FR2668950A1 - Systeme de melange de polymere sec et d'electrolyte. - Google Patents

Abstract

Le système comprend un conteneur de mélange (34), un moyen (30) pour distribuer un électrolyte fluide vers le conteneur de mélange, un moyen (30) pour distribuer un polymère sec au conteneur de mélange, une roue (42) pour recevoir l'électrolyte, la roue de pompe centrifuge ayant une entrée de vortex au-dessous du tuyau pour recevoir un polymère et un électrolyte mélangé et pour imprimer pratiquement une quantité d'énergie à ceux-ci pour mouiller complètement le polymère avec l'électrolyte, la roue fonctionnant avec une vitesse qui est assez grande pour imprimer pratiquement la quantité d'énergie mais assez basse pour empêcher en pratique une réduction de la taille des particules du polymère, un moyen (80) pour transférer le mélange de la roue dans un récipient de mélange pour la maturation du mélange, un moyen (86) pour distribuer un gaz à basse pression et à grand volume dans le récipient de mélange pour augmenter la viscosité du mélange en rendant conforme la structure du polymère à l'interface eau/gaz, et un moyen (94) pour enlever le mélange du récipient de mélange.

Description

La présente invention concerne le mélange, la dilution, la solution et

l'activation dans l'eau ou un autre électrolyte de polymères secs solubles dans l'eau, et plus particulièrement des moyens et des méthodes pour disperser, conditionner et transférer des formes sèches de polymères solubles dans l'eau en solutions

de polymères aqueuses structurées.

Le terme "activation" est largement utilisé pour décrire une transition chimique de polymère en une forme utile Récemment la terminologie a paru se focaliser sur la manière dont beaucoup d'activations arrivent avec des arguments qu'il doit y avoir % d'activation avant qu'on puisse utiliser le mot Comme rien n'est jamais parfait, on verra que si cet argument est poussé à l'extrême, très peu de polymères est jamais activé à % Utilisé ici, on ne fera pas de si fin niveau de distinction Le mot "activé", dans ses nombreuses formes, est supposé ici comprendre le démarrage du procédé et tout ce qui arrive ensuite Il se peut que le mot "inversion" soit plus approprié car il s'applique quel que soit le degré d'achévement

du procédé d'activation.

Les polymères liquides ou en émultion sont des molécules organiques chargées en ions, solubles dans l'eau ou un autre

fluide électrolytique, tous ces fluides étant ici simplement appe-

lés de "l'eau".

Tout polymère démarre en liquide mais peut être par un procédé de séchage thermique un produit sec qui peut être découpé en granulés Ces granulés sont ici appelés "particules

sèches de polymère".

L'utilisation de divers polymères, solubles dans l'eau, synthétiques et arrivant naturellement dans l'application d'un traitement à l'eau est bien connue On a utilisé des solutions

aqueuses contenant des polyélectrolytes (c'est-à-dire des polymè-

res solubles dans l'eau) pour coaguler, floculer, séparer, retenir et épaissir des particules chargées électrostatiquement qui sont suspendues dans l'eau Beaucoup de formulations et de types de polymères utiles se sont développés et se caractérisent par des

propriétés chimiques et physiques uniques.

Parmi les nombreux polymères solubles dans l'eau, commer-

cialement disponibles, quelques unes des plus communes formula-

tions ou quelques uns des types les plus communs proviennent de la famille de polyélectrolyte polymères de vinyle, acryliques ou de type à hétérochaîne Les polyacrylamides et leurs dérivés par addition de vinyle comprennent les acides acrylamide-acrylique, des sels acrylamide-acryliques ou acrylates, des anhydrides5 maléiques, d'acrylonitriles, de styrènes solubles dans l'eau et d'autres polymères à additions vinyliques utiles Ces polymères organiques synthétiques, solubles dans l'eau sont décrits en détail dans les brevets américains n' 3 418 237, n' 3 259 570 et n O 3 171 805, et sont tous fournis secs.10 Les polymères du type polyacrylamide sont aussi disponi- bles en solution et sous forme d'émulsions d'eau dans l'huile, les dernières étant décrites en détail, à titre d'exemples, dans les brevets américains n' 3 284 393, n' 3 624 019, N O 3 826 771, n' 3 734 873 Le relâchement subséquent du polymère soluble15 dans l'eau de l'émulsion eau dans l'huile par inversion est décrite dans les brevets américains N O 3 807 701, N O 3 852 234, n O 4 057 223, N O 4 217 145, N O 4 522 502, N O 4 747 691, et beau- coup d'autres. Des trois formes de polymère commercialement disponibles (c'est-à-dire solution, émultion et sec), la forme de polymère sec est la plus concentrée, la plus efficace par rapport au coût, la plus difficile à dissoudre pour avoir un produit en solution aqueuse utilisable Il est très économique de transporter le polymère sous forme sèche Un polymère sec est aussi un produit25 pratiquement 100 % actif Cela veut dire que chaque kilo de polymère sec contient un kilo de charge de polymère, ce qui

n'est pas vrai pour un système liquide o celui-ci pourrait contenir de 30 à 50 % de polymère actif, car il est mélangé avec un volume d'huile.30 Le polymère sec devient un produit très économique à traiter et fait généralement appel à de plus grandes opérations.

Pour avoir un polymère sec, il faut sortir de l'eau de la solution originale de polymère jusqu'à ce qu'il puisse être au moins sec à 98 % Ainsi on ne laisse que 2 à 3 % d'humidité35 dans un produit sec de polymère Cependant jusqu'à maintenant la dépense en capital pour traiter le polymère sec en solution était presque trois fois celle pour traiter le polymère liquide Le problème de traitement du polymère sec a été de mouiller complètement le polymère quand sec on le ramène à une forme de solution Comme il est complètement sec, même après avoir

mouillé la surface des particules, le polymère doit réagir complè-

tement avec l'eau pour devenir utilisable Jusqu'à maintenant ça a pris d'environ 30 minutes à une heure de mélange et de vieillissement pour qu'un polymère devienne une solution En

pratique, les produits de polymères qui résultent de la conver-

sion d'un polymère sec en solution ont été limités à 1 % environ

du polymère en poids dans la concentration de solution primaire.

