Brevet FR2242136A1 — publié le 19750328

La présente invention concerne un procédé pour introduira de l'air ou un gaz dans un liquide en mouvement ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, Dans divers procédés industriels, il est nécessaire de mélanger de l'eau ou d'autres liquides avec de l'air ou un gaz. En outre, il est souvent nécessaire qu'un liquide soit saturé d'air ou de gaz, voire même sursature, pour obtenir une transformation complète en mousse. Les procédés connus consistant, par exemple, en un fouettement du liquide avec des rotors centrifugesprésenterit 11 inconvénient que l'on n'obtient aucune fine bulle ou qu'un très faible nombre de bulles d'où s'ensuit un mélange insuffisaimiient intensif du gaz et du liquide. Avec les procédés connus dans la technique X le mélange et l'aération se trouvant également rapidement neutralisés par la grande vitesse ascensionnelle des bulles de plus grande dimension. Compte tenu de ceel, la gazéification des liquides ou la formation de mousse dans ces derniers ainsi que l'aération des eaux usées et des eaux de refroidissemant des centrales électriques et analogues posent un un grand problème Selon la technique anterieure, on sait introduire du gaz dans un liquide , la liquida étant envoyé tangentiellement dans une chambre cyclon conique qui est pourvue d'un conduit de décharge centrai et le gaz étant introduit dans cette chambre cyclone par l'intermédiaire d'un conduit d'alimentation central se trouvant à l'oppose du conduit de décharge central. Par ce procédé, le liquide envoyé tangentiellement est amené en rotation accélérée,et,par suite des pressions inférieures å la pression atsospherique, créées dans le cyclone ou axe du vortex le gaz est aspiré ou emprisonné par le liquide an rotation et évacué par l'intermédiaire du conduit d'évacuation central La présente invention a pour objet un procédé perfectionné grâce auquel3 d'une façon simple, on peut mélanger des bulles très fines d'air ou d'un autre gaz avec un liquide, cela de façon homogène et on peut obtenir une très grande surface de contact entre l'air ou le gaz et le liquide de manière å parvenir à un mélange optimal des deux milieux. A cette fin, dans le procédé selon la présente invention, on refoule radialement en plusieurs endroits, de l'air ou du gaz depuis l'extérieur à travers la paroi d'une chambre cyclone qui est conique et converge depuis le moyen d'alimentation tangentielle de liquide vers le moyen de décharge de liquide de cette chambre cyclone dans laquelle l'air ou le gaz, par suite tant du champ de force centrifuge que de la rotation accélérée du liquide dans un vortex potentiel , est soumis à un champ de contraintes de cisaillement de telle manière que l'air ou; le gaz se trouve transformé par frottement en très fines bulles et soit incorporé de façon homogène au liquide Dans le brevet britannique n 1027 846 > on a proposé un procédé pour injecter et/ou chauffer un liquide avec une matière aolide, ou avec une autre matière liquide ou gazeuse s en injectant cette matière sous forme de plusieurs courants arrivant de l'extérieur radialement dans ce liquide , ce liquide ayant été entratné en rotation dans une chambre cyclone cylindrique. Du fait que, dans ce procédé de la technique antérieure, on utilise une chambre cyclone cy,lindrique , aucune rotation accélérée ne peut avoir lieu et, par conséquent, aucun champ de contraintes de cisai@lement n'est crée. Dans le procédé selon la présente invention, une caracté ristique essentielle réside dans l'utilisation de ce champ de contraintes de cisaillement résultant de la rotation accélérée du liquide dans une charre cyclone conique. Ce champ de contraintes de cisaillement permet de transfor mer l'air ou le gaz en des bulles très fines et d'obtenir ainsi un mélange homogène et optimal de l'air ou du gaz et du liquide L'invention concerne en outre un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus