用。本发明的方法不会引起或仅引起轻微的对聚合物效力的损害，即在该溶解方法中，聚合物分子必须在没有显著破坏的情况下被溶解。本发明的另一个目的是设置该聚合物溶液制备方法，使得它能够分批式短间歇地进行或连续进行，并能够制备浓度≥1重量％的溶液。

本发明的方法还提供溶解具有高含量250μm以下、尤其是100μm以下的微细聚合物颗粒的聚合物粉末的可能性，这些粉末通常难于在没有导致任何与溶液性能相关的缺陷的情况下溶解。

本发明的另一个目的是提供实施所述方法的合适装置。

该目的通过在分散装置中物理混合水和聚合物颗粒而由水溶性聚合物固体颗粒制备水性聚合物溶液的过程实现的，其特征在于：

-通过在每立方米施加第一功率级来进行颗粒在水中的分散，

-所述水/颗粒混合物在离开所述分散装置以后，转移到搅拌罐中，并在搅拌下基本上溶解在其中，

-该聚合物水溶液在该搅拌罐中的停留时间后，在每立方米使用比第一次分散低的功率级对其进行第二次分散操作。

惊人地发现，通过两次分散，其中第二次分散以每立方米较低混合或分散功率级进行，在很大程度上避免分子量的降低的同时制备水溶性聚合物的无凝胶水溶液是可能的。

在水/聚合物粉末混合物第一次分散的优选实施方案中，该功率级限于550-1600Wh/m³，更优选100-1000Wh/m³。如果该混合能量太低，则不能达到最佳的分散效果，导致延长在下游搅拌器容器中的停留时间。如果该混合能量太高，则发生部分聚合物的分子结构的破坏，即分子量显著降低，并伴随着聚合物作为絮凝剂的效力下降。

在本发明方法中，分散装置优选如WO 92/21436中描述的那样来使用。该文件在这里引入作为参考。所述分散装置由分散腔室中的盘状转子组成，并装有用于聚合物粉末和水的两个进口和一个产物出口。两个物料流优选沿轴向在所述转子盘的边缘区域进行物理混合，在该点发生分散过程。产物出口位于分散腔室的外缘。在分散腔室的外缘，转子具有带齿或径向孔的转子边。任选地，在该分散装置中也可提供用于分散聚合物粉末的装有径向孔的定子来与该转子协作。

在第一分散阶段结束后，将其中较细微颗粒已部分溶解而粗聚合物颗粒已经分散的聚合物/水混合物转移到搅拌罐中，并通过缓慢旋转的搅拌器进行搅拌。该搅拌确保基本上所有的聚合物颗粒都被润湿并进行初步溶解，并防止在余下的溶解过程中沉淀，同时在这种安排下不发生由于搅动引起的剪切降解。可用于本发明方法中的合适的搅拌器是，例如，直臂桨式搅拌器、叶片搅拌器和锚式搅拌器。已经证明，在本发明方法的实现中，使用转速至多为300rpm的缓慢旋转叶片式搅拌器是有效的。其它适合的搅拌器也为本领域技术人员所知。

聚合物/水混合物在搅拌罐中的停留时间优选为1-15分钟，更优选2-10分钟，最优选3-6分钟。在连续方法中，该搅拌罐不断装入新的聚合物/水混合物，在这种情况下上述停留时间可适用作平均停留时间。根据被分散的聚合物的种类，该停留时间是可变的，例如，阳离子型聚合物往往比阴离子型聚合物需要较短的停留时间。

在离开搅拌罐以后，仍然含有部分未溶解的凝胶成分的聚合物水溶液，经受第二次分散过程，在此过程中，该凝胶部分缓慢地转化为溶解状态，同时避免聚合物降解。在优选的实施方案中，混合和分散功率级维持在200-500Wh/m³，更优选在250-400Wh/m³。如果混合能量太低，则凝胶部分不能完全溶解，而如果混合能量太高，则聚合物会发生剪切降解。

本发明的方法能够制备浓度范围很宽的水溶性聚合物的溶液。该浓度范围根据聚合物分子量可发生变化。然而就高分子量合成聚合物而言，由于强烈的粘度的形成，大于1％的溶液就应该被认为是浓溶液；而对于低分子量聚合物，显然更高的浓度是可能的。根据本发明制备的高分子量水溶性聚合物的浓度范围优选为大于1重量％，更优选大于2重量％，最优选大于2.5重量％。