Quelques procédés secs ont revendiqué jusqu'à 2 à 3 % de

concentration de solution.

Un certain nombre de méthodes et dispositifs ont été développés pour préparer le polymère sec sous forme de solutions utilisables sans grumeaux de polymère sont détaillés dans les

brevets américains N O 3 607 105, n' 4 529 794 et N O 4 688 945.

Plus particulièrement, la technique antérieure la plus proche est décrite dans le brevet américain n 4 529 794 Ce brevet indique beaucoup de problèmes de l'on rencontre quand un polymère sec est dissout dans un liquide, avant son activation Le type de

mécanisme de ce brevet est très coûteux et difficile à maintenir.

Entre autre, ce mécanisme tente de réduire la dimension des particules de polymère en faisant tourner une hélice à vitesse

extrêmement élevée, soit dans le brevet 13 000 tours/minute.

L'utilisation d'une unité de réduction des particules réduit la taille des granulés à presque de la poudre qui quand elle est mélangée à de l'eau est presque instantanément mêlée Cette

réduction des particules affecte le poids moléculaire du polymère.

On pense que cet état extrêmement tailladé conduit à une dégradation entraînée par la chaleur qu'il faut théoriquement

dissiper dans l'eau.

Ces méthodes et systèmes de mélange et de préparation ont

un certain nombre d'inconvénients, y compris un mouillage insuf-

fisant et la dispersion insuffisante des particules de polymère sec Il y a parfois collage et agglomération de particules pour former des grumeaux et des caillots qui, une fois formés, sont extrêmement difficiles à réduire, à dissoudre et à éliminer Les problèmes qui résultent du traitement des vrais solides ne sont pas toujours d'obtenir des particules mouillées Une fois que les particules sont mouillées et commencent à s'hydrater, le polymère se transforme souvent immédiatement en un état inutilisable De plus, quelques méthodes incorporent des appareils de réduction

de taille de particules à impact élevé et des mélangeurs à grand cisaillement qui tendent à fracturer les particules de polymère en les soumettant à de grandes forces de cisaillement et des5 dégradations thermiques.

Il y a deux avantages en ne faisant pas une réduction de taille des particules: 1) on n'a pas de cisaillement ou de réduction du poids moléculaire du polymère et 2) on n'a pas de dégradation thermique La chaleur augmente parce qu'il y a des10 tolérances serrées et que les particules frappent les pales, se fracturent et libèrent de la chaleur S'il y a assez de création de chaleur dans une unité de dispersion pour réduire la taille de la particule, les particules se fragmentent en gels mouillés individuels Si les particules ne sont pas mouillées individuelle-15 ment, il se forme de gros "yeux de poissons" Ces yeux sont des particules incomplètes de polymère mouillées qui ont été collées ensemble et deviennent complètement mouillées à l'extérieur, mais sont encore sous forme de poudre sèche à l'intérieur. D'autres méthodes dans l'art antérieur ont été utilisées, telles que le mélange du type en chaîne, et la dissolution du polymère sec avec de l'eau afin de produire une solution polymère aqueuse Ces méthodes et appareils en chaîne demandent un long temps de mélange dans des grandes cuves de mélange et des grandes cuves de stockage pour contenir des volumes pra-25 tiques de polymère dilué soluble dans l'eau On pense qu'aucune des méthodes ou aucun des appareils antérieurs référencés n'ont été un succès pour produire des concentrations solides élevées de polymère type polyacrylamide de haut poids moléculaire dans une

forme de solution aqueuse structurée disponible dans le commerce,30 de polymère sec soluble dans l'eau, à un prix raisonnable.

Selon un objet de la présente invention, il est prévu un moyen nouveau et perfectionné et des méthodes de conditionnement du polymère sec soluble dans l'eau en formant une solution polymère aqueuse structurée.35 Un autre objet de l'invention est de prévoir un appareil qui améliore le conditionnement du polymère sec soluble dans l'eau dans la formation de solution polymère aqueuse structurée. En conservant un aspect de l'invention, ces objets et q 2668950 d'autres sont réalisés par une méthode pour continuellement

mélanger le polymère sec dans l'eau Le mélange est conduit dans l'oeil d'une pompe à hélice centrifuge d'une unité de dispersion centrifuge fonctionnant à environ 3000 à 6000 t/mn Le5 polymère sec, mouillé se déverse dans l'unité de dispersion suivant une cadence d'écoulement faible, peut être 20 à 22 1/mn.

par exemple Cette pompe est une partie d'un mécanisme de dispersion à vitesse variable, généralement adaptée pour tourner entre 900 et 9000 t/mn L'avantage est une dispersion instantanée10 des particules sèches qui tombent et sont mixées avec l'eau jusqu'à ce que la matière devienne une sorte de phase en pseudo-gel. L'eau qui est introduite dans l'unité de dispersion centrifu- ge crée une solution qui est transférée hydrauliquement sous la force de la pompe centrifuge et la source d'eau motrice de la vidange dans un récipient mélangeur o un grand volume d'air à basse pression est mélangé dans le disperseur L'hydratation et la maturation du polymère se produisent dans le récipient

mélangeur Comme l'invention ne produit pas une réduction de20 taille de particules, un certain temps de maturation supplémen-

taire peut être nécessaire, de préférence, dans le récipient mélangeur. Après la maturation dans le récipient mélangeur, il y a un transfert pneumatique de la matière du récipient mélangeur vers la machine de stockage ou une autre machine adéquate pour activer le polymère, comme cela peut être demandé Une telle machine d'activation est montrée dans la demande de brevet No. 07/352,689 déposée le 10 mai 1989, maintenant abandonnée et remplacée par la demande No 07/540 910, et intitulée "Système

pour mélanger et activer des polymères".

