Procedimiento y dispositivo para preparar soluciones de polímeros concentradas.

Procedimiento para preparar una solución polimérica acuosa a partir de partículas sólidas de un polímero soluble en agua

, a través de la mezcla de agua y partículas poliméricas en un mecanismo de dispersión, caracterizado por que:

- la dispersión de las partículas con agua se realiza mediante el suministro de una primera potencia/m3,

- la mezcla de partículas/agua se transporta después de la salida del mecanismo de dispersión a un contenedor de agitación y en el cual se disuelve en gran medida bajo agitación;

- la solución polimérica acuosa después del tiempo de permanencia en el contenedor de agitación se somete en un mecanismo de dispersión a una segunda dispersión con una menor potencia/m3 que en la primera dispersión.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2006/003081.

Solicitante: Solenis Technologies Cayman, L.P.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: Rheinweg 11 8200 Schaffhausen SUIZA.

Inventor/es: FISCHER, WERNER, BUDDENBERG,Thorsten, PAWEL,Hartmut.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones... > Composiciones de homopolímeros o copolímeros de... > C08L33/26 (Homopolímeros o copolímeros de acrilamida o metacrilamida)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS;... > Procesos para el tratamiento de sustancias macromoleculares... > C08J3/05 (a partir de polímeros sólidos)

PDF original: ES-2544242_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo para preparar soluciones de polímeros concentradas La presente invención se refiere a un procedimiento para preparar soluciones de polímeros solubles en agua a partir de granulados de polímeros, en particular de polímeros sintéticos con elevados pesos moleculares y a un dispositivo adecuado para llevar a cabo el procedimiento.

Los polímeros solubles en agua tienen, con frecuencia, un comportamiento de solubilidad deficiente, en particular también, cuando ellos poseen alto peso molecular. Por ejemplo, las poliacrilamidas representan un grupo importante entre los polímeros solubles en agua. Los polímeros de acrilamida se utilizan principalmente en forma de sus copolímeros aniónicos, catiónicos o anfóteros de alto peso molecular (peso molecular promedio > 105) en muchas áreas de la separación de sólido/líquido. Además de las plantas de tratamiento de aguas de las ciudades o comunales y la industria de papel, la industria minera es otro usuario importante de los agentes floculantes.

Los polímeros se aplican como una solución acuosa diluida, donde la concentración de los polímeros es de aproximadamente 0, 5%, en peso. Para preparar las soluciones acuosas se incorpora la cantidad necesaria de los polímeros al agua, bajo agitación, siendo dispersados en la solución. La dispersión de los polímeros de acrilamida sólidos en el agua se ve dificultada por su tendencia a formar grumos o la tendencia de formar aglomerados después de entrar en contacto con el agua. Los grumos del polímero sólido se forman inmediatamente después de la incorporación del polímero en polvo en el agua debido al encapsulado de los sólidos sin disolver por un recubrimiento exterior de los polímeros húmedos con el agua, lo cual retarda la penetración de una cantidad adicional de agua en el aglomerado. Estas aglomeraciones son producidas en particular por los componentes finos inferiores a 200 m del polímero en polvo.

Para lograr una disolución completa de los polímeros se requiere un tiempo de maduración de 1 hasta 2 horas, período en el cual se sigue agitando moderadamente. Para preparar la solución del principio activo se conoce un sistema formado por dos tanques, con un tanque de maduración y un tanque de reserva, con un volumen de tanque de cada uno comprendido entre 3 m3 y 10 m3, dependiendo del fabricante y de la capacidad deseada. Después de la maduración, se transfiere la solución preparada del polímero al tanque de reserva, en el cual también se le agita continuamente y se extrae continuamente desde el tanque de reserva o intermedio para el uso de la solución, hasta haber vaciado el mencionado tanque de reserva. A continuación se transfiere con una bomba la nueva solución de polímero preparada entretanto en el tanque de maduración al tanque de reserva o intermedio. Debido a los elevados volúmenes de llenado y el largo tiempo de maduración, tiempo de espera y tiempo de evacuación, muchas veces la solución del polímero permanece varios días en los tanques. Como consecuencia de ello y debido a la degradación biológica y producto de los procesos de cizalla, puede ser reducida la efectividad de la solución de polímero.

Para poder lograr un suministro prácticamente continuo de la solución de polímero se utilizan las llamadas plantas de disolución con tres cámaras. En la planta de disolución de tres cámaras el granulado humectado por una corriente tangencial de agua pasa a la primera cámara, siendo homogenizado y disuelto con ayuda de un mecanismo agitador. El aumento de nivel del líquido en la primera cámara tiene como resultado que dicha cámara rebosa, con lo cual el líquido pasa a la segunda cámara, en la cual también se dispone de un mecanismo agitador destinado a homogenizar y disolver adicionalmente el polímero. Tan pronto se ha excedido el nivel del líquido en la segunda cámara, la solución pasa a través de un rebose a la tercera cámara, donde nuevamente se homogeniza y disuelve con ayuda de un mecanismo agitador. En la tercera cámara se encuentra una sonda de nivel de llenado, provista de un contacto de nivel mínimo (partida del proceso de humectado en la cámara 1) y otro contacto de nivel máximo (detención del proceso de humectado en la cámara 1) , la cual inicia o detiene el proceso de humectado en la primera cámara, de acuerdo al nivel del líquido existente en dicha cámara. El granulado disuelto de esta manera se puede aprovechar en el proceso de producción después de un período de maduración de alrededor de 30-60 minutos.

