DE3718818C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Aktivieren von Polymeren - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen und Aktivieren von Polymeren mit hoher Geschwindig­ keit, sowohl kontinuierlich als auch chargenweise, wobei eine Steuerung, Vorwahl und Aufrechterhaltung der Polymerkonzentra­ tion und Aktivierung erzielbar ist.

Flüssige oder emulgierte Polymere sind ionische organische Moleküle, welche wasserlöslich sind. Unaktivierte Polymere werden von einem Ölträger umschlossen. In dieser Phase ist das Molekül um sich selbst in dem Lipidbeutel verschlungen. Aufgrund seiner Ladung neigt es dazu, sich aufzudrehen, wobei jedoch der Ölträger die Wirkung der Ladung kompensiert und es verschlungen beläßt.

Flüssige Polymere werden in verschiedenen Industriezweigen benutzt, um deren industrielle Verfahren zu vereinfachen und sie wirtschaftlicher zu gestalten. Beispielsweise können flüssige Polymere zur Wasserreinigung und Ausflockung, für automatische Farbsprühanlagen, in der chemischen Industrie zur Trennung von anorgani­ schen Feststoffen von Pflanzenteilen, in der Kohleindustrie zur Verbesserung des Absetzens der Fest­ stoffe und zum Aufschwemmen der Feinstoffe, in der petrochemischen Industrie zur Verbesserung der Ölrückgewinnung, in der Phosphatindustrie zur Verbesserung der Ausbeute, in der Zellulose- und Papierindustrie als Entwässerungshilfe und Retentionshilfe sowie in der Stahlindustrie zum Abset­ zen von Abfallstoffen verwendet werden. Dem Fachmann sind im übrigen noch weitere Anwendungen in anderen Industriezweigen geläufig. Üblicherweise werden Polymere in deaktivierter Form hergestellt und an einen Ort geliefert, wo sie verwendet werden. An diesem Ort ist es erforderlich, die Polymere zu aktivieren, bevor sie benutzt werden können. Dies bedeutet üblicherweise, daß ein Polymer mit Wasser bzw. mit einer anderen Chemikalie vermischt werden muß, um einen Elektrolyten herzustellen, welcher das Polymer aus einem inaktiven Zustand, der keine leichte Mischung mit einer anderen Substanz ermöglicht, in einen aktiven Zustand überführt, in welchem ein Mischen möglich ist. Das Umwandlungsverfahren zur derartigen Umwandlung des Polymers in den aktiven Zustand umfaßt das Übertragen eines hinreichenden Energiebetrages auf das Polymer. Bekannte derartige Aktivie­ rungssysteme sind z. B. aus den US-PS 4 057 223 und 4 217 145 bekannt.

Das von Öl eingeschlossene Polymer ist inaktiviert und dement­ sprechend muß der es umgebende Lipidsack aufgebrochen werden, damit die ionischen Moleküle sich aufdrehen können. Emulsions­ polymere werden üblicherweise derart aktiviert, daß diese im Wasser aufgelöst werden und daß dann hinreichend Mischenergie zugeführt wird, um den Ölträger zu emulgieren und es dem ionisch geladenen Molekül zu ermöglichen, sich aufzuwinden. Insbesondere wird die dem inaktiven Polymer zugeführte Energie durch mecha­ nische Energiezuführung aufgebracht, wobei der Lipidsack aufge­ brochen wird und es Wasser oder einem anderen Elektrolyten möglich wird, das langgestreckte, verwundene Molekül zu er­ reichen. Sobald sich das Molekül in Wasser befindet, stoßen sich gleiche Ladungen des Moleküls ab und das Molekül streckt sich und geht damit von einem gewundenen Zustand in eine mehr oder weniger langgestreckte Konfiguration über. Bis diese Streckung erfolgt, ist das Molekül für die meisten Anwendungs­ zwecke nutzlos.

Der exakte Energiebetrag, welcher für die Aktivierung eines Emulsionspolymers erforderlich ist, ist bekannt. Jedoch findet eine Erhöhung der Viskosität des Polymers statt, welche zu seiner Aktivierung proportional ist. Diese Zunahme in der Viskosität beruht auf den nicht in sich verwundenen Molekülen, welche miteinander wechselwirken. Das Aufdrehen der Moleküle stellt aktive Plätze für die Anlagerung von Fremdmaterial in einem Medium dar. Das dementsprechend erhöhte Gewicht der Moleküle führt dazu, daß sie unerwünschtes Material mit sich führen und sich absetzen.

