Brevet FR2060224A1 — publié le 19710618

i 2060224 La présente invention concerne un procédé et m appareil pour réaliser le mélange d'une phase gazeuse et d'une phase liquide, ce procédé et cet appareil pouvant être avantageusement, mais bien entendu non exclusivement utilisé pour 1'ozonisation d'eau afin de la 5 rendre potable. le procédé suivant 1'invention consiste essentiellement à introduire, dans une enceinte où. est introduit le liquide, la phase gazeuse, sous forme de bulles, dans la zone d'action d'un organe muni de pales animées d'un mouvement de rotation et créant un courant 10 vertical descendant dans le liquide, les caractéristiques dudit organe et la distance qui le sépare de la zone d'introduction de la phase gazeuse étant-, telles que les bulles de gaz prennent d'abord une direction ascendante, qui les amène dans la zone d'action dudit organe, où elleë sont broyées et divisées en bulles de dimension ré-15 duite dans une proportion importante, ces bulles de dimension réduite étant alors entraînées par le courant général déterminé par l'organe à pales. On conçoit que, grâce au procédé de l'invention, on peut réaliser, quelle que soit, au départ, la dimension des bulles, et pour ■une 20 consommation d'énergie minimale, une diffusion intense des bulles, grâce à la réduction de leur dimension, au sein du liquide et un mélange aussi complet que possible du gaz avec le liquide. Suivant une autre caractéristique du procédé de l'invention, la phase liquide est introduite dans 1'enceinte où s'effectue le procé-25 dé, de façon à éviter l'entraînement de gaz "parasite" au dessus de la zone d'action de l'organe à pales, ce qui risquerait de provoquer l'entrée de bulles de dimensions variables, susceptibles de modifier la "classification" des bulles telle qu'elle est réalisée par l'action mécanique de l'organe à pales, cette introduction pouvant avan-30 tageusement être effectuée sous la forme d'un ruisselement du liquide sur la paroi de l'enceinte de l'appareil servant à la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le procédé de l'invention peut avantageusement être mis en oeuvre ap moyen d'un appareil dont on a décrit ci-après, en-référence 35 aux dessins annexés, différentes formes de réalisation, étant précisé qu'il s'agit uniquement d'exemples et que toutes autres formes, proportions et dispositions pourraient être adoptées sans sortir du cadre de l'invention. 69 31553 2 .2060224 La forme de réalisation représentée à la fig.l se rapporte à un appareil destiné à 1*ozonisâtion d'eau pour la rendre potable. L'appareil est constitué par un récipient a ,.de forme cylindrique dans la forme choisie de réalisation, la hauteur du récipient 5 étant beaucoup plus importante que sa section. II.est fermé par un couvercle b. Le récipient est divisé par une gaine ç , concentrique à l'axe du récipient, en deux capacités: une capacité périphérique d et une capacité centrale e. La partie supérieure de la gaîne est constituée en forme d'entonnoir ou de déversoir, à parois vertica-10 les . A la hauteur de cet entonnoir, débouche un ajutage g relié à une canalisation d'amenée de l'eau à ozoniser. lu dessous de la partie supérieure de la gaine ç est disposée une hélice h, dont l'arbre h^, mû par un moteur i, traverse le couvercle b de façon étanche. Le couvercle est également traversé par 15 un évent j par où l'on peut mesurer le débit et la teneur,de la perte en gaz et par un clapet k permettant de court-circuiter une partie plus ou moins importante du débit d'eau à traiter. .L'ozone est amené,sous forme d'air ou d'oxygène ozone,dans la capacité e par une tubulure m qui débite dans un tore n, poreux ou 20 percé d'une pluralité d'orifices, duquel le gaz diffuse sous la forme de bulles. Ce tore est situé au-dessous de l'hélice h, laquelle peut être avantageusement du typ.e fabriqué: et vendu par la Demanderesse sous la marque "SABHE" ou d'un type dérivé afin d'accentuer la création de tourbillons marginaux. Cette hélice travaille "en souf-25 fiante", c'est à dire qu'elle crée, dans la capacité e,, un courant descendant de liquide. Les diverses caractéristiques (forme et orientation des pales, diamètre et vitesse de rotation de l'hélice) de l'hélice et la distance qui la sépare du tore poreux n sont choisies de façon à ce 30 que les bulles, telles que £ qui sortent du tore n puissent parcourir un trajet ascendant qui les amènent dans la zone d'action de 1' hélice. Elles sont alors broyées et leur dimension se.trouve réduite dans une proportion importante. Il s'ensuit que, leur force ascensionnelle ayant diminué, leur vitesse par rapport au courant de 35 liquide se trouve réduite et au lieu de continuer leur ascension vers la surtace libre du liquide, elles sont entraînées par le courant créé par l'hélice, qui a été déterminé de façon h être supé 69 31553 3 2060224 rieur à leur vitesse ascensionnelle. Les dispositions adoptées, conformément à l'invention, permettent de réaliser dans la zone où s'effectue la division des bulles, une concentration en gaz très important et dans toute la zone d'é-5 change entre gaz et liquide, une diffusion des