Le présent dispositif comprend une chambre cyclone conique pourvue d'au moins un moyen d'alimentation tangentielle pour le liquide3 un moyen d'alimentation pour l'air ou le gaz et un moyen de décharge pour le liquide mélangé å l'air ou au gaz , le moyen d'alimentation tangentiel destiné au liquide étant situé à l'endroit où le diamètre de la chambre cyclone est le plus grand et le dispositif est caractérisé par le fait que la paroi de la chambre cyclone, à cet endroit au moins, est pourvue, sur une partie de sa périphérie , de perforations qui communiquent avec le moyen an en air ou en gaz. L'air ou le gaz qui est envoyé sous une pression supérieure la pression du liquide entratné en rotation le long de la paroi intérieure de la chambre cyclone est refoulé à l'intérieur de cette chambre par l'in- termédiaire des perforations de la paroi de cette dernière et, du fait qu'il se trouve d 11 intérieur de cette chambre cyclone il est entratné, en tant que fraction la plus légères par le vortex qui y est créé par le liquide en direction de l'axe cyclonique ou axe de vortex9 l'air ou le gaz étant transformé par frottement en très fines bulles et étant incorporé de façon homogène au liquide par le champ de contraintes de cisaillement engendré. A En donnant lia chambre cyclone une forme conique et en envoyant Xe liquide tangentiellement a l'endroit du diamètre le plus grand de la chambre cyclone , le liquide est entratné en rotation accélérée , gracie å quoi le champ de contraintes de cisaillement se trouve encore intensifié et une incorporation homogènedes fines bulles de gaz dans le liquide est obtenue. Les perforations ménagées dans la paroi de la chambre cyclone peuvent, selon les besoins ,être pratiquées sur la totalité de la périphérie et/ou la totalité de la longueur de la paroi ou sur une partie de cette dernier suivant le degré de saturation voulu et selon que l'on désire produire ôu non de la mousse.. Le mode de réalisation le plus simple est une chambre cyclone conique pourvue d'un moyen de décharge central destiné au liquide mélangé a l'air ou au gaz, ce moyen étant situé à l'endroit où le diamètre est le plus faible C au sommet du cône) . I Si on le désire , dans ce moyen de décharge centrals on peut placer des pales antirotation ou un stator de façon à récupérer la pression pendant que l'on freine la configuration de vortex JU1 mêe endroit également , on peut disposer un moyen de décharge tangentiel qui est alors raccordé , par exemple, à la chambre cyclone par l'intermédiaire d'une chambre annulaire située autour de la chambre cyclone et séparée de l'alimentation en gaz vers la chambre cyclone Dans l'agencement, une partie de la chambre cyclone peut; à cet endroit, être pourvue , sur sa périphérie , d'ouvertures å travers lesquelles le liquide mélangé à l'air ou au gaz peut s'écouler vers l'exté- rieur par l'intermédiaire de la chambre annulaire mentionnée et à travers le moyen de décharge tangentielle. A l'endroit de son plus faible dsasatre , la chambre cyclone peut é@@lement prendre la forme d'un diffuseur auqueL est raccordé alors le moyen servant Décharger Ltangentieilement le liquide mélangé l'air ou au gaz. Un tel mode de réalisation présente l'avantage qu'après l'action cyclonique du liquide sous l'effet de l'air qui y est Injecté, un =41ange supplémentaire a lieu en raison du fait que grace a l'action du diffuseur le vortex an puissance sortant du cyclone est transformé en un écoulement très turbulent Selon le pourcentage d'aération , le degré de saturation ou de moussage du liquide que l'on désire obtenir, il--peut être souhaitable de pourvoir la chambre cyclone d'un second moyen de décharge en vue de la séparation d'un excédent de gaz. Dans ce second moyen de décharge, on peut monter une vanne réglable. Naturellement > les dimensions et les paramètres dimensionnels des mélangeurs cyclones décrits ci-dessus doivent en outre être adaptés å