NL1010913C2

NL1010913C2 - Inrichting en werkwijze voor het activeren van polymeerproducten in een oplosmiddel.

Info

Publication number: NL1010913C2
Application number: NL1010913A
Authority: NL
Inventors: Theodorus Jozef Bierman
Original assignee: Theodorus Jozef Bierman
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2000-06-30

Description

5

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET ACTIVEREN VAN POLYMEERPRODÜCTEN IN EEN OPLOSMIDDEL

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het verdunnen en activeren van vloeibare polymeerproducten in een oplosmiddel, omvattende een behuizing met een polymeerproductinlaat en een 10 oplosmiddelinlaat, een roerruimte met een roteerbaar roerorgaan welke buitenwaarts gerichte bladen omvat en welke aandrijfbaar is door een motor, in welke roerruimte de verdunde polymeeroplossing gedurende een roerperiode kan verblijven, en een daarop aansluitende 15 conditioneerruimte waarin de polymeeroplossing gedurende een conditioneerperiode kan verblijven.

De polymeermoleculen in het polymeerproduct hebben een hoog molecuulgewicht alsmede poly-elektrolytische 20 eigenschappen. Deze worden gebruikt in processen waarbij vaste stoffen en vloeistoffen gescheiden worden Enkele processen zijn bijvoorbeeld sedimenteren, floteren, filtreren en centrifugeren. De werking van de polymeren is gelegen in het feit dat ze in geactiveerde, dat wil 25 zeggen gestrekte vorm, vele vaste deeltjes aan zich weten te binden door hun elektrische lading, waardoor samenklonteringen van vaste materie ontstaat. Dit samenklonteren is gewenst teneinde bovengenoemde processen industrieel economisch te kunnen bedrijven.

30

Polymeerproducten zijn in de handel in zowel vloeibare vorm als in poedervorm. Vloeibare polymeerproducten zijn leverbaar als emulsie of als oplossing. De vloeibare polymeerproducten dienen voor gebruik verdund, 35 geactiveerd en geconditioneerd te worden.

De werking van de inrichting voor het verdunnen en activeren van polymeerproducten is er op gericht dat 1 0 ’’ f 0 'I O *** V * ' * » 2 polymeermoleculen door het roerorgaan en door turbulenties in de inrichting worden onderworpen aan een bepaalde mechanische belasting, in het bijzonder een afschuifbelasting, waardoor de moleculen zich in het 5 oplosmiddel, bijvoorbeeld water, zullen strekken. De mate van strekking wordt bepaald door de wijze van belasting, alsmede de tijdsduur waarin dit gebeurt, en is van groot belang voor de effectiviteit van het verdunnings/activeringsproces. In de praktijk is 10 gebleken dat een in eerste instantie relatief hoge belasting door het roerorgaan, gevolgd door een periode met relatief lage belasting in een conditioneerruimte goede resultaten levert.

15 De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het verdunnen en/of activeren van vloeibare polymeerproducten in een oplosmiddel, waarbij de polymeeroplossing gedurende een roerperiode in een roerruimte wordt geroerd met een roteerbaar roerorgaan 20 welke buitenwaarts gerichte bladen omvat en welke wordt aangedreven door een motor, en waarbij aansluitend daarop de polymeeroplossing gedurende een conditioneerperiode door een conditioneerruimte wordt geleid.

25

Een dergelijke inrichting en een dergelijke werkwijze is beschreven in US-A-5,284,626. In deze bekende inrichting zijn de bladen van het roerorgaan vlak. Op zichzelf bewerkstelligt een dergelijk roerorgaan een redelijk 30 effectieve activering, doch door de heftige turbulentie die deze vlakke bladen veroorzaken, met name nabij de uiteinden van de bladen, kan een deel van de polymeermoleculen beschadigd worden, waardoor de effectiviteit van de polymeermoleculen wordt verminderd. 35

Het doel van de uitvinding is een inrichting en werkwijze voor het verdunnen en/of activeren van r . r · c ' - ; · ') I . t 3 vloeibare polymeerproducten in een oplosmiddel, welke op effectieve en efficiënte wijze opereert, en waarbij de kans op beschadiging van de polymeermoleculen wordt geminimaliseerd.

