FR2606700A1 - Systeme de melange et d'activation de polymeres - Google Patents
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Abstract
LE SYSTEME COMPREND UNE POMPE CENTRIFUGE 22 DONT LA ROUE TOURNE TRES VITE PAR RAPPORT AU VOLUME LIMITE QU'ELLE DEBITE, UN MOYEN POUR RELIER UNE SOURCE D'ELECTROLYTE 64 A L'ENTREE DE LA POMPE 22, UN COLLECTEUR DE PRE-MELANGE 26 CONTENANT UN MELANGE STATIQUE 50, UN REGULATEUR DE PRESSION 30 RELIE, AINSI QUE LA SORTIE DE LA POMPE 22, A UNE PREMIERE ENTREE DU COLLECTEUR 26, UN MOYEN POUR RELIER UNE SOURCE DE POLYMERE 62 A UNE SECONDE ENTREE DU COLLECTEUR 26, ET UNE CONDUITE 68 ENTRE LA SORTIE DU COLLECTEUR 26 ET L'ENTREE DE LA POMPE 22. ON CREE AINSI UNE BOUCLE DE REACTION POUR RECYCLER UNE PARTIE DU DEBIT SORTANT DE LA POMPE 22. LA POMPE 22 A, PAR EXEMPLE, SON DEBIT DEREGLE DANS UN FACTEUR DE CINQ. LE REGULATEUR DE PRESSION 30 REDUIT BRUSQUEMENT LA PRESSION DE LA PARTIE QUI N'EST PAS RENVOYEE DANS LA BOUCLE. LA PRESSION, UNE FOIS REDUITE, EST ASSEZ BASSE POUR DETENDRE LES MOLECULES DU POLYMERE, MAIS ASSEZ HAUTE POUR NE PAS ENTRAINER DE CAVITATION DANS LA POMPE 22. LE SYSTEME FONCTIONNE AVEC DES POLYMERES LIQUIDES POUR LA PURIFICATION ET LA FLOCULATION DE L'EAU, DANS L'INDUSTRIE CHIMIQUE, DANS L'INDUSTRIE DU CHARBON ET DANS L'INDUSTRIE DES PHOSPHATES.
Description
L'invention concerne des moyens et des méthodes de mélange et
d'activation de polymères, à grande vitesse, à modes de fonctionne-
ment discontinus ou continus, qui permettent de contr8ler, de choisir
et de maintenir la concentration et l'activation des polymères.
Les polymères liquides ou en émulsion sont des molécules organi- ques chargées en ions qui sont solubles dans l'eau. Les polymères non activés ou non dilués sont enrobés dans un agent émulsionnant à base d'huile. Dans cette phase, la molécule est enroulée sur elle-même dans un sac lipide. Etant donné sa charge, elle tente de se dérouler,
mais l'agent lipide compense la charge et la maintient enroulée.
Les polymères liquides sont utilisés dans diverses industries pour y simplifier les processus industriels et les rendre plus
économiques. Par exemple, les polymères liquides peuvent être utili-
sés pour la purification et la flocculation de l'eau, dans les cabines de peinture au jet d'automobiles, dans l'industrie chimique pour séparer des matières inorganiques et des matières solides d'effluents d'usine, dans l'industrie du charbon pour accélérer la
sédimentation des solides et pour faire flotter le charbon pulvéru-
lent, dans l'industrie pétrochimique pour améliorer la récupération
d'huile, dans l'industrie des phosphates pour augmenter la récupéra-
tion, dans l'industrie de la pulpe et du papier pour aider à la déshydratation et la rétention, dans l'industrie de l'acier pour clarifier les déchets, etc. Ceux qui sont familiers avec cette technique verront tout de suite des utilisations possibles dans
beaucoup d'autres industries.
Généralement, les polymères sont fabriqués et transportés sous forme désactivée vers le lieu o on les utilise. Là, il faut les activer avant de les utiliser. Généralement, cela veut dire que l'on doit mélanger le polymère avec de l'eau ou avec un produit chimique pour avoir un électrolyte qui peut faire passer le polymère de l'état inactif, dans lequel il ne peut être-facilement mélangé avec un autre substance, à l'état actif, dans lequel on peut le mélanger. Le
procédé de conversion du polymère à l'état actif consiste à communi-
quer une quantité suffisante d'énergie au polymère. On trouvera dans
les documents US-A-4 057 223 et US-A-4 217 145 deux exemples de sys-
tèmes d'activation de polymères de la technique antérieure.
