СИСТЕМА ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ Российский патент 2017 года по МПК C02F1/52 B01F3/12 B01D21/01 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к разработке и применению систем для растворения полимеров и способам растворения полимеров.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Полимерные флокулянты могут быть растворены в воде с образованием активированного раствора. Активированный раствор может быть применен в различных системах, например, для очистки сточных вод. Исходный материал для полимеров, однако, обычно является громоздким для обработки. Например, растворение исходного материала может оказаться продолжительным. Кроме того, исходный материал может быть в форме влажного геля, включая липкие или связанные частицы, которые могут быть трудными для обработки. Даже будучи растворенными, полимеры являются объектом нежелательного разрушения при сдвиге или разрыва. Таким образом, существует необходимость в разработке системы для растворения полимеров в воде, которая может быстро и эффективно растворять полимеры в воде по существу без разрушения под действием сдвига.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Настоящее изобретение относится к системе для растворения полимеров, включающей смесительный бак, сетчатый фильтр и насос. Смесительный бак предназначен для приема полимеров, воды и входящего потока с образованием полимерного раствора, включающего набухшие полимеры, и для выпуска полимерного раствора. Сетчатый фильтр предназначен для приема полимерного раствора и вывода, по меньшей мере, части набухших полимеров через него по существу без разрушения под действием сдвига, в результате чего образуется получаемый раствор, в котором набухшие полимеры растворены, по меньшей мере, частично. Насос предназначен для приема получаемого раствора и возврата получаемого раствора во входящий поток. В некоторых вариантах осуществления изобретения сетчатый фильтр и насос работают вместе, чтобы поддерживать вязкость получаемого раствора по существу в пределах заданного интервала.

[0004] Настоящее изобретение также относится к сетчатому фильтру, включающему первый канал, второй канал, отходящий от первого канала, и сито во втором канале. Сито включает отверстия, размер которых таков, что позволяет высокомолекулярным полимерам проходить через них по существу без разрушения под действием сдвига.

[0005] Настоящее изобретение также относится к способу растворения высокомолекулярных полимеров. Способ включает подачу высокомолекулярных полимеров, воды и входящего потока. Образуется полимерный раствор, включающий набухшие полимеры. По меньшей мере, часть набухших полимеров выводят через сетчатый фильтр по существу без разрушения под действием сдвига, в результате чего образуется получаемый раствор. Получаемый раствор возвращают во входящий поток.

[0006] Другие аспекты изобретения станут очевидными при рассмотрении подробного описания и прилагаемых чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Фиг. 1. Схема системы растворения полимера в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, показывающая сетчатый фильтр, соединенный текучей средой со смесительным баком и насосом.

[0008] Фиг. 2. Частичный увеличенный общий вид сетчатого фильтра по Фиг. 1.

[0009] Фиг. 3. График зависимости времени растворения 10 моль катионного влажного полимера в партии размером 2839 литров.

[0010] Фиг. 4. График зависимости времени растворения 50 моль катионного влажного полимера в партии размером 379 литров.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] В настоящем документе описана система для растворения полимера, включающая сетчатый фильтр, соединенный текучей средой со смесительным баком и насосом. Данная система является преимущественной при получении высокоактивированного раствора водорастворимых сухих полимеров для использования в качестве флокулянтов без разрушения под действием сдвига. Сетчатый фильтр включает первый канал, второй канал, отходящий из первого канала, и сито во втором канале. Сито включает отверстия такого размера, который позволяет высокомолекулярным полимерам проходить через них по существу без деструкции под действием сдвига. Сетчатый фильтр предназначен для приема раствора полимера и вывода, по меньшей мере, части полимеров из раствора полимера, в результате чего образуется получаемый раствор. Получаемый раствор возвращают во входящий поток в систему для растворения полимера. Сетчатый фильтр и насос работают вместе, чтобы поддерживать вязкость получаемого раствора по существу в пределах заданного интервала.

[0012] Система для растворения полимеров позволяет использовать влажные гели в качестве флокулянтов или загустителей. Влажные гели, как правило, ниже по стоимости по сравнению с порошками сухих полимеров, потому что порошки сухих полимеров обычно требуют дополнительного оборудования и проведения сушки, измельчения и просеивания. Однако влажные гели могут включать липкие полимерные частицы, и, следовательно, может быть затруднена их обработка. Липкие полимерные частицы во влажных гелях могут составлять до приблизительно 10 мм по длине в самом длинном измерении. Влажные гели, которые включают такие частицы, могут медленно растворяться в воде. В системе для растворения полимеров полимерные частицы развертываются, раскладываются или расширяются, по меньшей мере, частично, по мере прохождения через сетчатый фильтр. Таким образом, растворение полимера обеспечивает быстрое и эффективное растворение влажных гелей, по существу, не вызывая разрушения под действием сдвига.

1. Определения

[0013] Используемая в настоящем документе терминология предназначена с целью описания конкретных вариантов осуществления изобретения и не предназначена ограничивать объем его притязаний. Как используется в настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа "а", "и" "the" включают ссылки на множественное число, если из контекста явно не следует иное.

