Brevet FR2229452A1 — publié le 19741213

La présente invention concerne un appareil pour l'aération et l'agitation drune matière analogue à un liquide contenue dans diverses sortes de récipients tels que des récipients de culture, des récipients d'absorption de gaz et des récipients de réaction. On sait qu'il est fréquent d'avoir à aérer avec de l'air ou avec tout autre gaz approprié une matière analogue à un liquide contenue dans un récipient d'agitation dans le but d'agiter et de mélanger ladite matière analogue à un liquide au moyen d'un gaz. Quand,par exemple, on utilise ce récipient sous forme d'une installation de culture, de l'air est insufflé dans le récipient, depuis sa partie inférieure, en vue de pourvoir en oxygène une matière analogue à un liquide présente à l'intérieur du récipient. On demande, dans le cas d'un tel récipient, que la matière analogue à un liquide présente dans ce dernier, puisse absorber de façon satisfaisante l'oxygène de l'air insufflé et puisse être agitée entièrement par l'air dans le récipient, tout en étant refroidie suffisamment par des moyens de refroidissement appropriés. La présente invention vise un nouvel appareil d'aération et d'agitation pouvant-répondre à la demande ci-dessus. Selon la présente invention, la demanderesse a créé un appareil pour aération et l'agitation d'une matière analogue à un liquide, cet appareil comprenant un récipient pour contenir la matière analogue à un liquide devant etre aérée, un tube de dégagement de gaz pour introduire un gaz, comme par exemple de l'air ou de l'oxygène, dans ledit récipient, depuis la partie inférieure de ce dernier, des organes perforés disposés les uns au-dessus des autres en étant espacés verticalement à un endroit situé au-dessus dudit tube de dégagement de gaz à l'intérieur du récipient précité, chacun desdits organes perforés comportant une partie s'étendant vers le bas depuis sa périphérie extérieure et un passage présent entre la périphérie extérieure desdits organes perforés et la surface intérieure de la paroi dudit récipient en vue de la circulation de la matière analogue à un liquide à travers ce récipient. La présente invention a pour objet d'aérer efficacement au moyen d'un gaz une matière analogue à un liquide contenue dans ce récipient, cela en amenant de façon uniforme un grand nombre de bulles gazeuses minuscules en contact avec la matière analogue à un liquide à l'intérieur du récipient. La présente invention a encore pour objet de faire circuler la matière analogue à un liquide à l'intérieur du récipient, afin d t effectuer ainsi rapidement et complètement l'aération désirée et d' établir une répartition uniforme de la densité du liquide sur la totalité du récipient. La présente invention a encore pour objet de mélanger efficacement le gaz avec la matière analogue à un liquide en aérant celle-ci avec le gaz à l'intérieur du récipient et en agitant la matière analogue à un liquide avec le gaz d'aération. On va maintenant décrire la présente invention en se référant au dessin annexé sur lequel la figure 1 est une section verticale schématique d'un mode de réalisation de l'appareil d'aération et d'agitation selon la présente invention la figure 2 est une vue en plan schématique d'une partie comprenant un plateau perforé de l'appareil représenté sur la figure 1;; la figure 3 est une section verticale schématique d'un autre mode de réalisation delta présente invention la figure 4 est une vue schématique illustrant le mode de fonctionnement de l'appareil selon la présente invention les figures 5 et 6 sont des vues en plan schématiques montrant d'autres formes de plateaux perforés de l'appare il selon la présente invention la figure 7 est un graphique montrant les variations du taux d'absorption de gaz en fonction du rapport hauteur du liquide/diamètre extérieur des plateaux ; sur cette figure, l'abréviation .A.G. signifie "taux d'absorption de gaz", et l'abréviation H.X./D.E.P. signifie "hauteur du liquide/diamètre extérieur des plateaux". Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention. Si l'on se réfère aux figures 1 et 2, on voit que des plateaux perforés 2 sont disposes en étant espacés verticalement de façon appropriée les uns des autres à l'intérieur d'un récipient 1 contenant une matière analogue à un liquide. Chaque plateau perforé 2 comporte une partie 3 s'étendant vers le bas-depuis sa périphérie extérieure.Un serpentin de refroidissement 4 est placé à l'intérieur du récipient 1 pour refroidir la matière analogue à un liquide Un tube de dégagement de gaz 5 s'étend Jusque dans la partie inférieure du récipient 1 pour amener un gaz d'aération, comme par exemple de l'air ou de l'oxygène, dans le récipient 1, Des organes de support 6 sont prévus pour maintenir les plateaux perforés 2 dans la position espacée verticalement0 Pendant le fonctionnement, le gaz d'aération est amené continuellement par le tube 5 dans le récipient 1 qui est rempli par la matière analogue à un liquide. I)ans ce cas,le gaz est de préférence amené dans le récipient 1 dans un état complètement et uniformément dispersé.Comme on peut le voir sur la figure 4,le gaz envoyé dans le récipient 1 est arrêté par la partie 3 qui s'étend vers le bas et que comporte le plateau perforé inférieur extrême 2 et il passe à travers les perforations de ce plateau perforé 2 de manière à se déplacer vers le haut sous la forme d'un grand nombre de bulles de gaz minuscules 8.Les bulles de gaz 8 se déplaçant vers le haut sont alors arrêtées par le plateau perforé 2 de l'étage suivant se trouvant immédiatement au-dessus, de manière à être redistribuées ou redispersées par ce plateau perforé 2,comme dans le cas du plateau perforé inférieur extrême 2,puis elles se déplacent vers le haut en direction du plateau perforé 2 des étages supérieurs. On saitcommunément que lorsque de nombreuses bulles de gaz sont libérées simultanément dans un liquide , les bulles adjacentes se déplaçant vers le haut se réunissent de façon à produire des bulles