通过本发明方法有利地溶解的水溶性聚合物包括合成类或天然类聚合物。

对于天然聚合物，例如，可以提及衍生自纤维素、淀粉、半乳甘露聚糖、壳聚糖和黄原胶及特别是它们的水溶性衍生物的水溶性多糖。该衍生化可通过物理过程和/或化学过程如使用醚化和酯化剂来实现，并产生中性、阴离子、非离子和阳离子产物。合适的化学衍生物主要是羧基、羧基烷基、羟烷基类和它们的混合物。作为它们的实施例，可以提及羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基淀粉、氧化淀粉、糊化淀粉和阳离子淀粉醚化合物。

本发明的方法尤其适于溶解合成水溶性聚合物，如用作絮凝剂的那些，其平均分子量通常大于10⁵，优选大于10⁶。这些聚合物通常是粉末形式的，通过生产工艺中的筛选，商购粉末颗粒通常具有250-1250μm的粒径。

用于本发明目的的合成水溶性聚合物通过自由基聚合由水溶性烯键式不饱和单体形成。根据单体组分的不同，可以形成非离子型、阳离子型、阴离子型或两性聚合物。

在可以用于本发明的合成水溶性聚合物中，聚丙烯酰胺代表优选的一类。为了本专利的目的，术语“聚丙烯酰胺”是指包含丙烯酰胺作为单体组分的水溶性均聚物或共聚物。

用于聚丙烯酰胺的合适的阴离子共聚单体的实例是，例如(甲基)丙烯酸、乙烯基磺酸、丙烯酰胺基甲基丙烷磺酸、(甲基)烯丙基磺酸、马来酸、富马酸和衣康酸。所有上面列出的酸都可以作为游离酸、盐或它们的混合物进行聚合。这些单体可以用碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、胺、氨基醇和/或氨中和。除这些之外，任何其它与酸形成水溶性盐的碱也可以使用，使用不同碱进行混合中和也是可能的。优选的阴离子共聚单体是丙烯酸、乙烯基磺酸和丙烯酰胺基甲基丙烷磺酸和/或它们的盐。

用于聚丙烯酰胺的合适的非离子共聚单体是完全或部分水溶性的单体，例如甲基丙烯腈；N，N-二甲基丙烯酰胺；乙烯基吡啶；乙酸乙烯酯；甲基丙烯酰胺；可聚合酸的含羟基酯；丙烯酸和甲基丙烯酸的羟乙基和羟丙基酯；以及可聚合酸的含氨基酯和胺，例如二烷基氨基酯，如丙烯酸和甲基丙烯酸的二甲基氨基和二乙基氨基酯、如丙烯酸二甲基氨基乙酯，或例如相应的胺，如二甲基氨基丙基丙烯酰胺。部分水溶性单体仅在其不会损害所得共聚物的水溶性的范围内使用。

用于阳离子型聚丙烯酰胺的合适的共聚单体是，例如，(甲基)丙烯酸的阳离子化酯，如(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨基丙酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨基丙酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨基丙酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨基丁酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨基丁酯；(甲基)丙烯酸的阳离子化酰胺，如二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酰胺、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酰胺、二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、二甲基氨基丁基(甲基)丙烯酰胺、二乙基氨基丁基(甲基)丙烯酰胺；具有包含1-6个碳的烷基的阳离子化N-烷基单酰胺和二酰胺，如N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-丙基(甲基)丙烯酰胺、叔丁基(甲基)丙烯酰胺；阳离子化N-乙烯基咪唑和取代的N-乙烯基咪唑，如N-乙烯基-2-甲基咪唑、N-乙烯基-4-甲基咪唑、N-乙烯基-5-甲基咪唑、N-乙烯基-2-乙基咪唑；和阳离子化N-乙烯基咪唑啉，如乙烯基咪唑啉、N-乙烯基-2-甲基咪唑啉和N-乙烯基-2-乙基咪唑啉。

碱性单体用于用无机酸或有机酸中和或季铵化，该季铵化优选与硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、氯甲烷、氯乙烷或氯化苄进行。在优选的实施方案中，用氯甲烷或氯化苄季铵化的单体被使用。

用于阳离子型聚丙烯酰胺的优选的共聚单体是(甲基)丙烯酸的阳离子化酯和酰胺，在每种情况下都包含一个季铵化N原子，非常优选使用季铵化二甲基氨基丙基丙烯酰胺和季铵化丙烯酸二甲氨基乙酯。