[0014] "Cополимер", как использовано в настоящем документе, может означать полимер, образованный двумя или более структурными звеньями или мономерными остатками, в отличие от гомополимера, который образован только одним структурным звеном или мономером.

[0015] При указании числовых интервалов в данном документе явно предполагается каждое промежуточное число в нем с одинаковой степенью точности. Например, для интервала 6-9, в дополнение к 6 и 9, рассматриваются числа 7 и 8, а для диапазона 6,0-7,0 явно предусмотрены числа 6,0, 6,1, 6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7 6,8, 6,9 и 7,0.

Система для растворения полимеров

[0016] Настоящее изобретение относится к системе для растворения полимера, которая быстро растворяет полимеры до полностью активированного раствора, предотвращая при этом разрушение при сдвиге данных полимеров. Фиг. 1 иллюстрирует систему 10 для растворения полимеров, включающую смесительный бак или емкость 20, сетчатый фильтр 30 и насос 40. Смесительный бак 20 включает полость 24 и предназначен для размещения в нем полимеров и воды. Полимеры включают, по меньшей мере, один порошкообразный сухой полимер (например, содержащий не более 15% воды) и влажный гель или гидратированный твердый гель (например, содержащий от приблизительно 15% до приблизительно 80% воды). В некоторых вариантах осуществления изобретения полимеры получают из водорастворимых мономеров методом радикальной полимеризации. Мономеры могут включать, но не ограничиваются ими, акриламид, акриловую кислоту (и соли акриловой кислоты), 2-акриламид-2-метилпропан-1-сульфонат натрия и 2-(акрилоилокси)-N,N,N-тиметилэтанаминийхлорид, для получения анионных, катионных, неионогенных водорастворимых полимеров. В других вариантах осуществления изобретения полимеры могут быть получены другими способами из других материалов.

[0017] Порошкообразный сухой полимер растворим в воде. В некоторых вариантах осуществления изобретения размер частиц порошка сухого полимера может составлять не больше, чем приблизительно 2,0 мм, не больше, чем приблизительно 1,9 мм, не больше, чем приблизительно 1,8 мм, не больше, чем приблизительно 1,7 мм, не больше, чем приблизительно 1,6 мм, не больше, чем приблизительно 1,5 мм, не больше, чем приблизительно 1,4 мм, не больше, чем приблизительно 1,3 мм, не больше, чем приблизительно 1,2 мм, не больше, чем приблизительно 1,1 мм, не больше, чем приблизительно 1,0 мм, не больше, чем приблизительно 0,9 мм, не больше, чем приблизительно 0,8 мм, не больше, чем приблизительно 0,8 мм, не больше, чем приблизительно 0,7 мм, не больше, чем приблизительно 0,6 мм, не больше, чем приблизительно 0,5 мм, не больше, чем приблизительно 0,4 мм, не больше, чем приблизительно 0,3 мм, не больше, чем приблизительно 0,2 мм или не больше, чем приблизительно 0,1 мм, в самом длинном измерении.

[0018] Влажный гель может включать липкие или клейкие частицы, которые имеют размер до приблизительно 20 мм в самом длинном измерении. В некоторых вариантах осуществления изобретения липкие частицы в полимерах имеют размер до приблизительно 1 мм, до приблизительно 2 мм, до приблизительно 3 мм, до приблизительно 4 мм, до приблизительно 5 мм, до приблизительно 6 мм, до приблизительно 7 мм, приблизительно до 8 мм, приблизительно до 9 мм, до приблизительно 10 мм, до приблизительно 11 мм, до приблизительно 12 мм, до приблизительно 13 мм, до приблизительно 14 мм, до приблизительно 15 мм, до приблизительно 16 мм, до приблизительно 17 мм, до приблизительно 18 мм, до приблизительно 19 мм или приблизительно до 20 мм в самом длинном измерении. Это включает размеры частиц полимера от приблизительно 6 мм до приблизительно 7 мм или от приблизительно 7 мм до приблизительно 8 мм в самом длинном измерении.

[0019] Увеличенная молекулярная масса может увеличить эффективность процесса флокуляции. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения полимеры имеют высокую величину средней молекулярной массы. В некоторых вариантах осуществления изобретения полимеры могут иметь среднюю молекулярную массу, по меньшей мере, приблизительно 1 миллион, по меньшей мере, приблизительно 2 миллиона, по меньшей мере, приблизительно 3 миллиона, по меньшей мере, приблизительно 3 миллиона, по меньшей мере приблизительно 4 миллиона, по меньшей мере, приблизительно 5 миллионов, по меньшей мере, приблизительно 6 миллионов, по меньшей мере, приблизительно 7 миллионов, по меньшей мере, приблизительно 8 миллионов, по меньшей мере, приблизительно 9 миллионов, по меньшей мере, приблизительно 10 миллионов, по меньшей мере, приблизительно 11 миллионов, по меньшей мере, приблизительно 12 миллионов, по меньшей мере, приблизительно 13 миллионов, по крайней мере, приблизительно 14 миллионов, по меньшей мере, приблизительно 15 миллионов или, по меньшей мере, приблизительно 16 миллионов. Это включает средние молекулярные массы от приблизительно 6 миллионов до приблизительно 18 млн, от приблизительно 10 миллионов до приблизительно 17 миллионов и от приблизительно 14 миллионов до приблизительно 16 миллионов для полимеров.