Le polymère enrobé dans l'huile est inactif et donc -il faut briser le sac liquide qui l'entoure pour permettre à la molécule ionisée de se dérouler. La manière dont les polymères en émulsion sont activés consiste à les diluer dans de l'eau et à apporter assez d'énergie au mélange pour émulsifier l'agent lipide et permettre à la molécule chargée ionisée de se dérouler. Plus particulièrement,
l'énergie apportée au polymère inactif comprend une agitation mécani-
que qui brise le revêtement lipidique et permet ainsi à l'eau ou à un autre électrolyte d'atteindre la molécule longue enroulée. Une fois que la molécule est dans l'eau, comme les charges de la molécule se repoussent les unes les autres, la molécule se déplie et passe d'une forme enroulée à une forme longue plus ou moins droite. Jusqu'à ce qu'arrive cette mise à la forme droite, la molécule est sans utilité
pour la plupart des applications.
La quantité exacte d'énergie requise pour l'activation d'un polymère émulsionné n'est pas connue, cependant il y a augmentation
de la viscosité du polymère qui est proportionnelle à son activation.
Cette augmentation de viscosité est due au fait que les molécules déroulées s'enroulent les unes avec les autres. Le déroulement des molécules fournit des sites actifs pour le dépSt de matériau étranger dans le milieu. Ainsi, le poids accru de ces molécules les fait se
décanter, entraînant avec elles les matières indésirables.
Dans l'utilisation de polymères en émulsion, on doit prendre garde à préparer correctement le polymère. Des polymères différents nécessitent des quantités différentes d'énergie d'activation, les polymères durs demandent plus de force alors que d'autres en ont moins besoin. De plus, on doit faire attention à ne pas surcisailler
les molécules. Le surcisaillage tendant à casser les molécules dérou-
lées, abaissant ainsi leur viscosité et les rendant moins efficaces.
Le sous-cisaillement est aussi un inconvénient en ce que le polymère
est alors inefficace et non économique.
Les systèmes d'activation connus demandaient relativement beau-
coup de temps (une heure ou deux) pour, par exemple, terminer l'activation du polymère. Ce temps très long augmente les besoins en bassins d'attente pendant l'activation. Donc, ce temps relativement long d'activation augmente le coût. La nécessité de prévoir un long
temps d'activation augmente aussi beaucoup les besoins en immobilisa-
tions pour l'achat des machines quand le système fonctionne en continu au lieu de fonctionner en discontinu. Ainsi, il faut trouver
un système d'activation de polymère plus rapide.
Premièrement, dans la technique antérieure, on utilise la métho- de en discontinu pour activer les polymères liquides. Le polymère et l'eau sont envoyés dans un bassin de mélange commun. Une fois dans le bassin, la solution est battue ou mélangée pendant un temps déterminé pour lui appliquer de l'énergie. Après le mélange, on doit laisser la solution qui en résulte, vieillir suffisamment pour que les molécules
se déroulent.
En conséquence, un objet de l'invention consiste à prévoir des moyens et des méthodes nouveaux et perfectionnés pour activer les polymères. En particulier, un objet de l'invention consiste à prévoir un procédé rapide à plusieurs phases qui peut s'adapter aux processus continus ou discontinus. Un objet de l'invention consiste aussi à prévoir un système d'activation de polymères agissant en une ou
quelques secondes suivant le polymère à activer.
Un autre objet de l'invention consiste à éliminer pratiquement le besoin de bassins d'attente alors que le polymère partiellement
activé est en train de vieillir.
Un autre objet de l'invention consiste encore à prévoir un
système et une méthode efficaces d'activation des polymères liquides.
Dans ce cas, l'objet consiste à prévoir un système automatique fonctionnant en continu et capable de faire varier le taux de sortie du polymère activé tout en maintenant automatiquement la quantité d'énergie qui a été communiquée et en maintenant une concentration
voulue du polymère.
Un autre objet consiste aussi à réduire sensiblement le teli;s
de vieillissement et, dans de nombreux cas, à l'éliminer complète-
ment, ce qui à son tour réduit le coût en immobilisations.
En ce qui concerne un aspect de l'invention, l'activation d'un polymère se fait en quatre phases, qui sont: le pré-mélange, le mélange dosé, le recyclage et une réduction finale soudaine de la pression. Le pré-mélange se fait dans un collecteur contenant un mélangeur statique. Le mélange dosé se fait dans une pompe centrifuge o l'eau ou une autre substance électrolytique (ou des mélanges de ceux-ci) sont mélangés avec le polymère. Le flux sortant de la pompe centrifuge est divisé, avec une partie qui est renvoyée dans le mélangeur statique et la pompe centrifuge. L'autre partie est envoyée dans un régulateur de pression de mélange o la pression communiquée
par la pompe centrifuge est réduite soudainement à la pression atmos-
phérique ou aux environs de celle-ci. Cela détend brusquement la molécule longue enroulée du polymère pour accélérer sa mise en forme
droite. Dans un système particulier, l'activation toute entière pre-
nait environ une seconde.