Bei der Verwendung von Emulsionspolymeren muß darauf geachtet werden, daß die Polymere geeignet aufbereitet werden. Unterschied­ liche Polymere erfordern unterschiedliche Aktivierungsenergien, zähere Polymere erfordern mehr mechanische Energieeinleitung während andere weniger Energieeinleitung bedürfen. Weiterhin muß darauf geachtet werden, daß die Moleküle nicht durch zu starke Scherkrafteinleitung beaufschlagt werden. Eine zu starke Scher­ krafteinleitung führt dazu, daß die nicht verwundenen Moleküle aufgebrochen werden, wodurch die Viskosität gesenkt und die Wirksamkeit vermindert wird. Auch eine zu geringe Einleitung von Scherkräften wirkt beeinträchtigend, da das Polymer dann unwirksam und unwirtschaftlich ist. Bei bekannten Aktivierungs­ verfahren sind relativ lange Zeitabstände etwa in der Größen­ ordnung von 1 Stunde erforderlich, um z. B. die Aktivierung des Polymers zu bewerkstelligen. Diese lange Zeit macht das Vorrätig­ halten des Polymers in Tanks während der Aktivierung erforderlich. Dement­ sprechend ist die relativ lange Aktivierungsdauer verhältnismäßig kostspielig. Darüber hinaus wird durch eine derart lange Zeitdauer für die Aktivierung der Kapitaleinsatz wesentlich erhöht, der für den Ankauf der entsprechenden Vorrichtung erforderlich ist, wenn ein System kontinuierlich arbeiten soll im Vergleich zu einem chargenweise arbeitenden System. Dementsprechend ist ein schnelleres Polymeraktivierungssystem in hohem Maße wünschenswert.

Herkömmlicherweise wurden primär chargenweise arbeitende Verfah­ ren zur Aktivierung flüssiger Polymere verwendet. Polymere und Wasser werden dabei in einen gemeinsamen Mischtank geführt. In dem Tank wird die Lösung dann während einer spezifischen Zeitdauer gerührt oder gemischt, um die entsprechende Energie einzuführen. Nach dem Mischen muß die entstehende Lösung altern, damit die Moleküle hinreichend Zeit haben, sich zu entwinden.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Aktivierung von Polymeren zu schaffen. Insbeson­ dere soll ein schnelleres, mehrstufiges Verfahren geschaffen werden, welches sich sowohl für den chargenweisen also auch den kontinuierlichen Betrieb eignet. Dabei soll ein Aktivierungs­ system vorgeschlagen werden, welches in einer oder mehreren Sekunden in Abhängigkeit von dem jeweiligen zu aktivierenden Polymer arbeitet. Weiterhin soll im wesentlichen die Notwen­ digkeit der Zurverfügungstellung von Tanks während des Alterns des Polymers entfallen.

Darüber hinaus soll ein wirksames Verfahren zur Aktivierung flüssiger Polymere geschaffen werden. In diesem Zusammenhang soll ein automatisches, kontinuierlich arbeitendes System zur Verfügung gestellt werden, welches die Veränderung des Ausstoßes an aktiviertem Polymer gestattet, während automatisch der Betrag der zugeführten Energie und eine gewünschte Konzen­ tration des Polymers aufrechterhalten werden. Darüber hinaus soll die Alterungszeit wesentlich vermindert und in zahlreichen Fällen vollständig eliminiert werden, wodurch wiederum der Kapitalaufwand reduziert wird.

Die Lösung dieser Aufgabenstellungen ist in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 1 und in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruches 15 gegeben.

Erfindungsgemäß ist hiernach die Aktivierung des Polymers in vier Stufen vorgesehen, nämlich Vormischen, Mischen, Rück­ führen und eine abschließende plötzliche Druckreduktion. Das Vormischen erfolgt in einer Einheit mit einem statischen Mixer. Das Mischen erfolgt in einer Zentrifugalpumpe, wo Wasser oder eine andere elektrolytische Substanz (oder Mischungen hiervon) mit dem Polymer vermischt werden. Der von der Zentrifugalpumpe ausfließende Strom wird geteilt, wobei ein Teil des Ausflusses über den statischen Mischer und die Zentrifugalpumpe zurückge­ führt wird. Der andere abgezweigte Teil des Ausflusses wird einer Mischdruckregeleinrichtung zugeführt, wo der durch die Zentri­ fugalpumpe zugeführte Druck plötzlich auf etwa atmosphärischen Druck reduziert wird. Auf diese Weise werden die langgewundenen Polymermoleküle plötzlich entspannt, wodurch deren Streckung beschleunigt wird. Bei einem beispielsweise beschriebenen System ist für die gesamte Aktivierung lediglich ein Zeitraum von wenigen Sekunden erforderlich.

Erfindungsgemäß wird eine Anpassung möglich, wodurch die dem Polymeren zur Aktivierung zugeführte Energiemenge gesteuert werden kann. Sobald das Verhältnis zwischen der zugeführten Energie und der Zuführrate eingestellt ist, sorgt die erfindungs­ gemäße Anordnung automatisch für einen Ausgleich von Relativver­ änderungen. Die Vorrichtung sieht darüber hinaus Steuereinrich­ tungen zur Veränderung der Konzentration des Polymers vor.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung. Dabei zeigen

Fig. 1 schematisch das Prinzip einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung mit zwei Einlässen für Wasser und das Polymer, das aktiviert werden soll,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Vormischanordnung,

Fig. 3A und B zwei um 90° gegeneinander versetzte Aufsichten des statischen Mischers, der innerhalb der Anordnung, die in Fig. 2 dargestellt ist, verwendet wird,

Fig. 4 eine endseitige Ansicht des statischen Mischers längs der Linie 4-4 in Fig. 3A,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer etwas aufwendigeren Version der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform mit Vorkehrungen zur Einführung von ein oder mehreren Chemikalien, welche in dem Elektrolyten zur Aktivierung des Polymers verwendet werden können,

Fig. 6 eine Aufsicht von vorne einer erfindungsgemäßen Anordnung, und

Fig. 7 eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Anordnung längs der Linien 7-7 in Fig. 6.