5

Daartoe zijn volgens de uitvinding de bladen van het roerorgaan in een radiale doorsnede in hoofdzaak spiraalvormig, waarbij de bladen in de radiaal buitenwaartse richting tegengesteld aan de draairichting 10 zijn gebogen. Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt de polymeeroplossing door het roerorgaan buitenwaarts gedreven door middel van de bladen die in een radiaal gerichte dwarsdoorsnede een ten opzichte van de draairichting achterwaarts gerichte spiraalvorm 15 hebben. De vorm van de bladen zorgt voor een geleidelijke overbrenging van afschuifkrachten op de polymeermoleculen, waardoor deze op efficiënte wijze worden geactiveerd, met minimale beschadiging.

20 Bij voorkeur omvat de inrichting een mengruimte waarin het polymeerproduct en het oplosmiddel gedurende een mengperiode kunnen samenkomen, welke ruimte aansluit op de roerruimte. In de praktijk is gebleken dat hierdoor een meer effectieve activering plaatsvindt tijdens het 25 roeren, doordat er voorafgaand reeds een menging heeft plaatsgevonden van het polymeerproduct en het oplosmiddel. . _

Bij voorkeur omvat de conditioneerruimte een in 30 hoofdzaak holle ruimte, dat wil zeggen een ruimte zonder obstakels, waarvan zowel de lengte, de breedte als hoogte groter zijn dan de helft van de diameter van het roerorgaan, bij voorkeur groter dan tweederde van genoemde diameter, meer bij voorkeur groter dan genoemde 35 diameter. In de ruimte. kan_zich bijvoorbeeld wel een as bevinden die het roerorgaan aandrijft, welke geen obstakel vormt voor een vrije doorstroming. Een f ·· • V : L ‘ O * 4 dergelijke relatief grote ruimte heeft tot gevolg dat het grotendeels geactiveerde polymeerproduct de tijd heeft om tot rust te komen, waardoor de kans op beschadiging van het polymeer wordt geminimaliseerd, 5 terwijl toch een optimale activering plaatsvindt. Bij voorkeur is hierbij het inhoudelijke volume van de conditioneerruimte groter dan de inhoudelijke volumina van de meng- en de roerruimte samen.

10 Bij voorkeur vormt de roerruimte een in hoofdzaak afgesloten ruimte. Dit kan een meer efficiënte activering tot gevolg hebben, omdat op deze wijze de turbulenties van het roeren weinig nadelig effect hebben op de conditioneerruimte.

15

In een uitvoeringsvorm is de radiaal gerichte wand tussen de roerruimte en de conditioneerruimte aan het roerorgaan bevestigd. Deze afscheidingwand hoeft dan niet aan zijn omtrek aan de buitenwand te worden 20 bevestigd, zodat de vloeistof vrij langs die buitenwand kan stromen. Deze wijze van afscheiding, waarbij de wand meedraait met het roerorgaan, is een eenvoudige wijze van afscheiding, welke in de praktijk goed blijkt te werken.

25

Bij voorkeur is de wand van de mengruimte in hoofdzaak cilindervormig en is de oplosmiddelinlaat in hoofdzaak tangentiaal gericht in de wand is geplaatst. Hierdoor ontstaat in de mengkamer een kolkvormige turbulentie, 30 wat een effectieve menging bevorderd. Hierbij is de polymeerproductinlaat in een eindwand, bijvoorbeeld een deksel van de cilinder, bij voorkeur centraal ten opzichte van de cilindervorm geplaatst. Door deze plaatsing ontstaat bij de inlaat een onderdruk, waardoor 35 het binnentreden van het oplosmiddel in de polymeerproductinlaat wordt tegengegaan.

1 0 j 09 1 3 Ί 5

Ter verder voorkoming het binnentreden van oplosmiddel in de polymeerproductinlaat, is deze voorzien van een ventiel, waarbij een uitstroomopening voor het polymeerproduct is aangebracht in een convex gebogen 5 oppervlak, over welk oppervlak een laag elastisch materiaal is gespannen dat bij voldoende druk van het polymeerproduct wordt opgelicht, zodat het polymeerproduct tussen het oppervlak en de laag kan stromen naar de mengruimte. Bij voorkeur is daarbij het 10 convex gebogen oppervlak in hoofdzaak cilindrisch en vormt de laag elastisch materiaal een in hoofdzaak cilindrische omhulling. Een dergelijk ventiel heeft als voordeel, boven de in dergelijke inrichtingen gebruikelijke klepventielen, dat deze relatief 15 ongevoelig is voor vervuiling van het ventiel, doordat insluitsels, welke bij inrichtingen voor het activeren van polymeerproducten regelmatig kunnen optreden, door het elastische materiaal kunnen worden vastgehouden, zonder dat het ventiel zijn werking verliest. Deze 20 insluitsels zullen na verloop van tijd bovendien vanzelf wegspoelen.

