Brevet FR2092097A1 — publié le 19720121

La présente invention concerne un procédé et un appareil de barbotage formant de petites bulles de gaz. Les procédés de transfert de masse entre des gaz et des liquides impliquent habituellement la production de bulles de gaz dans le liquide. Le transfert de masse se produit aux interfaces gaz-liquide d'ur systme à deux phases, et plus l'interface est étendue, plus le procédé est rapide et efficace. On améliore beaucoup le rendement de tels procédés d'aéra tion lorsqu'on introduit le gaz sous forme de bulles minuscules de ltordre de 1 à 4 mm de diamètre. Par exemple, si on compare des bulles de 2,5 et 6 mm de diamètres moyens, l'interface a une 2 3 aire de 1570 et 530 m respectivement par m de gaz. La production de petites bulles aecrott l'échange massique entre le gaz et le li quide. Dans des systèmes placés dans le champ de la pesanteur, cela ralentit aussi la vitesse d'élévation des bulles due aux forces d'chimède, et le temps de transfert massique est ainsi accru.Une fois réalisée la liqueur mélangée, des bulles minuscules ont moins tendance à se regrouper en grosses bulles que des bulles de plus grandes dimensions et en conséquence, l'avantage d'une surface assurée par des petites bulles se trouve encore accru en pratique par rapport à ce qu'indique la dimension initiale des bulles. Lorsquton doit introduire un petit volume de gaz dans un grand volume de liquide, on utilise souvent un barboteur. En disposant des orifices minuscules dans celui-ci ou en le réalisant en métal poreux, on peut produire des bulles très petites ayant une interface gaz-liquide très importante. On place habituellement de tels barboteurs au fond d'un réservoir de manière que les bulles s'élèvent lentement dans le liquide. Dans de grands réservoirs, on peut faire tourner lentement dans un plan horizontal le barboteur sous forme d'une longue tuyauterie perforée, et il libère un nuage mobile de bulles dans toute la masse du liquide. Des procédés d'aération s'appliquent à des liquides contenant des solides en suspension (appelés'PPiqnelaar8 mélangées" dans le présent mémoire) et il est très difficile de produire des bulles minuscules dans de tels liquides, surtout lorsque les particules solides sont molles et adhérentes. De tels solides bouchent rapidement les pores ou orifices du barboteur et rendent le réglage des paramètres du procédé difficile et coateux. On peut utiliser avantageusement des orifices avec de telles liqueurs mélangées si on leur donne un diamètre relativement grand, c'est-à-dire égal ou supérieur à 3,2 mm. Cependant, on sait que des bulles produites par des orifices immergés grossissent pour atteindre une dimension bien supérieure à celle des orifices avant de se détacher.Ainsi, les plus petites bulles de dimensions moyennes qu'on peut produire avec des barboteurs de la technique antérieure, pour des orifices ayant une dimension réelle de 3,2 mm, ont au moins 6,4 mm de diamètre et donnent une surface inférieure à 2 3 530 m d'interface par ni de gaz. Des exemples de procédés de transfert de masse avec des liquides contenant des solides en suspension sont les procédés de fermentation et le procédé aux boues activées de traitement des déchets. La présente invention est particulièrement avantageuse dans le cas d'un procédé aux boues activées selon lequel on dissout de l'oxygène gazeux dans les liquides de déchets contenant des solides organiques. Les avantages de petites bulles et d'une solu tiot contenant de l'oxygène efficace et mobile sont très importants lorsque le gaz qui fournit l'oxygène a une teneur élevée en oxygène ou est de l'oxygène pur. Dans l'aération classique à l'air de liqueur da déchet, le prix de la réserve de gaz ne comprend que le cott de la compression.Cependant, un gaz riche en oxygène est plus intéressant et on doit effectivement l'utiliser dans le procédé aux boues activées pour remplacer l'air. Se pro-cédé aux boues activées peut tirer avantage de la dissolution facile et rapide de l'oxygène à partir d'une réserve de gaz suivant un ou plusieurs des points suivants 1. Une utilisation plus importante de l'oxygène disponible dans le gaz de la réserve. 2. Une réduction de énergie nécessaire pour comprimer le gaz. 3. Une réduction du prix de l'énergie nécessaire à l'agitation de la liqueur mélangée. 4. Une augmentation de la teneur en oxygène dissous dans la liqueur mélangée. 5. Une réduction du temps de retenue de la liqueur mélangée dans les bassins d'aération. La présente invention concerne un procédé et un appareil perfectionnés de barbotage, notamment dans une liqueur mélangée. on injecte le gaz selon l'invention dans le liquide par des orifices suffisamment importants pour empêcher qu'ils ne s'obturent, tout en formant dans la masse du liquide des bulles dont la dimension n'est pas supérieure à celle des orifices et est uniforme. L'invention concerne notamment le barbotage d'oxygène dans une liqueur de déchet et des boues. Selon l'invention, on forme avec des orifices d'injection de gaz relativement grands et incapables de se boucher des bulles dont le diamètre est de l'ordre de 1 à 4,8 mm environ et dont la dimension moyenne n'est pas supérieure au diamètre des orifices d'injection. Selon le procédé de l'invention, on injecte de multiples courants gazeux séparés de diamètre efficace compris entre 0,8 et 6,4 mm dans un liquide avec une vitesse linéaire au moins égale à 1,5 m/s et un débit volumique au moins égal à 0,018 m3 réel réel par seconde et par m d'airihorizontaX dans la zone de bar- botage, le gaz formant des bulles animées d'un mouvement dans une direction comprenant au moins une composante verticale. Simultanément, on fait tourner les courants gazeux avec une vitesse tangentielle comprise entre 1,35 et 10 m/s et avec un débit tel que le facteur N2D2, qu'on décrira en détail dans la suite, est est au moins égal à 1,4 m /s ,autour d'un axe vertical commun, Si bien que ces courants décrivent des cercles qui sont tous perpendiculaires à l'axe vertical, mais ont des rayons différents, tous ces cercles, lorsqu'il sont projetés sur le plan horizontal, se trouvant à l'intérieur de l'airalayéejdélimîtéepar les cercles de rayons minimal et maximal. Il faut noter que tous ces cercles peuvent en réalité entre dans le plan horizontal, si bien qu'une telle projection n'est pas nécessaire. Selon ce procédé, on fixe le rapport de l'aize tota2e des sections des courants gazeux à l'aire balayée citée. En partl-culieSS ce rapport est compris entre 0,006 et 0,06. Selon ce procédé, on fait circuler le liquide avec une vitesse linéaire au moins égale à 0,6 m/s vers le bas dans la zone de barbotage en vue d'injecter le gaz, et le liquide qui descend et qui contient des bulles s'échappe à l'extrémité inférieure de la zone de barbotage. L'appareil selon l'invention comprend un arbre rotatif vertical comportant un passage interne associé à son extrémité supérieure à une alimentation en gaz sous pression. Une hélice axiale est fixée à l'arbre et comporte des pales entre les extrémités de l'arbre et elle est dans l'axe de celui-ci, de manière à faire circuler le liquide vers le bas. Plusieurs bras de barbotage sont fixés à la partie inférieure de l'arbre. Chaque bras est radial et ils sont répartis autour de l'arbre ; ils comportent un passage interne qui communique avec le passage de l'arbre et des orifices de diamètre efficace compris entre 0,8 et 6,4 mm répartis sur la longueur des bras, l'axe des orifices n'étant pas horizontal. Te diamètre décrit par les bouts des bras est égal à 0,8 à 1,1 fois le diamètre décrit par les bouts des pales de l'hélice. Dans un mode de réalisation préféré ne comportant pas de blindage, le plan horizontal central des bras de barbotage se trouve au-dessous du plan horizontal contenant le centre de l'hélice d'une distance inférieure ou égale au diamètre du cercle décrit par le bout des pales.La disposition des bras et des orifices est telle qu'ils décrivent des cercles perpendiculaires à l'arbre, mais de rayons différents, tous ces cercles se projetant sur le plan horizontal à l'intérieur d'une aire balayée limitée par les cercles de rayons minimal et maximal. Comme on l'a vu précédemment, les orifices peuvent tous tourner dans le même plan horizontal, si bien que cette projection n'est pas nécessaire. La dimension et le nombre des orifices sont suffisants pour que le rapport de l'aire totale formée par la somme des sections des orifices à l'aire babgée soit compris entre 0,006 et 0,06. L'appareil comprend des cloisons verticales radiales fixes à une certains distance autour de l'extrémité inférieure de l'arbre ; elles empêchent le déplacement tangentiel du liquide à leur voisinage, car dans le cas où ce mouvement serait excessif, il réduirait le rendement de mélange et le rendement de transfert massique du gaz. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de a cLSCi va suivre, faite en regard des assins annexée, sun lesquel la figure 1 représente schématiquement une coupe en élévation d'un dispositif posé à terre de barbotage selon un mode de réalisation de l'invention la figure 2 est une vue en plan du dispositif de la figure 1 avec une partie de la couverture arrachée la figure 3 est une vue en plan d'un ensemble de bras de barbotage destiné au dispositif des figures 1 et 2;; la figure 4 est une élévation de l'ensemble de la figure 3 suivant le sens des flèches 4-4 la figure 5 est une coupe schématique en élévation d'un dispositif flottant destiné à faire barboter du gaz dans un fluide selon un autre mode de réalisation de l'invention la figure 6 est une vue agrandie de bout et représente une coupe d'un bras de barbotage, ainsi que les divers paramètres d'écoulement et directionnels de l'invention la figure 7 est un diagramme donnant la relation entre la répartition de la dimension des bulles et le facteur ND, et elle représente l'énergie dissipée par le barboteur dans la zone de barbotage la figure 8 est un diagramme représentant la relation entre le rapport de l'aire de l'interface au volume et le facteur ND; et la figure 9 est un diagramme montrant la relation entre le débit volumique de l'introduction de gaz par unité de surface horizontale dans la zone de barbotage et le facteur ND, le diagramme comportant plusieurs courbes correspondant à des v;- tesses verticales différentes du liquide dans la zone de barbotage. On se reporte maintenant aux dessins Et notamment aux figures 1 à 6 selon lesquelles on introduit du gaz sous pression par la conduite 1 vers l'arbre vertical 2 rotatif comportant un passage interne 3 relié à son extremité supérieure å une conduite 1. Un dispositif de propulsion axiale , par exemple une hélice 4, est fixé à l'arbre 2 entre ses deux extrémités et comporte des pales. Des bras 5 de barbotage sont fixés a l'extrémité inférieure de l'arbre 2. Chaque bras est radial par rapport à l'arbre et comporte un passage interne 6 communiquant ave le passage 3. Une source d'énergie, par exemple un moteur 7, ent;ratre l'arbre 2. Des orifices 8 de 0,8 à 6,4 mm de diamètre efficace par exemple des trous de section circulaire, sont distants les uns des autres, leur distance étant de préférence égale à deux diamètres d'un centre à un autre, sur toute la longueur du bras. On préfère cet espacement qui assure le maintien de courants séparés de gaz injecté qui donne de façon caractéristique de petites bulles qui ne se combinent pas au voisinage immédiat du bras en formant des bulles indésirables de grande dimension. Dans le présent mémoire, l'expression "diamètre efficace" s'applique à des orifices circulaires ou non, et désigne le diamètre du cercle le plus grand qu'on peut inscrire dans les orifices. Dans le cas d'orifices non circulaires, ltespacement préféré de centre à centre désigne la distance du plus proche de tels cercles les plus grands qu'on peut inscrire dans des orifices voisins. Les axes s-x de ces orifices 8 ont une composante verticale et décrivent des cercles (par exemple C- et C-11 de la figure 3) qui se trouvent tous dans un plan perpendiculaire à l'arbre 2. Il est nécessaire que les axes aient une composante verticale pour provoquer un cisaillement horizontal dans le liquide lorsque les bulles de gaz sortent des orifices 8 et pénètrent dans le liquide, comme on le verra plus loin à propos de la figure 6.Lorsqu'on projette tous les cercles C-1 et C-11 sur le plan p-p de la figure 4, ils se trouvent tous dans une aire balayée limitée par les cercles de rayon minimal rmi et de rayon maximal rma. Il faut noter que dans le cas du barboteur des figures 3 et 4 tous ces cercles sont dans le plan horizontal p-p et il n1 est pas nécessaire de projeter les cercles. Gepen & nt, 3n peut supposer que les bras 5 sont inclinés par rapport à l'horizontale, leurs bouts se trouvant au-dessus ou au-dessous, plus près ou plus loin de hélice 4, en formant par exemple un ensemble conique (en traits interrompus sur la figure 4). Dans ce cas, il est nécessaire de projeter rmi et rma sur le plan p-p pour obtenir l'aire balayée. De préférence, tous les bras 5 sont dans le meme plan horizontal p-p, ce qui réduit la différence de pression hydrostatique au niveau des orifices 8 dans la zone de barbotage. que La dimension et le nombre des orifices 8 sont suffisants pour/le rapport de la surface totale de leur section à l'aire balayée soit compris entre 0,006 et 0,06, et de préférence avec 0,019 à 3,2 orifices par cm2 d'aire balayée. Ainsi, il faut que les orifices aient une dimension et une aire totale comprises dans certaines plages selon l'invention. Si l'aire totale est inférieure à 0,006 fois l'aire balayée, le transfert massique efficace est limité du fait de la quantité insuffisante de gaz disponible pour l'énergie nécessaire à la rotation du barboteur, et Si le rapport dépasse 0,06, la quantité de gaz est si élevée que le liquide ne peut pas balayer efficacement les bulles de la zone de barbotage, suffisamment rapidement pour empêcher la coalescence et l'association des bulles qui grossissent excessivement, c'est-à-dire dont le diamètre efficace dépasse 6,4 mm. De plus,pour un débit total donné du-gaz dans le barboteur, une aire excessive des orifices donne/perte de charge au niveau des orifices qui ne convient pas pour empêcher la pénétration dans les bras par certains des orifices du liquide, ce qui provoque une inactivité partielle du barboteur. De plus, lorsque le rapport est supérieur à 0,06, les orifices doivent entre si proches que les bulles sortant d'orifices 8 voisins du même bras 5 se confondent et grossissent de manière excessive. 2 Si l'aire balayeecomprend moins de 0,019 orifice par cm , le transfert massique du gaz au liquide est aussi limité,soit parce que la quantité de gaz est insuffisante, étant donné l'énergie dépensée pour faire tourner le barboteur (avec des débits satisfaisants de gaz),soit parce que la limite supérieure du diamètre des orifices est de 6,4 mm. S'il y a plus de 3,1 2 orifices par cm d'airebalayée, les orifices sont si proches que les bulles se confondent. Dans le mode de réalisation préféré de l'appareil de l'invention, du point de vue du transfert massique et de la dimension des bulles, des orifices 8 ont 3,2 mm de diamètre et le rapport décrit est compris entre 0,008 et 0,04, avec 0,15 à 0,62 orifice par cm2 d'aire balayée. La dimension et la disposition du barboteur par rapport à l'hélice sont importantes pour ltobtention de transfert massique important. Le barboteur doit se trouver pratiquement dans le courant descendant de liquide fourni par l'hélice et relativement près de celle-ci lorsque la vitesse du liquide est élevée. On doit utiliser pratiquement toute la section du courant de liquide pour le mélange du gaz de manière à éviter que les bulles ne se rapprochent et pour aider leur dispersion dans la masse du liquide, ainsi que pour rendre maximals les gradients de concentration permettant des transferts massiques élevés. Il faut, pour que la zone du barboteur occupe toute l'aire du courant de liquide, que les diamètres décrits par les bouts des bras du barboteur et les bouts des pales de l'hélice soient pratiquement égaux. Comme le courant de liquide a divergé après avoir quitté l'hélice, le diamètre du barboteur peut entre légèrement supérieur à celui de l'hélice, et dans tous les cas le rapport de diamètre décrit par les bras et par les pales ne doit pas dépasser 1,1 environ. De façon analogue, le diamètre du barboteur peut titre légèrement inférieur à celui de l'hélice sans qu'il se produise d'inconvénients très importants dus à l'association des bulles, à la mauvaise dispersion et à la réduction du transfert massique.Cependant, le rapport des diamètres décrits ne doit pas étire inférieur à 0,8, et de préférence à 0,9. La divergence des courants de liquide sous l'hélice s'accompagne d'une réduction progressive de la vitesse du liquide lorsque celui-ci s'éloigne de l'hélice. Cette divergence s'accentue lorsque l'ensemble hélice-barboteur se trouve au voisinage du fond d'un bassin de liquide, de manière à mélanger efficacement et à mettre en suspension les solides contenus. Des vitesses faibles du liquide présentent des inconvénients, car le liquide ntentratne pas les bulles aussi efficacement de la zone de barbotage et le dispositif hélice-barboteur a tendance à être pris dans le gaz. Pour cette raison, lorsqu'il n'existe pas de blindage autour de l'ensemble, il faut placer le plan horizontal