Die in Fig. 1 dargestellten Systemkomponenten umfassen ein Einlaßreduzierventil 20 zur Einstellung des Verhältnisses von Wasser zu Polymer, eine Zentrifugalpumpe 22 zum Einführen des Wassers, eine geschlossene Mischschleife 24, eine Vormischein­ richtung 26 und eine Zentrifugalpumpe 28 zum Einführen des Polymers.

Das Wasser und das Polymer treffen zunächst in der Vormischein­ richtung 26 aufeinander, wobei das Wasser in Fig. 1 durch durchgezogene Linien und der Polymerstrom durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Das Ventil 20 kann so eingestellt werden, daß ein Verhältnis von Wasser zu Polymer von 100 : 1 eingestellt wird, wobei der Verhältnisbereich bei einem Anteil von 0,25 bis 15% an Polymer liegt. Mit dem Ventil 20 kann eine Meßein­ richtung verbunden sein (nicht dargestellt), welche in l/min geeicht ist. Durch eine Einstellung des Ventils 20 kann auch der gewünschte Durchsatz des Systems eingestellt werden.

Die Mischdruckregeleinrichtung 30 ist in drei Bereichen wesent­ lich. Sie wird verwendet, um einen konstanten Nettoausstoß an dem Druckbaustein oder an der Zentrifugalpumpe 22 zu erzielen, was für die Hydraulik des Systems wichtig ist. Sie steuert weiterhin den Rückführungsanteil, was in der Rückführungsphase von Bedeutung ist. Weiterhin stellt sie eine variable Druckab­ fallzone in der Endphase dar und ermöglicht es der Bedienungsper­ son, eine geeignete Menge von Mischenergie entspre­ chend der Art und der Konzentration des verarbeiteten Polymers auszuwählen. Je größer der Feststoffanteil des Polymers und je höher die Lösungskonzentration, desto mehr Mischenergie wird benötigt.

Die Mischeinrichtung 26 (Fig. 2) ist z. B. ein massiver Metall­ block mit einer Zentralbohrung 32, welche sich im wesentlichen längs der gesamten Länge erstreckt. Die Bohrung 32 endet kurz vor einer Gewindegegenbohrung 34 unter Ausbildung eines Kopfes 36. Im Zentrum des Kopfes 36 ist eine Öffnung 38 mit festem Durchmesser ausgebildet, um eine Flüssigkeitsbindung zwischen der Wassereinlaßöffnung 34 und der Zentralbohrung 32 herzustel­ len, welche eine Durchflußrate ermöglicht, die dem Öffnungsdurch­ messer entspricht. (Siehe Tabelle I).

Eine erste querverlaufende Gewindebohrung 40 führt zu einem weiteren Anschlußkopf 42, um die Durchflußrate zwischen der Öffnung 40 und der Zentralbohrung 32 zu steuern.

Die Auslaßöffnung 46 steht in direkter Verbindung mit der Zentralbohrung 32, so daß ein ungehinderter Durchfluß des Gemisches aus Wasser und dem Polymer möglich ist.

Eine statische Mischeinrichtung 50 (vgl. Fig. 3 und 4) umfaßt zwei halbkreisförmige Trennwände, welche im Winkel derart zueinander angeordnet sind, so daß der Gesamtquerschnitt kreisför­ mig ist (vgl. Fig. 4). Die Trennwände 52 (Fig. 3A) an einer Seite des statischen Mischers werden gebildet durch eine Reihe von im Abstand zueinander angeordneten parallelen Platten. Die Trennwände 54 an der anderen Seite des statischen Mischers sind an alternierenden Enden angeordnet, so daß insgesamt eine Zick-Zack-Konfiguration entsteht. Der Außendurchmesser (vgl. Fig. 4) der statischen Mischeinrichtung entspricht dem Innendurchmesser der Zentralbohrung 32. Dementsprechend kann die statische Mischeinrichtung 50 durch eine Endöffnung 56 in die Bohrung 32 eingeschoben werden. Danach wird mittels eines Pfropfens 58 das Bohrungsende verschlossen. Andere Ausfüh­ rungsformen eines statischen Mischers sind als handelsübliche Produkte verfügbar.

In die Mischschleife 24 (Fig. 1) wird Wasser über die Zentrifu­ galpumpe 22 eingeführt und durch das Durchflußventil und die Meßeinrichtung bei 20 gesteuert und gemessen. Die ersten Stufen der Aktivierung bzw. die Vormischungsstufe findet in der Zentri­ fugalpumpenanordnung 22 statt.

