Misch- und Dosieranlage zur Herstellung einer wässrigen Polymerdispersions-Lösung, wobei die Polymerdispersion im wesentlichen Guar beinhaltet, und Verfahren

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer wässrigen Polymerdispersions-Lösung, wobei die Polymerdispersion im wesentlichen Guar beinhaltet.
Das Verfahren zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus.
a) Mengenmässig definierte Transportierung einer Polymerdispersion mittels einer Schlauchquetschpumpe (7) zu einem Injektor (5)
b) Vermischen der transportierten Polymerdispersion mit mengenmässig definiertem Wasser durch den Injektor (5)
c) Durchführung einer Scherung der mit Wasser injizierten Polymerdispersion in einer Druckerhöhungspumpe (11) und Durchführung einer Homogenisierung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Lösung, insbesondere einer Lösung bestehend aus einer Polymerdispersion und Wasser sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

[0002] Wasserlösliche Polymere besitzen häufig ein schlechtes Löseverhalten, insbesondere auch dann, wenn sie ein hohes Molekulargewicht aufweisen. Polyacrylamide stellen beispielweise eine grosse Gruppe unter den wasserlöslichen Polymeren dar. Solche Acrylamidpolymerisate werden vorwiegend in ihrer hochmolekularen, anionischen, kationischen oder amphoteren Co-Polymere in vielen Bereichen der Fest-Flüssigtrennung eingesetzt. Eine weitere wichtige Anwendung ist auch der Bereich der Papierindustrie.

[0003] Die Überführung solcher hergestellten Polymere bis zu einer Mischstelle mit Wasser, wobei in der Regel solche Polymere in Containern bereit gestellt werden, geschieht in der Regel mittels Schneckenpumpen. Alternativ hierzu werden auch entsprechende Verdrängerpumpen verwendet. Eine Vermischung der Polyacrylamide mit Wasser findet in einer so genannten Invertiereinheit statt oder mit einem in der Polymerleitung angebrachten Rückschlagventil direkt in der Wasserleitung. Ferner sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von speziell ausgebildeten Mischerpumpen bekannt.

Nachteile des Standes der Technik

[0004] Ein grosses Problem der Verdünnung mit Wasser besteht darin, dass die wässrigen Polymerlösung immer noch Gelanteile enthalten, d. h. es sind nicht gelöste Polymere vorhanden. Gelanteile bewirken nicht nur ein Wirkungsverlust der Polymerlösung, sondern führen auch zu erheblichen technischen Problemen, beispielsweise verstopfte Siebe oder aber auch eine schlechtere Qualität von Papier.

[0005] Wird das Polymer nicht mit Wasser verdünnt, so kann zwar ein entsprechender Transport stattfinden, aber durch diese entsprechende Gewalt seiner Förderung wird ein Teil des Polymers abgebaut.

[0006] Um möglichst gelfreie Polymerenlösung zu erhalten, sind gemäss dem Stand der Technik unterschiedliche Schersysteme bekannt. Diese haben jedoch neben der bereits beschriebenen Gelreduzierung auch einen unerwünschten Viskositätsabbau der Polymerenlösung zur Folge. Der Viskositätsabbau ist auf eine Reduzierung der Molekulargewichte der Polymere zurückzuführen und bewirkt eine verminderte Wirksamkeit.

[0007] Erfahrungen haben auch gezeigt, dass zur Förderung von Polymerdispersion, die Festbestandteile mit einer gewissen Grösse aufweisen, Schneckenpumpen an sich nicht geeignet sind. Durch die Verdichtung der Polymerdispersion wird nicht das gewünschte Ergebnis erzielt, eine homogene Lösung zu erreichen. Vielmehr verbleiben Dispersionsteile in der Pumpe, insbesondere in der Vorkammer der Pumpe, die dann unweigerlich zu Betriebsstörungen führen.

Problemstellung der Erfindung

[0008] Bei der Verwendung einer Polymerdispersion muss störungsfrei ab dem entsprechenden Liefergebinde eine Lösung bereitgestellt werden, die eine bis zu 1 %-ige Konzentration der Polymerdispersion mit Wasser aufweist.