L'invention permet un réglage pour contrôler la quantité d'éner-
gie introduite dans le polymère pour l'activation. Une fois que la relation entre la quantité d'énergie introduite et le taux de sortie est établie, le système de l'invention compense automatiquement les variations. Le système fournit aussi des contr8les de la variation de
concentration du polymère.
Des exemples de réalisation suivant l'invention sont montrés dans les dessins joints, parmi lesquels:
la Fig. 1 est un schéma des principes du système de l'inven-
tion, lequel comporte deux entrées, l'une pour l'eau et l'autre pour le polymère à activer, la Fig. 2 est une vue en perspective d'un collecteur de pré-mélange, les Figs. 3A et 3B sont des vues en plan, suivant deux plans perpendiculaires, d'un mélangeur statique utilisé à l'intérieur du collecteur de la Fig. 2, la Fig. 4 est une vue de bout du mélangeur statique, selon la ligne 4-4 de la Fig. 3A, la Fig. 5 est un schéma d'une version plus sophistiquée du système de la Fig. 1 comportant des moyens pour introduire un ou
plusieurs produits chimiques qui peuvent être utilisés dans l'électro-
lyte pour activer le polymère, la Fig. 6 est une vue en élévation d'un système suivant l'invention, et la Fig. 7 est une vue en plan du système de la Fig. 6, selon la
ligne VII-VII de celle-ci.
A la Fig. 1, les pièces composantes du système sont une vanne de réglage 20 pour commander le rapport eau-polymère, une pompe centrifuge 22 pour introduire l'eau, une boucle fermée de mélange 24,
un collecteur de pré-mélange 26, une pompe centrifuge 28 pour intro-
duire le polymère, et un régulateur de pression de mélange 30. L'eau et le polymère se rencontrent d'abord dans le collecteur 26, le parcours de l'eau étant indiqué, à la Fig. 1, -par des lignes continues et celui du polymère par des lignes en traits tirets. La vanne 20 peut être réglée pour avoir un rapport d'eau/polymère d'environ 1 % dans un premier exemple, avec une plage de rapports utiles de l'ordre de 0,25 à 15 %. Un appareil de mesure, non montré, qui est associé à la vanne 20, est calibré en litres par minute. En réglant la vanne 20, on peut aussi choisir le débit de sortie voulu
du système.
Le régulateur de pression de mélange 30 est critique sous trois aspects. Il est utilisé pour maintenir une hauteur de chute de décharge nette constamment positive sur le module d'accélération ou pompe centrifuge 22, ce qui est important pour l'hydraulique du système. Il commande la quantité de recyclage qui se fait dans la phase de recyclage. Il fournit une zone de chute de pression variable dans la phase finale et permet à l'opérateur de choisir une quantité correcte d'énergie de mélange en se basant sur- le type et la concentration du polymère à traiter. Les polymères très solides et les concentrations de solutions fortes demandent plus d'énergie de
mélange que dans les cas usuels.
D'une manière plus détaillée, le collecteur de mélange 26, Fig. 2, est, par exemple, un bloc solide en métal percé d'un trou central 32 sur pratiquement toute sa longueur. Le trou 32 s'arrête près d'une ouverture d'entrée 34 à trou à épaulement et filetée pour former une paroi de séparation 36. Un orifice 38 d'un diamètre fixe est percé au centre de la paroi 36 pour établir une communication entre le trou 34 d'entrée d'eau et le trou central 32, le débit étant contrôlé par le
diamètre de l'orifice.
Tableau I
Débit et volume recyclé dans un système expérimental Type de diamètre de Débit de solution Volume recyclé pompe l'orifice 38 en 1/mn en 1/mn 054 AnCAT de 2,4 à 4,8 mm de 1 à 38 de 5, à 2,8 kg/cm2 à 30, à 4,2 kg/cm2 L10 AnCAT de 3,1 à 6,3 mm de 11 à 38 de 9, à 2,1 kg/cm2 à 54, à 4,2 kg/cn L-20 AnCAT de 3,1 à 6,3 mm de 11 à 75 de 9, à 2,1 kg/cm à 54, à 4,2 kg/cm2 L-30 AnCAT de 3,1 à 9,5 mm de 11 à 113 de 9, à 2,1 kg/cm à 125, à 4,2 kg/cm2 L-60 AnCAT de 4,7 à 10 mm de 18 à 230 de 20, à 2,1 kg/cm2 à 220, à 4,2 kg/cm L-80 AnCAT de 4,7 à 15 mm de 18 à 300 de 20, à 2,1 kg/cm à 350, à 4,2 kg/cm2 2-0 nA L-100 AnCAT de 4,7 à 20 mm de 18 à 380 de 20, à 2,1 kg/cm à 500, à 4,2 kg/cm Un premier trou taraudé transversal 40 conduit à une autre paroi de séparation 42 l'entrée vers un trou taraudé 40 à épaulement et le trou central 32. Un orifice 44 est prévu dans la paroi 42 pour établir une communication entre le trou 40 et le trou central 32 et y
contr8ler le débit.