Die Zentrifugalpumpe 22 ist ein modifiziertes handelsübliches Produkt, wobei die Auslaßrate beispielsweise um einen Faktor 2 bis 7 für die meisten Anwendungsfälle vermindert wird. Am unteren Ende des Auslaßstromes kann der Reduktionsfaktor noch erheblich größer sein. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß der Durchmesser des Impellers beschnitten wird, so daß er eine verminderte Leistung aufweist, wodurch die Mischwirkung pro Durchfluß verglichen mit handelsüblichen Zentrifugalpumpen erhöht wird.

Die Reduktion der Förderleistung wird auch durch eine Einstellung des Wasserzuflusses gesteuert. Beispielsweise weist eine Zentri­ fugalpumpe üblicherweise eine Reihe von Durchflußkarten auf, welche vom Hersteller geliefert werden. Eine Durchflußkarte, welche die üblicherweise benutzte sein kann, beschreibt z. B., wie die Pumpe einen Durchfluß von 74 l/min in 13 m Höhe bewerk­ stelligen könnte. Eine andere Durchflußkarte kann beschreiben, wie die gleiche Pumpe bei unterschiedlicher Geschwindigkeit betrieben werden kann, um die fünffache Kapazität zu erreichen, z. B. einen Durchfluß von 370 l/min in derselben Höhe von 13 m.

Erfindungsgemäß wird die Pumpe in der vom Hersteller beschrie­ benen Weise betrieben, so daß sie z. B. 370 l/min liefert, wobei jedoch der Durchmesser des Impellers so lange reduziert wird, bis der Durchsatz auf 74 l/min reduziert ist, während die Pumpe weiterhin so betrieben wird, wie es der Hersteller für 370 l/min vorschlägt. Dementsprechend wurde bei diesem Beispiel ein Reduktionsfaktor von 5, d. h. von einem Durchfluß von 370 l/min auf 74 l/min erreicht. Nach der entsprechenden Reduktion überträgt die hohe Impellergeschwindigkeit, welche normalerweise für eine Fördermenge von 370 l/min bestimmt ist, eine größere Energie auf das gemischt Fluid, ohne daß dessen Volumen erhöht würde.

Die folgende Aufstellung zeigt eine Reihe unterschiedlicher Pumpen, welche zur Polymereinführung bei 28 verwendet werden können:

Pumpen-Typ
Durchfluß (l pro Tag)
054 AnCAT
0-3796
L-10 AnCAT	0-7992
L-20 AnCAT	0-15984
L-30 AnCAT	0-23796
L-60 AnCAT	0-47,7
L-80 AnCAT	0-62,6
L-100 AnCAT	0-79,9

Bei dem Pumpentyp L-60 betrug der Impellerdurchmesser ca. 12,5 cm, beim Pumpentyp L-80 ca. 15 cm und beim Pumpentyp L-100 ca. 15,6 cm.

Das nichtaktivierte, emulgierte Polymer wird durch die Vormisch­ einrichtung 26 und die Mischschleife 24 durch eine drehzahlver­ änderbare positive Verdrängerpumpe 28 geführt, welche das Polymer mit einer Rate herbeiführt, durch welche der gewünschte Konzentrationsbereich erzielbar ist. Eine nicht dargestellte Kalibriersäule ist zur Korrelation der verstellbaren Verdränger­ pumpe 28 bzw. deren Kapazität derart vorgesehen, daß das nicht aktivierte Polymer mit einer Rate herbeigeführt wird, welche exakt zu der gewünschten Konzentration führt. Die Pumpe 28 ist nicht modifiziert und liefert ausschließlich das Polymer zu der Mischeinrichtung 26.

Die gemischte Wasser- und Polymerlösung wird über eine Schlei­ fe 24 durch die Vormischeinrichtung 26 und das Hilfsmodul (Zentrifugalpumpe 22) zurückgeführt, wodurch das Aktivierungs­ niveau des Polymers noch weiter erhöht wird.

Die Endstufe der Polymeraktivierung wird durch die Mischdruck­ regeleinrichtung 30 gesteuert. Die durch die Regeleinrichtung 30 strömende Polymerlösung erfährt einen plötzlichen Druckabfall, wodurch die Lösung vollständig aktiviert wird. Dieser Druckab­ fall ist einstellbar und stellt einen wichtigen Faktor bei der Herstellung voll aktivierter Polymermoleküle dar. Die Druckregeleinrichtung ist handelsüblich ausgestaltet.

Die Mischdruckregeleinrichtung 30 ist in der Mischschleife angeordnet, um einen Austrag eines aktivierten Polymers auf einem gewünschten Aktivierungsniveau zu ermöglichen, wobei netto ein positiver Saugdruck in der Zentrifugalpumpe zur Verhinderung von Cavitation verbleibt. Sobald die gewünschte Ausstoßrate und das gewünschte Aktivierungsniveau ausgewählt sind, kompensiert die Mischdruckregeleinrichtung 30 automatisch einen zunehmenden oder abnehmenden Durchfluß, der auf die Auslaßrate Einfluß haben könnte. Auf diese Weise stellt die Durchflußregeleinrich­ tung 30 das gewünschte Aktivierungsniveau in der Zentrifugal­ pumpe 22 sicher.