本发明方法的另一个优点是其对使用的聚合物粒料的粒径分布不敏感。实际上，这些聚合物粉末都被生产成含低于250μm的最小可能的部分，一方面，为了防止粉尘的产生，另一方面，为了避免这些细微颗粒在加入到溶解水中时产生聚结。而对于本发明的方法，可以允许这些细粒状组分留在产品中，因为它们可以毫无问题地被溶解。在本发明方法的一个有利的实施方案中，只使用粒径低于200μm，优选低于150μm的细粒状聚合物粉末制备该聚合物溶液。至于聚合物粉末颗粒的粒径上限，粒径为1250μm和更大的粉末可以毫无问题地溶解。

本发明的另一个目的是提供用于根据权利要求11以分批模式实施本发明方法的装置和根据权利要求12用于连续操作的设备。

图1显示的是以分批制备溶液的形式实施本发明方法的设备。聚合物粒料通过气动输送器(H0001)从聚合物粒料储存容器例如大的包或袋子，被输送到计量装置(H0002)的供料斗。所述计量装置(H0002)计量需要量的粒料(取决于所需浓度)进入粉末供给罐(B0001)。

或者，该粒料可以通过挠性运输螺杆直接由聚合物粒料储存容器输送至罐B0001。

罐(B0004)用于供水，并包含一批溶液所需的水量。

启动分批分散装置(U0001)，部分供水从罐(B0004)中抽出，并启动容器(B0002)中的搅拌器(R0001)。

一旦阀门(H0004)到达其终点位置，就打开阀门(H0003)。通过分散装置(U0001)产生的真空吸入粒料。粒料被水润湿，随后被泵抽入罐(30002)中。分散装置(U0001)由盘状转子组成，并在任选实施方案中可用附加定子操作。

当粒料容器(B0001)完全空时，阀门(H0003)关闭。

仍然留在水槽(B0004)中的残留水经由该分散装置装满到容器(B0002)中，直到液面计(L00001)切断分散装置(U0001)并关闭水阀(H0004)。

借助搅拌器(R0001)，均化罐(B0002)中的物质约1-15分钟。

在搅拌时间结束后，借助装置(U0001)，将溶液从罐(B0002)中移出，并输送至储液罐(B0003)中。分散装置(U0001)用作再填充泵和分散装置，并适于剪切，从而溶解仍然存在的凝胶。以每立方米比初始分散操作低的混合和分散功率级驱动该装置。液面计(L00001)终止该填充过程，现在可以重新开始上述程序。

图2显示的是以连续制备溶液的形式实施本发明方法的设备。

聚合物粒料通过气动输送器(H0001)从聚合物粒料储存容器例如大的包或袋，被输送到计量装置(H0002)的供料斗。

借助计量装置(H0002)(具有预定的输送功率)进行粒料供应。或者，装置H0001和H0002也可以被挠性螺旋输送器替代。

在没有压力和加料速度的情况下，可在线供给所需的水。

通过开始供水来开始溶液的制备，之后，分散装置(U0001)的粒料阀门(H0003)开启，同时启动计量装置(H0002)。现在，通过分散装置(U0001)产生的真空吸入粒料。粒料被水润湿，并被输送到罐(B0002)中。分散装置(U0001)由盘状转子组成，并在任选实施方案中可用附加定子操作。

通过搅拌器(R0001)均化罐(B0002)中的物质并防止其沉降。在该罐中的平均停留时间为1-15分钟。离开该罐的溶液，通过附加的分散装置(U0002)输送到储液罐中。该装置(U0001)适于剪切，从而溶解仍然存在的凝胶。以每立方米比装置(U0001)低的混合和分散功率级操作该装置(U0002)。

各个部件的描述

B0001粒料供应器

只有间歇操作的分散装置才需要粒料供应器，从而可以根据水的量和要求的浓度相应地提供所需粒料的量。

B0002罐

该罐用于接收分散在水中的聚合物粒料。它装有液面监控器和搅拌器。所述搅拌器用于在粒料溶解时均化水/聚合物粒料混合物，并防止分散的聚合物粒料沉降；应尽可能地避免分散粒料受到剪切影响。