la nature des liquides et des gaz mélanger, aux,rapports des quantités de gaz et de liquide A mélanger ainsi qu'a la finesse requise du mélange. On va maintenant décrire de façon plus détaillée la présente invention en se référant au dessin annexé sur lequel les figures 1 à 5 réprésentent des modes de réalisation de dispositifs conformes à la présente inventiônetteprésentés schématiquement et en coupe longitudinale La fig. 1 représente un mode de réalisation comprenant une chambre cyclone conique 1 d laquelle est raccordéeun conduit 2 d'alimentation tangentielle destinée au liquide devant etre aéré ou gazéifié.Le gaz est refoulé, par l'intenmédiaire d'un conduit 3 d'alimentation en gaz, dans la chambre cyclone à travers des perforations 5 pratiquées sur une partie 4 de la périphérie de la chambre-cyclone , et ce gaz se mélange, de la façon décrite précédemment, avec le liquide qui, le long de la paroi de la chambre cyclone, est entratné en rotation accélérée. Dans le procédé , les bulles de gaz ou d'air antratnées dans la direction de l'axe 6 du cyclone sont atomisées , c'est-a-dire transformées en bulles très fines et mélangées de façon homogène au flux de liquide. Le Le liquide aéré, ou la mousse , quitte la chambre cyclone par un conduit de décharge central 7 dans lequel sont disposées des pales antirôtation qui servent a freiner le. vortex potentiel, grâce b quoi on obtient une récupération de pressiqn et une réduction de la chute de pression affectant le cyclone. La fig. 2 montre un mode de réalisation dans lequel un conduit 9 d'alimentation tangentielle destiné au liquide est présent au côté supérieur de la chambre cyclone 10 et la paroi de la chambre cyclone sur la totalité de sa périphérie et de sa longueur, est pourvue de perforations 11. Dans ce mode de réalisation, le conduit 12 d'alimentation en gaz est raccordé a une chambre annulaire 13 qui est disposée autour de la chambre cyclone et qui est séparée du conduit d'alimentation tangentielle 9 l'air ou le gaz pouvant pénétrer par les perforations dans la chambre cyclone en traversant cette chambre annulaire. Le liquide aéré, ou la mousse , quitte-la chambre cyclone par le conduit de décharge tangentielle-14 Au coté supérieur de la chambre cyclone se trouve un conduit de décharge supplémentaire 15 destiné à l'évacuation de l'excédent de gaz, de ce conduit/décharge étant en outre pourvu d'une vanne réglable 16. La fig. 3 montre un mode de réalisation comportant un conduit 18 d'alimentation tangentielle en liquide et un conduit 19 d'alimentation en air cammunlquant avec les perforations 20 ménagées dans la partie 21 de la paroi de la chambre cyclone. Ici la chambre cyclone 17 est pourvue sur une partie de son caté supérieur et sur sa périphérie d'ousertures22. A travers ces ouvertures 22, la mousse produite dans la chambre cyclone est déchargée radialement vers l'extérieur et quitte la chambre cyclone par la chambre annulaire 23 qui entoure la chambre cyclone puis par le conduit de décharge tangentielle 24 Dans le mode de réalisation de la fig. 4s la paroi de la chambre cyclone pourvue d'un conduit 26 d'alimentation tangentielle comporte sur une partie de son caté inférieur et sur sa périphérie, des perforations 27 et å son cote supérieur et sur sa périphérie d'ouvertures 28 de plus grandes dimensions. Dans cet agencement, la chambre cyclone est entourée d une chambre annulaire 29 qui, grâce a une cloison3O-, -est divisée en une partie annulaire 31 et en une partie annulaire 32. La partie annulaire 31 communique avec le conduit 33 d'air tentation en air et également avec la chambre cyclone par l'intermédiaire des perforations 27* Les ouvertures 28 servent k la sortie du-liquide aéré ou de la mousse qui g par la partie annulaire 32 32,est déchargé tangentiellement å travers le conduit de décharge 34. Dans ce mode de réalisation s un conduit de décharge supplémentaire 35 destine à l'excédent d'air est étalement