Die Mischdruckregeleinrichtung ist also in drei Stufen wesent­ lich. Sie wird verwendet, um einen konstanten Ausstoß an dem Druckmodul aufrechtzuerhalten, was einen wesentlichen Aspekt hinsichtlich der Hydraulik des Systems darstellt. Sie steuert die Rückführungsrate in der Rückführungsstufe. Sie sorgt für eine veränderbare Druckabfallzone in der Endstufe und ermöglicht es der Bedienungsperson einen geeigneten Betrag von Mischenergie entsprechend der Art der Konzentration des verwendeten Polymers auszuwählen. Höhere Festigkeit aufweisende Polymere und höhere Lösungskonzentrationen erfordern mehr Mischenergie als üblich.

Die Regeleinrichtung 30 wird so eingestellt, daß sie einen plötzlichen, abrupten Druckabfall von der Druckleitung 60 auf etwa Atmosphärendruck ermöglicht. Diese plötzliche und abrupte Entspannung bewirkt einen Effekt, welcher dem Altern in einem Vorratstank herkömmlicher Systeme ähnlich ist. Ein begrenzender Faktor besteht darin, daß die Druckregeleinrich­ tung 30 so eingestellt werden muß, daß Cavitation in der Pumpe 22 vermieden wird.

Der Lösungsausstoß des Systems mit verschiedenen, vorstehend beschriebenen Pumpen kann folgender sein in l/min:

054 AnCAT|0,4 bis 37
L-10 AnCAT	11,1 bis 37
L-20 AnCAT	14,8 bis 74
L-30 AnCAT	14,8 bis 148
L-60 AnCAT	18,5 bis 220
L-80 AnCAT	18,5 bis 296
L-100 AnCAT	18,5 bis 370

Die Vorrichtung umfaßt ebenfalls eine Durchflußmeßeinrichtung (nicht dargestellt), welche die Durchflußrate der Lösung in dem System erfaßt. Wenn eine niedrigere Wasserdurchflußrate festgestellt wird, z. B. ein Durchfluß von weniger als 11,1 l/min bei der L-10-Pumpe, wird das System automatisch abgeschaltet und Alarm ausgelöst. Weiterhin gestattet ein Inspektionskopf 61 in der Mischschleife eine visuelle Überprüfung des Betriebszu­ standes der Pumpe.

Erfindungsgemäß wird damit ein automatisch arbeitendes System zur Aktivierung emulgierter Polymere mit bestimmten Ausstoß­ raten und bestimmtem Aktivierungsniveau erreicht. Das System stellt homogene, aktivierte Lösungen mit gewünschten Konzentra­ tionen zur Verfügung. Das System ist schnell, kostengünstig, zuverlässig und ermöglicht unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten, welche durch herkömmliche Systeme nicht geboten werden.

Im einzelnen arbeitet die Anordnung so, daß das Polymer beim Einlaß 62 und Wasser beim Einlaß 64 zugeführt werden. Das Drosselventil 20 wird so eingestellt, daß die Menge des zufließen­ den Wassers und damit das Verhältnis Wasser zu Polymer regu­ liert wird. Die Durchmesser der Leitungen, Öffnungen, Impedan­ zen der statischen Mischeinrichtung 50 usw. verursachen einen Fluidstrom am Auslaß der Pumpe 22, der am Punkt 66 geteilt wird. Das Teilungsverhältnis hängt ab von der Natur des Produkts. In einem beispielsweise beschriebenen System werden z. B. 60% des ausströmenden Fluids nach der Pumpe 22 durch die Leitung 60 und die Druckregeleinrichtung 30 zum Auslaß geführt. Die verblei­ benden 40% nach der Pumpe 22 werden in die Vormischeinrichtung 26 zurückgeführt, von wo sie bei 68 in die Zentrifugalpumpe 22 gelangen. Auf diese Weise enthält die Rückführungsschleife 24, 66, 26, 68, 22 stets eine Kombination aus vorgemischter Lösung aus Wasser und Polymer und einer neuen Mischung sowie einer zurückgeführten Mischung.

Nach dem Vorstehenden wird deutlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren drei Stufen umfaßt, nämlich das Vormischen, das Mischen, das Rückführen und die Endstufe. Das Vormischen erfolgt in der Mischeinrichtung 26, wenn das Rohpolymer erstmals in Kontakt mit dem Wasser gelangt. Die durch die Wände 52, 54 (Fig. 3) verursachte Turbulenz der statischen Mischeinrich­ tung 50 führt zu einer sorgfältigen Durchmischung von Polymer und Wasser, wobei jedoch der Lipidsack um die verwundenen Polymermoleküle unaufgebrochen bleibt.

Die Mischungsstufe beginnt in der Zentrifugalpumpe 22, wo der Lipidsack in einer ersten Aktivierungsstufe allmählich aufgebrochen wird.