Une réalisation préférée de l'invention est montrée dans les dessins annexés, parmi lesquels: la Fig 1 est une représentation de principe du système de l 'invention; la Fig 2 est une élévation schématique de côté montrant les éléments principaux du système de la Fig 1; la Fig 3 est une vue schématique en plan montrant une forme d'entonnoir utilisé pour alimenter le polymère sec au distributeur; la Fig 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la Fig 3; la Fig 5 est un diagramme de l'écoulement, montrant comment le système des Figs 1 et 2 fonctionne; et la Fig 6 est une ligne pilote de laboratoire qui a été

utilisée pour conduire les tests utilisant les principes de l'inven-

tion. Les Figs 1 et 2 montrent un système de traitement de polymère sec 20 monté sur un seul châssis Les principaux composants de ce système sont un panneau de commande 22, une partie de traitement de liquide 24, un système de traitement de polymère sec 26, une source de polymère sec sous la forme d'une trémie 30, d'un capteur 31, d'une sortie de polymère sec 32, d'un récipient de mélange sous forme d'entonnoir 34 et d'un distributeur à grande vitesse 36 Le distributeur volumétrique en est un produit commercial normalisé Bien que le dessin

montre la sortie 32 du polymère sec s'ouvrant directement au-

dessus de l'entonnoir 34, toute tôle de protection adéquate 35 peut éviter que les polymères secs représentés par les flèches 56 des Figs 3 et 4 soient distribués ailleurs qu'à l'entrée de

l'entonnoir 34.

Pour être sûr qu'une source de polymère coule vers le moyen de dispersion 36, un capteur sans contact 31 est situé sous le débiteur volumétrique 40 afin de "'voir" l'addition d'un polymère sec à un moment donné Le capteur 31, Fig 2, peut être à commande photoélectrique, ou un capteur de proximité à

capacité, etc Dans un exemple préféré, c'est un émetteur/récep-

teur photoélectrique en infrarouge avec un explorateur à fibre optique en fourche (câble) réglé pour un fonctionnement à rétroréflexion. Simplement dit, un faisceau lumineux peut être projeté à travers la zone cible (située juste au-dessous du débiteur volumétrique) vers un réflecteur adéquat et renvoyé sur un trajet parallèle vers le détecteur, permettant ainsi aux deux émetteur et récepteur de lumière d'être logés du même côté de la zone cible Le faisceau est interrompu par le débit en cascade

du polymère sec passant entre le réflecteur et l'émetteur/récep-

teur En controlant l'état du faisceau, on peut déterminer si le

polymère passe devant le capteur dans le récipient de dispersion 36 en un temps approprié.

Comme montré à la Fig 2, le panneau de commande 22 comprend un microprocesseur 40 et un convertisseur de fréquence en courant alternatif 38 qui fournit simplement une source de puissance adéquate pour tout l'équipement utilisé dans le systè- me Premièrement, on convertit la puissance commerciale à 60 Hz en une fréquence qui fournit une vitesse de pompage désirée Le10 panneau de commande 22 fournit la puissance nécessitée par le microprocesseur et l'équipement associé Le microprocesseur 40 fait fonctionner tout l'équipement qui est dans le système en commandant les relais, les vannes, les circuits de temporisation, etc, comme il faut pendant le traitement du polymère. 15 Le système de traitement de liquide 24 peut être le même que celui décrit dans la demande de brevet No 07/540 910 Cette partie 24 reçoit la solution de polymère sec mélangé avec l'eau qui sort de la partie 26 Une fois que le polymère sec est ainsi mélangé en solution, il devient pratiquement le même que la20 plupart des polymères liquides qui peuvent être introduits dans

1 ' appareil précédent ou tout autre système d 'activation convena- ble.

La partie de traitement sec 26 contient un appareil de dispersion qui comporte une pompe centrifuge à vitesse variable 42 qui est capable de fonctionner dans toute la gamme allant environ de 900 à 9000 t/mn et, de préférence, à la vitesse préférée de 3000 à 6500 t/mn environ Pour quelques polymères, tourner à la vitesse de six à neuf mille t/mn peut augmenter le débit de solide pour obtenir un schéma de dispersion meilleur30 que celui qu'on obtient avec une pompe centrifuge normale Le système de l'invention peut fournir des solutions de polymère qui

se montent, par exemple, à quatre ou six pour cent Pour la plupart des polymères il n'est pas bon d'aller beaucoup au- dessus de cette vitesse car ils peuvent avoir tendance à se35 moudre et à réduire la dimension des particules de polymère et à engendrer de la chaleur qui entraîne la dégradation du polymère.

La construction du conteneur de mélange ou d'entonnoir 34 est mieux comprise aux Figs 3 et 4 En principe, il y a un

entonnoir avec un rebord supérieur 44 tourné vers l'intérieur.

L'eau entre par un tuyau en L 46 ayant une sortie 48 qui fournit l'eau le long d'une circonférence dans un évasement équatorial entre l'entonnoir 34 et le rebord supérieur 44 L'eau tourne autour de la paroi interne de l'entonnoir et tombe dans son ouverture 50 sur l'hélice ou roue de la pompe La sortie de l'entonnoir 50 s'ouvre directement dans le vortex 52 de la pompe

centrifuge 42.

Un type de polymère sec tombe par gravité de la trémie 30 (Fig 2) par une sortie 32 dans une zone o il se mélange avec l'eau qui tourne en sortant de la sortie 48, comme le montre la flèche 56, Fig 3 Il tombe dans une couche d'eau se déplaçant rapidement et qui mouille la surface interne de l'entonnoir 36, empêchant ainsi le polymère sec de s'accumuler en un point quelconque de l'entonnoir Comme l'eau tourne dans le vortex 52 de la pompe centrifuge 42, elle reçoit une grande quantité d'énergie des pales de l'hélice Cette énergie mélange l'eau et le polymère avec uniformité et le mélange sort par la sortie 54 de la pompe 42 En ce point, le mélange eau et polymère est à peu près le même que la forme fluide du polymère Donc, on peut le traiter dans un système quelconque adéquat, comme celui de la demande de brevet No 07/540 910 montré ici dans le bloc 24

des Figs 1 et 2.