[0020] В представленном варианте осуществления изобретения полимеры подают в смесительный бак 20 через питатель или бункер 50. Питатель 50 может включать бункер. В других вариантах осуществления изобретения, однако, полимеры могут подаваться в смесительный бак 20 с помощью других механизмов. Кроме того, смесительный бак 20 принимает входящий поток 60 и образует раствор полимера, включающий набухшие полимеры (не показан). В показанном варианте осуществления изобретения система 10 включает мешалку или винт 70 в смесительном баке 20. Мешалка 70 включает лопасти 74 и предназначена для соответствующего смешения, перемешивания или диспергирования полимеров в смесительном баке 20. В случае, когда полимеры включают длинноцепочечные молекулы, чрезмерное перемешивание может способствовать нежелательному разрыву молекулярных связей полимеров. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения мешалка 70 предназначена для смешения полимеров с подходящей скоростью по существу без разрыва молекулярных связей полимеров. В некоторых вариантах осуществления изобретения между мешалкой 70 и смесительным баком 20 может быть использован эжектор (не показан), чтобы улучшить диспергирование частиц.

[0021] Раствор полимера выходит из смесительного бака 20, например, из нижней или донной части бака 20. Как использовано в настоящем документе, термины "верхний", "нижний", "передний", "задний", "боковой" и другие термины, относящиеся к направлению, не предназначены для обозначения какой-либо определенной пространственной ориентации, но вместо этого используются только с целью описания. Полимерный раствор, выгружаемый из смесительного бака 20, поступает в сетчатый фильтр 30. Сетчатый фильтр 30 пропускает, выдавливает или разделяет, по меньшей мере, часть набухших полимеров через него, по существу, без разрушения под действием сдвига, тем самым формируя получаемый раствор.

[0022] Насос 40 предназначен для приема получаемого раствора и возврата получаемого раствора во входящий поток 60. В некоторых вариантах осуществления изобретения насос 40 обеспечивает рециркуляцию слабого полимерного раствора в верхнюю части бака 20. Таким образом, генерируется замкнутый цикл потока из нижней части бака 20 в верхнюю часть бака 20. В показанном варианте осуществления изобретения насос 40 включает диафрагму (не показана). Диафрагма насоса 40 может пульсировать, чтобы создать вакуум в замкнутом контуре потока. В растворе полимера выше по потоку от насоса 40 набухшие полимеры расширяются за счет вакуума, создаваемого в замкнутом контуре потока. С другой стороны, в получаемом растворе ниже по потоку от насоса 40 набухшие полимеры разрушаются или сжимаются без разрыва до того, как получаемый раствор возвращается во входящий поток 60. В некоторых вариантах осуществления изобретения пульсация от насоса 40 может ускорить растворение полимеров без разрушения под действием сдвига, вызываемого предшествующими конструкциями насоса. В некоторых вариантах осуществления изобретения насос 40 может перемещать высоковязкие среды, что позволяет использовать концентрированные растворы в системе 10 для растворения полимеров.

[0023] В некоторых вариантах осуществления изобретения насос 40 может представлять воздушный двухдиафрагменный насос, например, N25 полнопоточный насос высокого давления (Full Flow High Pressure Pump), изготовленный Blagdon Pump in Export, Pennsylvania, или насос Wilden® PX1500, изготовленный Air Pumping Ltd. в Лондоне, Великобритания. Насос 40 имеет две жидкостные камеры, две воздушные камеры и первую и вторую диафрагмы 44, 48, которые соединены общим штоком или валом (не показан). В процессе работы внутренняя сторона одной камеры диафрагмы находится под давлением сжатого воздуха, а другая внутренняя камера находится под разрежением. В частности, сжатый воздух направляется к задней части диафрагмы 44, таким образом, перемещая диафрагму 44 от центральной секции. Это вызывает такт выпуска, перемещение оставшегося полимерного раствора из насоса 40. Одновременно диафрагма 48 выполняет такт всасывания, выталкивая воздух из-за диафрагмы 48 в атмосферу и позволяя остающемуся полимерному раствору протекать во внутреннюю камеру. Короче говоря, сжатый воздух в насосе 40 перемещает диафрагмы 44, 48 в возвратно-поступательном движении. Как только диафрагма 48 завершает такт всасывания, сжатый воздух направляется вновь к диафрагме 44, толкая ее от центральной части и тем самым перезапуская цикл. Насос 40 может дополнительно включать шаровые клапаны, которые поочередно открываются и закрываются, обеспечивая такты нагнетания и всасывания.

[0024] Система 10 для растворения полимеров необязательно включает обратный клапан 80 (см. Фиг. 2). Обратный клапан 80 может облегчить перемещение, по меньшей мере, одного полимерного раствора или получаемого раствора только в одном направлении и/или в заданном направлении.