La sortie 46 communique directement avec le trou central 32
pour permettre une sortie sans entrave du mélange polymère-eau.
Un mélangeur statique 50, Figs..3 et 4, comprend deux jeux de déflecteurs semi-elliptiques qui font un certain angle entre eux de manière que leur vue de bout se confonde avec un cercle, Fig. 4. Les déflecteurs 52, Fig. 3A, sur un c8té du mélangeur statique, sont formés d'une série de plaques parallèles disposées à intervalles réguliers. Les déflecteurs 54, de l'autre c8té du mélangeur statique, sont reliés en zig-zag. Le diamètre externe, Fig. 4 du mélangeur statique correspond au diamètre interne du trou central 32. Donc, le mélangeur 50 se glisse par une ouverture d'extrémité 56 dans le trou 32. Ensuite, un bouchon 58 est placé dans le bout du trou. Dans un exemple de réalisation, le mélangeur statique 50 était un produit commercialisé par la société TAH Industries, Inlayston, N.J., Etats-Unis. De l'eau est introduite dans la boucle de mélange 24, Fig. 1, par la pompe centrifuge 22 et est contrôlée et mesurée par la vanne de réglage et l'appareil de mesure en 20. Le début de la phase d'activation ou de pré-mélange dosé se passe dans la pompe centrifuge 22. La pompe centrifuge 22 est une version modifiée d'un organe du commerce que l'on a déréglé en haut de plage de débit d'un facteur de l'ordre de 2 à 7, par exemple, dans la plupart des applications. En bas de sa plage de fonctionnement, le facteur de déréglage peut être plus grand. C'est le diamètre de la roue qui est rogné pour avoir une caractéristique de fonctionnement dégradée dans laquelle on a plus d'agitation et de mélange pour le débit que dans une pompe centrifuge du commerce. Le déréglage est aussi contr8lé en agissant sur le débit d'entrée d'eau. D'une manière plus détaillée, à titre d'exemple, une pompe centrifuge s'accompagne d'une série de diagrammes que fournit le fabricant. Un diagramme que l'on peut utiliser normalement peut montrer comment la pompe peut fournir un débit de 75 litres par minute pour un maximum de chute de pression de 12 m, par exemple. Un autre diagramme peut montrer comment la même pompe peut fonctionner à une vitesse différente pour fournir cinq fois plus de débit, soit 350
litres par minute avec la même hauteur de chute de 12 m. -
Suivant l'invention, la pompe fonctionne comme l'indique le fabricant pour fournir 350 1/mn, mais le diamètre de la roue est réduit jusqu'à fournir 75 l/mn,la pompe continuant à fonctionner comme l'indique le fabricant pour -100 1/mn. Ainsi, dans cet exemple
particulier, la pompe centrifuge est déréglée d'un facteur 5 (c-à-d.
déréglée de 350 à 75 1/mn). Après déréglage, l'augmentation de la vitesse de la roue qu'il faut normalement pour fournir 350 1/mn apporte plus d'énergie au fluide mélangé, sans augmentation du volume
à la sortie.
Le tableau suivant indique un certain nombre de pompes qui
peuvent être utilisées pour l'injection du polymère en 28.
Type de pompe Débit en 1/mn 054 AnCAT 0 à 3250 L-10 AnCAT 0 à 8000 L-20 AnCAT 0 à 15000 L-30 AnCAT 0 à 24000 L-60 AnCAT 0 à 50000 L-80 AnCAT 0 à 65000 L-100 AnCAT 0 à 80000 Dans la pompe du type L-60, le diamètre de la roue était de 12,5 cm, dans la pompe du type L-80, il était de 15 cm, et dans la pompe du
type L-100, il était de 16 cm.
Le polymère en émulsion inactivé est introduit dans le collec-
teur de pré-mélange 26 et dans la boucle de mélange 24 par une pompe 28 à déplacement positif et vitesse variable, qui fournit le polymère avec un débit qui permet d'atteindre une plage de concentrations voulues. Une colonne de calibration, non montrée, est prévue pour corréler la pompe à vitesse variable 28 avec ses possibilités de fournir le polymère non activé avec un débit qui permet d'obtenir avec précision la bonne concentration. La pompe 28 n'est pas modifiée
et fournit simplement le polymère au collecteur de pré-mélange 26.
La solution d'eau et de polymère mélangés est recyclée, par la
boucle 24, vers le collecteur 26 et l'accélérateur ou pompe centrifu-
ge 22 qui continue à accélérer le niveau d'activation du polymère.