Beaucoup de polymères secs ne bénéficient pas de pré-

mouillage avant d'être mécaniquement dispersés Ces types de polymères réagissent souvent au prémouillage en formant des "yeux de poissons" ou des particules agglomérées qui sont

difficiles à briser une fois qu'ils sont formés.

Dans ces cas là, l'invention délivre le polymère sec directement au centre de l'oeil de dispersion à grande vitesse 52 de la pompe centrifuge 42 sans entrer d'abord en contact avec l'eau (flèche 56) passant sur la paroi de l'entonnoir Une fois qu'elles sont dans l'élément de dispersion 36, les particules solides sèches sont mouillées instantanément en les accélérant

simultanément dans la chambre de dispersion.

Afin de le réaliser, l'oeil de dispersion 52 de la pompe 42 n'est pas complètement immergé dans l'eau La partie centrale de la roue qui tourne reste visible C'est-à-dire que l'eau entrant dans l'oeil 52 à partir de la paroi de l'entonnoir ne couvre pas complètement la roue étant donné la combinaison du courant d'eau contrôlé dans l'entonnoir et de la force centrifuge que l'eau subit dans l'élément de dispersion Dans ces conditions de fonctionnement, la roue de dispersion ne devient pas verrouillée hydrauliquement Donc, le polymère sec à un trajet direct vers la roue à cause de la grande quantité d'air

entraînée dans la chambre de dispersion 36.

L'élément de dispersion 36 possède certaines caractéristi-

ques importantes pour l'invention Une première caractéristique est la largeur axiale qui est déterminée comme la largeur de

pales par rapport à la dimension axiale des roues centrifuges.

Si cette largeur est trop petite, la roue est surchargée, ce qui réduit beaucoup ses possibilités de déplacer les particules sèches

de sa zone Dans certain cas, un bouchage peut arriver.

En relation étroite avec la largeur axiale, on a le diamètre de l'oeil de la roue ou de l'entrée Si ce diamètre est trop petit, des ponts, c'est-à-dire les formations d'un bouchon de particules sur l'entrée, de polymère sec peuvent arriver à l'interface d'entrée, limitant ainsi la vitesse à laquelle le polymère sec peut être injecté dans l'élément de dispersion De plus, un petit diamètre d'oeil rend difficile le maintien d'un parcours libre dans la roue sans prémouiller sensiblement

d' abord le polymère.

Donc, on peut définir une relation entre le diamètre d'entrée de la roue et la largeur axiale, c'est le quotient de: AV o ce quotient ne devrait pas être inférieur à environ 2 ou 2,5,

et supérieur à 7.

On doit aussi tenir compte du diamètre hors tout de la

roue Si celui-ci augmente, la vitesse augmente proportionnelle-

ment à la circonférence Ainsi, par exemple, si ce diamètre double, la vitesse double à la circonférence et l'énergie à laquelle sont soumis le polymère sec et le mélange d'eau est

pratiquement quadruplée.

Ainsi, on peut anticiper que doubler, par exemple, la vitesse rotative de la roue sous des conditions de verrouillage

hydraulique peut augmenter la puissance demandée par un fac-

teur de l'ordre de huit.

Cependant, un objet voulu de la dispersion centrifuge peut être de stabiliser la liaison avec l'air de manière que la charge de la roue ne rende pas excessive la demande de puissance. Même alors, le diamètre hors tout de la roue a une influence sur la puissance si la largeur axiale est assez grande Donc, la relation entre le diamètre hors tout de la roue et la largeur axiale peut être définie comme suit: o O AW

o AW ne doit pas être inférieur à 1 ou 1,3 et supérieur à 35.

La roue peut, de préférence, avoir une configuration classique utilisant 4 à 7 pales Des roues peuvent avoir jusqu'à 16 pales et d'autres pas plus de deux Elle peut avoir un carénage ou non Contrairement au rotors de moulins de particules employant pales ou plus, avec de très petites tolérances, 0,0015 cm par exemple, entre le stator et le rotor, les jeux des roues de dispersion peuvent aller jusqu'à 0,75 mm avec les parois du boîtier Ces jeux plus grands ne se bouchent normalement pas avec le mélange polymère et eau, en les rendant ainsi beaucoup

plus fiables que pour des conceptions à faibles jeux.

Le diagramme des débits de la Fig 5 montre comment

fonctionne le système des Figs 1 à 4.

L'eau entre dans le système à l'entrée 60 o un capteur 62 fait sonner une alarme s'il y a un manque d'eau Une vanne d'étranglement 66 est placée pour permettre à une certaine quantité d'eau d'entrer dans le système Un capteur de manque d'eau 68 donne une alarme si le débit tombe au-dessous d'un

niveau critique en ce point.

Un système de vanne convenable 70 divise le débit d'eau en des courants de dilution primaire et secondaire, le courant primaire allant par le régulateur de pression 72 dans l'entonnoir 34 par le tuyau 46 (Fig 4) Le régulateur 72 maintient une fourniture d'eau à une pression prédéterminée, en dépit de tout flux et reflux qui peuvent arriver en amont de ce point Un capteur convenable 74 détecte tout état bas de l'eau de dilution primaire et fait sonner le manque d'eau 64 si ça arrive Une ligne de débordement 82 est dans l'entonnoir 34 au-dessus de la sortie 48 d'eau primaire de dilution Si quelque chose ferme l'entonnoir 34 alors que le système prend de l'eau, au lieu de déborder, l'eau supplémentaire passe par la ligne de déborde- ment 82 et est captée par le mécanisme de vidange 78, qui agit comme une sécurité Une vidange est un Venturi qui crée un vide qui prend tout débordement qui apparaît dans le tuyau 82 pour

le fournir à la ligne de transfert hydraulique de sortie 80.