相应地，在该阶段将优选使用缓慢旋转的搅拌器。可以使用的搅拌器的实例是直臂桨式搅拌器、叶片搅拌器和锚式搅拌器。

在连续模式操作中，如果将两个或多个搅拌罐串联连接起来，或使用所谓的连续流动腔室系统(所谓的多腔室装置)可能是有利的。

B0003罐

这个罐用于储存无凝胶、高浓缩絮凝剂溶液。根据需要的浓度，使用者可以从该罐中得到储存溶液(stock solution)或工厂用溶液(service solution)。

H0001真空输送器

该真空输送器用于输送粒料，且总是位于计量螺杆的上方。例如，如果粒料从一个大包中吸出，则吸出的粒料随后落入计量螺杆的供给斗中。

H0002计量螺杆

计量螺杆以所需速率计量粒料。可以通过改变螺杆传动的旋转速度来调节输送功率。预先称量计量的量，并调节到特定的要求。在操作状态下，螺杆输送需要量的粒料进入粉末接受容器(间歇操作)或成比例的水流中(连续操作)。通过真空输送器如需要填满计量螺杆的供给斗。另外通过电容近程开关额外控制给料斗，所述开关在一旦值低于最低值时发出警报，并可用于切断下游系统。

H0003粒料阀门

所述阀门安装在计量螺杆和分散装置之间，在润湿工艺开始后立即打开。

R0001搅拌器系统

该搅拌器用于促进初期溶解的聚合物粉末和在分散装置中聚集的润湿聚合物粉末颗粒的均化和溶解，并防止还没有完全溶解的粒料沉淀。

U0001和U0002分散装置

该分散装置是循环式均质分散器，其包括可调盘状转子系统。因为这种设计，在分散装置中流动的液体形成高真空，从而能够毫无损失地吸入粉末/粒料，且不产生粉尘。

该循环式均质分散器优选装有适于变换频率的发动机。通过离合器提供电机轴和单独安装的的机器主轴之间的间距。将两部件转子安装在具有两个优选高度抛光的转子轮毂和两个剥离器混合室(转子轮毂和转子叶片载体)中以防止粘着。通过法兰进行液体的流入和流出，并容许粉末通过偏心装配在混合室的入口装置。

该分散装置由分散腔室中的盘状转子组成，并装有两个用于聚合物粉末和水的进料口和一个产物出口。两个物料流在该转盘的周边优选沿轴向进行物理混合，在该时间发生分散过程。产物出口位于润湿腔室的外缘。在转子的周边，具有带齿或径向孔的转子边。

任选地，可以在该分散装置中安装用于分散聚合物粉末的带径向孔的定子，用于与转子协作。

本发明可以有利地用于所有领域，其中：

-絮凝剂被计量作为浓度大于或等于1％的工厂用溶液，

-需要无凝胶絮凝剂溶液，

-短时间需要大量絮凝剂，并且没有足够空间用于大型溶解装置，

-需要制备高浓缩原液。

通过本发明方法制得的高浓缩聚合物溶液特别适于净化淤浆和从淤渣如废水处理厂、挖泥或采矿中的堆积中除去水，尤其是当这些淤浆连续大量堆积时。所述聚合物溶液还特别适于用作造纸工艺中的絮凝剂和第三级石油输送中的巨涌聚合物(surgepolymer)。

实施例

实施例1

使用2重量％的浓度的Praestoff

658BC-S^#型阳离子聚丙烯酰胺溶液作为絮凝剂用于在箱式压滤机上对城市污水污泥进行脱水，根据本发明的方法在图1所示装置中制备所述溶液。在第一分散阶段中，施加900Wh/m³的分散功率级，在第二分散阶段中，分散功率级是300Wh/m³。搅拌罐B0002装有缓慢转动的叶片搅拌器(250rpm)。为了对比，用常规制备的相同阳离子聚丙烯酰胺的0.2％浓度溶液处理所述污水污泥。总共进行49批试验，每次使用1m³的絮凝剂溶液。根据本发明方法的絮凝剂溶液无凝胶体，且具有突出的絮凝效应。为了获得固含量约40重量％的滤饼，当使用所述0.2％浓度的溶液时，每吨干物质需要约4.5kg的絮凝剂，而仅需要3.7kg根据本发明制备的溶液。