Además, después del tiempo de maduración aún están presentes en las soluciones acuosas de los polímeros componentes de gel, que contienen polímeros no disueltos. Los componentes de gel no solamente producen una pérdida de eficiencia del proceso de la solución del polímero, sino que también dan origen a problemas técnicos, como resultado de la obstrucción de las cribas o, en el caso de la fabricación de papel, dan origen a superficies de papel no uniformes.

Aquellas soluciones con concentración de alrededor de 0, 5% en peso, aún se pueden transportar cuidadosamente con una bomba sin que se produzca una degradación significativa del polímero durante el mencionado transporte. Un transporte violento de las concentraciones más concentradas es indudablemente factible, pero en este caso siempre se producirá una degradación parcial del material polímero. La limitación a soluciones de polímero con concentraciones más bajas hace necesario, en el caso de una aplicación técnica, la instalación de estaciones de disolución de mayor tamaño y de mayor costo.

Para obtener soluciones de polímeros, en lo posible libres de gel, se han conocido en el estado de la técnica diferentes sistemas de cizalla, los cuales, además de una clara reducción de los geles, también producen una

reducción no deseada de la viscosidad de la solución de polímero. La reducción de la viscosidad de la solución se atribuye a una reducción del peso molecular del polímero, lo cual produce una reducción en el rendimiento.

Así se ha descrito en el documento WO 95/20431 un procedimiento en el cual se transporta una solución de polímero acuosa, que presenta componentes gel, a presión a través de filtros sucesivos, con un ancho de malla decreciente.

En el documento EP 0 050 312 A1 se describe un dispositivo y un procedimiento para dispersar un polímero en polvo y posterior disolución en una corriente turbulenta del solvente. Aquí se ha observado una fuerte dependencia del tamaño de partícula del polímero en polvo. La dispersión se efectúa en un dispositivo constituido principalmente por un embudo con una abertura de llenado para el polímero en polvo y una alimentación tangencial de líquido, una tubería de evacuación con una tobera anular y una bomba chorro. En los tamaños de partícula del polímero en polvo > 800 micrómetros se presentan claras pérdidas de eficiencia, debidas a la presencia de cuerpos expandidos no disueltos. Los componentes finos del polímero en polvo producen una viscosidad excesiva de la solución y una obstrucción del dispositivo.

En el documento EP 0 051 264 A1 se describe un procedimiento para disolver granulados de geles de poliacrilamida en corrientes turbulentas. Aquí se realiza, antes del proceso de disolución propiamente dicho, un tratamiento del granulado polimérico, de alrededor de 20 minutos de duración, con una solución de sales polivalentes.

Los cuerpos poliméricos expandidos así formados son bombeados en recirculación en un aparato de flujo, formado por el recipiente de conservación de la solución y un sistema de tubería, hasta haber destruido los mencionados cuerpos expandidos. El equipo de flujo se ha descrito en el documento de patente DE OS-28 07 709.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para preparar una solución polimérica acuosa a partir de partículas sólidas de un polímero soluble en agua, a través de la mezcla de agua y partículas poliméricas en un mecanismo de dispersión, caracterizado por 5 que:

- la dispersión de las partículas con agua se realiza mediante el suministro de una primera potencia/m3, -la mezcla de partículas/agua se transporta después de la salida del mecanismo de dispersión a un contenedor de agitación y en el cual se disuelve en gran medida bajo agitación;

-la solución polimérica acuosa después del tiempo de permanencia en el contenedor de agitación se somete en un mecanismo de dispersión a una segunda dispersión con una menor potencia/m3 que en la primera dispersión.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que en la primera dispersión se emplea una potencia de dispersión o de mezcla de 550 a 1.600 Wh/m3. 15

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 2 caracterizado por que en la segunda dispersión se emplea una potencia de dispersión o de mezcla de 200 a 500 Wh/m3.

4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las partículas poliméricas 20 dispersadas en el contenedor de agitación presentan un tiempo de permanencia de 1 a 15 minutos.

5. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que se evita que las partículas poliméricas en el contenedor de agitación sedimenten mediante un agitador de rotación lenta.

6. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la primera y segunda dispersión se lleva a cabo en un mecanismo de dispersión, compuesto por una cámara de dispersión con un rotor en forma de disco, en cuya zona lateral se encuentra un aro de rotor con dientes u orificios radiales.

7. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que como polímeros solubles en 30 agua se usan polímeros aniónicos, catiónicos o anfóteros sintéticos.

8. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la solución polimérica presenta una concentración mayor a 1 % en peso.

9. Dispositivo para disolver polvos de polímero solubles en agua, que presenta los componentes:

1a. un contenedor de reserva de agua (B0004) ; 2a. un equipo de dispersión (U0001) ; 3a. un contenedor de agitación (B0002) ; y 4a. un tanque de reserva (B0003) ;

estando conectados entre sí de manera que conducen el líquido; en donde la salida del producto del contenedor de agitación se transporta a través del equipo de dispersión (U0001) hacia el tanque de reserva (B0003) .

10. Dispositivo para disolver de manera continua polvos de polímero solubles en agua, que presenta los componentes:

b. un alimentador de agua;

2b, un equipo de dispersión (U0001) ; 3b. un contenedor de agitación (B0002) ; 4b. un equipo de dispersión (U0002) ; 5b. un tanque de reserva (B0003) ;

estando conectados entre sí de manera que conducen el líquido.