Сетчатый фильтр

[0025] Как описано выше, система 10 для растворения полимеров включает сетчатый фильтр 30 для вывода или разделения на полосы, по меньшей мере, части набухших полимеров из раствора полимера по существу без разрушения под действием сдвига. При рассмотрении Фиг. 2 следует отметить, что сетчатый фильтр 30 включает первый канал 90, второй канал 100, отходящий от первого канала 90, и фильтр, сетку или сито 110 во втором канале 100. Первый и второй каналы 90, 100 определяют острый угол Θ. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения сетчатый фильтр 30 обычно имеет Y-образную форму. В показанном варианте осуществления изобретения первый канал 90 определяет впускное отверстие 94 и выпускное отверстие 98 и сито 110, расположенное между ними. Показанное на рисунке сито 110 имеет по существу цилиндрическую форму. В других вариантах осуществления изобретения, однако, сито 110 может принимать любую геометрическую форму, включая, но не ограничиваясь ими, коническую, пирамидальную, эллипсоидальную, форму регулярного многогранника и неправильного многогранника, их производные и их комбинации.

[0026] В некоторых вариантах осуществления сито 110 может быть изготовлено из нержавеющей стали или других коррозионностойких материалов. Нержавеющие стали могут быть обычно сгруппированы в зависимости от их химического состава и обозначены следующими обозначениями: нержавеющая сталь 302 типа, нержавеющая сталь 303 типа, нержавеющая сталь 304 типа, нержавеющая сталь 309 типа, нержавеющая сталь 310-типа, нержавеющая сталь 314 типа, нержавеющая сталь 316 типа, нержавеющая сталь 321 типа, нержавеющая сталь 347 типа, нержавеющая сталь 430 типа, нержавеющая сталь 446 типа и другие дисперсионно-твердеющие стали. В зависимости от требований использования или преференций для конкретной системы 10 для растворения полимеров углеродистая сталь может не обеспечивать надлежащей защиты от коррозии. Тем не менее, устройство, способы и изделия производства, рассмотренные в настоящем документе, не ограничены в данном отношении.

[0027] Сито 110 включает отверстия 120, размер которых таков, что позволяет высокомолекулярным полимерам или частицам геля проходить через них по существу без разрушения под действием сдвига. В некоторых вариантах осуществления изобретения каждое отверстие 120 может составлять не больше приблизительно 4,0 мм, не больше приблизительно 3,9 мм, не больше приблизительно 3,8 мм, не больше приблизительно 3,7 мм, не больше приблизительно 3,6 мм, не больше приблизительно 3,5 мм , не больше приблизительно 3,4 мм, не больше приблизительно 3,3 мм, не больше приблизительно 3,2 мм, не больше приблизительно 3,1 мм, не больше приблизительно 3,0 мм, не больше приблизительно 2,9 мм, не больше приблизительно 2,8 мм, не больше приблизительно 2,7 мм, не больше приблизительно 2,6 мм, не больше приблизительно 2,5 мм, не больше приблизительно 2,4 мм, не больше приблизительно 2,3 мм, не больше приблизительно 2,2 мм, не больше приблизительно 2,1 мм, не больше приблизительно 2,0 мм, не больше приблизительно 1,9 мм, не больше приблизительно 1,8 мм, не больше приблизительно 1,7 мм или не больше приблизительно 1,6 мм. Это включает отверстие 120 размером от приблизительно 3,1 мм до приблизительно 3,2 мм и от приблизительно 1,5 мм до приблизительно 1,6 мм.

[0028] Набухшие полимеры или частицы деформируются по мере их прохождения через сито 110, тем самым по существу избегают разрушения под действием сдвига. Например, полимерные частицы или молекулы могут растягиваться, разматываться, разворачиваться или расширяться, по меньшей мере, частично, при прохождении через отверстия 120 сита 110. Это достигается за счет вакуума, создаваемого насосом 40, который сообщается текучей средой с фильтром 30. Вакуум от насоса 40 создает силу всасывания для прохождения набухших полимеров через сито 110, тем самым деформируя полимеры по мере их прохождения через сито 110. Деформация полимеров может также ускорить процесс растворения полимера. В общем, отверстия 120 меньшего размера могут растягивать полимерные частицы больше, чем отверстия 120 большего размера. Однако отверстие 120 со слишком малым размером может потребовать более высокой силы всасывания от насоса 40 и/или может засоряться время от времени. С другой стороны, если отверстие 120 имеет слишком большой размер, оно может не обеспечить быстрого растворения полимеров.

[0029] В некоторых вариантах осуществления изобретения сетчатый фильтр и насос работают вместе, чтобы поддерживать вязкость оставшегося раствора полимера по существу в пределах заданного интервала. Например, тест на "гелевое число" может быть использован для оценки протекания процесса растворения. Гелевое число примерно представляет процент покрытия, оставшегося на сите 100 меш диаметром 7,6 см после прохождения через него 200 грамм раствора полимера концентрацией 0,25%. Меньшее количество геля может указывать на то, что растворение является более полным. Например, целевое гелевое число для раствора сополимера акриламида и 2-(акрилоилокси)-N,N,N-триметилэтанаминийхлорида в молярном соотношении 9:1 может составлять от 0G до примерно 1G. С другой стороны, целевое гелевое число для раствора сополимера акриламида и 2-(акрилоилокси)-N,N,N-триметилэтанаминийхлорида в молярном соотношении 1:1 может составлять 0G.