passant par le centre des bras du barboteur au-dessous du plan horizontal contrant le centre de I'hélice à une distance ne dépassant pas e diamètre décrit par les bouts des pales, et de préférence la moitié de ce diamètre. Dans le présent mémoire, le plan horizontal contenant le centre des bras de barbotage comprend le passage horizontal du dispositif de connexion entre l'arbre rotatif et le bras disposé le plus bas.Par exemple, dans la figure 4, le plan horizontal des bras de barbotage est repéré par la ligne p-p. Dans le présent mémoire le plan horizontal des pales de l'hélice est un plan qui se trouve à mi-chemin entre les plans tangents aux parties supérieure et inférieure des pales.La distance verticale entre les plans horizontaux du barboteur et de l'hélice est représentée par "s" sur la figure t. Le Tableau I donne les caractéristiques de divers barboteurs de l'invention comprenant chacun huit bras horizontaux comportant des orifices de 3,2 mm de diamètre. TABLEAU I N du bar- Distance entre Distance boteur l'axe rotatif et Duistance entre Diamètre de Diamètre de entre l'hé le centre de l'o- orifices voisine Orifices par bout à bout bout à bout lice et le rifice (cm) en Aire balayée Aire ouverte/ cm d'aire du barboteur de l'hélice barboteur Rmi Rma diamètres cm aire balayée balayée (cm) (cm) (cm) 1 7,01 70 4 et 3 15 100 0,013 0,161 139,5 142 61 2 8,9 63,5 4 et 3 12 400 0,009 0,112 139,5 132 61 3 3,55 17,8 3 955 0,019 0,235 35,5 35,5 30,5 4 3,55 22,4 3 1 510 0,016 0,202 5 7,62 21,8 3 1 330 0,028 0,388 45,8 45,8 33,7 6 7,62 21,8 3 1 330 0,021 0,264 45,8 45,8 33,7 7 8,1 16,8 3 675 0,038 0,472 35,5 35,5 30,5 8 8,1 16,8 3 675 0,019 0,237 35,5 35,5 30,5 Pour réduire au minimum 1 'écoulement en spiraledu liquide dans la zone de barbotage, on place plusieurs cloisons verticales distantes autour de l'extrémité inférieure de l'arbre 2. Par exemple, ces cloisons sont d'étroites plaques radiales 9a, 9b et 9c dépassant de la paroi interne du récipient 10 qui les supporte (on n' pas représenté le dispositif de support). Ces cloisons sont distantes autour du périmètre de l'arbre 2 à 900 par exemple, et elles ont de préférence une configuration de rayons. Comme le montre la figure 1, des cloisons radiales verticales et étroites peuvent se trouver soit légèrement au-dessous (9a), soit au mdme niveau (9b),soit au-dessus (9c) des bras 8. On peut placer radialement des cloisons verticales 12 relativement longues autour du périmètre de l'arbre 2, par exemple à 900, avec un dispositif de support bien connu dans la technique, par exemple des montants verticaux 13. On peut utiliser ces cloisons 12 en combinaison avec les cloisons 9 ou à leur place pour empêcher que le liquide ne forme des tourbillons en tournant suivant des petits cercles transversaux.Si cela se produisait, la vitesse relative des bras du barboteur et du liquide serait nettement réduite et diminuerait de façon indésirable l'action de cisaillement du liquide au niveau des bulles sortant des orifices 8 et la turbulence qui se forme dans le sillage des bras. On peut déterminer empiriquement le nombre et la position des cloisons radiales verticales permettant d'éliminer des tourbillons de liquide pour chaque configuration particulière, mais en général le problème se pose surtout dans les zones de barbotage de diamètre relativement petit, et il faut alors un grand nombre de cloisons. Les cloisons qui sont nécessaires dans l'appareil de l'invention réduisent aussi la tendance à l'accumulation du gaz pour des débits élevés de celui-ci et pour des valeurs partie culières du facteur N2D2 (décrit plus loin en détail) et de la vitesse du liquide, les cloisons augmentent le débit maximum permis avant que le gaz ne s'accumule. On peut introduire le liquide dans lequel doit barboter le gaz à un niveau quelconque dans le récipient 10, par une conduite convenable 14 et on le fait descendre dans la zone 15 de barbotage, grace à l'hélice 4. Te liquide contenant du gaz sort à l'extrémité inférieure de la zone 15, par exemple par une conduite 16 placée à l'extrémité inférieure du réservoir 10, ou, suivant une variante, il peut sortir par un passage voisin de l'extrémité supérieure de la paroi du réservoir ou par un déversoir. En général, les entrées et la sortie de liquide peuvent se trouver aux extrémités opposées ou aux mimes extrémités du réservoir 10, mais elles doivent être décalées trans rapport aux versalement les unes par/aures pour permettre un temps convenable de résidence du liquide, par exemple de l'ordre de 30 minutes. La partie du gaz qui a barboté et qui s'élève à la surface du liquide et le quitte peut titre libérée dans l'atmosphère environnante, ou évacuée d'un espace supérieur fermé en vue d'une utilisation ultérieure, ou bien on peut le faire circuler à nouveau à l'aide d'une pompe 11 l'envoyant dans la conduite 1. Par exemple, on peut faire barboter le gaz dans le liquide en vue d'en retirer une matière indésirable. Dans ce cas, on évacue habituellement le gaz dégagé de l'espace gazeux supérieur et on ne le fait pas circuler à nouveau. La figure 5 représente unappareil flottant qu'on peut utiliser pour mettre en oeuvre ie procédés de barbotage dans une masse liquide naturelle relativement importante, par exemple une lagune. l'es mêmes références désignent des éléments correspondant à ceus. de l'appareil des figures t et 2.Les flotteur 17 supportent un d8me l6 ou couverels et celui-ci porte les machines nécesaires, par exeupl&commat; une pompe 11 de recirculation et une conduite 14, un arbre rotatf 2 muni d'une hélice 4 et d'un barboteur 5 se trouvant auziessus , et un moteur 7 destiné a entraîner l'arbre 2, Dans le cas ou iN existe des cloisons radiales verticales, elles peuvent etre suspenduesious le dôme ou suppertées sur le fond de la lagune.On n'a pas représenté, par souci de simplicité, de dispositif d'alimentation en gaz et en énergie électrique du barboteur. Les traits interrompus 18 indiquent le courant de liquide qui passe, de préférence, latéralement au-dessous du dôme après autre descendu dans la zone de barbotage où il s'est chargé en bulles. les bulles 19 montent verticalement suivant un trajet plus direct vers la surface de la masse liquide, étant donné les forces d'Archimède. En conséquence, les bulles de gaz qui arrivent à la surface se trouvent prises sous le dme 16, dans un espace convenable, et la pompe il lofait circuler à nouveau. On se réfère maintenant en détail au procédé de l'invention et à la figure 6; on injecte des courants gazeux dans du liquide dans la zone 15 avec une vitesse linéaire V1 au moins égale à 1,5 mètre par seconde dans une direction ayant au moins une composante vertu cale, par exemple suivant la ligne x-x. Des vitesses linéaires inférieures à 1,5 mètre par seconde permettent la pénétration du liquide dans les orifices 8, puis dans le passage 6. Comme on l'a indiqué précédemment, on introduit le gaz avec un débit volumique au moins égal à 0,018 mètre cube réel par seconde et par mètre carré d'aire horizontale et, de préférence, au moins égal à 0,03 mètre cube par seconde et par mètre carré dans la zone de barbotage. L'expression hètre cube réel" désigne le volume de gaz mesuré dans les conditions qui existent dans la zone de barbotage, c'est-à-dire en tenant compte de la terrrérature et de la pression hydrostatique qui règnent dans cette zone par rapport aux conditions normales. L'expression "aire horizontale désigne l'aire totale inscrite dans le cercle décrit par les bouts des bras, et elle dépasse l'airebalayée précédemment déterminée. On voit qu'il faut une énergie considérable pour obtenir les effets de turbulence et de cisaillement de liquide dans la zone de barbotage. A moins que le gaz ne soit introduit avec au moins le débit volumique donné, il n'y a pas suffisamment de gaz disponible port utiliser efficacement cette énergie ou assurer les coefficients de transfert massique élevé que permettent le procédé et l'appareil de l'invention. En plus de la vitesse linéaire V1 décrite, les courants gazeux ont une vitesse tangentielle Vt comprise entre 1,38 et 10 mètres par seconde. On peut déterminer cette vitesse tangentielle pour un courant particulier par la formule tours par seconde x it x diamètre du cercle, et elle représente le déplacement du barboteur dans le plan horizontal p-p.Lorsque l'appareil comprend les cloisons 9a à 9c et 12 décrites, on peut supposer que le déplacement du liquide dans le plan horizontal est pratiquement nul et assure une traînée, si bien que la vitesse tangentielle Vt représente l'action de cisaillement du liquide sur les bulles de gaz ainsi que la turbulence produite dans le liquide par le bras rotatif, Si la vitesse tangentielle est inférieure à 1,38 mètre par seconde, le cisaillement et la turbulence sont insuffisants pour libérer les bulles de gaz de l'orifice 8 avant qu t elles ne grossissent de façon excessive et/ou ne divisent les grosses bulles qui peuvent entre formées dans la zone de barbotage.Lorsque Vt est supérieur à 1,38 mètre par seconde, la force de cisaillement arrache chaque bulle de ltorixice P, bien avant que son grossissement ait assuré une force a'Archimède suffisante pour provoquer la séparation. De plus, la turbulence produite dans le sillage des bras réduit la diversion des grosses bulles qui peuvent se trouver sous forme stable tONlS les conditions de cisaillement important qui règnent dans le liquide. la altesse tangentielle Vt des courants gazeux doit autre ..