Die Rückführungsstufe findet in der Rückführungsschleife 24 statt, wo etwa 40% des Ausflusses der Pumpe 22 einer Energiezu­ fuhr unterworfen wird, so daß der Lipidsack vollständig aufge­ brochen wird. Dabei wird bald ein stabiler Gleichgewichtszustand erreicht, wobei im wesentlichen alle Lipidsäcke aufgebrochen sind, wenn der Ausfluß die Auslaßleitung 60 erreicht, wo das Polymer vollständig aktiviert sein muß.

Die letzte Stufe findet statt, wenn ein plötzlicher Druckabfall in der Regeleinrichtung 30 erfolgt, wodurch sich die Polymermole­ küle entspannen. Dann stoßen sich die gleichen Ladungen längs des Polymermoleküls einander ab und verursachen dessen Streckung infolge der plötzlichen Druckreduktion in der Regeleinrich­ tung 30.

Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte und die entspre­ chenden Vorrichtungen können ausgeweitet und modifiziert werden, um ein System zur Verfügung zu stellen, welches kundenorientiert ausgelegt ist, um verschiedene Polymere in unterschiedlichen Elektrolyten zu aktivieren. Diese Änderungen sind in Fig. 5 veranschaulicht, wo das Leitungssystem so modifiziert wurde, daß das Polymer nicht nur mit Wasser sondern mit zusätzlichen Chemikalien gemischt wird. Im Ausführungsbeispiel wird das Polymer gemischt mit Dimethylamin (DMA) und Formaldehyd. In Reinform ist DMA hoch entflammbar und sollte dementspre­ chend nicht in Fabrikationsstätten gebracht werden. Deshalb wird DMA über eine Pumpe 80 eingebracht, deren Ausgang mit der Wasserzuführ­ leitung 64 verbunden ist, während sie selbst außerhalb des Fabrikgebäudes vor dem Drosselventil 20 angeordnet ist. Nachdem das DMA dem Wasser beigemixt wurde, kann es sicher in das Fabrikgebäude gepumpt werden.

Das Formaldehyd kann innerhalb des Fabrikgebäudes sicher gehand­ habt werden. Dabei wird es über eine Pumpe 81, welche beliebig angeordnet sein kann, zugeführt. Das Formaldehyd wird in die Mischung aus Wasser und DMA vor der Pumpe 22 und dem Polymer eingeführt.

Das übrige System gemäß Fig. 5 ist das gleiche wie dasjenige in Fig. 1. Es wird dementsprechend nicht nochmals beschrieben. Aus der Druckregeleinrichtung 30 fließt eine Mischung aus Polymer und einem Träger aus Wasser, DMA und Formaldehyd aus.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine praktische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche die Komponenten gemäß Fig. 1 und 5 umfaßt. Die Vorrichtung 110 ist so ausgestaltet, daß Wasser und reines emulgiertes Polymer dort in eine Misch­ schleife 112 eingeführt werden können, um eine Durchmischung und Aktivierung des Polymers durchzuführen. Die Vorrichtung 110 ermöglicht weiterhin eine kontinuierliche Zulieferung von aktiviertem Polymer in gewünschten Raten an der Auslaßöffnung 114.

Die Mischschleife 112 umfaßt eine statische Mischeinrichtung 116 und ein Hilfsmodul bzw. eine Zentrifugalpumpe 118, welche über Leitungen 120 und 122 verbunden sind. Das nichtaktivierte Polymer wird über die Leitung 124 in die Mischschleife 112 sowie zur Aktivierung in die Vormischeinrichtung 116 eingebracht. Wasser wird über einen Wassereinlaß 126 zugeführt, welcher in Strömungsverbindung mit der Mischschleife 112 über eine Leitung 128 steht.

Das nichtaktivierte Polymer wird aus einer Quelle der Leitung 124 über ein Absperrventil 130 und die Pumpe 132 zugeführt. Die Vorrichtung 110 kann automatisch die gewünschte Konzentration von aktiviertem Polymer auswählen, wenn die gewünschte Durchfluß­ rate von Wasser ausgewählt ist. Dies wird durch einen Motor 134 erreicht, der über den Getriebekasten 136 mit der Pumpe 132 verbunden ist. Der Motor 134 wird über einen Steuerkasten 140 und elektrische Kabel 138 versorgt. Der Getriebekasten 136 ermöglicht eine Anpassung der Polymerzuführrate durch die Pumpe 132 zu der Mischschleife 112.

Der Getriebekasten 136 ist für jedes verwendete Polymere kali­ briert, da unterschiedliche Lösungskonzentrationen unterschied­ liche Durchflußraten bei gleicher Pumpgeschwindigkeit produ­ zieren. Die Kalibrierung wird durch Schließen des Absperrven­ tils 130 und durch Füllen der Kalibriersäule 142 mit dem Poly­ mer bewerkstelligt, das benutzt werden soll. Die Kalibrier­ säule 142 liefert ihr Polymer an die Pumpe 132. Durch Korrelierung der Abnahmerate des Polymers in der Säule 142 mit dem Einstellglied 144 des Steuerkastens 136 wird das Polymer mit einer festen Rate an die Mischschleife 112 geliefert. Das Absperrventil 130 kann dann geöffnet werden, so daß das Polymer mit einer gewünschten Rate zugeführt wird.