[0030] Кроме того, более низкая удельная вязкость (RSV) может быть использована в качестве меры качества полимера. Данное число указывает на то, снизилась ли молекулярная масса полимера в процессе растворения полимера. Целевое значение RSV может отличаться для каждого полимера. Например, для раствора сополимера акриламида и 2-(акрилоилокси)-N,N,N-триметилэтанаминийхлорида в молярном соотношении 9:1 целевое значение RSV может составлять 18 дл/г или выше. С другой стороны, для раствора сополимера акриламида и 2-(акрилоилокси)-N,N,N-триметилэтанаминийхлорида в молярном соотношении 1:1 целевое значение RSV может составлять 15 дл/г или выше. Более низкие значения RSVs могут указывать на снижение молекулярной массы, которое может быть вредным для эксплуатационных свойств полимерного раствора.

[0031] В некоторых вариантах осуществления изобретения сито 110 съемно соединено со вторым каналом 100. В других вариантах осуществления изобретения, однако, сито 110 может быть постоянно прикреплено ко второму каналу 100. В показанном варианте осуществления изобретения сетчатый фильтр 30 включает удерживающий сито колпачок или удерживающий фильтр колпачок 130 во втором канале 90.

4. Способ использования сетчатого фильтра

[0032] В процессе работы сетчатый фильтр 30 расположен ниже по потоку от смесительного бака 20, чтобы получить раствор полимера и выводить или разделять на полосы набухшие полимеры из раствора полимера по существу без разрушения под действием сдвига. Раствор полимера проходит через первый канал 90 сетчатого фильтра 30. Сито 110 во втором канале 100 позволяет высокомолекулярным полимерам или гелевым частицам проходить через него по существу без разрушения под действием сдвига. Поэтому выгружают активированный раствор с растворенными полимерами. Обедненный полимером раствор возвращается в смесительный бак 20 через первый канал 90, так что можно растворить больше полимеров с непрерывным получением активированного раствора.

5. Метод растворения высокомолекулярных полимеров

[0033] Настоящее изобретение также относится к способу растворения высокомолекулярных полимеров. Способ включает подачу высокомолекулярных полимеров, воды и входящего потока 60. Образуется полимерный раствор, включающий набухшие полимеры. По меньшей мере, часть набухших полимеров выводят или разделяют при прохождении через сито по существу без разрушения под действием сдвига, в результате чего образуется получаемый раствор. Получаемый раствор возвращается во входящий поток 60 и может быть электрохимически активирован.

[0034] В процессе работы в смесительном баке 20 образуется раствор полимера и течет из смесительного бака 20 в сторону сетчатого фильтра 30 в направлении 150. В сетчатом фильтре 30 полимерный раствор проходит через первый канал 90 в направлении 160. Получаемый раствор течет от первого канала 90 к насосу 40, а затем течет к смесительному баку 20 в направлении 180, тем самым завершая цикл.

[0035] В некоторых вариантах осуществления изобретения полимеры используются в качестве флокулянтов. Например, сточные воды или водные суспензии могут контактировать с получаемым раствором системы 10 для растворения полимера. Сточные воды могут поступать из различных источников, в том числе целлюлозно-бумажных комбинатов, из объектов строительных и монтажных работ, таких как горная промышленность, дноуглубительные реки, порты и рыбоводство. Для очистки сточных вод полимеры в получаемом растворе системы 10 для растворения полимера используют в качестве полиэлектролитных флокулянтов. Флокулянты контактируют с твердыми веществами в сточных водах с образованием агломератов, которые выпадают в осадок из сточных вод. Таким образом, твердые частицы удаляют из сточных вод.

6. Примеры

Пример 1

[0036] Готовили системы для растворения полимеров с использованием различных полимерных форм для 10 моль катионных полимеров и насосов, с или без Y-образного сетчатого фильтра. Целевое гелевое число для данного полимера составляло 0G-lG, и целевая величина RSV составляла 18 дл/г или больше. Для каждой системы измеряли такие параметры, как расход раствора полимера, время достижения целевого гелевого числа и величину RSV. В следующей таблице 1 представлены результаты измерений.