^ De plus, les bulles déjà en suspension dans le liquide ont tendance à s'écraser dans une zone de cavitation. On ne peut pas prédire théoriquement la vitesse de seuil de cavitation avec une grande précision, car elle dépend de nombreux autres facteurs, en plus de la vitesse du rotor, par exemple la forme du rotor, la pression dans le dispositif et la vitesse linéaire du gaz. On connait dans la technique des barboteurs à cavitation et la littérature indique que la vitesse du rotor à laquelle se produit la cavitation varie de façon considérable pour divers appareils. Dans le facteur &commat; D2, N est la vitesse de rotation des bras du barboteur et des pales de l'hélice (en tours par seconde) et D est le diamètre du cercle décrit par le bout des bras (en mètres). Ce facteur est représentatif de l'énergie dissipée par le barboteur dans la zone de barbotage sous forme de turbulence et de cisaillement dans le liquide qui agit sur les bulles de gaz aux embouchures des orifices, et dans le sillage des bras. En conséquence, le facteur N2D2 influe sur la dimension des bulles évacuées dans la zone de barbotage. On constate qu'avec des débits volumiques supérieurs à 0,018 m3 réel par seconde et par mètre carré d'aireeorizontale et en vue d'obtenir des transferts massiques élevés, il faut que le facteur &commat; D2 soit au moins égal à 1,39, et de préférence au moins égal à 1,86. Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention, la composante verticale Vd dirigée vers le bas de la vitesse linéaire du liquide est au moins égale à 0,6 mètre par seconde dans la zone 15, et de préférence comprise entre 0,9 et 2,1 mètres par seconde. Cette vitesse minimale de 0,6 mètre par seconde est nécessaire pour que le liquide retire les bulles de la zone de barbotage justeaprès leuttormation et leur séparation. Cette vitesse est aussi nécessaire lors de la présence de solides pour maintenir une suspension uniforme dans le liquide. On préfère une vitesse Vd inférieure à 2,1 mètres par seconde pour entre sûr qu'il existe un temps suffisant de contact pour le transfert efficace du gaz au liquide et pour éviter une perte indésirable d'énergie due à l'accélération et à la décélération répétées du liquide. La vitesse Vd dépasse évidemment la vitesse finale des bulles dans le liquide, c'est-à-dire 0,24 mètre par seconde pour des bulles de 3,2 mm de diamètre et un peu plus pour des bulles plus grosses. Une pompe externe peut assurer le déplacement du liquide avec la vitesse linéaire nécessaire, mais dans l'appareil de l'invention, c'est une hélice 4 axiale qui assure la création de cette vitesse Vd. Lorsque le liquide contient des solides en suspension, l'hélice 4 a non seulement pour but de donner la composante descendante voulue, mais aussi de mélanger la liqueur de manière que le solide soit réparti pratiquement uniformément. L'hélice 4 mélange évidemment le gaz au liquide. Lorsque l'hélice a pour rôle de maintenir les liquides en suspension, l'énergie nécessaire pour cela constitue la plus grande partie de l'énergie totale nécessaire à l'arbre. Par exemple, dans un dispositif de barbotage dans une liqueur aqueuse aux boues activées contenant de l'oxygène, il faut de l'ordre de 0,016 kW par mètre cube de liqueur. Dans les appareils dont l'hélice 4 et les bras 5 sont entourés longitudinalement des parois 10 et du fond du réservoir, on peut décrire l'écoulement général du liquide dans la zone 15 comme étant un roulement. Après la descente dans la zone 15 en vue du mélange avec les bulles gazeuses provenant des surfaces des bras, le liquide atteint le fond et s'écoule vers l'extérieur, vers les coins, puis verticalement le long des parois. L'hélice 4 fait circuler ce liquide vers l'intérieur et le fait redescendre sur les bras 5 de manière à recommencer le balayage des bulles. La vitesse de ce roulement est faible en comparaison de la vitesse descendante du liquide dans la zone de barbotage. Dans les modes de réalisation où il n'y a pas de paroi et de fond de réservoir, par exemple dans l'appareil de la figure 5, ce roulement se produit encore, mais dans une moindre mesure. En général, le courant de liquide roulant ne doit pas entre beaucoup plus grand que le débit nécessaire à maintenir les solides en suspension et/ou à disperser les bulles uniformément dans le liquide. Si le courant roulant est excessif, il se produit un pompage de liquide trop important, ce qui provoque une consommation excessive d'énergie. Comme on l'a indiqué précédemment, le rapport de l'aire totale des courants gazeux i l'aire balayée entre rmi et rma est compris entre 0,006 et 0,06 et de préférence entre 0,008 et 0,04. Un rapport inférieur à O,0 enne pas une surface suffi sante de contact gaz-liquide pour un transfert massique élevé, ou une utilisation efficace de l'énergie consommée lors du traitement du liquide par cisaillement et turbulence, et un rapport supérieur à 0,06 provoque une disposition si proche des courants que les petites bulles qui sortent initialement J'orifices voisins se confondent en donnant des bulles trop grosses.De plus, un rapport supérieur à 0,06 fie donne pas une pression hydrostatique suffisante pouiemptcher que le liquide ne pénètre dans les orifices du bras du barboteur, dans une certaine mesure. La pénétration de liquide est surtout un incon vénient lorsqu'il contient des solides, la circulation du liquide dans le bras pouvant entre continue. Lors de la rotation du barboteur, la force centrifuge favorise la circulation du liquide des orifices voisins du centre de rotation aux orifices voisins du bout des pales. Les solides pénétrant dans le bras s'accumulent et bouchent éventuellement le canal du bras, ainsi qu'un nombre notable d'orifices externes.Toujours selon le procédé de l'invention, on injecte de préférence 0,019 à 3,1 courants 2 gazeux par cm d'aire balayée dans le courant descendant de liquide, en formant des bulles, et l'appareil comporte de 2 préférence 0,15 à 0,62 courant de gaz par cm d'aire balaye, Si l'ayparei' comprend moins de 0,019 courant par lqmd, il n'y a pas suffisamment de gaz pour obtenir un transfert maximal au liquide, étant donné que le diamètre maximal des orifices 2 est de 6,4 mm.Si on utilise plus de 3,1 oourft par cm ceux-ci sont si proches qu'ils provoquent zone crtai--e lasso ciation des bulles, étant donné que le rapport de l'ainetotale à l'aire balayée est au moins égal à 0,006. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on fait barboter de l'oxygène dans une liqueur de déchet contenant des solides organiques, en injectant plusieurs courants gazeux séparés d'oxygène de 6,4 mm de diamètre par des trous distants, de centre à centre, de 2,5 à 3,5 diamètres, avec un débit de gaz au moins égal à 0,03 m3 réel par seconde et par mètre carré d'aire horizontale dans la zone de barbotage, lors du bullage du gaz en direction verticale dans la liqueur de déchet q et en faisani;;éimultanément tourner les courants gazeux avec une vitesse tangentielle au moins égale à 1,5 mètre par seconde autour d'un axe vertical commun, de manière à décrire des cercles tous perpendiculaires à l'axe vertical, mais de rayon différent, tous ces cercles projetés dans le m8ne plan horizontal se trouvant à l'intSrieux d'une aire balayée limitée par les cercles de rayons maximal et minimal, le rapport de l'aire totale des sections des courants gazeux à l'aire balayée étant compris entre 0,008 et 0,04 et le nombre de courants par cmz d'airabalayée étant compris entre 0,15 et 0,62.La liqueur circule avec une vitesse linéaire comprise entre 0,9 et 2,1 mètres par seconde en descendant dans la zone de barbotage en vue d'y recevoir du gaz injecté, et le courant descendant de liquide contenant des bulles de gaz est évacué à l'extrémité inférieure de la zone de barbotage. Il faut noter sur les figures 4 et 6 que les bras 5 n'ont pas nécessairement une orientation transversale horizontale suivent la ligne p-pj mais ils peuvent former un angle "a" avec la ligne p-p. Cette inolinaison transversale a pou*dle de mettre dans l'alignement la face externe d'un bras (qui évacue les bulles de gaz ) et la direction résultante du courant relatif d6 liquide Vr. Cette disposition évite le pompage du liquide vers le haut ou vers le bas par les bras qui tournent et réduit en conséquence l'énergie qu'il faut pour faire tourner le barboteur. Comme le montrent les diagrammes vectoriels, la vi vesse tangent elle Vt ntest qu'une composante de la vitesse relative V du liquide. L'autre composante V est due à lthdlice 4 place au-dessus des bras 5) qui pompe le liquide en le faisant descendre à peu près parallèlement à l'axe de rotation de l'arbre. Le diagramme vectoriel de la figure 6 montre comment l'angle"a" d'inclinaison transversale des bras peut être tiré de l'addition des composantes Vt et Vd. Contrairement au cas de la figure 4, la composante Vd de la figure 6 n'est pas verticale et peut entre inclinée en pratique, étant donné la composante horizontale fournie par l'hélice au liquide. L'angle de Vr est habituellement de l'ordre de 5 à 150, et l'angle "a" d'inclinaison des bras est aussi compris de préférence dans cette plage. La figure 6 montre aussi la section pratiquement plate préférée des bras, l'axe principal Ama étant perpendiculaire à l'axe de l'orifice d'injection et étant au moins deux fois plus long que le plus petit axe Ami, parallèle à l'axe de l'orifice. On préfère cette configuration de manière à réduire la consommation d'énergie et les efforts exercés sur les bras. Ainsi, la force exercée par le liquide dans la direction Vr sur le bras se trouve réduite proportionnellement à l'aire projetée du bras sur le trajet de cette force. Cettiaire projetée est rendue minimale et elle est représentée dans ce mode de réali- sation préféré par la surface relativement étroite du bord d'attaque du bras qui a une hauteur Ami. l'es avantages de l'invention apparaissent dans une série d'essais réalisés avec un barboteur analogue à celui des figures 3 et 4 dans un dispositif analogue à celui représenté sur la figure 1 et destiné à l'introduction d'oxygène dans de l'eau. Le barboteur de 28 cm de diamètre comprend huit bras tubulaires aplatis fermés aux extrémités externes et raccordés aux extrémités internes à un moyeu creux et à un arbre par lequel on introduit de l'oxygène. Chaque bras est percé de huit orifices de 3,2 mm de diamètre et régulièrement répartis entre des rayons de 4,45 et 13,4 cm, c'est-à-dire que la distance de centre à centre est de quatre diamètres. Avec ce barboteur, le rapport de l'aire totalejdes orifices (et des courants gazeux injectés dans le liquide) à l'aire balayée est de 0,01, et il y a 0,125 orifice Wt courant gazeux) par cm2 d'airetalayee. Un blindage de 295 mm de diamètre entoure le barboteur. Au cours de ces essais, on modifie la vitesse de rotation du barboteur et les débits de fluide (gaz et liquide). On monte le barboteur (et le blindage) au fond d'une petite colonne cylindrique reliée à ses extrémités supérieure et inférieure à un réservoir voisin contenant de l'eau. Une pompe comportant un dispositif de réglage du débit d'évacuation se trouve entre le réservoir et la partie supérieure de la colonne, et elle permet de régler et de maintenir à une valeur voulue le débit du courant descendant d'eau dans la zone de barbotage. En conséquence, il n'est pas nécessaire d'utiliser une hélice axiale et on ne l'introduit pas pour ces essais particuliers.Pour montrer les possibilités des dispositifs à produire de petites bulles, on ignore le problème du bouchage et on utilise comme liquide qui circule de l'eau propre non contaminée de particules solides de dimensions appréciables. On réalise aussi des essais comparatifs avec urbarboteur fixe; celui comporte seize orifices très petits de 0,8 mm de diamètre. On perce ceux-ci dans huit bras tubulaires de configuration analogue à celles des figures 3 et 4, le diamètre du cercle inscrit le plus grand étant de 280 mm. Les bras sont des tubes de 6,4 mm de diamètre comportant deux orifices par bras et distants de 101,6 mm. Le tableau il donne les résultats des essais. TABLEAU II Numéro Vitesse tangentielle d'essai du courant gazeux Vitesse de Vitesse en m/s rotation linéaire Orifice Orifice du barbo- Débit gazeux du gaz interne externe Barboteur teur, tr/mn m /s.m m/s ND,m/s 1 2,6 7,78 Rotatif 554,7 1,77-10-6 0,17 6,45 2 3 9,0 Rotatif 647,0 2,35.10-6 0,23 9,1 3 3,1 9,2 Rotatif 647,0 2,86.10-6 0,275 10,0 4 0 0 Fixs 0 0 13,9 0 5 0 0 Fixs 0 0 17,4 0 6 0 0 Fixs 0 0 11,0 0 TABLEAU II (Suite) Numéro Vitesse de Dimension Uniformité Stabilité Courant gazeux d'essai l'eau en moyenne des de la dimen- des bulles m/s bulles en mm sion des Rapport Rapport bulles des * des ** aires nombres 1 0,101 1,6-3,2 Bonns Bonne 0,01 0,129 2 0,100 1,6-3,2 Bonne Bonne 0,01 0,129 3 0,100 1,6-3,2 Bonne Bonne 0,01 0,129 4 0,154 3,2-6,4 Mauvaise Mauvaise 0 0 5 0,120 3,2-6,4 Mauvaise Mauvaise 0 0 6 0,176 3,2-6,4 Mauvaise Mauvaise 0 0 * Rapport de la section totale des courants gazeux à l'aire balayée ** Nombre de courants gazeux par cm d'aire balayée Le tableau Il et des photographies de la répartition des bulles montrent clairement que le barboteur comportant des orifices de 3,2 mm de diamètre donne des bulles bien plus petites que le barboteur fixe comprenant des orifices plus petits de 0,8 mm de diamètre. Les bulles produites par le barboteur rotatif ont en moyenne de 1,6 à 3,2 mm de diamètre et celles produites par le barboteur fixe (essai 6) ont 3,2 à 6,4 mm de diamètre. On observe aussi photographiquement que les bulles produites par le barboteur rotatif ont une dimension très uniforme en comparaison de celle du barboteur fixe. L'uniformité et elle est importante/est sounaitable, notamment pour exclure les bulles de grandes dimensions, car quelques rares bulles de grandes dimensions peuvent comprendre une fraction notable du volume gazeux total. Ainsi, un petit nombre de bulles trop grosses réduisent en réalité le nombre de bulles et l'airvinterfaciale par unité de volume de gaz dans le dispositif. La stabilité améliorée des petites bulles réalisées selon l'invention, même avec un nombre très grand de bulles par unité de volume, apparat très clairement des données. L'examen des essais 1,2 et 3 montre que les petites bulles provenant du barboteur rotatif restent séparées malgré l'augmentation du débit d'environ 60 . En comparaison, les bulles plus grosses du barboteur fixe des essais 4, 5 et 6 ont tendance à s'associer, et cette tendance s'accroît beaucoup lorsque le débit s'élève d'environ 60 fo. On ne pourrait pas conclure des -données du tableau Il que l'utilisation d'orifices de 0,8 mm de diamètre pour le barboteur rotatif de l'invention-ne donne pas satisfaction.Si on fait tourner le barboteur fixe comportant des orifices de 0,8 mm de diamètre à une vitesse convenable, la dimension des bulles produites est aussi faible ou m8me plus faible que celle des bulles produites dans les essais avec les orifices de 3,2 mm. L'utilisation d'orifices plus petits pour les essais fixes que pour les essais rotatifs souligne les avantages de l'invention qu'on ne peut pas atteindre avec un barboteur fixe par réduction de la dimension des orifices. Dans les essais décrits, il existe huit cloisons radiales rézulièrement réparties autour de la circonférence du blindage sous forme de rayons placés entre la paroi du blindage et un anneau de 5,1 cm de diamètre interne. Ces cloisons ont 5,1 cm de lonc en direction longitudinale (parallèle à l'arbre) et elles se trouvent au-dessus du barboteur, de manière à empêcher la rotation du liquide dans le blindage. On fait un essai pour faire fonctionner le barboteur après enlèvement des cloisons. Cependant, on constate qu'il se produit un effet de cheminée" au centre de la colonne, ce qui provoque la formation d'un canal qui s'élève rapidement de bulles énormes qui se sont associées au voisinage du centre du barboteur. Les cloisons verticales radiales empêchent la rotation du liquide et augmentent en conséquence la vitesse tangentielle Vt pour une vitesse donnée du barboteur (facteur N2D2 supérieur). Il se produit des bulles énormes lorsque Vt est faible, c'est-à-dire inférieur à 1,38 mètre par seconde (D2 D2 = 2,25). Dans d'autres essais réalisés avec le meme dispositif et observés avec une caméra à grande vitesse, on augmente progressivement la vitesse de rotation du barboteur depuis zéro en maintenant constants les débits de fluide. Les pellicules montrent qu'il faut une vitesse tangentielle minimale d'environ 1,38 mètre par seconde à l'orifice placé le plus à l'intérieur de ce dispositif particulier pour produire le nuage souhaitable de bulles stables et de petit diamètre dans le liquide. Pour cette vitesse de rotation, la vitesse tangentielle à l'orifice placé le plus à l'extérieur est d'environ 4,2 mètres par seconde. (D2 = 2,25). Pour des vitesses inférieures, on observe l'effet de cheminée décrit et les bulles qui sont énormes de façon caractéristique. On détermine directement les possibilités de dissolution rapide d'oxygène dans le liquide par le barboteur tournant en mesurant la quantité d'oxygène dissous dans le liquide à la base de la chambre de mélange, juste en aval du barboteur par rapport au courant de liquide (point 1) et au point d'alimentation en liquide dans la chambre, à environ 1,5 mètre en amont du barboteur (point 2). Le tableau III donne les résultats de mesure (avec des données choisies pour des teneurs en oxygène dissous dans le liquide d'environ 10, 15, 20 et 30 ppm). TABLEAU III Numéro Barboteur Teneur en oxygène Variation de la teneur d'essai* dissous. ppm en oxygène dissous, en 1 2 ppm 1 - 2 1 Rotatif 18,12 10,59 7,53 f " 22,00 15,05 6,95 1 " 26,10 20,10 6,00 2 .. 