d'un diamètre plus grand que celui des bulles initiales. I1 va de soi qu'un tel phénomène entrasse une réduction indésirable de la superficie de contact entre le liquide et le gaz, phénomène qui nuit à l'effet de contact liquide-gaz. Toutefois, dans la présente invention, un tel effet nuisible indésirable ne se produit pas. Ceci est dA au fait que, bien que de nombreuses bulles minuscules de gaz se déplaçant vers le haut à partir du pla teau perforé inférieur puissent se réunir de façon à donner des bulles de grandes dimensions, ces bulles de grandes dimensions sont de nouveau divisées en bulles minuscules quand elles passent à travers les perforations du plateau perforé se trouvant immédiatement au-dessus.On peut ainsi empêcher une réduction indésirable de la superficie de contact entre la matière analogue à un liquide et le gaz et, par conséquent, de l'effet de contact entre la matière analogue à un liquide et le gaz et, en outreXllinterface entre la-matière analogue à un liquide et le gaz se trouve renouvelé quand les bulles passent à travers les perforations des plateaux perforés successifs,de telle sorte que l'effet de déplacement de la matière puisse se trouver accru. la matière analogue à un liquide présente au voisinage des plateaux perforés 2 est amenée à s'écouler dans une direction représentée par des flèches sur la figure 4, cela en raison du mouvement ascendant des bulles de gaz sortant des plateaux perforés successifs 2 , de telle sorte que la matière analogue à un liquide est agitée par le gaz et est mélangée avec ce gaz dans les zones respectives comprenant les plateaux perforés 2 .En outre, par suite de la différence entre la densité apparente de la matière analogue à un liquide et les zones comprenant les plateaux perforés 2 et la densité apparente de la matière analogue à un liquide dans les zones situées sur la périphérie extérieure des plateaux perforés 2, une circulation de la matière analogue à un liquide a lieu dans le récipient 1, de manière telle que la matière analogue à un liquide s'écoule vers le bas dans les zones situées sur la périphérie extérieure des plateaux perforés 2 et vers le haut dans les zones comprenant les plateaux perforés 2 . Ainsi, la matière analogue à un liquide peut etre mélangée efficacement avec le gaz dans la totalité de l'intérieur du récipient 1, l'écoulement autour du serpentin de refroidissement 4 placé à distance des plateaux perforés 2 améliore l'effet de transfert de ' chaleur. La figure 7 est un graphique représentant les résultats d'un essai qui a été effectué pour déterminer la variation du taux d'absorption de gaz en fonction du rapport entre la hauteur de la matière analogue à un liquide et le diamètre extérieur des plateaux perforés 2 . On voit, d'après la figure 7 , que la hauteur de la matière analogue à un liquide dans le récipient 1 doit de préférence etre aussi faible que possible pour améliorer le taux d'absorption de gaz . I1 est par conséquent souhaitable que l'espacement vertical entre les plateaux perforés 2 soit inférieur à deux fois le diamètre extérieur de ces derniers. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention représenté sur la figure 3, des plateaux perforés 2, similaires à ceux représentés sur la figure 1, sont fixés à un arbre rotatif 7 de manière à être entraSnés en rotation à l'intérieur d'un récipient 1. La réa Fion des plateaux perforés 2 est efficace pour provoquer de façon positive l'écoulement d'une matière analogue à un liquide à l'in térieur du récipient 1, ce qui améliore l'effet de mélange ainsi que l'effet de transfert de chaleur. Les figures 5 et 6 montrent comment, par des modifications apportées, les plateaux perforés 2 ont été profilés comme représentés et sont directement montés sur le récipient 1.0n comprendra, d'après la description qui précède, que la présente invention a créé un appareil d'agitation et de mélange qui améliore le taux d'absorption de gaz, l'effet de mélange ainsi que l'effet de transfert de chaleur. I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y titre apportées sans sortir pour autant du cadre de la présente invention, tel qu'il est défini par les revendications ci-nnnexées. RVENI)ICATI0NS 1. Appareil pour l'aération et l'agitation d'une matière analogue à un liquide, caractérisé par le fait qu'il comprend un récipient pour contenir la matière analogue à un liquide devant être aérée dans ce récipient, un tube de dégagement de gaz pour introduire un gaz dtaéra tion dans ledit récipient, depuis la partie inférieure de ce dernier, des organes perforés et disposés les uns au-dessus des autres en étant espacés verticalement les uns des autres à un endroit situé au-dessus du tube de dégagement de gaz précité à l'intérieur du récipient susvisé, chacun des organes perforés comportant une partie s'étendant vers le bas depuis sa périphérie extérieure et un passage ménagé entre la périphérie extérieure desdits organes perforés et la surface intérieure de la paroi dudit récipient en vue de la circulation de la matière analogue à un liquide à travers ce récipient. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les organes perforés précités sont fixés à un arbre rotatif s'étendant verticalement à l'intérieur dudit récipient, de telle sorte que la matière analogue à un liquide présente dans le récipient puisse titre agitée par force grâce à la rotation dudit arbre rotatif. 3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits organes perforés sont placés concentriquement par rapport audit récipient dont la section transversale est circulaire. 4. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits organes perforés sont fixés à la paroi intérieure dudit récipient. 5. 5. Appareil suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qu'un serpentin de refroidissement destiné à refroidir la matière analogue à un liquide est disposé le long de la surface intérieure de la paroi dudit récipient dans le passage de circulation destiné à la matière analogue à un liquide.