[0037] Ссылочные номера 5, 7, 9 и 10 обозначают контрольные примеры для влажных гелей в 189-литровой или 379-литровой загрузке, без циркуляционного насоса или Y-образного сетчатого фильтра. По сравнению с данными контрольными примерами, ссылочные примеры 1 и 2 указывают на то, что гомогенизатор-насос высокого давления/высокого сдвига, а именно насос Tekmar, может уменьшить время достижения целевого гелевого числа. Однако величина RSV в результате использования насоса Tekmar в каждом случае была ниже по сравнению с контрольными примерами, указывая на то, что молекулярная масса полимера снизилась нежелательным образом. Аналогичным образом ссылочные примеры 3 и 4 указывают на то, что центробежный насос, а именно насос Deming, может уменьшить время достижения целевого гелевого числа по сравнению с контрольным примером; однако величина RSV была ниже в каждом случае, указывая на то, что молекулярная масса полимера нежелательным образом снизилась. В отличие от этого, ссылочные примеры 16 и 20 указывают на то, что воздушный двухдиафрагменный насос, а именно насос Welden, в сочетании с Y-образным сетчатым фильтром уменьшает время достижения целевого гелевого числа по сравнению с контрольным примером, без деструкции полимера, как показано в ссылочных примерах 1-4.

[0038] Касательно 6, 8 и 14 следует отметить, что они являются контрольными примерами для влажных гелей при загрузке 2839 литров, без циркуляционного насоса или Y-образного сетчатого фильтра. По сравнению с данными контрольными примерами ссылочные примеры 12, 13 и 15 указывают, что насос Welden с Y-образным фильтром может сократить время достижения целевого гелевого числа без деструкции полимера. Аналогичным образом ссылочные примеры 18, 19, и 21 указывают, что 7,6 см насос Welden (имеющий высокую скорость потока) вместе с Y-образным фильтром может снизить время достижения целевого гелевого числа без деструкции полимера. На Фиг. 3 дано сравнение времени растворения для ссылочного примера 8 (без циркуляционного насоса или Y-образного фильтра) и 19 (воздушный двухдиафрагменный насос с Y-образным фильтром).

Таблица 1 Ссылочный номер Размер партии (литров) Форма полимера Насос Размер отверстия сита Расход (л/мин) 0G-1G время (часов) RSV (дл/г) 1 379 7,9 мм
влажный Tekmar Н/О 45 1 10 2 379 7,9 мм
влажный Tekmar Н/О 45 2,5 13 3 379 6,4 мм
влажный Deming Н/О 265 2 16 4 379 9,5 мм
влажный Deming Н/О 265 2,5 14 5 189 7,9 мм
влажный нет Н/О 0 4 20 6 2,839 7,9 мм
влажный нет Н/О 0 6 18 7 379 7,9 мм
влажный нет Н/О 0 6 18 8 2,839 6,4 мм
влажный нет Н/О 0 6 20 9 379 6,4 мм
влажный нет Н/О 0 6 19 10 379 7,9 мм
влажный нет Н/О 0 6 18 11 379 сухой нет Н/О 0 6 17 12 2,839 7,9 мм
влажный Welden 3,2 мм 265 3 18 13 2,839 7,9 мм
влажный Welden 3,2 мм 265 2,5 19 14 2,839 7,9 мм
влажный нет Н/О 0 4 20 15 2,839 6,4 мм
влажный Welden 3,2 мм 265 2,5 21 16 379 6,4 мм
влажный Welden 3,2 мм 2,5 20 17 757 сухой Питатель Chem Flow Feeder 3 14 18 2,839 7,9 мм
влажный 7,6 см Welden 1,6 мм 1,363 2 20 19 2,839 7,9 мм
влажный 7,6 см Welden 1,6 мм 1,363 2 19 20 379 7,9 мм
влажный Welden 1,6 мм 121 2 18 21 2,839 7,9 мм
влажный 7,6 см Welden 3,2 мм 1,363 2 19 22 2,839 сухой 7,6 см Welden 3,2 мм 1,363 2 20 23 757 сухой Питатель Chem Flow Feeder 2 14 24 379 сухой Welden 3,2 мм 121 3 19 25 2,839 сухой 7,6 см Welden 3,2 мм 1,363 2 18

[0039] Ссылочный № 11 является контрольным примером для сухих частиц (размером не более приблизительно 1,6 мм в самом длинном измерении) в партии величиной 379 литра, без циркуляционного насоса или Y-образного фильтра. По сравнению с данным контрольным примером, ссылочные № 17 и 23 указывают, что шестеренчатый насос, а именно Chem Flow Feeder, может сократить время достижения целевого гелевого числа; однако RSV в каждом случае была ниже по сравнению с контрольным примером, указывая на то, что молекулярная масса полимера нежелательным образом снизилась. В отличие от этого, ссылочный № 24 указывает, что насос Welden с Y-образным фильтром может сократить время достижения целевого гелевого числа без деструкции полимера, показанного в ссылочных № 17 и 23. Аналогичным образом в ссылочных № 22 и 25 показано, что для сухих частиц (размером не больше приблизительно 1,6 мм в самом длинном измерении) в партии величиной 2839 литра насос Welden с Y-образным фильтром может сократить время достижения целевого гелевого числа без деструкции полимера.

[0040] В целом, примеры, проведенные с использованием насоса Welden в сочетании с Y-образным фильтром, показали, что время растворения может быть сокращено с 4-6 часов до приблизительно 2 часов. Высокие величины расхода, достигнутые при использовании 7,6 см насоса Welden (воздушный двухдиафрагменный насос)? не ухудшили молекулярную массу полимера. Кроме того, оказалось, что отверстия сита размером до 1,6 мм не снизили молекулярную массу полимера.