21,07 10,71 10,36 2 " 25,17 15,41 9,76 2 29,53 20,90 8,63 3 It 21,42 9,93 11,49 3 " 26,43 15,80 10,63 3 " 30,20 20,28 9,92 3 t 33,70 25,07 8,63 3 " 37,11 70170 6,81 * Les numéros correspondent à ceux des essais du tableau Il Ces données montrent qu'on peut utiliser le procédé de l'invention pour transférer de l'oxygène gazeux à de l'eau sur une large plage de concentratio initiales en oxygène dissous. l'es données relatives à l'oxygène dissous permettent une comparaison de l'efficacité globale de la chambre d'essai avec le barboteur fixe et avec le barboteur rotatif. Le tableau IV donne la teneur en oxygène dissous de l'eau à l'entrée et à la sortie de la chambre, et la variation de cette teneur. On choisit les données pour une teneur en oxygène dissous à l'entrée d'environ 10 ppm. TABIEAU IV Numéro Barboteur Teneur en oxygène Variation de la teneur d'essai * dissous, ppm en oxygène dissous, ppm Entrée Sortie 1 Rotatif 10,59 18,12 7,53 2 tt 10,71 21,07 10,36 3 n 9,93 21,42 11,49 4 Fixe 10,40 12,81 2,41 5 I, 10,13 12,55 2,42 6 n 10,23 11,37 1,14 * Les numéros correspondent à ceux des essais des tableaux Il et III. Les essais du tableau IV montrent que le barboteur rotatif transfère au moins cinq fois plus d'oxygène au liquide que le barboteur fixe. Il faut cependant noter que les essais des tableaux Il à IV ne permettent pas une comparaison quantitative de l'invention avec la technique antérieure, étant donné les faibles vitesses linéaires du gaz (0,17 à 0,28 m/s) et surtout la faible vitesse linéaire descendante du liquide (0,1 m/s). Dans ces circonstances, les bulles de gaz s'élèvent réellement dans la colonne de liquide et ne sont pas balayées vers le bas de l'extrémité inférieure de la zone de barbotage avec le liquide.Comme on l'a vu précédemment, il faut, pour obtenir les transferts massiques élevés de l'invention, que les vitesses linéaires du gaz soient au moins égales à 1,5 m/s dans le liquide, et que les vitesses linéaires descendantes du liquide soient au moins égales à G,6 m/s. On réalise une autre série d'essais avec le dispositif cité à barboteur rotatif, mais tous les orifices d'injection de gaz de chacun des huit bras radiaux sont cachés, sauf les orifices placés les plus à l'extérieur, à un rayon de 15,4 cm. On utilise cette disposition pour éliminer l'une des nombreuses variables des essais précédents réalisés avec le barboteur rotatif. Un but important de ces essais est l'étude de l'effet de la vitesse tangentielle du gaz et de la vitesse de rotation sur le diamètre des bulles, et en disposant tous les orifices sur le même cercle, la vitesse tangentielle de tous les orifices est la même. On utilise des cloisons radiales verticales au-dessus et au-dessous du barboteur. On fait fonctionner l'appareil avec de l'air et à diverses vitesses de rotation, c'est-à-dire avec plusieurs vitesses tangentielles des courants d'air, et on enregistre automatiquement l'aspect de la dispersion du gaz dans le liquide. Dans chaque condition (vitesse de rotation et vitesse tangentielle de l'air), on mesure un groupe représentatif de bulles, et on détermine la répartition des dimensions des bulles dans le groupe. La figure 7 donne les résultats pour six valeurs différentes du facteur N D déterminé précédemment. Ces données concernent des orifices de 3,2 mm de diamètre immergés à 1,77 mètre sous la surface de l'eau et avec une vitesse linéaire du gaz de 3,7 mètres par seconde (dans les conditions normalles) dans chaque orifice.Cette vitesse dans 8 orifices seulement donne un débit de gaz égal à environ seulement 0,0034 m3 réel par 2 seconde de gaz par m d'aire horizontale. Le débit est inférieur à la limite 0,018 m3 par seconde et par m2 précisée précédemment, mais le but de ces essais est d'étudier la répartition des bulles et non d'obtenir un rendement élevé de transfert massique. Le nombre de bulles produit est bien suffisant pour montrer la répartition des dimensions de façon statistique et précise. On peut illustrer la figure 7 de la façon suivante : pour une vitesse tangentielle relative des courants gazeux de 2,65 m par seconde (N D = 0,9), 90 % au moins de toutes les bulles d'un échantillon choisi ont un diamètre égal ou inférieur à 9,4 mm. De façon analogue, pour une vitesse tangentielle relative de 3,5 m par seconde (N2D2 = 1,57) 90 % des bulles d'un échantillon choisi ont un diamètre inférieur à 4,6 mm. On a porté en abscisses sur le graphique une échelle de-probabilité,de manière qu'une population de bulles correspondant à une courbe en cloche tombe sur une ligne droite.On voit que pour des faibles vitesses tangentielles croissant de O à 3,08 mètres par seconde (valeurs de N2D2 comprises entre O et 1,2), la répartition des bulles n'est pas normale, car il se forme des bulles beaucoup trop grosses en nombre relativement important. Cependant, une petite augmentation supplémentaire de la vitesse tangentielle jusqu'à 3,5 mètres par seconde (N2D2 de 1,57) donne une variation brutale de la population en bulles, car il se forme des petites bulles correspondant à une courbe normale de distribution.Il apparait que les grosses bulles se produisant aux vitesses tangentielles relativement faibles sont dues (1) à la croissance continue au. niveau des orifices l'absence deforces de cisaillement auffisantes pour séparer les bulles du barboteur, (2) à l'association de bulles voisines dans le liquide après la sé paration, et -Ç3)à la stabilité des grosses bulles dans le liquide relativement peu turbulent de la zone de barbotage. Pour des vitesses relativement élevées, les forces de cisaillement sont importantes et le grossissement des bulles au niveau des orifices a tendance à être limité à un diamètre qui n'est pas supérieur à celui de l'orifice.Les petites bulles produites par l'orifice et dans la zone de turbulence élevée du sillage des bras du barboteur courent moins de risque de s'associer dans le liquide. La figure 8 provient des mêmes données que la figure 7. L'ordonnée est le rapport de l'aire de la surface des bulles de gaz à la quantité de gaz, et elle indique en conséquence l'efficacité du transfert massique gaz-liquide. La figure 8 montre l'importance de la vitesse tangentielle et de la turbulence de façon encore plus nette que la figure 7 dans le cas de l'invention. Pour des faibles valeurs de D2, inférieures. à 1,2 environ, il se forme de grosses bulles instables et l'aire superficielle du gaz pour chaque m3 (dans les conditions normales) de gaz injecté dans le liquide est d'environ 6,6 m par m3 ou même moins ; pour des valeurs élevées de N D2, d'environ 1,57 et plus, les petites bulles stables donnent 2 par 3 une aire superficielle d'environ 14,8 m par m3 de gaz injecté, ou même plus. La transition entre ces deux états est très brutale. Comme on l'a indiqué précédemment, les données des figures 7 et 8 concernent un seul débit volumique d'introduction de gaz dans la zone de barbotage. De plus, le débit descendant de liquide dans la zone de barbotage est très faible car le but était la suppression et non l'inversion de l'élévation des bulles sous l'action de la force d'Archimbde, de manière à pouvoir inspecter facilement les bulles pour déterminer leur dimension. On réalise d'autres essai~ avec d'autres débits volumiques de gaz dans la zone de barbotage e on constate à nouveau pour chaque doit de gaz une transition brutale de la dimension des bulles pour une plage particulière unique de vitesses de rotation (ou du facteur ND).On observe aussi que lorsque les débits de barbotage augmentent, le facteur 52D2 nices- saire pour l'obtention du régime de fonctionnement avec des petites bulles stables, croit de façon correspondante. Au cours