Bij voorkeur wordt het mengsel afkomstig uit de mengruimte naar een centraal deel van het roerorgaan 25 geleid. Op deze wijze wordt verzekerd dat het gehele polymeerproduct door het roerorgaan wordt belast, waardoor een effectieve activering wordt bewerkstelligd.

Bij voorkeur is de motor aan de buitenzijde van de 30 behuizing bevestigd aan de van de roerruimte afgekeerde zijde, en is daarbij het roerorgaan aan de motor gekoppeld door middel vaneen as welke zich uitstrekt in de conditioneerruimte. Op deze wijze blijft de zijde van het roerorgaan welke is gericht naar de mengruimte vrij, 35 en kan op eenvoudige wijze worden bereikt dat het polymeerproductmengsel het roerorgaan centraal binnengaat.

' V ' l». . - . V. ) J ......

6

Bij voorkeur heeft de motor een instelbaar toerental, waardoor het toerental kan worden aangepast aan de omstandigheden, zoals doorstroomsnelheid, polymeerproduct/oplosmiddelverhouding en temperatuur.

5 Bijvoorbeeld wordt het toerental van de motor zodanig ingesteld dat het toerental van het roerorgaan ligt tussen 800 en 3500 omwentelingen per minuut, bij voorkeur tussen 1500 en 2000, meer bij voorkeur tussen 1700 en 1800, wat in de praktijk vaak goede resultaten 10 oplevert.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een ventiel voor het doseren van een polymeerproduct in een inrichting voor het activeren van polymeerproducten, 15 waarbij een uitstroomopening voor het polymeerproduct is aangebracht in een convex gebogen oppervlak, over welk oppervlak een laagelastisch materiaal is gespannen dat bij voldoende druk van het polymeerproduct wordt opgelicht, zodat het polymeerproduct tussen het 20 oppervlak en de laag kan stromen naar de mengruimte. Toepassing van een dergelijk ventiel blijkt in de praktijk om bovengenoemde redenen ook van nut voor reeds bekende inrichtingen voor het activeren van polymeerproducten.

25

De uitvinding zal nu nader worden beschreven aan de hand van in tekening weergegeven figuren, welke beschrijving slechts dient voor een beter begrip en ondersteuning van de conclusies en derhalve niet beperkend kan worden 30 uitgelegd, waarbij:

Fig. 1 een gedeeltelijke dwarsdoorsnede is van een inrichting voor het verdunnen en activeren van polymeerproducten;

Fig. 2 een zijaanzicht is van een roerorgaan; 35

Fig. 3 een dwarsdoorsnede in het radiale vlak is van het roerorgaan; 7

Fig. 4 een gedeeltelijke dwarsdoorsnede is van een 5 tweede uitvoeringsvorm van een inrichting voor het verdunnen en activeren van polymeerproducten;

Fig. 5 een zijaanzicht is van een roerorgaan in de tweede uitvoeringsvorm; 10

Fig. 6 een dwarsdoorsnede in het radiale vlak is van het roerorgaan in de tweede uitvoeringsvorm; en

Fig. 7 een dwarsdoorsnede is van een ventiel.

15 j Met verwijzing naar figuur 1 omvat inrichting 1 voor het verdunnen en activeren van polymeerproducten een behuizing 2, welke bestaat uit een deksel 3, een mengkamer 4, een cilinder 5 en een bodem 6. De behuizing 20 begrenst mengruimte 7, roerruimte 8 en conditioneerruimte 9. Tussen roerruimte 8 en conditioneerruimte 9 is een tussenschot 10 aanwezig. In het midden van deksel 3 is een polymeerproductinlaat 11 voorzien, waarin ventiel 12 is aangebracht. Mengkamer 4 25 is voorzien van oplosmiddelinlaat 13, welke tangentiaal is geplaatst ten opzichte van de cilindrische mengkamer 4. Bodem 6 is voorzien van uitlaat 14. Aan de buitenkant van bodem 6 is motor 15 bevestigd, welke via as 16 roerorgaan 17 kan aandrijven. Motor 15 is variabel 30 instelbaar tussen 800 en 3500 omwentelingen per minuut, terwijl de optimale activering in de meeste gevallen wordt bereikt bij een toerental van ongeveer 1750 omwentelingen per minuut.