Lösung der Aufgabe

[0009] Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, die Polymerdispersion, die sehr reaktiv auf Wasser reagiert, in einem geschlossenen homogenen System zu einem Injektor zu führen, der die Polymerdispersion in das vorbeiströmende Wasser injiziert. Anschliessend wird über eine sehr kurze Strecke die reaktive Lösung einer Druckerhöhungspumpe zugeführt.

[0010] Hierzu wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die in einem Behälter bevorratete Polymerdispersion in einem homogenen und geschlossenen System zu einem Injektor geführt wird und dort in einen an dem Injektor vorbeiführenden Wasserstrahl injiziert wird.

Vorteile der Erfindung

[0011] Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht darin, dass die bevorratete Polymerdispersion in einem geschlossenen System zu einem Injektor transportiert wird und dort einen vorbeiführenden Wasserstrahl, der vorzugsweise in deinem Druckrohr geführt ist, injiziert. Innerhalb des geschlossenen Systems ist es aufgrund der erfinderischen Ausgestaltung nicht möglich, dass Wasser, beispielsweise aufgrund eines Rückstaus oder wegen zu geringer Strömungsgeschwindigkeit in dieses eindringen kann. Daher ist es möglich, dass die auf Wasser reaktiv reagierende Polymerdispersion unverändert bis zum Injektor gelangt.

[0012] Der Injektor selbst ist derart ausgestaltet, dass er zwei Eingangs- und einen Ausgangsbereich aufweist. Der erste Eingangsbereich dient dazu, die beispielsweise von einer Schlauchquetschpumpe geförderte Polymerdispersion über vorzugsweise gleichbleibende Rohquerschnitte zu dem Injektor zu führen. Erst innerhalb des Injektors verjüngt sich dieser. Die Verjüngung ist derart ausgebildet, dass weiterhin eine laminare Strömung der Polymerdispersion möglich ist. Der zweite Eingangsbereich ist für den Zugang des Wassers vorgesehen. Dieses wird mittels eines Rohres und eines bestimmten Druckes dem Injektor zugeführt. Durch eine Öffnung in dem Rohr, in dem das Wasser geführt wird, wird die Polymerdispersion injiziert. Der Ausgangsbereich ist vorgesehen, um die injizierte Polymerdispersionslösung zu einer Überdruckpumpe zu führen. Vorteilhafterweise ist diese Strecke in ihren Abmessungen kurz zu halten, zum zu verhindern, dass durch eine starke Quellung der Polymerdispersion eine Verstopfung eintritt. Aufgrund der Strömung des Wassers an dem eigentlichen Injektor vorbei, entsteht zusätzlich ein Unterdruck, der die Polymerdispersion aus dem Zulauf herauszieht.

[0013] Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht vor, dass in den Zulauf der Polymerdispersion zu dem Injektor eine Druckluftleitung eingeführt ist. Diese Druckluft wird zum Anlaufen des Verfahrens und zum Reinigen der Vorrichtung.

[0014] Bevor die Leitung, die von dem Container der Polymerdispersion zum Injektor führt, mit der Polymerdispersion beaufschlagt wird, wird zunächst Druckluft in das geschlossene System gegeben. Diese strömt in Richtung des Injektors, verjüngt sich dort und wird in das Wasser injiziert. Dadurch wird gewährleistet, dass das geschlossenen System trocken bleibt und kein Wasser durch den Injektor in das geschlossene System eindringen kann.

[0015] Um zu verhindern, dass beispielsweise durch einen Druckstau in der dem Injektor nachfolgenden Druckerhöhungspumpe ein Rückschlag in das geschlossene System eintritt und dann doch das geschlossene System mit Wasser beaufschlagt wird, ist im dem Rohrleitungssystem des Wassers ein Überdruckbehälter vorgesehen, der den entsprechenden Ausgleich bringt.

[0016] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass als Dosierpumpe für die Polymerdispersion eine Schlauchquetschpumpe eingesetzt wird. Diese ist wartungsarm und insbesondere für die Dispersionen hervorragend geeignet, da aufgrund der technischen Ausführungen einer Schlauchquetschpumpe die Eigenschaften einer Polymerdispersion nicht oder nur geringfügig verändert werden. Hohe Drücke, kleine Querschnitte und ähnliche auf die Gesamteigenschaft der Polymerdispersion wirkende Vorrichtungen werden dadurch vermieden.