La phase finale de l'activation du polymère est contrôlée par le régulateur de pression de mélange 30. La solution passant dans le
régulateur 30 subit un brusque chute de pression qui active complète-
ment la solution. Cette chute de pression est réglable et représente un facteur important dans le développement des molécules de polymère complètement activées. Le régulateur de pression 30 peut être un
objet du commerce.
Plus particulièrement, le régulateur 30 est placé dans la boucle de mélange pour permettre de délivrer le polymère activé avec le degré d'activation voulu tout en maintenant un niveau d'aspiration
net positif dans la pompe centrifuge afin d'y éviter la cavitation.
Une fois choisis le débit de sortie et le niveau d'activation, le régulateur de pression de mélange 30 compense automatiquement toute augmentation ou chute de débit qui se produirait pour des variations du débit de sortie. Ainsi, le régulateur 30 maintient le niveau
d'activation voulu dans la pompe centrifuge 22.
Il apparaîtra maintenant que le régulateur de pression de mélange est très important à trois titres différents. Il est utilisé pour maintenir le niveau net de pression de sortie constamment
positif pour l'accélérateur, ce qui a son importance pour l'instal-
lation hydraulique du système. Il commande le niveau de recyclage qui se passe dans la phase de recyclage. Il fournit une zone de chute de pression variable dans la phase finale et permet à l'opérateur de choisir une quantité correcte d'énergie de mélange suivant le type et la concentration du polymère à traiter. Les polymères solides et les solutions à concentration forte demandent plus d'énergie que les
autres.
Le régulateur 30 est réglé pour causer une brusque et soudaine chute de pression de la pression régnant dans la conduite 60 jusqu'à la pression atmosphérique ou aux environs de celle-ci. Cette chute brusque et soudaine a un effet qui est semblable au vieillissement qui se produit dans un bassin d'attente des systèmes de la technique antérieure. Il y a comme limite qu'il faut éviter qu'il ne fonctionne
en créant des phénomènes de cavitation dans la pompe 22.
Les débits de la solution sortant du système peuvent, avec les pompes déjà mentionnées, être en litres par minute les suivants: 054 AnCAT de 4, 8 à 37 L-10 AnCAT de 10 à 40 L-20 AnCAT de 15 à 75 L-30 AnCAT de 15 à 110 L-60 AnCAT de 20 à 230 L-80 AnCAT de 20 à 300 L-100 AnCAT de 20 à 380 Le système comporte aussi un détecteur de débit, non montré, qui mesure le débit de la solution dans le système. S'il détecte un état de faible débit d'eau, c'est-à-dire un débit tombé au-dessous de 1/mn, le système est automatiquement mis à l'arrêt et il fait sonner une alarme. De plus, une sonde complexe 61 est prévue dans la
boucle de mélange pour permettre une inspection visuelle des con-
ditions de fonctionnement de la pompe.
Au point de vue fonctionnement, l'invention offre un système automatique d'activation de polymères en émulsion avec un débit de sortie voulu et un niveau voulu d'activation. Le système fournit des solutions activées d'une manière homogène et avec les concentrations voulues. Le système est rapide, peu cher, fiable et offre des
possibilités variables que n'offre aucune autre système connu.
Plus particulièrement, le système prend le polymère à l'entrée 62 et l'eau à l'entrée 64. La vanne de réglage 20 est réglée pour
contrôler la quantité d'eau entrante et, donc, le rapport eau/poly-
mère. Les diamètres des tuyaux, des ouvertures, l'impédance du dispo-
sitif de mélange statique 50, etc. entraînent que le débit de la pompe 22 se sépare au point 66. Le rapport choisi pour la division dépend de la nature du produit. Dans un exemple typique, près de 60 % du débit de sortie de la pompe 22 recircule vers le collecteur de pré-mélange 26, passe dans le tuyau 60 et le régulateur de pression vers la sortie du système. Le reste, soit environ 40 % recircule vers le collecteur de prémélange 26 d'o il est renvoyé en 68 vers la pompe centrifuge 22. Ainsi, la boucle de réaction 24, 66, 26, 68, 22 contient toujours la combinaison de la solution d'eau et de polymère mélangés antérieurement et une nouvelle solution de produits
frais mélangés avec le mélange qui recircule.
Il est clair que le système de l'invention se divise en quatre phases: pré-mélange, mélange dosé, recyclage et phase finale. Le pré-mélange se fait dans le collecteur 26 quand le polymère brut rencontre d'abord de l'eau. Les turbulences crées par les déflecteurs 52 et 54, Fig. 3, du mélangeur statique 50 tendent à mélanger profondément le polymère et l'eau, mais le sac de lipide entourant la
molécule de polymère enroulée demeure non brisé.
La phase de mélange intime démarre dans la pompe centrifuge 22 dans laquelle le sac de lipide commence à se briser ou est brisé,
avec un premier niveau d'activation.