L'eau de dilution supplémentaire est introduite par la

vidange 78 et le branchement de sortie 80, comme l'eau dis-

persée Le total, à la sortie, pour un système à 20 1/mn, par exemple, pourrait être augmenté par l'eau de dilution secondaire pour atteindre 450 1/mn, de manière que la quantité, à la sortie de la machine, soit de 500 I/mn de polymère et d'eau Pour plus d'information sur la dilution primaire-secondaire, on verra la

demande de brevet américain No 07/540 910.

Quand il n'agit pas en débordement, la vidange Venturi 134 est continûment un tirage pour l'air L'air aspiré par l'action de Venturi est ajouté à celui qui est déjà entraîné dans le mélange de polymère et d'eau et quitte l'élément 36, en

augmentant ainsi la relation d'interface spéciale air et polymère.

Dans certains cas, une source séparée d'air peut être ajoutée au

mécanisme de l'élément 36 pour augmenter ou fournir une quan-

tité constante d'air au mélange de polymère et d'eau.

Le courant secondaire 76 rencontre et se mélange au courant de la sortie 54 de la pompe centrifuge 42 Cela veut dire que le système de mélange du polymère sec 34, 36 peut produire une solution avec un pourcentage de polymère beaucoup plus grand (c'est-à-dire, moins d'eau pour la quantité de polymère qui est en solution) et alors être diluée avec l'eau du courant de dilution secondaire pour alimenter un courant de sortie plus grand vers la ligne de transfert hydraulique 80 En conséquence, un système de traitement plus petit de polymère sec

26 peut accomplir le même travail qu'un plus grand antérieur.

Normalement, il ne devrait pas y avoir de débordement par la ligne 82 S'il y en a, le seul effet est de transférer un courant plus dilué par le tuyau 80 vers le récipient de mélange 84 Là un capteur adéquat détecte le niveau d'hydratation du polymère et commande le récipient de mélange 84 pour poursuivre encore la solution, si nécessaire. Le fluide sortant de l'appareil de dispersion 36 est transfé- ré par un tuyau de transfert hydraulique 80 à un récipient de mélange 84 Il peut être prévu un certain nombre adéquat de ces récipients 84 pour tenir compte de systèmes ayant différentes capacités En général, chaque récipient de mélange est un double de l'autre Donc, on ne va en décrire qu'un ici. Le mélange du polymère qui vient d'être mouillé et de l'eau est envoyé dans un récipient 84 o il reste pendant un certain temps Un compresseur 86 souffle de l'air dans le récipient 84 par une vanne convenable 88 commandée automatiquement Le compresseur agite rapidement la matière du récipient 84 en utilisant un grand volume d'air à basse pression Les bulles15 d'air montent dans les diffuseurs d'air logés dans le récipient et maturent le polymère sec venant d'être mouillé Ce traitement augmente la viscosité du mélange en structurant d'une manière conforme le polymère par l'interface air/eau En général, ce mélange d'air peut prendre d'une demi-heure à une heure,20 suivant les solides utilisés Si nécessaire, un mélangeur supplémentaire 85, bien connu dans la technique, du type à roue ou à

turbine à faible vitesse peut être ajouté au récipient 84 pour diminuer la possibilité de "canaliser" les bulles d'air dans la solution visqueuse de polymère Un capteur adéquat 90 détecte25 tout manque d'air et fait sonner une alarme dans ce cas.

Un capteur adéquat 91 est placé dans le récipient 84 pour tenir le microprocesseur 40 informé de 1 'activité de la solution actuelle Bien que tout capteur adéquat puisse être utilisé, celui qui est vendu sous la marque "Viscoliner" convient mieux Il30 fait l'objet des brevets américains No 3 710 614; 3 712 117;

3 762 429; 3 875 791; 4 488 427; 4 524 610 et 4 566 181.

Une fois qu'un cycle est terminé, ce qui est déterminé par le microprocesseur 40 (Fig 2) qui commande le traitement, le système passe en mode de transfert Dans ce mode, la vanne 93 se ferme et met sous pression le récipient 84 avec de l'air provenant du compresseur 86 Le produit est déversé par la vanne 94 soit dans un réservoir de stockage 98 pour traitement ultérieur, soit directement à la vanne 100 vers un système d'alimentation en polymère liquide Par exemple, il peut y avoir

un mélange par lots qui est effectué quand la viscosité de la matière qui se trouve dans le récipient 84 atteint un niveau déterminé Il peut y avoir aussi un traitement continu effectué à5 une vitesse qui maintient une viscosité prédéterminée dans le récipient 84. Pour autant que le système de mélange 26 de polymère sec soit concerné, le

polymère sec est soigneusement dissout et le

mélange est prêt à être transféré en tout lieu adéquat pour un10 traitement ultérieur Donc, on a une ligne en traits tirets partant du point 96 vers un récipient de stockage convenable 98.

Ce récipient représente simplement tout équipement adéquat pour un futur usage du mélange de polymère dissout De 96, on a montré aussi une liaison vers une vanne d'entrée 100 qui est15 l'entrée du système de la demande de brevet américain No 07/540 910.

Une vanne de bloquage 102 peut être ouverte pour qu'un cylindre gradué transparent 104 puisse remplir d'un fluide coulant du récipient de mélange 84 Une fois le cylindre plein20 jusqu'à un niveau choisi en inspectant une jauge sur le tube transparent, la vanne de blocage 102 fonctionne d'une autre

manière et le temps nécessaire pour que la quantité retirée de polymère quitte le cylindre 104 et rentre à nouveau dans le système, ce temps étant une indication de la viscosité et, donc,25 de la qualité du produit provenant du récipient 84.