d'une autre série d'essais, on fait varier le débit volumique de gaz, le débit descendant de liquide et la vites de rotation du barboteur. Dans certains essais, on n'utilise pas d'hélice, si bien que le débit descendant du liquide est pratique nul. On utilise une hélice dans d'autres essais, et en utilisant des hélices ayant des rapports pas/diamètre différents, on-fait va rier indépendamment le débit descendant de liquide et la vitesse de rotation. On réalise ces essais dans un réservoir de section de 2,4 sur 2,4 mètres et de 2,7 mètres de profondeur rempli d'eau sur 2,4 mètres de hauteur. Le barboteur comporte huit bras de 28 cm chacun du bout au centre de l'arbre, et il est immergé à 1,89 mètre (d 56 cm du fond du réservoir). On place une hélice de marine à trois pales de rapport pas/diamètre déterminé sur un arbre commun à 28 cm au-dessus du plan du barboteur (ce qui correspond à la distance verticale citée entre les plans des pales et des bras). Chaque bras comporte 36 orifices de 3,2 mm de diamètre placés sur ses faces supérieure et inférieure, la distance étant variable et allant de 12,7 mm entre les centres (pour les trous externes) à 25,4 mm kE) -r les trous internes).L'arbre. creux reçoit de l'air d'une réserve et l'ensembl&commat; comporte un dispositif de commande et de mesure du débit. I1 est aussi possible de faire varier et de mesurer la vitesse de rotation de l'arbre. La figure 9 donne les résultats des essai et elle représente un diagramme ayant &commat; D en ordonnées et le débit volumique de gaz en abscisses. Une série de courbes du diagramme représente les limites de l'accumulation de gaz au niveau de l'en- semble hélice-barboteur pour diverses valeurs de la vitesse descendante V1 du liquide. La figure 9 donne la valeur limite V1 du courant descendant, nécessaire pour un ensemble voulu de valeurs de N2D2 et du débit de gaz. Ainsi, si on veut introduire 4,9 m3 réels par seconde et par m d'aire de barbotage avec une valeur de ND égale à 30, le débit descendant de liquide doit être tel que la vitesse est au moins égale à environ 1,07 mètre par- seconde. Une observation importante faite au cours des essais concerne la dépendance étroite des caractéristiques du dispositif à la vitesse descendante du liquide. Lorsque cette vitesse augmente au-desBus de 0,6 mètre par seconde, l'aptitude du barboteur à disperser le gaz sous forme de petites bulles augmente dans ure grande mesure , bien que la vitesse de rotation reste constante. En consé- quence, on peut accroire le débit gazeux à des valeurs très élevées sans augmenter obligatoirement la vitesse de rotation du barboteur.Ainsi, en plus de la relation citée entre le débit volumique de gaz et HH qui montre qu'on peut utiliser des débits volumiques supérieurs lorsqu'on augmente la vitesse de rotation, on peut encore accroître la capacité en gaz en augmentant la vitesse descendante du liquide. Au-dessous de 0,6 mètre par seconde, le liquide circule i un régime dans lequel la vitesse descendante est proche de la vitesse terminale des bulles dans le liquide. Les bulles ne peuvent pas 'é.happer vers le haut, sous l'action des forces d'Archimède, et la vitesse du liquide devlent trop faible pour emporter les bulles vers le bas en les faisant sortir de la zone de barbotage aussi vite qu'elles sont produites. Le gaz s'accumule en grosses bulles dans la zone de barbotage et il se forme de -ui s'élèvent dans l'hélice, le dispositif devenant inapte à la ;roduerior et à la dispersion de petites bulles.Si on réduit encore a vitesse du liquide au-dessous de la vitesse terminale, il apparait un régime permanent à petites bulles pour des débits volumiques de gaz très faibles, qui sont bien au-dessous de 0,018 m3 réel par seconde et par m2 d'aire horizontale dans la zone de barbotage, et beaucoup trop faibles pour être utilisés en pratique. On peut définir sur le diagramme de la figure 9 la région de fonctionnement selon le procédé de l'invention. La ligne verticale en trait interrompu correspond à un débit de gaz de 0,018 m3 par seconde et par 2 et représente la valeur minimale de ce paramètre pour l'obtention d'un compromis efficace entre un transfert de masse et la consommation d'énergie. La courbe V1 = 0,6 représente aussi une limite inférieure de la vitesse linéaire du liquide pour l'obtention- de transfertsmassiqueslélevéset d'une dispersion efficace des bulles de gaz dans la zone de barbotage. De plus, la 22 ligne horizontale qui correspond au facteur N D = 1,62 est la li- mite inférieure des transferts massiques suffisamment élevés. Les hommes du métier---noteront que,malgré l'association de l'hélice- et du.barboteùr à un-arbre commun, on peut faire varier indépendamment le débit de liquide pompé par l'hélice et la vitesse de rotation de l'arbre-, en modifiant le rapport pas/diamètre de l'-hélice. Lors-de la mise- en--oeuvre préférée de l'invention, le rapport pas/diamètre de L'hélice est au moins égal à 1,5. On note qu'en modifiant ce rapport entre 1,0 et 1,5 et en maintenant constant le facteur N2D2, on peut accroître le débit de gaz de plus de 50 % et le transfert de masse de plus de 75 %. Bien qu'on ait réalisé les essais décrits précédemment avec des dispositifs de barbotage dont les orifices d'injection ont 1,6 à 6,4 mm de diamètre, la relation générale citée s'applique aux orifices de diamètre 0,8 mm, et on peut donc utiliserde tels orifices pour la mise en oeuvre de l'invention. Des orifices de diamètre inférieur à-0,8 mm sont susceptibles de se boucher lorsque le liquide contient des matières solides. Il apparat aussi que la saturation du gaz (à injecter dans le liquide sous forme de plusieurs courants) devient plus importante lorsque le diamètre des orifices et des courants gazeux est réduit, ce qui évite l'évaporation et l'insertion-de solides dans-les orifices. Des orifices de diamètre supérieur à 6,4 mm n'assurent pas la formation des petites bulles nécessaires à l'obtention du rapport élevé aire interfaciale/volume, caractéristique de l'invention. Le tableau V illustre ce fait, et les résultats qu'il donne supposent un fonctionnement stable, le diamètre moyen des bulles étant environ le même que le diamètre des orifices. Il faut cependant noter que de nombreux autres facteurs peuvent influer sur la relation entre le diamètre de l'orifice et la stabilité du fonctionnement, par exemple la pression hydrostatique et la forme des orifices d'injection. TABLEAU V Diamètre des Diamètre moyen Rapport aire/volume orifices, mm correspondant des bulles, m2/m3 en en mm ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 0,8 0,79 7600 1,6 1,59 3790 3,2 3,18 1890 4,77 1260 6,4 6,36 945 9,2 9,55- 632 On réalise une autre série d'essais avec un appareil à grande échelle représenté schématiquement sur les figures 1 et 2. Le réservoir 10 a une capacité de 10,2 m3 de liquide et a un diamètre de 2,1 mètres. Alors qu'on faisait circuler le liquide suivant le trajet voulu à l'aide d'une pompe externe dans les essais à petite échelle, dans ces essais à grande échelle, on monte une hélice 4 sur un arbre creux 2 au-dessus d'un barboteur 5 à huit bras, lui aussi monté sur l'arbre. Un moteur 7, consommant 0,56 kW en courant continu, entratne ce dernier. Au cours de certains de ces essais, on fixe les cloisons radiales verticales 12 à la paroi du réservoir à 900 d'intervalle, et on dispose diverses autres cloisons verticales radiales 9a à 9c autour de l'ensemble formé par l'hélice et le barboteur, à 900 aussi. Au cours de certains essais, l'hélice a un diamètre de 46 cm et un pas de 46 cm, et dans d'autres, un diamètre de 46 cm et un pas de 69 cm. On utilise plusieurs barboteurs, comprenant tous huit bras radiaux s'inscrivant dans un cercle de 46 cm de diamètre. On réalise ces bras avec un tube de 7,9 mm de diamètre extérieur, aplati à une largeur de 4,8 mm sur une partie de sa longueur qui porte les orifices, de manière que le tube ait une configuration pratiquement plate avec un axe principal Ama de 6,4 mm et un axe minimal Ami de 1,52 mm. Dans un cas, le barboteur comprend des bras rectilignes comprenant chacun douze orifices de 3,2 mm de diamètre et distants de 12,7 mm (quatre diamètres) placés à la partie supérieure des bras et commençant i 6,4 Z du u bout des bras (96 orifices au total). Le rapport de 5 1 aire totale des orifices et des courants gazeux à l'aire balayée est de 0,0028, le nombre d'orifices et de courants gazeux par cm d'aire balayée étant égal à 0,226.On essaie ce barboteur avec les orifice tournés vers le haut, vers le bas ou faisant un certain angle avec la verticale. Dans d'autres essais, on modifie le barboteur décrit en perçant des trous de manière à traverser les bras, en formant 96 orifices à la partie