bulles, sous des dimensions très inférieures à celles pouvant être obtenues à partir du tore poreux, d'om résulteront, en définitive, des conditions optimales d'échange entre les deux phases, gazeuse et liquide. Par ailleurs, l'introduction du liquide dans la partie supéri-10 eure de la capacité e, par ruissellement sur la paroi de cette capacité permet d'éviter l'entraînement de gaz dans le liquide par la partie supérieure de l'appareil, ce qui risquerait de provoquer l'entrée de bulles de dimensions variables, pouvant modifier la "classification" des bulles, telle qu'elle se présente après action, sur les 15 bulles sortant du tore n, de l'hélice h. De plus l'introduction du liquide le long de la paroi périphérique supérieure permet de limiter le débit de fuite de l'hélice entre son diamètre extérieur et le diamètre du cylindre concentrique, augmentant ainsi l'efficacité du procédé. 20 L'appareil suivant l'invention permet de réaliser une sorte d' émulsion de gaz dans le liquide qui/k une bonne stabilité et qui peut être conservée pendant assez longtemps sans apport complémentaire important d'énergie. On peut utiliser des dispositifs statiques ne nécessitant que de faibles apports d'énergie qui donnent lieu à la 25 formation de tourbillons suffisants pour maintenir 1'émulsion dans son état; on peut ainsi stocker cette émulsion pendant le temps que l'on considère comme nécessaire à la réalisation de la réaction ou du mélange. Le volume dans lequel est stockée 1'émulsion est généralement 30 caractérisé soit par un très grand rapport de sa haufeur ou profondeur par rapport à ses dimensions horizontales, ce qui permet à 1' émulsion de circuler dans une sorte de circuit fermé, dont les points bas sont à des pressions statiques très élevées par rapport aux points hauts, soit par un très grand allongement du type tuyau-35 terie, où. le régime d'écoulement sera maintenu tourbillonnaire par des dispositifs statiques, afin de conserver la stabilité de l'é-mulsion. Les fig.2 à 5 représentent divers modes de réalisation de 69 31553 4 2060224 l'appareil suivant l'invention. La fig.2 montre une forme de réalisation qui peut être retenue dans le cas d'utilisation d'un puits enterré. Dans la forme de réalisation suivant la fig.3, le départ de l'eau traitée se fait en ja, à la partie basse de l'appareil. 5 Dans l'exemple traité à la fig.4, l'enceinte a est reliée, également dans sa partie basse, à une canalisation o, de faible section par rapport à sa longueur, par laquelle l'eau traitée est amenée à un trop-plein r. Enfin, dans la forme de réalisation représentée à la fig.5, l'enceinte a débouche, à sa partie inférieure, dans une 10 partie a^, en communication, à sa partie supérieure, avec l'enceinte a , et munie de chicanes s, l'eau traitée étant recueillie à partir d'un trop plein analogue à celui de la fig.4. Dans les formes de réalisation de l'appareil représentées aux fig.3 et 5, la gaîne ç , au lieu d'être entièrement cylindrique pré-15 sente une partie conique , ce qui permet une variation de vitesse d'écoulement. Ainsi, avec une très faible dépense d'énergie, l'é-mulsion peut être soumise à des variations de pression considérables permettant de déplacer les équfl-ibres entre la phase gazeuse et la phase liquide. 20 L'appareil suivant l'invention peut avantageusement être utilisé pour la mise en oeuvre des procédés physico-chimiques de dissolution, d'absorption, d'adsorption d'une phase gazeuse dans une phase liquide en vue de réaliser, après un mélange intime des deux phases , une véritable réaction chimique ou biochimique 25 entre le gaz et le liquide , procédés couramment utilisés dans les industries chimiques classiques ou bio-chimiques « L'appareil suivant l'invention peut également être utilisé pour la réalisation des procédés de flottation dans lequel le but de l'appareil est de maintenir dans un état stable le mélange de 30bulles de gaz dans le phase liquide , de telle manière que les particules hydrophobes contenues dans la phase liquide viennent se concentrer aux interfaces liquide-gaz constitués par les parois des bulles et qu'elles puissent ainsi être séparées des particules hydrophiles qui restent à l'intérieur de la phase liquide, procé-35 dés couramment utilisés par exemple dans certaines phases de traitement des eaux ou d'enrichissement de minerais • 69 31553 5 2060224 BEVENDICAtriOUS 1 . Procédé pour réaliser le mélange d'une phase gazeuse et d'une phase liquide consistant à introduire , dans une enceinte, sous pression ou non , où est introduit le liquide , la phase 5 gazeuse , sous forme de bulles dans la zone d'action d'un organe muni de pales animées d'un mouvement de rotation créant un courant vertical descendant dans le liquide , les caractéristiques dudit organe et la distance qui le sépare de la zone d'introduction de la phase gazeuse étant telles que les bulles de 10 gaz prennent d'abord une direction ascendante , qui les amène dans la zone d'action dudit organe , où elles sont broyées et divisées en bulles de dimension réduite dans une proportion importante , ces bulles de dimension réduite étant alors entraînées par le courant général déterminé par l'organe à pales. 