Les symboles du bas de la Fig 5 avec des cercles dans lesquels il y a la lettre "M" correspondent à des moteurs Ceux dans lesquels il y a "PI" sont des jauges. Une pompe d'entrée 106 fournit la solution de polymère à une boucle de mélange 114 par une vanne d'arrêt 112 L'eau de dilution primaire est fournie par une vanne 108 à une pompe 110

et à la boucle de mélange 114 Comme décrit dans la demande de brevet américain No 07/352 689, le régulateur de pression 116 entraîne une chute de pression soudaine et abrupte à la sortie35 de la boucle 114, conditionnant ainsi le polymère.

Le système fonctionne comme suit Le polymère sec est mesuré dans la trémie 30 et l'entonnoir 34 L'eau coule par la vanne d'entrée 66 et la ligne 46 dans l'entonnoir 34 Le

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polymère sec et l'eau se rencontrent et se mélangent dans l'entonnoir 34 d'o ils sont transférés à la pompe 42 o de l'énergie est ajoutée rapidement, mouillant ainsi les particules de polymère La forte énergie donnée par la pompe transfère le mélange par la ligne de transfert hydraulique 80 au récipient de mélange 84 o il est agité (mélangé à l'air) en utilisant un compresseur 86 à grand volume et basse pression Les particules de polymère entrant dans le récipient 84 sont soigneusement

mouillées, mais essentiellement encore sèches intérieurement.

Donc, elles sont laissées dans le récipient 84 pour maturer et se tremper d'eau Quand les particules de polymère essentiellement sèches et l'eau arrivent dans le récipient 84, le compresseur 86 y pompe un grand volume d'air à basse pression Il arrive quelque chose de tcut à fait désirable au polymère quand on le

mélange à l'air Il devient ce que l'on appelle "structuré".

C'est-à-dire qu'à l'interface eau/air entre les bulles et le liquide, la viscosité de la solution augmente et donne une meilleure qualité de produit que celle obtenue par des moyens de

mélange mécaniques.

Quand le polymère a bien trempé, le mélange (maintenant une solution de polymère) est transféré soit à un système de traitement de polymère 24 qui suit, soit à tout dispositif

convenable 98 par un tuyau de sortie.

Exemple

Une unité de test pilote (Fig 6) a été placée dans un laboratoire et a fonctionné avec les résultats suivants: L'unité comprenait une pompe centrifuge avec une roue de 12 cm de diamètre couplée à un entonnoir en polypropylène comportant un moyen convenable d'addition d'eau, une commande à fréquence variable, des jauges de pression sélectées, un compresseur centrifuge dd'air, un réservoir en polyéthylène de 550 1 environ, des vannes à solénoïdes de grande capacité, et une vidange. l'équipement de test est encore identifié comme suit: Références Matériels Fabricant Pompe centrifuge 2 HP Worthington D-520 132 Entonnoir US Plastics 8 cm 134 Vidange Penberhty 4 cm LH 136 Réservoir Malgene 550 1 138 Compresseur Spencer 3 HP Vannes à sol ASCO 8215 C 83/8215 B 80 142 Com à v var Burton 460 V Triphasé 3 HP Préparation de la solution de polymère On a ajouté 4 000 g de polymère anionique à poids moléculaire élevé, à faible charge, Drewfloc 260 à 110 1 environ d'eau et mélangé pendant 1 heure et 15 minutes dans l'unité pilote de la Fig 6 et on a traité

comme décrit ci-dessus.

Test N 1 L'écoulement de l'eau par l'appareil de dispersion a été de 6 1/mn La vitesse de la roue, mesurée avec un tachymètre

photo-optique, a été à 6100 t/mn + ou 300 t/mn.

La concentration de solution obtenue a été calculée pour être de 3,5 % au poids Après 1 heure et 15 minutes de mélange, un échantillon de 600 cc a été prélevé et mesuré en ce qui concerne la viscosité visible Un viscomètre Brookfield (Modèle LV) utilisant une broche triphasée n 4 à 0,3 t/mn a entraîné une lecture d'échelle de 53 avec des facteurs allant jusqu'à 1 060 000 cps L'échantillon a été laissé sans autre agitation et remesuré environ 30 minutes plus tard La viscosité avait

augmenté juste au-dessus de 1 130 000 cps.

Un échantillon de contrôle de laboratoire a été préparé en utilisant 21 g de Drewfloc 260 ajouté à un bécher de 600 cc

d'eau L'échantillon a été préparé avec un agitateur de labora-

toire triphasé à 400 t/mn pendant 10 minutes, puis réduit à 100 t/mn pendant 50 minutes La viscosité de la solution obtenue utilisant une broche No 4 triphasée à 0,6 t/mn a été calculée pour être à 640 000 cps Un autre test de viscosité (aucune

autre agitation) a duré 30 minutes de plus et on a trouvé une augmentation jusqu'à 725 000 cps.

Test No 2

En utilisant un polymère anionique 866 d'American Cyana-

mid Magnifloc, le test a été le même que le test No 1, utilisant l'unité de test pilote de la Fig 6 excepté que la concentration de solution a changé de 2 % par poids ( 2270 g d'Am Cy 866 A ajouté à 113 litres d'eau environ) La solution a été mélangée pendant 1 heure et 15 minutes Un échantillon de 600 cc a été testé en ce qui concerne la viscosité apparente en utilisant un Brookfield LV avec une broche No 4 triphasée à 0,6 t/mn La

lecture d'échelle de 87 en facteurs de 870 000 cps.

Un échantillon de contrôle de laboratoire préparé de la même façon que le test No 1 en utilisant 12 g d'Am Cy 866 A a été ajouté à 600 cc d'eau mélangé pendant 60 minutes La viscosité obtenue en utilisant une broche No 4 triphasée à 0,6

t/mn a été calculée pour être de 490 000 cps.