supérieure et autant à la partie inférieure t192 orifices au total). Dans d'autres essais, on double encore le nombre des orifices en perçant des trous supplémentaires de 3,2 Z dans les bras à mi-distance entre les orifices existants (384 orifices au total. On utilise aussi un autre barboteur comprenant 192 orifices et dont les bras sont incurvés dans un plan horizontal, avec un rayon d'en- viron 394 mm. Dans certains essais, on utilise la totalité des cloisons radiales étroites 9a à c. Dans d'autres essais, on ne conserve que les cloisons 9a, et dans d'autres on retire toutes les cloisons, mais on utilise dans tous les essais les cloisons 12. Au cours de ces essais, on détermine qu'on peut obtenir des caractéristiques excellentes (en ce qui concerne le transfert du gaz sous forme de petites bulles au liquide par des orifices de 3,2 mm de diamètre) lorsque les orifices se trouvent à la partie supérieure, à la partie inférieure ou des deux côtés des bras.Cependant, avec toutes ces configurations, l'axe central de l'orifice a une composante en direction verticale et on injecte les courants gazeux dans une direction ayant aussi une composante verticales. On détermine aussi qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser d'trle cloisons 9a à c pour empêcher la formation de tourbillos dans de grands réservoirs, lorsque la masse de liquide qui circule (pour entraner les bulles de la zone de barbotage) est faible par rap- port à la masse totale du liquide.Cependant, on utilise les elo-- sons radiales 12 de grande longueur et l'appareil de l'invention doit comprendre un type quelconque de cloisons verticales r-d alea à des intervalles distants autour de l'extrémité inférieure de l'arbre rotatif. Dans une variante, il n'est pas nécessaire que les orifices d'injection des bras de barbotage forment une rangée longitudinale unique, mais ils peuvent au contraire former plusieurs rangées. Dans ce cas, l'espacement de centre à centre au moins égal à 2 diamètres est nécessaire pour toute paire d'orifices voisins, qu'ils appartiennent à la meme rangée ou à des rangées différentes. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications annexées. RVVENDICATI ONS 1. Procédé de barbotage, caractérisé en ce qu'on injecte dans du liquide plusieurs courants séparés de gaz de diamètre efficace compris entre 0,8 et 6,4 mm avec une vitesse linéaire au moins égale à 1,5 m/s et un débit volumique au moins égal à 0,018 m3 réels 2 par seconde et par m d'aindhorizontaledans une zone de barbotage les bulles de gaz ayant une direction comprenant au moins une composante verticale, et on fait tourner simultanément lesdits courants de gaz avec une vitesse tangentielle comprise entre 1,37 et 10 m/s 22 etune vitesse telle que le facteur N D2 est au moins égal à 1,61 m autour d'un axe vertical commun, de manière que les courants décrivent des cercles tous perpendiculaires audit axe vertical, mais ayant des rayons différents et se projetant sur le plan horizontal à l'intérieur d'une aire balayée limitée par les cercles de rayons mini courants mal et maximal, le rapport de l'aire totale des sections desjgazewc à l'aire balayée étant compris entre 0,006 et 0,06, on fait circuler le liquide avec une vitesse linéaire-au moins égale à 0,6 m/s, en le faisant descendre dans la zone de barbotage en vue d'y injecter du gaz, et on évacue le courant descendant de liquide contenant des bulles à l'extrémité inférieure de la zone de barbotage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les courants de gaz ont un diamètre de 3,2 mm, ou en ce que la vitesse linéaire du liquide est comprise entre 0,9 et 2,15 m/s. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre des courants gazeux est égal à 3,2, le rapport de l'aire totale des sections des courants gazeux à l'aire balayée est compris entre 0,008 et 0,04, et le nombre de courants gazeux est compris entre 2 0,155 et 0,62 par cm d'aire balayée, ou en ce qu'on injecte les courants gazeux dans le liquide avec un débit volumique au moins égal à 0,03 m3 réel par seconde et par m2 d'aire horizontale. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les courants gazeux tournent autour de l'axe vertical commun dans un même plan de rotation, ou en ce que le facteur N2D2 est au moins égal à 2,15 m2/s2. 5. Procédé de barbotage d'oxygène dans une liqueur de déchet contenant des solides organiques, caractérisé en ce qu'on injecte dans ladite liqueur des courants séparés d'oxygène de 3,2 mm de dia mètre, distants de centre à centre de 2,5 à 3,5 diamètres, et avec une vitesse linéaire au moins égale à 1,5 m/s, le débit volumiaue du gaz étant au moins égal à 0,03 m3 réel par seconde et par 2 d'aire horizontale dans la zone de balayage, l'oxygène donnant m des bulles se déplaçant en direction verticale, et on fait simultanément tourner lesdits courants gazeux avec une vitesse tangentielle comprise entre 1,57 et 10 m/s et avec une vitesse telle que le fac teur ç D2 est au moins égal à 2,15 m2/s2, lors d'une rotation au- tour d'un axe vertical commun, les courants décrivant des cercles tous perpendiculaires à l'axe vertical mais ayant des rayons différents, tous les cercles se projetant dans un plan horizontal à l'intérieur d'une aire balayée délimitée par les cercles de rayons minimal .et maximal, le rapport de 11 aire totale des sections des courants gazeux à l'aire balayée étant compris entre 0,008 et 0t04f. le nombre de courants d'oxygène étant compris entre 0,155 et 0,62 par cm2 d'aire balayée, on fait.circuler ladite liqueur avec une vitesse linéaire comprise entre 0,9 et 2,15 m/s, en la faisant descendre dans.la zone de barbotage en vue d'y injecter de l'oxygène, et on évacue le courant descendant de liqueur de déchet contenant des bulles d'oxygène à l'extrémité inférieure de la zone de barbotage. 6. Appareil de barbotage, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'alimentation en gaz sousression, un arbre rotatif vertical comportant un passage associé à son extrémité supérieure audit dispositif d'alimentation en gaz, une hélice axiale fixée à placées l'arbre rotatif, comportant des pales/entre les extrémités de l'arbre et destinées à faire circuler le liquide vers le bas, des bras de barbotage fixés à l'extrémité inférieure de l'arbre rotatif, dont i ] s dépassen.t radialement, le diamètre décrit par les bouts des bras étant compris entre 0,8 et 1,1 fois e diamètre décrit par les bouts des pales, chaque bras comportant un passage interne qui communique avec le passage de l'arbre et des orifices de diamètre efficace compris entre 0,8 et 6,4 mm, lesdits orifices étant distants les uns des autres sur la longueur du bras, l'axe des orifices ayant une composante verticale, les orifices décrivant des cercles perpendiculaires à l'arbre rotatif, mais de rayonsdifférents, tous ces cercles se projetant sur un plan horizontal à l'intérieur d'une aire balayée délimitée par les cercles de rayons minimal et maximal, le nombre et la dimension des orifices étant suffisants pour que le rapport de l'aire totale des sections des orifices à l'aire balayée soit compris entre 0,006 et O,b, ex plusieurs cloisons verticales radiales distantes placées autour de ltextrdmité inférieure de l'arbre rotation. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plan horizontal des bras de barbotage se trouve à une distance inférieure ou égale au diamètre décrit par les bouts des pales au-dessous du plan horizontal de lthdlice. 8. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre décrit par les bouts des bras de barbotage est compris entre 0,9 et 1,1 fois le diamètre décrit par les bouts des pales de l'hélice, et le plan horizontal des bras de barbotage est à une distance inférieure ou égale à la moitié du diamètre décrit par les bouts des pales au-dessous du plan horizontal de hélice. 9. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que es bras dW6arboteur ont une section pratiquement aplatie, la plus grande dimension, en direction perpendiculaire à l'axe des orifices, étant au moins égale à deux fois la dimension la plus petite, en direction parallèle à l'axe des orifices. 10. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les bras du barboteur sont dans le même plan de rotation et sontfités à l'arbre au même niveau, ou en ce que le rapport pas sur diamètre de hélice est au moins égal à 1,5. 11. Appareil selon la revendication 6, caractérise en ce 2 qu'il comprend 0,019 à 3,1 orifices des bras de barbotage par cm d'aire balayée, ou en ce que la dimension et le nombre des orifices est suffisant pour que le rapport de l'aire totale des sections des orifices à l'aire balayée soit compris entre O, 008 et 0,04, avec 2 0,155 à 0,62 orifices par cm d'aire balayée.