Brevet FR2195475A1 — publié le 19740308

La présente invention concerne les équipements de l'industrie chimique prévus pour la réalisation des processus d'échange de masse, plus particulièrement les dispositifs pour le brassage et l'aréation d'un liquide dans un appareil d'échange de masse. L'invention peut être appliquée avec succès aux appareils de fermentation utilisés dans l'industrie microbiologique, de même qu'aux réacteurs chimiques prévus pour les processus d'échange de masse et les appareils de l'industrie hydrométallurgique, etc. On connait bien un dispositif pour le brassage et l'aération d'un liquide dans un appareil d'échange de masse, comportant un arbre sur lequel sont fixés parallèlement et à une certaine distance l'un de l'autre des disques munis de pales sur leur pourtour, tandis que sous le disque inférieur est monté un accessoire pour l'introduction de l'agent d'aération. L'inconvénient de ce dispositif connu réside dans la dispersion et la répartition irrégulières de l'agent d'aération dans le volume de l'appareil, ainsi que dans l'absence d'une circulation organisée du liquide, ce qui réduit l'intensité de échange de masse entre le liquide et l'agent d'aération et diminue par conséquent l'efficacité du fonctionnement de l'appareil dans lequel est utilisé le dispositif considéré. Le but de la présente invention est de remédier à l'inconvénient mentionné ci-dessus. A cet effet, l'invention vise un dispositif assurant une intensité élevée et uniforme de l'échange de masse dans toute la masse du liquide brassé. Ce problème est résolu au moyen d'un dispositif pour le brassage et l'aération d'un liquide dans un appareil d'échange de masse, du type comportant un arbre sur lequel sont fixés parallèlement et à une cetaine distance l'un de l'autre des disques munis de pales sur leur pourtour, ainsi qu'un accessoire pour l'introduction de l'agent d'aération, ledit dispositif étant caractérisé, selon l'invention, en ce que chaque disque pourvu desdites pales est séparé de l'autre par une cloison sur lequel est monté un cylindre comportant un bord relevé courbé vers l'extérieur et formant avec la la cloison correspondante une fente circulaire disposée en regard de la tranche du disque correspondant et assurant une circulation orientée du liquide dans l'appareil, et en ce que sur le pourtour de la cloison sont percés des orifices pour le passage de l'agent d'aération, celui étant amené auxdits orifices du coté de la cloison opposé à celui sur lequel est monté le cylindre, ce qui favorise une amélioration de la dispersion et de la distribution de l'agent d'aération. Afin d'assurer une éjection intensive orientée du liquide et une dispersion plus efficace de l'agent d'aération, et par conséquent d'obtenir un échange de masse plus intensif, le dispositif proposé est de préférence réalisé de façon que les pales fixées au disque par l'une de leurs extrémités portent sur leurs extrémités opposées une bague conique dont la grande base est orientée vers le disque et qui forme avec les pales et le disque des canaux pour le passage du liquide. Pour la circulation orientée du liquide, ainsi que pour une rertitior plus uniforme de l'agent d'aération dans toute la section de l'appareil, entre la cloison et ledit bord courbé du cylindre peuvent être fixées des plaques destinées à guider le mouvement du liquide et dont une extrémité est orientée dans le sens opposé au flux du liquide. Pour engendrer dans l'appareil des circuits dc circulation locale du liquide en vue d'intensifier l'échange de masse, chaque cylindre du dispositif proposé comporte de préférence des otl-ro rc- pour le passage du liquide. Suivant un mode de réalisation particuliwemerlt rationnel du dispositif, chaque cylindre monté sur une cloison corres- pondant est assemblé par l'intermédiaire de cette dernière au bord non courbé du cylindre suivant, la cloison extrême est fixée sur le fond de l'appareil, et l'extrémité à bordS non recourbés du cylindre extrême situé à l'autre bout du dispositif est ouverte. Une telle exécution du dispositif favorise l'intersection des circuits