Dans chacun de ces tests, les lectures de la plus haute viscosité de la solution polymère traitée dans l'unité test pilote de la Fig 6 révèlent une structure avantageuse de la molécule polymère à l'interface air/eau du mélange entraîné par l'air Il n'y a aucun doute que la faible agitation d'air en cisaillement a été également un facteur en augmentant au maximum les

viscosités de la solution.

Claims (20)

REVEND ICAT IONS

1 Système de mélange d'un polymère sec caractérisé en ce qu'il comprend: un conteneur de mélange ( 34), un moyen ( 30) pour distribuer un électrolyte fluide vers ledit conteneur de mélange, un moyen ( 30) pour distribuer un polymère sec audit conteneur de mélange, une roue ( 42) pour recevoir ledit électrolyte, ladite roue de pompe centrifuge ayant une entrée de vortex au-dessous dudit tuyau pour recevoir un polymère et un électrolyte mélangés et pour imprimer pratiquement une quantité d'énergie à ceux-ci pour mouiller complètement ledit polymère avec ledit électrolyte, ladite roue fonctionnant avec une vitesse qui est assez grande pour imprimer pratiquement ladite quantité d'énergie mais assez basse pour empêcher en pratique une réduction de la taille des particules du polymère, un moyen ( 80) pour transférer ledit mélange de ladite roue dans un récipient de mélange pour la maturation dudit mélange, un moyen ( 86) pour distribuer un gaz à basse pression et à grand volume dans ledit récipient de mélange pour augmenter la viscosité du mélange en rendant conforme la structure du polymère à l'interface eau/gaz, et un moyen ( 94) pour enlever ledit mélange dudit récipient

de mélange.

2 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce

que ledit conteneur de mélange a une paroi sur laquelle l'électro-

lyte tourne après qu'il ait été fourni par le moyen ( 30) et en ce qu 'il comprend un moyen pour délivrer le polymère sec contre

ladite paroi et dans le tourbillon d'électrolyte.

3 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite roue a un oeil qui n'est pas hydrauliquement verrouillé audit électrolyte, et en ce que ledit polymère sec est déposé directement dans ledit oeil, pratiquement sans contact

avec ledit électrolyte quand il est dans ledit conteneur.

4 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite roue ( 42) fonctionne à une vitesse d'environ 3000 à

6500 t/mn.

Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit récipient de mélange ( 34) comprend un objet en forme d'entonnoir ayant un rebord ( 44) dirigé vers l'intérieur de son côté supérieur et avec ledit tuyau correspondant, et un moyen sur le pourtour ( 48) introduisant l'eau dans ledit entonnoir dans une zone au-dessous dudit rebord dirigé vers l'intérieur de manière que l'eau tourne autour de la paroi vers le bas le long

de ladite paroi dudit entonnoir.

6 Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce

qu 'il comprend encore un moyen pour alimenter un fluide électro-

lyte de dilution secondaire vers une sortie de ladite pompe.

7 Système suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu 'il comprend un Venturi dans ledit moyen d' alimentation de dilution secondaire, et un moyen pour relier une sortie de débordement dans ledit entonnoir vers une entrée dudit Venturi

par lequel un vide créé par ledit Venturi soutire tout déborde-

ment dudit entonnoir et de ladite dilution secondaire.

8 Système suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour aspirer l'air à travers ledit Venturi quand celui-ci ne traite pas un débordement dudit électrolyte, et un moyen pour ajouter ledit courant d'air à l'air

qui est entraîné dans ledit électrolyte.

9 Système suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu ' il comprend un moyen pour introduire ledit fluide de dilution

secondaire dans ledit récipient de mélange.

Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend encore un capteur associé au moyen fournissant le polymère sec pour détecter cette fourniture audit conteneur de mélange. 11 Système suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ledit capteur est photoémetteur/récepteur à infrarouges avec

un explorateur optique à fibre.

12 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un système de traitement d ' un polymère liquide couplé à une sortie dudit récipient de mélange, ledit système de traitement du polymère liquide comprenant une boucle de mélange à haute pression pour imprimer un niveau relativement haut d'énergie vers la sortie dudit récipient de mélange, et un moyen

de régulation de pression à une sortie de ladite boucle de mélange pour réduire de manière abrupte la haute pression dudit5 polymère liquide à ladite boucle de mélange.

13 Système suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu' il comprend un moyen pour introduire un fluide de dilution secondaire vers ledit polymère liquide après que ledit polymère liquide ait traversé ledit moyen de régulation de pression.10 14 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de détecteurs répartis dans ledit système, et un moyen associé à chacun desdits détecteurs pour délivrer une réponse sous forme d'une alarme vers une position de détection d'alarme.15 15 Système suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte encore un microprocesseur pour commander le réglage automatique dudit système en fonction des signaux des- dits capteurs.

16 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de détection dans ledit récipient de mélange pour continuellement mesurer l' activité de la solution dans ledit récipient de mélange, et un microprocesseur pour commander ledit système en fonction dudit moyen de détection. 17 Système suivant la revendication 16, caractérisé en ce

que ledit moyen de détection mesure continûment la viscosité dudit mélange dans lesdits récipients de mélange.

18 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite roue n'est inférieure à deux fois ou supérieure à sept

fois le quotient du diamètre de l'entrée et la largeur axial de30 la roue.

19 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite roue n'est pas inférieure à une fois, ou supérieure à trente cinq fois le quotient du total du diamètre et la largeur axiale de la roue.35 20 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite roue implique une énergie pratiquement égale au carré

du total du diamètre et varie avec le diamètre de la roue.