35 Vloeibaar polymeerproduct treedt via polymeerproductinlaat 11 en ventiel 12 mengruimte 7 centraal binnen. Ventiel 12 zal nader worden besproken 1 010913^ 8 aan de hand van figuur 7. Een oplosmiddel, bijvoorbeeld water, treedt mengruimte 7 tangentiaal binnen via oplosmiddelinlaat 13. Doordat het oplosmiddel tangentiaal de mengruimte 7 instroomt, ontstaat een 5 kolkvormige turbulentie, welke een goede menging van het polymeerproduct en het oplosmiddel bevordert. Vervolgens treedt het polymeerproductmengsel roerorgaan 17, welke door motor 15 via as 16 wordt geroteerd, centraal binnen en komt aan de zijkant daarvan naar buiten in roerruimte 10 8. Door afschuifkrachten welke door roerorgaan 17 op het polymeerproductmengsel worden uitgeoefend, wordt een belangrijk deel van de activering daarvan bewerkstelligd. De werking van roerorgaan 17 zal nader worden besproken aan de hand van figuren 2 en 3.

15 Vervolgens treedt het polymeerproductmengsel conditioneerruimte 9 binnen, alwaar het enige tijd onder relatief rustige condities verblijft, zodat het polymeerproduct de kans krijgt om optimaal te activeren, alvorens het via uitlaat 14 de inrichting verlaat.

20

Met verwijzing naar figuren 2 en 3 bestaat roerorgaan 17 uit een mengselinlaat 18, bladen 19 welke zich buitenwaarts uitstrekken en askoppeling 23. Bladen 19 zijn in het radiale vlak spiraalvormig en zijn in de 25 radiaal buitenwaartse richting tegengesteld gebogen aan de draairichting 24 (zie figuur 3). Indien het polymeerproductmengsel vanuit mengselinlaat 18 tussen de bladen 19 komt, wordt het mengsel geleidelijk radiaal naar buiten geduwd, waarbij de bladen 18 hun 30 afschuifkrachten op het mengsel overbrengen, zonder daarbij de polymeermoleculen te beschadigen.

Met verwijzing naar figuren 4, 5 en 6 omvat inrichting 1 in plaats van tussenschot 10 een bodemplaat 21 welke is 35 bevestigd aan roerorgaan 17, welke eveneens dient ter afscheiding van de roerruimte 8 en de conditioneerruimte 9. Deze meedraaiende afscheidingwand hoeft dan niet aan j U * w. O · -j · i 9 zijn omtrek aan de buitenwand te worden bevestigd, zodat de vloeistof vrij langs die buitenwand kan stromen. Eventueel kan roerorgaan 17 ter geleiding van de vloeistof worden voorzien van een dekselplaat.

5

Met verwijzing naar figuur 7 bestaat ventiel 12 uit een cilindrische kop 25 welke is voorzien van schroefdraad ter bevestiging in polymeerproductinlaat 11, een smaller cilindrisch middenstuk 26 en een cilindrisch uiteinde 10 27. Kop 25 en middenstuk 26 zijn voorzien van een axiale boring 28, terwijl middenstuk 26 tevens is voorzien van een transversale boring 29. Om middenstuk 26 en uiteinde 27 is een flexibel, elastisch en vloeistofdicht omhulsel 30 aangebracht, bij voorkeur van een rubbersoort. Door 15 de elastische afdichting van het uiteinde, blijft het ventiel ook indien er zich een vreemd deeltje tussen dringt zijn werking behouden, en zal het deeltje uiteindelijk vanzelf wegspoelen. Op zichzelf is een dergelijk ventiel bekend als luchtventiel, bijvoorbeeld 20 toegepast in een fietsband.

Claims

1. Inrichting voor verdunnen en activeren van vloeibare polymeerproducten in een oplosmiddel, 5 omvattende een behuizing met een polymeerproduct- inlaat en een oplosmiddelinlaat, een roerruimte met een roteerbaar roerorgaan welke buitenwaarts gerichte bladen omvat en welke aandrijfbaar is door een motor, in welke roerruimte de polymeeroplossing 10 gedurende een roerperiode kan verblijven, en een daarop aansluitende conditioneerruimte waarin de polymeeroplossing gedurende een conditioneerperiode kan verblijven, met het kenmerk, dat de bladen van het roerorgaan in een radiale doorsnede in 15 hoofdzaak spiraalvormig zijn, waarbij de bladen in de radiaal buitenwaartse richting tegengesteld aan de draairichting zijn gebogen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat 20 de inrichting voorts een mengruimte omvat waarin het polymeerproduct en het oplosmiddel gedurende een mengperiode samen kunnen komen, welke ruimte aansluit op de roerruimte.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de conditioneerruimte een in hoofdzaak holle ruimte omvat waarvan zowel de lengte, de breedte als de hoogte groter zijn dan de helft van de diameter van het roerorgaan, bij voorkeur groter 30 dan tweederde van genoemde diameter, meer bij voorkeur groter dan genoemde diameter.

4. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het volume van de 35 conditioneerruimte groter is dan de volumina van de meng- en roerruimte samen. i 0 1 C9 1 3 ^

5. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de roerruimte een in hoofdzaak afgesloten ruimte vormt.

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de mengruimte een in hoofdzaak cilindervormige wand heeft en de oplosmiddelinlaat in hoofdzaak tangentiaal gericht in de wand is geplaatst. 10 _____

7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de mengruimte in hoofdzaak cilindervormig is en de polymeerproductinlaat in een eindwand, bijvoorbeeld een deksel, van de 15 cilinder, bij voorkeur centraal ten opzichte van de cilindervorm is geplaatst.

8. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de polymeerproductinlaat is 20 voorzien van een ventiel, waarbij een uitstroomopening voor het polymeerproduct is aangebracht in een convex gebogen oppervlak, over welk oppervlak een laag elastisch materiaal is gespannen dat bij voldoende druk van het 25 polymeerproduct wordt opgelicht, zodat het polymeerproduct tussen het oppervlak en de laag kan stromen naar de mengruimte.

9. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, 30 met het kenmerk dat een radiaal gerichte wand tussen de roerruimte en de conditioneerruimte aan het roerorgaan is bevestigd.

10. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, 35 met het kenmerk dat de motor aan de buitenzijde van de behuizing is bevestigd aan de van de roerruimte afgekeerde zijde,waarbij het roerorgaan aan de motor is gekoppeld door middel van een as welke zich uitstrekt in de conditioneerruimte.

11. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, 5 met het kenmerk dat de motor een instelbaar toerental heeft.

12. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het toerental van het 10 roerorgaan tenminste instelbaar is tussen 1700 en 1800 omwentelingen per minuut.

13. Ventiel voor het doseren van een polymeerproduct in een inrichting voor het activeren van 15 polymeerproducten, met het kenmerk dat een uitstroomopening voor het polymeerproduct is aangebracht in een convex gebogen oppervlak, over welk oppervlak een laag elastisch materiaal is gespannen dat bij voldoende druk van het 20 polymeerproduct wordt opgelicht, zodat het polymeerproduct tussen het oppervlak en de laag kan stromen naar de mengruimte.

14. Ventiel volgens conclusie 13, met het kenmerk dat 25 het convex gebogen oppervlak in hoofdzaak cilindrisch is en de laag elastisch materiaal een in hoofdzaak cilindrische omhulling vormt.

15. Werkwijze voor het verdunnen en activeren van 30 polymeerproducten in een oplosmiddel, waarbij een polymeeroplossing gedurende een roerperiode in een roerruimte wordt geroerd met een roteerbaar roerorgaan welke buitenwaarts gerichte bladen omvat en welke wordt aangedreven door een motor, en 35 waarbij aansluitend daarop de polymeeroplossing gedurende een conditioneerperiode door een conditioneerruimte wordt geleid, met het kenmerk, dat de polymeeroplossing door het roerorgaan buitenwaarts wordt gedreven door middel van de bladen die in een radiaal gerichte dwarsdoorsnede een ten opzichte van de draairichting achterwaarts 5 gerichte spiraalvorm hebben.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk dat het polymeerproduct en het oplosmiddel gedurende een mengperiode samen komen in een mengruimte, 10 welke aansluit op de roerruimte.

17. Werkwijze volgens conclusie 15 of 16, met het kenmerk dat het mengsel afkomstig uit de mengruimte naar een centraal deel van het roerorgaan wordt 15 geleidt.

18. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 15-17, met het kenmerk dat het toerental van het roerorgaan wordt ingesteld tussen 800 en 3500 20 omwentelingen per minuut, bij voorkeur tussen 1500 en 2000, meer bij voorkeur tussen 1700 en 1800 omwentelingen per minuut.