La phase de recyclage se fait dans la boucle 24 o environ 40 % du débit de la pompe 22 continue à recevoir une quantité d'énergie appliquée pour briser entièrement le sac de lipide. On atteint rapidement un niveau d'équilibre et de stabilité, pratiquement tous les sacs de lipide étant brisé au moment o le fluide arrive au tuyau
de sortie 60 avec le polymère totalement activé.
La phase finale est réalisée quand la chute brutale de pression dans le régulateur 30 détend la molécule du polymère. Les charges de même signe réparties le long de la molécule se repoussent et la font devenir droite sous l'effet de la diminution de pression dans le
régulateur 30.
Les principes et l'appareil qui viennent d'être décrits peuvent
être étendus et modifiés pour obtenir des systèmes qui sont habituel-
lement conçus pour activer divers polymères dans divers électrolytes.
Ces modifications sont illustrées à la Fig. 5, dans laquelle la structure de la tuyauterie a été modifiée pour mélanger le polymère avec, non seulement de l'eau, mais d'autres produits chimiques. Dans l'exemple particulier de la Fig. 5, le polymère est mélangé avec de la diméthylamine (DMA) et du formaldéhyde. Pure, la DMA est un produit très inflammable qui ne peut être utilisée en usine. Donc, on l'introduit par la pompe 80 dont la sortie est reliée au tuyau d'entrée d'eau 64, alors qu'on est toujours hors de l'usine avant d'arriver à la vanne de réglage 20. Ensuite la DMA est mélangée à
l'eau et peut être pompée en toute sécurité dans l'usine.
Le formaldéhyde peut être manipulé en toute sécurité- dans l'usine. Donc, il est introduit par la pompe 81 qui peut être située n'importe o. Le formaldéhyde est injecté dans le mélange d'eau et de DMA avant que celuici arrive à la pompe 22 et ne rencontre le polymère. Le reste du système de la Fig. 5 est semblable à la partie correspondante du système de la Fig. 1 et ne sera donc pas à nouveau décrite. Le fluide sortant du régulateur de pression 30 est un composé comprenant un polymère mélangé av,-c un électrolyte formé
d'eau, de diméthylamine et de formaldéhyde.
Les Figs. 6 et 7 montrent un exemple de réalisation pratique d'un système, suivant l'invention, qui fonctionne selon le principe du système des Figs. 1 à 5. Le système 110 est prévu pour recevoir l'eau et un polymère en émulsion non dilué dans une boucle de mélange 112 afin de mélanger et d'activer le polymère en émulsion avec les
niveaux voulus d'énergie d'activation. De plus, le système 110 déli-
vre, par la sortie 114, un débit continu de polymère en émulsion
activé avec les taux d'activation voulus.
La boucle de mélange 112 comprend un collecteur ou une chambre 116 de mélange statique et un accélérateur ou une pompe centrifuge 118 qui communique par les tuyaux 120 et 122. Le polymère non activé ou non dilué est introduit pas le tuyau 124 et dans la boucle de
mélange 112 pour activation dans le collecteur ou chambre de pré-
mélange 116. L'eau est amenée à l'entrée d'eau 126 qui communique
avec la boucle 112 par le tuyau 128.
Le polymère non dilué arrive d'une source dans le tuyau 124, par la vanne d'arrêt 130 et la pompe 132. Le système 110 peut régler automatiquement la concentration voulue de polymère activé une fois que le débit d'eau a été réglé. Cela est fait par un moteur 134 couplé par des engrenages à la pompe 132. Le moteur 134 reçoit son alimentation d'un panneau de commande 140 par un câble électrique 138. Les engrenages 136 permettent un réglage du débit de polymère
dans la pompe 132 vers la boucle 112.
La boite d'engrenages 136 est calibrée pour chaque polymère utilisé, car pour la même vitesse de la pompe, des concentrations de
solutions différentes entraînent des débits différents. La calibra-
tion est réalisée en fermant la vanne d'arrêt 130 et en remplissant une colonne de calibration 142 avec le polymère à utiliser. La colonne 142 fournit le polymère à la pompe 132. En faisant une corrélation entre le taux de décroissance du polymère dans la colonne 142 et un organe de réglage 144 de la boite 136, le polymère sort avec un débit déterminé vers la boucle 112. La vanne d'arrêt 130 peut
être ouverte pour envoyer le polymère avec le débit voulu.
Des sondes 146 et 148 sont couplées à l'entrée et à la sortie de la pompe 132. Ces sondes permettent d'inspecter visuellement le fonctionnement correct de la pompe. La sonde 146 est une sonde de pression qui indique la pression d'aspiration de la pompe. Une dépassement de valeur sur la sonde 148 avertit du blocage de la pompe 132 ou dans le collecteur 116, et provoque la mise à l'arrêt du
système afin de trouver la raison de la panne.