pourvu dune vanne réglable 36 Enfin, la fig. 5 présente un autre mode de réalisation d'un aérateur cyclone en forme de "sablier". Dans cet agencement, le conduit 37 d'alimentation tangentielle est raccordé d une chambre conique 39 qui, sur la totalité de sa périphérie , est pourvue de perforations 38 et qui, à son coté superieur , se transforme en un diffuseur 40. Le tout est enferme dans une chambre annulaire 41 à laquelle a été raccordé le conduit 42 d1alimentation e;; gaz Ici, le liquide pénétrant dans la chambre cyclone par le conduit d'alimentation 37 est egalement melange au cours de sa rotation accélérée avec l'air injecté par l'intermédiaire des perforations 38 et on obtient ensuite un mélange supplémentaire dans le diffuseur 40 en raison du fait gue, grâce A l'action du diffuseur , le vortex potentiel créé par le cyclone est transformé en un écoulement très turbulent . @ Le liquide aéré ou la mousse est ensuite évacué par linter médiaire du conduit de décharge tangentielle 43 Il est bien entendu que la description qui précède nsa été donnée qu'd titre purement illustratif et non limitatif et quedes variantes ou des modifications peuvent y être apportées sans sortir pour autant du cadre général de la présente invention tel qu'il est défini dans les revendications ci-annexees. REVENDICATIONS 1. Procédé pour introduire de l'air ou un gaz dans un liquide en mouvement caractérisé par le fait que l'on introduit tangen tiellement l'e liquide dans une chambre cyclone conique dans laquelle le liquide est entrains en rotation accéléréepar suite d'un vortex potentiel, de l'air ou du gaz @ant introduit par l'intermédiaire d'une autre alimentation, cet air ou ce gaz étant refoulé en plusieurs endroits radialement depuis l'extérieur a travers la paroi de--ladite chambre cyclone qui est conique et converge depuis l'alimentation tangentielle en liquide en direction de l'élément de décharge-de liquide, l'air ou le gaz, par suite tant du champ de force centrifuge que de la rotation accélérée du liquide dans un vortex potentiel étant soumis, dans ladite chambre cyclone , å champ de contraintes de cisaillesent de façon telle que il air ou le gaz est transformé par frottement en tres fines bulles et est incorpore de façon homogène au liquide 2.Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une chambre cyclone conique pourvue d'au moins un moyen d'alimentation tangentielle de liquide , un doyen d'alimentation d'air ou de gaz et un moyen de décharge pour le liquide mélangé A l'air ou au gaz, le moyen d'alimentation tangentielle précité destiné au liquide se trouvant à l'endroit où le diamètre de la chambre cyclone est le plus grand , la paroi de la chambre cyclone, an moins à cet endroit, étant pourvue, sur une partie de sa périphérie , de perforations qui communiquent avec le moyen d'alimentation ex air bu en gaz. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les perforations destinées à l'alimentation en air ou en gaz en direction de la chambre cyclone sont ménagées dans la paroi de ladite chambre cyclone sensiblement sur la totalité de sa périphérie. 4. Dispositif suivant les revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que le moyen de décharge pour le liquide mélangé à l'air ou au gaz est raccordé tangentiellement b la chambre cyclone 5, Dispositif suivant la revendication 4 , caractérisé par le fait qu'à l'endroit de ce moyen de décharge tangentielle, la paroi de la chambre cyclone est pourvue , sur se périphérie, d'ouvertures qui, par l'intermédiaire d'une chambre annulaire séparée du moyen d'ali tentation en air- ou en gaz vers la chambre cyclone, sont raccordés j ce moyen de décharge. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé par le fait que la chambre cyclqne,å l'endroit où son diamètre est le plus faible, se transforme en un diffuseur auquel on a raccordé le moyen de décharge tangentielle destiné au liquide mélangé A l'air ou au gaz.