Inspektionsköpfe 146 und 148 sind mit der Einlaß- bzw. Auslaß­ seite der Pumpe 132 verbunden. Sie ermöglichen eine visuelle Kontrolle eines ungestörten Pumpbetriebs. Der Inspektionskopf 146 ist als Unterdruckmeßkopf ausgebildet und zeigt den Saugdruck der Pumpe an. Der Meßkopf 148 überwacht den auslaßseitigen Druck der Pumpe. Die Druckventile an dem Meßkopf 148 warnen vor einem Blockieren der Pumpe 132 oder in der Vormischkammer 116 und führen zu einer Deaktivierung des Systems, um die Störung beheben zu können.

Das Wasser wird der Mischschleife 112 über die Leitung 128, ein Dosierventil 150 und eine Durchflußanzeigeeinrichtung 152 zugeführt. Die Durchflußanzeigeeinrichtung 152 ist in l/min geeicht. Durch Einstellung des Ventils 150 kann der gewünschte Ausstoß an aktivierter Polymerlösung eingestellt werden. Die Durchflußanzeigeeinrichtung 152 umfaßt einen Durch­ flußsensor. Wenn ein niedriger Durchfluß festgestellt wird, wird durch die Leitung 154 ein Impuls an die Schalttafel 140 gegeben, welche das System deaktiviert und an eine Bedienungsper­ son Alarm gibt.

Eine Mischdruckregeleinrichtung 156 stellt eine Verbindung zwischen dem Auslaß 114 und der Mischschleife 112 her. Die Mischdruckregeleinrichtung 156 umfaßt eine Einstellanordnung 158 zur Veränderung des Drucks in der Mischschleife 112 zur Erzie­ lung eines gewünschten Aktivierungsniveaus des emulgierten Polymers.

Die Zentrifugalpumpe 118 liefert eine mechanische Kraft zum Mischen des Polymers und des Wassers und zum Transport durch die Mischschleife 112. Die Stromversorgung der Zentrifugal­ pumpe 118 wird von der Steuertafel 140 aus über eine Leitung 162 bewerkstelligt. Ein Prüfkopf 164 dient zur visuellen Inspek­ tion des Betriebszustandes der Pumpe 118. Der Prüfkopf 164 ist ein Verbundprüfkopf, welcher mit der Vormischeinrichtung 116 verbunden ist, und zeigt den Saugdruck der Pumpe 118 an. Die Leitung 120 umfaßt ein Prüffenster für die Mischschleife. Der Meßkopf 166 ist mit der Leitung 122 verbunden und gibt Werte für den Mischdruck in der Mischschleife ab. Durch den Auslaß wird das aktivierte Polymer entweder an einen nicht dargestellten Vorratstank oder direkt in ein Prozeßsystem (ebenfalls nicht dargestellt) geführt. Eine Leitung 168 stellt eine Verbindung zwischen der Schalttafel 140 und dem Vorrats­ tank her. Wenn ein bestimmtes Niveau an aktivierten Polymeren in dem Tank erfaßt wird, wird das System durch die Schalttafel deaktiviert.

Wenn die gewünschten Niveaus von Durchsatz und Aktivierungsener­ gie festgelegt sind, arbeitet das System automatisch, so daß die Druckregeleinrichtung 156 die Durchflußrate des Wassers zur Aufrechterhaltung des Druckniveaus in der Mischschleife 112 ändert, welche für das entsprechende Niveau an Aktivierungs­ energie sorgt. Der Druck in der Mischschleife 112 gibt vor, wieviel Polymer zurückzirkuliert, wobei dies wiederum direkt proportional zur eingeführten Aktivierungsenergie ist. Dement­ sprechend wird der Druck in der Schleife bei einer Erhöhung des Mischdruckes über die Mischdruckregeleinrichtung erhöht, was eine Erhöhung der Polymerzirkulation bedeutet.

Die Mischschleife 112 sorgt nicht nur für einen Ausgleich zur Erzielung des gewünschten Ausstoßes und einer gewünschten Aktivierungsenergie sondern sorgt auch für eine Regulierung dahingehend, daß eine Cavitation der Pumpe 118 vermieden wird. Um aus der Pumpe 118 einen bestimmten Ausstoß zu erhalten, ist es erforderlich, pumpenausgangsseitig die erforderlichen Bedingungen herzustellen. Cavitation oder ein Kochen der Flüs­ sigkeit tritt dann auf, wenn diese erforderlichen Bedingungen an der Pumpe 118 nicht eingestellt werden. Dementsprechend wirken die Regeleinrichtung 156 und das Ventil 150 in der Schleife 112 ausgleichend und ermöglichen Änderungen im Ausstoß und im Aktivierungsenergie-Niveau entsprechend den Erfordernis­ sen der Pumpe 18.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet automatisch, wirksam, und kostengünstig bei dem Mischen und der Aktivierung ermulgier­ ter Polymere. Das System 110 bewerkstelligt insbesondere eine Endkontrolle der Konzentration an aktiviertem Polymere innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 15%.