[0017] Eine übliche Invertiereinheit, wie es aus dem Stande der Technik bekannt ist, kann diese Funktion nicht erbringen.

[0018] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der einfachen Auswahl der entsprechenden Komponenten, wie die Schlauchquetschpumpe und die Druckerhöhungspumpe sowie den Injektor eine einfachere Steuerung möglich ist, so dass Füllstandsregelung und ähnliches auf einfache Art und Weise umsetzbar sind.

[0019] Eine Steuerungsanlage regelt die entsprechenden zeitlichen Abläufe. Die Steuerung selbst kann hydraulischer, elektrischer oder pneumatischer Art sein. Auch die abzugebenen Mengen werden über eine Steuerungsanlage definiert.

[0020] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung oder den Ansprüchen hervor.

Zeichnung

[0021] In der Zeichnung ist ein Schaltplan der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

[0022] Die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Förderbereich 2 zur Förderung der in einem Container 3 bereitgestellten Polymerdispersion und einer Fördereinrichtung 4 zum Transport von Wasser (H₂O) an einen Injektor 5. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 einen Auffangbehälter 6, der dazu dient, die Lösung, bestehend aus Polymerdispersion und Wasser, aufzunehmen, um diese dann entsprechend in einen weiteren Bearbeitungsprozess übergeben zu können.

[0023] Die in dem Container 3 bereit gestellte Polymerdispersion wird einer Schlauchquetschpumpe 7, die Teil der Fördereinrichtung 2 ist, zugeführt. Die Zuführung erfolgt auf die Weise, dass die Schlauchquetschpumpe 3 einen Unterdruck erzeugt und so die Polymerdispersion ansaugt. Ein zusätzlicher Füllstandsanzeiger 8 detektiert die im Container 3 bevorratete Menge an Polymerdispersion. Über eine Zuleitung 9, die der Schlauchquetschpumpe 3 nachgeschaltet ist, wird die Polymerdispersion dem Injektor 5 zugeführt.

[0024] Über eine weitere Zuleitung 10, die Teil der Fördereinrichtung 4 ist, wird Wasser unter Druck dem Injektor 5 zugeführt, so dass innerhalb des Injektors 5 die Herbeiführung der Lösung bewirkt wird. Eine an dem Injektor 5 anschliessende Druckerhöhungspumpe 11 bewirkt die notwendige Scherung der mit Wasser versetzten Polymerdispersion, so dass diese dann über eine dritte abführende Leitung 12, die der Druckerhöhungspumpe 11 nachgeschaltet ist, dem Auffangbehälter 6 oder wahlweise einer weiteren, vierten Zuleitung 13 zugeführt werden kann.

[0025] Ferner umfasst die Zuleitung 10 einen Ausgleichsbehälter 17, der dafür Sorge trägt, dass bei etwaig entstehendem Überdruck, der beispielsweise durch ein Luftpolster in der Druckerhöhungspumpe 11 entsteht, Wasser in das geschlossene System, insbesondere bestehend aus der Zuleitung 9, eindringt.

[0026] Eine Steuereinrichtung 14 regelt und steuert den entsprechenden Prozess. Die Steuerung kann entweder elektronisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen.

[0027] Eine Druckförderungseinrichtung 15 ist an die Zuleitung 9 über ein Sperrelement 16 angeschlossen. Wahlweise kann entweder die Zuführung von Druckluft über die Druckförderungseinrichtung 15 in Richtung des Injektors 5 erfolgen oder die Druckförderungseinrichtung 15 ist ausser Betrieb, sodass ausschliesslich die Polymerdispersion von dem Container 3 über die weitere Zuleitung dem Injektor 5 zugeführt wird.

[0028] Die Druckförderungseinrichtung 15 bewirkt, dass der Injektor 5 entsprechend gereinigt werden kann, sobald der Transport der Polymerdispersion beendet ist. Vorzugsweise wird auch die Reinigung zu Beginn des entsprechenden Prozess zur Bereitstellung einer entsprechenden Lösung durchgeführt.

