Brevet FR2240039A1 — publié le 19750307

La présente invention concerne un dispositif d'introduction de gaz dans des liquides, notamment de mélange d'air ou de gaz de fumée dans des eaux libres ou dans des liquides se trouvant dans des grands récipients, avec un arbre d'entratnement immergé dans le liquide et 9 l'extrémité inférieure duquel est fixé un rotor ayant des aubes sensiblement radiales, vers Lequel sont amenés, par en haut le gaz au travers d'une tubulure coaxiale à l'arbre d'entraînement et, par en bas, le liquide. Pour la purification d'eaux usées et de liquides analogues, on utilise couramment des réactions chimiques et/ou des procédés biologiques qui nécessitent la mise des eaux usées ou des liquides en présence d'oxygène, d'air ou d'un autre gaz, notamment de gaz de fumée. On connaît déjà de nombreux dispositifs pour une telle intro-duction de gaz dans les eaux usées et liquides analogues; on citera uniquement à titre d'exemples les brevets allemands 505.793 et 1.782.485, autrichien 220.092 et français 1.092.827 et 1. 238.593. Ces dispositiis connus -sont cependant affectés dans l'ensemble de l'inconvénient que l'exploitation de la charge d'oxygène, d'air ou de gaz est mauvaise et/ou que le rendement énergétique est insuffisant et/ou que la réalisation est de construction coûteuse On connait d'autre part, d'après le brevet allemand 920.844, un dispositif du type évoqué au début, qui sert de préférence Llintroduction d'air dans des liquides pour la production de modifications biochimiques, entre autres fermentations, oxydations microbiologiques ou autres procédés microbiologiques, hydrolyses, pour la fabrication de produits antibiotiques comme la penicilline et pour la culture de micro-organisme.Ce dispositif connu ne convient cependant pas à une application à l'échelle industrielle à laquelle on pense ici en premier Lieu, surtout parce que l'énergie dépensée est largement consommée par le mélange des deux corps se produisant déjà dans le rotor, si bien que le mouvement radial du mélange gaz-liquide possède un rayon d'action beaucoup trop petit. De plus, le dispositif connu est de construction peu souple et, par suite, il n'est pas suffisamment adaptable aux différents cas d'utilisation. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients, c'est-à- dire de réaliser un dispositif d'introduction de gaz dans des liquides,lequel évite les inconvénients signalés ci-dessus et peut s'utiliser de plus dans un vaste domaine d'utilisation, tout en introduisant du gaz dans des milieux liquides, meme sous d'assez grands volumes. En partant d'un dispositif du type décrit au début, ce but est atteint conformément à l'invention par le fait que le rotor est réalisé sous la forme d'un rotor de pompe à plusieurs flux, notamment à deux flux, et se compose d'un disque muni d'aubes des deux cotes, ce disque séparant le flux supérieur (gaz) du flux inférieur (liquide) et guidant ainsi isolément les deux corps au niveau de la surface du rotor. En vertu de cette construction très simple, le rotor aspire le gaz par en haut et le liquide par en bas et il dirige chacun de ces deux corps en direction radiale, de sorte qu'ils parviennent sans se mélanger le long du disque ininterrompu, jusqu'au bord de celui-ci; de là > ils s'écoulent ensuite parallèlement et en régime laminaire, avant le mélange proprement dit.Etant donné que, au niveau de la surface du rotor, aussi bien qu'à celui du pourtour du disque, des turbulences sont largement évitées, le rayon d'action dfl à l'écoulement des corps est maximal pour une dépense d'énergie réduite à un minimum et, par conséquent, la zone de mélange est considérablement augmentée, et qui a pour conséquence un mélange à rendement élevé, ce qui repose notamment sur le fait que le gaz est finement divisé en bulles et que, par suite, il passe presque entièrement dans le liquide.De plus, l'énergie cinétique élevée attachée aux courants de fluide permet de viser les buts suivants : on peut ainsi prévoir par exemple des dispositifs de guidage tels que des tubes, gracie auxquels les courants peuvent etre transférés à des points d'arrivée déterminés plus éloignés, par exemple des cuves d'agitation d'eaux d'égouts avec liquide en mouvement et/ou on peut prévoir des chicanes de mélange statiques incorporées, pour rendre le dispositif conforme à l'invention utilisable également pour les petits récipients. Enfin, la solution conforme à l'invention permet également -de modifier la fente entre la tubulure d'admission de gaz et la partie supérieure du rotor, ce qui permet de régler de façon opposée la quantité de gaz et la pression d'aspiration. Pour certains cas d'application, il a paru avantageux que les aubes se trouvant sur les côtés supérieur et inférieur du rotor soient différents en nombre et en grandeur, Il est alors recommandé que les aubes soient courbées vers l'avant en direction de la rotation du rotor et qu'elles aient la forme d'un arc de cercle. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, on a disposé en dessous du rotor un tube d'aspiration qui lui est sensiblement coaxial. Ainsi, la zone d'échange gaz-liquide est alimentée enpermanence par le liquide qui n'est pas encore ou pas encore intensément soumis à l'in- troduction des gaz. Cette circulation renforcée a pour conséquence, meme dans les récipients de plus grand volume, un état homogène du liquide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue générale du dispositif de l'in Invention; - la figure 2 représente une vue de dessus de son rotor, - la figure 3 représente une coupe longitudinale au travers du rotor de la figure 2, et - la figure 4 représente une vue de dessous du rotor de la figure 2. On voit sur le figure I une tubulure 1 d'alimentation en gaz, qui est raccordée, à l'aide d'une tubulure de liaison 2, à une cheminée non représentée d'où du gaz de fumée est aspiré par le dispositif. Dans la tubulure 1 se trouve un arbre d'entratnement 3 pour un rotor 4 disposé à son extrémité inférieure, l'arbre étant entraîné par un moteur 5. Le rotor 4 représenté seul suer les figures 2 à 4 se compose d'un disque 6 de forme circulaire, muni à sa partie supérieure de six aubes 7 et, à sa partie inférieure de 5 aubes 7, dans l'exemple de réalisation représenté. Les aubes 7 ont la forme d'un arc de cercle avec un rayon r et un angle de sortie 2 d'environ 900; comme le montre la flèche du sens de rotation, elles sont courbées vers l'avant. Bien entendu, à la place du rotor 4 représenté à deux flux, on peut utiliser également un rotor à trois flux. En dessous du rotor 4 se trouve, -coaxialement à celui-ci, un tube d'aspiration 8 qui est fixé à la tubulure 1 à l'aide de tiges support 9. Au travers du tube 8, la zone d'échange gaz-liquide au niveau du rotor 4est alimentée en permanence par du liquide b non encore soumis à l'introduction de gaz, lequel liquide est saisi à sa sortie du tube 8 par les aubes 7 se trouvant à la partie inférieure du rotor 4 et chassé au-delà du bord du rotor 4 où il entre en contact ensuite avec le gaz de fumée chassé également radialement par les aubes supérieures du rotor 4, pour se mélanger avec le gaz. En général, le dispositif est monté de façon flottante et il peut être articulé, par une tige de guidage non représentée, à la cuve dteaux usées; la tige de guidage peut recevoir l'alimentation en courant du moteur 5. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titres d'exemples non 'limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 1. Dispositif d'introduction de gaz dans des liquides, notamment de mélange d'air ou de gaz de fumée dans des eaux libres ou dans des liquides se trouvant dans des grands récipients, avec un arbre d'entraînement immergé dans le liquide et à l'extrémité inférieure duquel est fixé un rotor ayant des aubes sensiblement radiales, vers lequel sont amenés, par en haut le gaz au travers d'une tubulure coaxiale à l'arbre d'entratnement et, par en bas, le liquide,caracterisé en ce que le rotor est réalisé sous la forme d'un rotor de pompe à plusieurs flux, notamment à deux flux, et se compose d'un disque muni d'aubes des deux cotés ce disque séparant le flux supérieur (gaz) du flux inférieur (liquide) et guidant ainsi isolément les deux corps au niveau de la surface du rotor 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes se trouvant sur les parties supérieure et inférieure du rotor sont différentes en nombre et en grandeur. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les aubes sont courbées en avant dans le sens de rotation du rotor. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les aubes ont la forme d'un arc de cercle. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un tube d'aspiration est disposé en dessous du rotor et est sensiblement coaxial à eelui-ci.