locaux de circulation du liquide, améliore le brassage et la répartition de l'agent d'aération, ce qui en définitive accrott l'intensité de l'échange de masse du liquide dans l'appareil. Dansl'exposé qui suit, la présente invention est expliquée par un exemple de réalisation concret mais non limitatif, illustré par les dessins annexés qui repré sentent - la figure 1, une vue schématique du dispositif de brassage et d'aération selon l'invention ( vue en coupe longitudinale); - la figure 2, une vue suivant la flèche A de la figure l; - la figure 3, une vue suivant la flèche B de la figure 1; Le dispositif de brasage et d'aération comporte un arbre 1 (figure l) sur lequel son fixés,adistances égales, des disques 2.Sur le pourtour des disques 2 sont fixées des pales 3 portant sur leurs extrémités opposées au disque 2 une bague conique 4 orientée par sa grande base vers le disque 2 et formant avec les pales 3 et le disque 2, des canaux 5 (figure 2) pour les passage du liquide, ce qui favorise une éjection intensive et guidée du liquide, une dispersion plus effective de l'agent d'aération et une intensification de l'échange de masse. Chaque disque 2 muni de pales est séparé de l'autre par une cloison 6'(figure 1) portant le cylindre 7 dont le bord 8 est relevé ou courbé vers l'extérieur et forme avec la cloison 6 une fente circulaire 9 (figure 3) disposée en regard de la tranche du disque 2 et assurant une circulation orientée du liquide dans l'appareil. Sur le pourtour de la cloison 6 sont percés des orifices 10 (figure 1) pour le passage de l'agent d'aération, celui-ci étant amené auxdits orifices du côté de la cloison 6 opposé à celui sur lequel est monté le cylindre 7, et où est ménagée, pour l'agent d'aération, une enceinte annulaire 11 à laquelle est raccordé un tube 12 d'amenée de l'agent d'aération. Une telle disposition relative du cylindre 7 et des orifices 10 de passage de l'agent d'aération favorise une meilleure dispersion et répartition de ce dernier dans l'appareil. Entre la cloison 6 et le bord courbé 8 du cylindre 7 sont fixées des plaques 13 guidant le mouvement du liquide et dont une extrémité 14 est orientée dans le sens opposé au flux de liquide (représenté sur la figure 1 par des flèches), ce qui assure une circulation orientée du liquide et une répartition uniforme de l'agent d'aération dans toute la section de l'appareil doté du dispositif proposé. Chaque cylindre 7 comporte des ouvertures 15 pour le passage du liquide de circulation, ce qui assure la formation de circuits de circulation locaux. Par "circuit de circulation locaux" on entend un flux de liquide circulant à travers la fente annulaire 9 et les ouvertures 15 dans les limites d'un seul cylindre 7. Chaque cylindre 7 monté sur une cloison 6 est assemblé par l'intermédiaire de cette dernière au bord non courbé 16 du cylindre 7 suivant, la cloison 6 extrême étant fixée sur le fond 17 de l'appareil par l'intermédiaire d'un support 18, tandis que le cylindre 7 extrême du côté opposé du dispositif est ouvert à son extrémité 16 non courbée. Une telle disposition relative des cylindres 7 et des cloisons 6 favorise l'intersection des circuits locaux, ce qui assure un meilleur brassage du liquide et une distribution efficace de l'agent d'aération, et par conséquent une plus grande intensité d'échange de masse est relevée. Pour faciliter le montage du dispositif, l'arbre 1 de ce dernier peut être composite, c'est-à-dire constitué de plusieurs éléments assemblés entre eux à l'aide de manchons spéciaux. Dans ce cas, chaque élément d'arbre est monté sur des paliers fixés dans les cylindres et les cloisons. le dispositif de l'invention fonctionne de la façon suivante. Dans l'appareil rempli de liquide et pret à fonctiormer on envoie, par l'intermédiaire des tubes 12, l'agent d'aéra tion verQ les orifices 10 ménagés sur le pourtour des cloisons 6. Ensuite, on fait tourner l'arbre 1 sur lequel sont fixés les disques 2. Le liquide est aspiré dans les ouvertures 15 du cylindre 7, passe par les canaux 5 des disques tournants 2 et est ensuite projeté avec force à travers la