Пример 2

[0041] Системы растворения полимера получали с использованием различных полимерных форм для 50 моль катионных полимеров и насосов, с или без Y-образного сетчатого фильтра. Целевое гелевое число для данного полимера составляло 0 G, и целевое значение RSV составляло 15 дл/г или больше. Для каждой системы измеряли такие параметры, как скорость потока раствора полимера, время достижения целевого гелевого числа и RSV. В следующей таблице 2 представлены результаты измерений.

[0042] Ссылочные символы А и В обозначают контрольные примеры для влажных гелей в 189-литровой или 379-литровой партии, без циркуляционного насоса или Y-образного сетчатого фильтра. По сравнению с данными контрольными примерами ссылочные символы Н, К и L относятся к примерам, в которых использован насос Welden, соединенный с Y-образным фильтром, и в которых наблюдали сокращение времени достижения целевого гелевого числа без деструкции полимера. Ссылочные символы I и M относятся к примерам, которые показали, что для быстрого растворения полимеров потребуется сетчатый фильтр. На Фиг. 4 дано сравнение времен растворения для ссылочного примера Н (воздушный двухдиафрагменный насос с Y-образным фильтром) и М (воздушный двухдиафрагменный насос без Y-образного сетчатого фильтра).

[0043] Ссылочные символы Е, F и О обозначают контрольные примеры для влажных гелей в 2839-литровой партии без циркуляционного насоса или Y-образного фильтра. По сравнению с данными контрольными примерами ссылочные примеры N и P указали, что насос Welden с Y-образным фильтром может сократить время достижения целевого гелевого числа без деструкции полимера. Ссылочный пример Q показал, что небольшие отверстия в сите (например, 1,6 мм или меньше) могут нежелательным образом закупориваться частицами геля.

[0044] Ссылочные примеры С и D являются контрольными примерами для сухих частиц (размером не больше приблизительно 1,6 мм в самом длинном измерении) в 189-литровой - 757-литровой партии без циркуляционного насоса или Y-образного фильтра. По сравнению с данным контрольным примером ссылочный пример S показал, что Chem Flow Feeder смог сократить время достижения целевого гелевого числа; однако величина RSV была ниже по сравнению с контрольным примером, указывая на то, что молекулярная масса полимера нежелательным образом снизилась. В отличие от этого ссылочный пример R показал, что насос Welden с Y-образным сетчатым фильтром может сократить время достижения целевого гелевого числа с меньшей деструкцией полимера.

Таблица 2 Ссылочный символ примера Партия (литров) Скорость вращения мешалки (об/мин) Форма полимера Насос Размер отверстий сита Расход (л/мин) Время 0G (часов) RSV (дл/г) A 189 250 7,9 мм
влажный нет Н/О 0 4 15,5 B 379 110 7,9 мм
влажный нет Н/О 0 4 15,5 C 189 250 сухой нет Н/О 0 4 15,7 D 379 160 сухой нет Н/О 0 6 14,8 E 2,839 75 7,9 мм
влажный нет Н/О 0 5 14,6 F 2,839 75 6,4 мм
влажный нет Н/О 0 4 15,2 H 379 130 7,9 мм
влажный Welden 3,2 мм 121 1,5 14,6 I 379 130 7,9 мм
влажный Welden Н/О 121 >2,5 J 379 130 7,9 мм
влажный Viking 3,2 мм 23 1,5 13,5 K 379 130 7,9 мм
влажный Welden 3,2 мм 121 1,5 16,3

L 379 130 7,9 мм
влажный Welden 3,2 мм 121 1,5 14,9 M 379 130 7,9 мм
влажный Welden Н/О 121 3 14,4 N 2,839 75 6,4 мм
влажный Welden 3,2 мм 454 1,5 15,1 O 2,839 75 7,9 мм
влажный Нет Н/О 0 3 15,1 P 2,839 75 7,9 мм
влажный Welden 3,2 мм 454 2 14,9 Q 2,839 75 7,9 мм
влажный Welden 1,6 мм сито забито R 379 130 сухой Welden 3,2 мм 121 2,5 13,6 S 757 сухой Питатель Chem Flow Feeder 3 10,7

[0045] Суммируя вышеизложенное, следует отметить, что примеры при использовании насоса Welden в сочетании с Y-образным фильтром показали, что время растворения может быть снижено с приблизительно 3-5 часов до приблизительно 1,5-2 часов. В случае сухих частиц времена растворения могут быть снижены от приблизительно 4-6 часов до приблизительно 2,5 часов.

[0046] Хотя изобретение подробно описано с ссылкой на определенные предпочтительные варианты его осуществления, существуют варианты и модификации в объеме его притязаний и существа по одному или более независимым аспектам изобретения, как описано в настоящем документе.