^#：Praestol

658 BC-S是由Stockhausen GmbH提供的阳离子型聚丙烯酰胺，具有的分子量大于10⁶的分子量，degree of cationogenicty为8％，且＜315μm的粒料含量为10％，＜100μm的粒料含量低于5％。

实施例2

使用实施例1的装置和设置，从主要由细粒组成的阳离子聚合物粉末制备1％浓度的聚合物溶液。根据筛析，该聚合物具有下列组成：

＞1250μm  0.1％

＞1000μm  0.7％

＞800μm   5.7％

＞500μm   7.8％

＞315μm   3.4％

＞100μm   44.7％

＞63μm    29.4％

＜63μm    8.2％

在通过900Wh/m³的第一分散阶段之后，在分散罐中继续搅拌5分钟，搅拌后，该水/颗粒混合物本质上变成了溶液，即颗粒都被溶解或至少被水润湿，并初步溶解在水中。在通过搅拌容器后，进行300Wh/m³的第二分散步骤。

尽管细微颗粒的含量很高，但可以毫无问题地制备聚合物溶液，且该溶液只有低于5ml/L的可忽略的凝胶含量。[通过将1000ml聚合物溶液稀释至0.1重量％的浓度，然后倾倒其通过网孔宽度为0.315mm的标准筛并收集凝胶体，随后在量筒中测定其体积，来测定凝胶含量。]制备结束后，1％浓度溶液的粘度为1500mPa·s，且在1小时后没有发生变化。

试验结果清楚地表明了根据本发明方法制备的聚合物溶液的优点。与常规操作程序相比，其为高浓缩的聚合物溶液降低了絮凝剂溶液的体积，并使工厂用成本降低约90％，絮凝剂量减少约15％。此外，通过节省搅动和计量，动力供应成本降低了80％。本发明方法的另一个优点是可以由高度分散的聚合物粉末制备聚合物溶液，所述高度分散的聚合物粉末由于其强烈的聚结倾向，在常规的溶解中是不可用的。

Claims (13)

1.一种用于制备水溶性聚合物固体颗粒的聚合物水溶液的方法，该方法通过在分散装置中物理混合水和聚合物颗粒制备所述聚合物水溶液，

其特征在于：

-在每立方米施加第一功率级的同时进行所述颗粒在水中的分散，

-所述水/颗粒混合物在离开所述分散装置以后，被送到搅拌罐中，在搅拌下基本溶解在其中，

-所述聚合物水溶液在所述搅拌罐中的停留时间过后，在每立方米使用比第一次分散低的功率级下进行第二次分散操作。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述第一分散中，施加550-1600Wh/m³的混合或分散功率级。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在所述第二分散中，施加200-500Wh/m³的混合或分散功率。

4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述分散的聚合物颗粒在所述搅拌罐中的停留时间为1-15分钟。

5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，通过缓慢转动的搅拌器来防止所述聚合物颗粒在所述搅拌罐中发生沉淀。

6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，第一和第二分散都在分散装置中进行，所述分散装置包括分散腔室，所述分散腔室包含盘状转子，在该转子的外缘，具有带齿或径向孔的转子边。

7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，使用的水溶性聚合物是合成阴离子型、阳离子型或两性聚合物。

8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述聚合物溶液具有大于1重量％的浓度。

9.聚合物水溶液的用途，其包括根据权利要求1-8之一的方法制备聚合物水溶液；并且将所述聚合物水溶液用作絮凝剂。

10.根据权利要求9的聚合物水溶液的用途，其中所述聚合物水溶液作为絮凝剂用于净化淤浆和对从废水处理厂、采矿废物或淤泥运输厂得到的淤浆进行脱水，以及用于造纸中涉及的絮凝工艺。

11.聚合物水溶液的用途，其包括根据权利要求1-8之一的方法制备聚合物水溶液；并且将所述聚合物水溶液用作第三系石油生产中的辅助剂。

12.一种用于以分批方式实施权利要求1-8之一的方法的设备，所述设备用于溶解导电互联的水溶性聚合物粉末/液体，其包括：

1a、供水罐(B0004)，

2a、分散装置(U0001)，

3a、搅拌罐(B0002)，和

4a、储存罐(B0003)，

其中搅拌罐的产物出口通过分散装置(U0001)通向储存罐(B0003)。

13.一种用于以连续方式实施权利要求1-8之一的方法的设备，所述设备用于连续溶解导电互联的水溶性聚合物粉末/液体，其包括：

1b、供水器，

2b、分散装置(U0001)，

3b、搅拌罐(B0002)，

4b、分散装置(U0002)，和

5b、储存罐(B0003)。

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