Funktionsweise:

[0029] Sind die Komponenten, wie Polymerdispersion, Wasser und Druckluft bereitgestellt, so sieht das erfindungsgemässe Verfahren vor, dass zunächst die Zuleitung 9 ausgehend von dem Container 3 bis hin zum Sperrelement 16 geschlossen ist. Die Druckfördereinrichtung 15 erzeugt Druckluft und führt diese über das für die Druckleitung geöffnete Sperrventil 16 zu dem Injektor 5. Die Druckluft tritt aus dem Injektor 5 aus und injiziert in das über die weitere Zuleitung 10 geförderte Wasser. Sobald das System gereinigt ist, schliesst das Sperrelement 16 und Polymerdispersion gelangt über die Zuleitung 9 zu dem Injektor 5, während das Wasser weiter in der weiteren Zuleitung 10 strömt.

[0030] Die Benetzung der Polymerdispersion mit Wasser findet unmittelbar im Injektor 5 und in der kurzen Zuleitung zur Druckerhöhungspumpe 11 statt. In der Druckerhöhungspumpe 11 wird die Polymerdispersions-Lösung in einem Scherungsprozess homogenisiert, bevor diese darauffolgend wahlweise über eine abführende Leitung 12 in den Behälter 6 oder über eine weitere Leitung 13 beispielsweise zu einer Maschine gelangt.

[0031] Entsteht während des Betriebs in der Druckerhöhungspunke 11 ein Luftpolster, so kann dies zu einem Rückschlag führen. Dies würde bedeuten, dass Wasser in das geschlossene System, nämlich in die Zuleitung 9 gelangen kann. Um dies zu verhindern, ist in der weiteren Zuleitung 10 ein Ausgleichsbehälter 17 vorgesehen, der diesen Überdruck kompensiert.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0032] 

1. Vorrichtung

2. Förderbereich

3. Container

4. Fördereinrichtung

5. Injektor

6. Behälter

7. Schlauchquetschpumpe

8. Füllstandsanzeiger

9. Zuleitung

10. weitere Zuleitung

11. Druckerhöhungspumpe

12. abführende Leitung

13. weitere abführende Leitung

14. Steuerung

15. Druckförderungseinrichtung

16. Sperrelement

17. Ausgleichsbehälter

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerdispersions-Lösung, wobei die Polymerdispersion im wesentlichen Guar beinhaltet gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Mengenmässig definierte Transportierung einer Polymerdispersion mittels einer Schlauchquetschpumpe (7) zu einem Injektor (5)

b) Injizieren der transportierten Polymerdispersion Wasser durch den Injektor (5)

c) Durchführung einer Scherung der mit Wasser vermischten Polymerdispersion in einer Druckerhöhungspumpe (11).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Zulauf (9), der von der Bereitstellung der Polymerdispersion bis zum Injektor (5) verläuft, eine Druckfördereinrichtung (15) vorgesehen ist, die den Injektor (5) vor dem Fördern der Polymerdispersion spült und nach dem Fördern der Polymerdispersion reinigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Zuleitung (10), die für den Transport des Wassers vorgesehen ist, ein Ausgleichsbehälter (17) vorgesehen ist, um einen Druckausgleich herbeizuführen, der in dieser Zuleitung (10) oder in der Druckerhöhungspumpe (11) entstehen kann.

4. Vorrichtung zum Lösen einer Polymerdispersion mit Wasser, wobei die Polymerdispersion zu einer Mischeinrichtung geführt wird, die ein Zulauf für Wasser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung mittels einer Schlauchquetschpumpe (7) erfolgt und die Mischeinrichtung ein Injektor (5) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Injektor (5) eine Druckerhöhungspumpe (11) nachgeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Aufbereitung der Polymerdispersion und dem Injektor (5) eine Druckfördereinrichtung (15) vorgesehen ist, mittels der der Injektor (5) spülbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Zulauf des Wassers zum Injektor (5) eine weitere Zuleitung (10) vorgesehen und in der weiteren Zuleitung (10) ein Ausgleichsbehälter (17) angeordnet ist.

Zeichnung