15 2 . Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la phase liquide est introduite dans l'enceinte où s'effectue le procédé, de façon à éviter l'entraînement de gaz " parasite " au dessus de la zone d'action de l'organe à pales , ce qui risquerait de provoquer l'entrée de bulles de dimensions variables, 20 susceptibles de modifier la " classification " des bulles telle qu'elle est réalisée par l'action mécanique de l'organe à pales. 3 . Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes- , caractérisé en ce que la phase liquide est introduite à la périphérie de l'enceinte dans laquelle est disposé l'organe 25 à pales , ce qui limite au maximum le débit de fuite vers la partie supérieure de l'enceinte . 4- . Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes , dans lequel l'introduction de la phase liquide dans l'enceinte de traitement est réalisée par ruisselement du liqui-50 de sur la paroi de l'enceinte de l'appareil dans lequel est effectué le mélange des deux phases . 5 • Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes , consistant en une enceinte divisée en deux capacités : une capacité centrale à la 55 partie supérieure de laquelle est amenée la phase liquide et dans laquelle sont disposés successivement l'organe à pales , tel qu'hélice et un organe perforé, ou poreux pour l'introduction de la phase gazeuse ; et une capacité périphérique qui 69 31553 6 2060224 contient le mélange réalisé et de laquelle il est évacué . 6 . Appareil suivant la revendication 5j dans lequel l'organe perforé consiste en un tore relié à une canalisation d'amenée de la phase gazeuse . 5 7 • Appareil suivant la revendication 5, dans lequel les caractéristiques de l'hélice et l'emplacement de l'organe perforé ou poreux sont choisis de façon à ce que les bulles de gaz s'échap^ pant dudit organe progressent dans la zone d'aération de l'hélice , où elles sont broyées par les pales et amenées à une dimen-10 siqn telle qu'elles sont entraînées par le courant créé par l'hélice vers la partie inférieure.,de l'appareil . x^uae quelconque^ 8 . Appareil suivant/cLes revendications précédentes , dans lequel le profil de l'hélice et sa vitesse de rotation sont choisis, de façon à ce que la vitesse du courant créée par l'hélice 15 soit intermédiaire entre la vitesse ascensionnelle des bulles à la sortie de l'organe poreux ou perforé et celle des bulles , de dimension réduite , formées par l'hélice . 9 • Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes , dans lequel la partie supérieure de la capacité centra— 20 le est conformée de façon à provoquer un écoulement laminaire de la phase liquide dans ladite capacité , pour éviter l'entraînement de gaz sous forme de bulles de dimensions indésirables « 10 . Appareil suivant la revendication 9, dans lequel la partie supérieure de la capacité centrale est une forme de déversoir , 25 ou d'entonnoir « 11 . Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes , dans lequel l'allongement important par rapport à sa section , dont la forme finale est fonction de l'utilisation de ■ 1'émulsion et où , en particulier, la hauteur peut être importan- 30 te par rapport à la section pour améliorer les échanges entre la phase gazeuse et la phase liquide avec une très faible dépense d'énergie. 12 . Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes , dans lequel 1.'enceinte de traitement est reliée , par 35 sa partie inférieure, à une tuyauterie de grande longueur par rapport à sa section, tuyauterie par laquelle la phase liquide traitée est évacuée , par exemple par un trop plein ou l'équivalent . 13 • Appareil suivant l'une quelconque des revendications précé— i 69 31553 7 2060224 dentes , dans lequel l'enceinte de traitement débouche dans une enceinte allongée, munie de chicanes . 14 . Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes , dans lequel la capacité interne est de forme cylin- 5 drique ou cylindro-conique . 15 • Utilisation du procédé et de l'appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes pour la mise en oeuvre des procédés physico-chimiques de dissolution , d'absorption, d'ad-sorption d'une phase gazeuse dans une phase liquide en vue de 10 réaliser , après un mélange intime des deux phases , une véritable réaction chimique ou bio-chimique entre le gaz et le liquide, procédés couramment utilisés dans les industries chimiques , classiques ou bio-chimiques . 16 . Utilisation du procédé et de l'appareil suivant l'une quel-15 conque des revendications précédentes pour la réalisation des procédés de flottation dans lequel le but de l'appareil est de maintenir dans un état stable le mélange de bulles de gaz dans la phase liquide , de telle manière que les particules hydropho-bes contenues dans la phase liquide viennent se concentrer aux 20 interfaces liquide-gaz constitués par les parois des bulles et qu'elles puissent ainsi être séparées des particules hydrophiles qui restent à l'intérieur de la phase liquide , procédés couramment utilisés par exemple dans certaines phases de traitement des eaux ou d'enrichissement de minerais .