Настоящее изобретение относится к системе для растворения полимеров, включающей смесительный бак, сетчатый фильтр и насос. Смесительный бак предназначен для приема полимеров, воды и входящего потока с образованием полимерного раствора, включающего набухшие полимеры, и для вывода полимерного раствора. Сетчатый фильтр предназначен для приема полимерного раствора и выведения через него, по меньшей мере, части набухших полимеров по существу без разрушения под действием сдвига, тем самым формируя получаемый раствор, в котором набухшие полимеры растворены, по меньшей мере, частично. Насос предназначен для приема получаемого раствора и возврата получаемого раствора во входящий поток. В некоторых вариантах осуществления изобретения сетчатый фильтр и насос работают вместе, чтобы поддерживать вязкость получаемого раствора по существу в пределах заданного интервала. Изобретение обеспечивает быстрое растворение полимеров до полностью активированного раствора. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 2 пр.

1. Система растворения полимера, включающая

контур, содержащий смесительный бак, сетчатый фильтр и циркуляционный насос;

смесительный бак содержит впуск и выпуск;

сетчатый фильтр содержит впуск и выпуск и дополнительно содержит сито, которое включает в себя отверстия, размер которых позволяет частицам набухшего полимера или его частицам геля проходить через него без разрушения под действием сдвига, и

упомянутый насос содержит впуск и выпуск;

причем:

выпуск смесительного бака находится в сообщении по текучей среде с впуском сетчатого фильтра,

выпуск сетчатого фильтра находится в сообщении по текучей среде с впуском упомянутого насоса и выпуск упомянутого насоса находится в сообщении по текучей среде с впуском смесительного бака,

смесительный бак выполнен с возможностью:

получения и смешивания воды, входящего потока и полимера, имеющего среднюю молекулярную массу, по меньшей мере, приблизительно 1 миллион,

выпуска полимерного раствора, содержащего частицы набухшего полимера или его частицы геля, причем полимерный раствор образуется за счет смешивания воды, входящего потока и полимера;

сетчатый фильтр выполнен с возможностью:

приема полимерного раствора из смесительного бака,

позволения полимерному раствору проходить через сито без разрушения под действием сдвига частиц набухшего полимера;

и выпуска отфильтрованного полимерного раствора в упомянутый насос,

причем по меньшей мере часть частиц набухшего полимера в упомянутом полимерном растворе прошла через сито и

причем упомянутые частицы, прошедшие через сито, растворены по меньшей мере частично в отфильтрованном полимерном растворе;

и

упомянутый насос выполнен с возможностью приема и возвращения отфильтрованного полимерного раствора в качестве входящего потока в смесительный бак.

2. Система по п.1, дополнительно включающая бункер, подающий полимер в смесительный бак.

3. Система по п.1, дополнительно включающая мешалку в смесительном баке, мешалка выполнена с возможностью диспергирования полимера в смесительном баке.

4. Система по п.1, в которой сетчатый фильтр включает первый канал, второй канал, отходящий из первого канала, и упомянутое сито, вставляемое во второй канал.

5. Система по п.4, в которой первый и второй каналы образуют острый угол.

6. Система по п.4, в которой сито соединено с возможностью снятия со вторым каналом.

7. Система по п.4, дополнительно содержащая колпачок для удерживания сита во втором канале.

8. Система по п.1, в которой сетчатый фильтр и насос работают вместе, чтобы поддерживать вязкость отфильтрованного полимерного раствора в пределах заданного интервала.

9. Система по п.1, в которой насос включает диафрагму, диафрагма выполнена с возможностью расширения набухших полимеров в полимерном растворе и дробления на фрагменты набухших полимеров в отфильтрованном полимерном растворе перед возвратом во входящий поток.

10. Система по п.1, в которой полимеры включают, по меньшей мере, одно из: сухого порошка полимера и влажного геля.

11. Система по п.1, в которой полимеры включают полимер, имеющий среднюю молекулярную массу, по меньшей мере, приблизительно 2 миллиона.

12. Система по п.1, дополнительно включающая обратный клапан, который облегчает перемещение, по меньшей мере, одного из полимерного раствора и отфильтрованного полимерного раствора в заданном направлении.

13. Сетчатый фильтр, содержащий:

впуск, выпуск и сито, которое включает в себя отверстия, размер которых позволяет частицам набухшего полимера или его частицам геля проходить через него без разрушения под действием сдвига, причем сетчатый фильтр выполнен с возможностью:

приема полимерного раствора из смесительного бака и выпуска отфильтрованного полимерного раствора в насос, причем по меньшей мере часть частиц набухшего полимера в упомянутом полимерном растворе прошла через сито.

14. Способ растворения высокомолекулярных полимеров с использованием системы по п.1, содержащий

подачу высокомолекулярных полимеров, воды и входящего потока;

формирование полимерного раствора, включающего набухшие полимеры;

отвод, по меньшей мере, части набухших полимеров через сетчатый фильтр по существу без разрушения под действием сдвига с получением таким образом получаемого раствора; и

возврат получаемого раствора во входящий поток.

15. Способ по п.14, дополнительно включающий поддержание вязкости получаемого раствора по существу в пределах заданного интервала.

16. Способ по п.14, дополнительно включающий осуществление контакта сточных вод с получаемым раствором.