21 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite roue implique une énergie pratiquement égale au carré de la vitesse tangentielle du total du diamètre et varie avec la vitesse de la roue. 5 22 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de mélange a des demandes de puissance pratiquement inférieures à un ordre de grandeur qui est pratique- ment égale au carré du total du diamètre et qui varie avec le diamètre de la roue.10 23 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de mélange a des demandes de puissance

pratiquement inférieures à un ordre de grandeur qui est pratique- ment égale au carré de la vitesse tangentielle du totale du diamètre et qui varie avec la vitesse de la roue.15 24 Procédé pour conditionner le polymère sec en y formant une solution aqueuse de polymère structuré, ladite méthode combi-

née en ce qu'elle comprend les phases de: centrifugation par dispersion des particules de polymère sec dans un liquide électrolyte, ladite dispersion centrifuge étant à un niveau qui mouille parfaitement ledit polymère sec avec ledit électrolyte tandis qu'elle empêche pratiquement toute réduction de taille desdites particules de polymère, transférer ladite dispersion vers un récipient de mélange à maturation, mélanger de l'air à grand volume et basse pression dans ledit récipient de mélange pour créer pratiquement un nombre de

bulles montant dans ladite dispersion, maturer ladite dispersion jusqu'à ce que le polymère s'hy-

drate, et transférer la solution aqueuse de polymère sec de la phase de maturation vers une sortie pour un traitement ultérieur pour activer la solution polymère. 25 Procédé suivant la revendication 24, caractérisée en ce qu'il comprend une détection dans ledit récipient de mélange pour mesurer continûment 1 ' activité de la solution dans le récipient de mélange, et en contrôlant un microprocesseur pour

régler ledit système en réponse à ladite phase de détection.

26 Système suivant la revendication 24, caractérisé en ce que ladite phase de détection mesure continûment la viscosité dudit mélange dans lesdits récipients de mélange.5 27 Procédé suivant la revendication 24, caractérisé en ce que ladite phase de dispersion centrifuge comprend les autres

phases de l'eau descendant en tournant autour de la paroi de l'entonnoir, distribuant le polymère sec sur ladite paroi de l'entonnoir, et disposant le mélange d'électrolyte et de polymère10 sec mouillé dans un vortex d'une pompe à roue pour parfaitement mélanger ledit électrolyte et le polymère sec.

28 Procédé suivant la revendication 24, caractérisé en ce que ladite phase de dispersion centrifuge comprend les phases additionnelles de faire tourner l'électrolyte sur la paroi de15 l'entonnoir en descendant, ladite électrolyte tourbillonnant lais- sant un vortex pratiquement sec au centre dudit tourbillon,

dispersant le polymère sec dans ledit vortex sec et' disposant séparément l'eau et le polymère sec dans l'oeil d'une pompe centrifuge pour mélanger sérieusement ledit électrolyte et ledit20 polymère sec dans ladite pompe.

29 Procédé suivant la revendication 24, caractérisé en ce qu'il comprend encore une autre phase pour transférer hydrauli-

quement le polymère mouillé de ladite phase de dispersion centrifuge vers ladite phase de mélange avec l'air en fonction25 du débit de sortie d'une pompe pour entraîner ladite dispersion centrifuge.

Procédé suivant la revendication 24, caractérisé en ce qu'il comprend encore la phase supplémentaire pour transférer ladite dispersion centrifuge vers un récipient de conservation et30 de mélange, et en ce que ladite phase de mélange avec l'air comprend la phase de souffler le gaz dans ledit récipient de mélange à ladite basse pression et à haut volume pour créer une quantité relativement grande de bulles dans ladite dispersion. 31 Procédé suivant la revendication 24, caractérisé en ce que ladite phase de dispersion centrifuge comprend les phases additionnelles de faire tourbillonner l'eau sur une paroi de l'entonnoir en descendant, en prévoyant un moyen pour retirer un débordement de ladite eau tourbillonnante de ladite paroi de

l'entonnoir, et en envoyant de l'air dans ledit électrolyte quand il n'y a pas de débordement. 32 Procédé suivant l'une des revendications 24 à 31,

caractérisé en ce qu'il comprend une autre phase des opérations du système de détection en une pluralité de dites phases dans ledit procédé et la phase supplémentaire des conditions d' alarme de signalisation en fonction de ladite phase de détection en une desdites conditions d'alarme.10 33 Méthode de préparation d'un polymère sec pour former une solution liquide adéquate pour d'autres activations dudit polymère, caractérisée en ce qu'elle comprend les phases de: dispersion des vrais solides à grand poids moléculaire de polymère sec dans de l'eau, envoyer ladite dispersion de polymère sec et d'eau à une dispersion centrifuge fonctionnant dans une plage allant de 900 t/mn à une limite plus basse à une vitesse au-dessous du point de réduction de la taille de la particule qui fracture les particules de polymère à une limite plus haute,20 transférer hydrauliquement ledit mélange de polymère sec et d'eau dans une chambre mélangeant l'air, mélanger l'air de ladite mixture pour faciliter l'hydrata- tion des molécules polymères, ledit mélange d' air étant envoyé à grand volume et basse pression d'air, ladite basse pression25 étant assez basse pour éviter pratiquement tout cisaillement dudit polymère dans ladite solution, continuer la phase de mélange d'air jusqu'à ce qu'il y ait une hydratation complète desdites particules polymères, et transférer pneumatiquement la solution aqueuse de polymère

structurée obtenue, pour envoyer par une tuyauterie vers un autre système de traitement.

34 Méthode suivant la revendication 33, caractérisée en ce que ledit transfert pneumatique vers un autre système de traite-

ment va vers un système de traitement des solutions liquides de35 polymère.

Méthode suivant la revendication 33, caractérisée en ce que ledit transfert pneumatique vers un autre système de traite-

ment comprend un système de tuyauterie et va vers des conte-

neurs pour la préparation de la solution de polymère hydratée

en vue d'autres transports.

36 Méthode suivant la revendication 33, caractérisée en ce que la détection de la fourniture dudit polymère sec est faite avec un moyen de détection à infrarouges et en ce qu 'un analyseur optique à fibres est placé près du trajet suivi par

ledit polymère sec.