fente circulaire 9 entre le bord courbé 8 du cylindre 7 et la cloison 6 le long des plaques de guidage 17 dont l'extrémité 14 est orientée dans le sens opposé au flux. Les bulles de gaz s'échappant des orifices 10 ménagés sur le pourtour des cloisons 6 sont entrainées par des courants turbulents puissants provenant de la fente annulaire 9 située entre le bord tourd 8 et la cloison 6, puis sont fractionnées et dispersées dans toute la section de l'appareil. Pendant le fractionnement des bulles par les flux en turbulence il ce produit un renouvellement efficace de leur surface, ce qui intensifie le processus d'éch n;e de masse. ensuite les bulles sont entraînées dans les circuits de circulation entrecroisés.Grâce à ce phénomène, l'ensemble de la masse de liquide se remplit uniformément de bulles se déplaçant d'une façon continue dans les flux en turbulence des circuits de circulation, ce qui favorise un rechange de masse plus uniforme et plus intensif dans toute la masse du liquide brassé. Une partie de l'agent d'aération parvient à la surface du liquide, s'e dégage et s'échappe au-delà des limites de l'appareil, tandis qu'une autre partie des bulles, entraînée par le liquide de circulation, est aspirée dans les cylindres de guidage 7 par l'intermédiaire des ouvertures 15 et est soumise à un nouveau traitement énergique par les flux en turbulence dans la zone d'éjection du liquide à travers la fente 9 située entre le bord courbé 8 et la cloison 6.Tout cela assure une intensité d'échange de masse élevée, s réalisant d'une façon uniforme dans tout le volume de l'appareil. mes essais auxquels ont été soumis les modèles de laboratoire du dispositif conforme à l'invention, ainsi que ceux effectués dans des conditions semiindustrielles: avec utilisation de fluides imités et de fluides réels, ont démontré l'efficacité6Ievée du dispositif proposé en comparaison des dispositifs connus similaires. Bien entendu, l'invention n'est donc nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS *********** 1. Dispositif pour le brassage et l'aération d'un liquide dans un appareil d'échange de masse, du type comportant un arbre sur lequel sont fixés des disques disposés à une certaine distance l'un de l'autre et chacun dequels comporte des pales sur son pourtour, ainsi qu'un accessoire pour l'introduction de l'agent d'aération, caractérisé en ce que chaque disque pourvu desdites pales est séparé de l'autre par une cloison sur lequel est monté un cylindre comportant un bord relevé ou courbé vers l'exté- rieur et formant avec la cloison correspondante une fente circulaire disposée en regard de la tranche du disque correspondant et assurant une circulation orientée du liquide dans l'appareil, et en ce que sur le pourtour de la cloison sont percés des orifices pour le passage de l'agent d'aération, celui-ci étant amené auxdits orifices du côté de la cloison opposé à celui sur lequel est monté le cylindre, ce qui favorise une meilleure dispersion et une meilleure répartition de l'agent d'aération. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les pales fixées au disque par l'une de leurs extrémités portent sur leurs extrémités opposées une bague conique dont la grande base est orientée vers le disque et qui forme avec les pales et le disque des canaux pour le passage du liquide. 3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2,caractérisé en ce qu'entre la cloison et ledit bord courbé du cylindre sont fixées des plaques destinées à guider le mouvement du liquide et dont une extrémité est orientée dans le sens opposé au flux de liquide. 4.Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque cylindre comporte des ouvertures pour le passage du liquide de circulation. 5. Dispositif suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cylindre monté sur une cloison correspondante est assemblé par l'intermédiaire de cette dernière au bord non courbé du cylindre suivant, et en ce que la cloison extrême est fixée sur le fond de l'appareil, tandis que l'extrémité à bords non courbés du cylindre extrême situé à l'autre bout du dispositif est ouverte.