Außerdem ermöglicht das System 110 einen veränderlichen Ausstoß, wobei kritische Mischdrucke aufrechterhalten werden, welche für die Einführung einer gesteuerten Mischenergie zum emulgier­ ten Polymer erforderlich sind.

Claims (20)

1. Vorrichtung zur Aktivierung von Polymeren mit einer Zentrifugalpumpe mit einem im Vergleich zu der Pumpleistung schnell drehenden Impeller, mit einer Elektrolytleitung zu einem ersten Pumpeneinlaß, einer statischen Vormischeinrichtung, einer Mischdruckregeleinrichtung, wobei die Misch­ druckregeleinrichtung und der Auslaß der Pumpe mit einem ersten Einlaß der Vormischeinrichtung verbunden sind, einer Verbindung einer Polymer­ quelle für nicht aktiviertes Polymer mit einem zweiten Einlaß der Vor­ mischeinrichtung und einer Verbindung zwischen einem Auslaß der Vor­ mischeinrichtung und einem zweiten Einlaß der Pumpe, wobei durch die Rückführung eines Teils des Pumpenausstoßes eine Mischschleife gebildet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoß der Pumpe um einen Faktor 2 bis 7 reduziert wurde.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Zentrifugalpumpe ist, deren Ausstoß um einen Faktor 5 vermindert wurde.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch­ druckregeleinrichtung schnell und plötzlich den Druck in dem nichtrück­ geführten Teil des Pumpenausstoßes reduzieren kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Leitungen zur Einführung einer Mehrzahl von Chemikalien in die Elektro­ lytleitung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste der Mehrzahl von Leitungen mit einer Dimethylamin-Quelle verbunden ist, eine zweite der Leitungen mit einer Formaldehyd-Quelle und eine dritte der Leitungen mit einer Wasser-Quelle.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß sie eine Schleife mit einer Pumpe und einer Vormischkammer, ei­ nen Wasseranschluß an einem Einlaß der Pumpe und eine Verbindung mit einer Quelle für nichtaktiviertes, emulgiertes Polymer umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (28) zum Pumpen einer veränderlichen Menge des Polymers in die Vor­ mischkammer vorhanden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Regelein­ richtungen zur Regulierung des Wasserzuflusses in die Elektrolytleitung vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Regeleinrichtungen zur automatischen Regelung der anderen Regeleinrichtungen zur Aufrecht­ erhaltung einer gewünschten Menge an Scherenergie, welche in das Poly­ mer in Abhängigkeit von Änderungen an den Regeleinrichtungen eingeführt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Sensoreinrichtun­ gen zur Erfassung des Aktivierungsniveaus des Polymers.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Durchflußmeßein­ richtungen, welche in Verbindung mit der Mischschleife stehen, und in Abhängigkeit von der Durchflußmeßeinrichtung arbeitende Einrichtungen in Verbindung mit den Regeleinrichtungen zur Auswahl eines gewünschten Ausstoßes an aktiviertem Polymer.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Warneinrichtun­ gen zum Alarmieren einer Bedienungsperson bei zu niedrigem Wasserdurch­ fluß.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Drucküberwa­ chungseinrichtungen zur Überwachung des Drucks in der Mischschleife.

15. Verfahren zur Aktivierung von Polymeren umfassend

• a) das Vormischen von Wasser und Polymer in einer statischen Mischein­ richtung,
• b) das Mischen des Ausstoßes der statischen Mischeinrichtung in einer Pumpe (22) mit einem im Vergleich zur Pumpleistung schnell drehenden Impeller,
• c) das Rückführen eines wesentlichen Teils des Ausstoßes der Pumpe (22) in die Mischeinrichtung, so daß eine Mischschleife entsteht, und
• d) das Durchleiten des verbleibenden Teils des Ausstoßes der Pumpe (22) durch eine Druckregeleinrichtung mit einer plötzlichen und schnellen Entspannung des von der Pumpe (22) ausgeübten Drucks.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoß der Pumpe (22) derart aufgeteilt wird, daß 30 bis 60% des Ausstoßes zu dem ersten Einlaß der Anordnung zurückgeführt und etwa 40 bis 70% der Druckregeleinrichtung zugeführt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch die Rege­ lung des Verhältnisses von zugeführtem Wasser und des Ausstoßvolumens des aktivierten Polymers aus der Mischschleife.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des in die Mischschleife eingeführten Polymers zur Regelung der Konzen­ tration des Polymers geregelt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß niedrige Wasserdurchflußraten erfaßt werden und in Abhängigkeit hiervon das Ver­ fahren automatisch unterbrochen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Warn­ signal für eine Bedienungsperson in Abhängigkeit von der Erfassung eines niedrigen Wasserdurchflusses abgegeben wird.