L'eau est envoyée dans la boucle de mélange 112 par le tuyau 128, une vanne de réglage 150 et un débitmètre 152. Le débitmètre est calibré en litres par minute. En réglant la vanne 150, on peut
choisir le débit de sortie voulu de la solution de polymère activé.
Le débitmètre 152 comprend un détecteur de faible débit qui, quand il est déclenché, envoie, par le câble électrique 154, une impulsion au panneau de commande 140 qui arrête le système et fait sonner une
alarme pour l'opérateur.
Un régulateur de pression de mélange 156 fait communiquer la boucle 112 et la sortie 114. Le régulateur 156 comprend un moyen de réglage 158 pour faire varier la pression dans la boucle 112 afin
d'avoir le niveau voulu d'activation du polymère en émulsion.
La pompe d'accélération 118 applique une force motrice pour mélanger le polymère et l'eau et pour le faire avancer dans la boucle 112. La pompe 118 est alimentée, par un câble 162, à partir du panneau de commande 140. Une sonde 164 est prévue pour pouvoir vérifier le bon fonctionnement de la pompe 118. La sonde 164 est une sonde complexe qui est couplée au collecteur de pré-mélange 116 pour indiquer la pression d'aspiration de lapompe 118. Le tuyau 120 comporte une fenêtre d'indication de débit dans la boucle. Une sonde 166 est reliée au tuyau 122 et donne les valeurs de la pression du
mélange dans la boucle.
La sortie envoie le polymère activé dans un réservoir, non montré, ou directement vers un système de traitement, également non montré. Je câble 168 établit une communication entre le panneau 140 et le réservoir. Quand un certain niveau de polymère activé est
mesuré dans le réservoir, le panneau met le système à l'arrêt.
Une fois les niveaux de débit de sortie et d'énergie choisis, le système agit automatiquement sur le régulateur de pression 156 pour changer le débit d'eau et maintenir le niveau de pression dans la boucle, ce qui assure le niveau voulu d'énergie d'activation. La pression dans la boucle de mélange 112 définit le taux de recyclage du polymère qui est, a son tour, directement proportionnel à la quantité d'énergie d'activation appliquée. Donc, en augmentant la pression de mélange, par le régulateur, on augmente la pression dans
la boucle ce qui veut dire plus de recyclage.
La boucle de mélange 112 non seulement engendre un équilibre pour avoir le débit voulu et le niveau voulu d'énergie d'activation,
mais aussi sert de régulateur pour empêcher la pompe 118 de caviter.
Pour obtenir un débit de la pompe 118, il faut l'alimenter suivant son besoin de chute d'aspiration nette positive. La cavitation ou l'ébullition du liquide se produisent si on n'alimente pas la pompe régulièrement. Donc, le régulateur 156 et la vanne 150 équilibrent la boucle 112 et permettent de faire varier le débit et le niveau
d'énergie d'activation, tout en respectant les conditions d'utilisa-
tion de la pompe 18.
Le système consiste en un appareil automatique, efficace et peu cher destiné à mélanger et activer des polymères en émulsion. Plus particulièrement, le système 110 procure une commande ultime de la
concentration en polymère activé qui se situe dans une plage de 0,10-
à 15 % environ. Le système 110 fournit aussi un débit variable, tout en maintenant des pressions de mélanges précises pour appliquer une
énergie de mélange commandée au polymère en émulsion.
Claims (21)
1) Système d'activation de polymères, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe centrifuge (22) dont la roue tourne très vite par rapport au volume limité qu'elle débite, un moyen pour relier une source d'électrolyte (64) à l'entrée de la pompe (22), un collecteur de pré- mélange (26) contenant un mélangeur statique (50), un régula- teur de pression (30) qui est relié, ainsi que la sortie de la pompe (22), à une première entrée du collecteur (26), un moyen pour relier une source de polymère (62) à une seconde entrée du collecteur (26), et une conduite (68) entre la sortie du collecteur (26) et l'entrée de la pompe (22), de manière à créer une boucle de réaction pour
recycler une partie du débit sortant de la pompe (22).
2) Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe (22) est une pompe centrifuge dont le débit est déréglé dans un
facteur de cinq environ.
3) Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la
pompe (22) est déréglée dans un facteur allant de 2 à 7.
4) Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur de pression (30) réduit brusquement et rapidement la pression de la partie du débit de la pompe (22) qui n'est pas renvoyée dans la boucle, la pression, une fois réduite, étant assez basse pour causer une détente des molécules du polymère, mais restant assez haute pour ne pas entratner de phénomènes de cavitation dans la
pompe (22).
) Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce le débit de la pompe (22) est divisé en environ 30 à 60 % qui retourne vers la première entrée du collecteur (26) et environ 70 à 40 % qui
va vers le régulateur de pression (30).
6) Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour introduire, par la pompe (22), de l'eau dans
la première entrée du collecteur (26).
7) Système suivant la revendication, caractérisé en ce qu'il comprend encore des sources de produits chimiques (80) reliées à
l'entrée de la pompe (22) pour former un électrolyte pour le polymère.
8) Système suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'une première source délivre de la diméthylamine, une seconde source
délivre du formaldéhyde et une troisième de l'eau.
9) Système suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la diméthylamine est introduite et mélangée à l'eau en un endroit
protégé du feu.
) Système à sortie continue et débit variable destiné -à l'activation de polymères liquides, caractérisé en ce qu'il comprend
une boucle de mélange comprenant une pompe et une chambre de - pré-
mélange communiquant entre elle, un moyen pour relier une source d'eau à une entrée de la pompe et un moyen pour relier une source de
polymère en émulsion non activé à la boucle de mélange.
11) Système suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la pompe pompe une quantité variable de polymère vers la chambre de pré-mélange en cont8lant la concentration du polymère en émulsion à
la sortie du système.
12) Système suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen de commande comprend un moyen de régulation contrOlant le
débit d'eau vers la pompe.
13) Système suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen de commande comprend aussi un autre moyen de régulation pour contr8ler la quantité d'énergie d'activation communiquée au polymère
en émulsion.
14) Système suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la pompe est une pompe centrifuge déréglée ayant un débit choisi avec un niveau élevé d'activité de sa roue, en ce qu'il délivre un débit
continu voulu de polymère activé, tout en maintenant l'énergie d'acti-
vation communiquée au polymère et une chute d'aspiration nette posi-
tive dans la pompe pour y éviter la cavitation.
) Système suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend encore un moyen de commande 'our commander automatiquement l'autre moyen de commande afin de maintenir une quantité voulue d'énergie de cisaillement qui est appliquée au polymère en fonction
des variations dudit moyen de régulation.
16) Système suivant la revendication 15, caractérisé en qu'il comprend un moyen de mesure du niveau d'activation du polymère activé, capable d'arrête le système pour le cas o la mesure atteint
un niveau prédéterminé.
17) Système suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend un débitmètre dans la boucle de mélange dont le signal de sortie actionne le moyen de régulation pour choisir un débit de
sortie voulu du polymère activé.
18) Système suivant la revendication 17, caractérisé en ce
qu'il comprend encore un moyen pour arrêter automatiquement le systè-
me en cas de détection de trop faible débit d'eau. 19) Système suivant la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend encore un moyen d'alarme pour avertir l'opérateur en
cas de détection de trop faible débit d'eau.
) Système suivant la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend encore un contrôleur de pression pour commander la
pression dans la boucle de mélange.
21) Méthode d'obtention un débit continu et variable de polymè-
re en émulsion activé, caractérisée en ce qu'elle comprend les phases d'introduire simultanément de l'eau et un polymère en émulsion non activé dans une boucle de mélange, de contrôler la pression de mélange appliquée au polymère dans la boucle de mélange afin de lui communiquer une quantité contrôlée, relativement grande d'énergie d'activation pour un débit relativement petit, et de contrôler la quantité d'eau introduite dans le système afin de contrôler le débit
de sortie du polymère activé.
22) Méthode suivant la revendication 21, caractérisée en ce que la quantité de pression du mélange maintient une quantité voulue d'activation du polymère et de l'eau dans la boucle de mélange afin
de contrôler l'activation du polymère.
23) Méthode suivant la revendication 22, caractérisée en ce qu'elle comprend une phase de contrôle de la quantité de polymère
introduite dans la boucle de mélange afin de contrôler la concentra-
tion du polymère.
24) Méthode suivant la revendication 23, caractérisée en ce
qu'elle comprend une phase d'arrêt pour un niveau de sortie prédéter-
miné du polymère activé.
) Méthode suivant la revendication 24, caractérisée en ce qu'elle comprend une phase de détection de faible débit d'eau et
d'arrêt en cas de passage au-dessous de ce débit.
26) Méthode suivant la revendication 25, caractérisée en ce
qu'elle comprend une phase d'alarme de l'opérateur en cas de détec-
tion de bas débit d'eau.
27) Méthode à quatre phases d'activation d'un polymère, caracté-
risée en ce qu'elle comprend: (a) une phase de prémélange d'eau et de polymère dans une chambre de mélange contenant un mélangeur statique, (b) une phase de mélange intime du fluide de sortie de la chambre dans une pompe à activité d'ailettes forte par rapport au débit de sortie, (c) une phase de recyclage d'une partie substantielle du débit de sortie de la pompe dans la chambre, et (d) une phase d'orientation du reste du débit de la pompe vers un régulateur de pression avec brusque chute de la pression
acquise dans la pompe.
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