Brevet FR2293236A1 — publié le 19760702

La présente invention concerne un procédé de dissolution d'un gaz dans un liquide. Les procédés de ce genre font appel soit b une division d'un gaz dans un liquide, ou inversenent d une dispersion plus ou ricins fine d'un liquide dans un gaz, de façon à augmenter dans les deux cas la surface d'échange gaz-liquide, permettant ainsi d'atteindre rapidement un nouvel état d'équilibre gas-liquide. La division d'un gaz dans un liquide est genéralenent effectuée au moyen de corps poreux ou de létaux frittés tels que des bouchons poreux, forant une partie de la paroi du récipient contenant le liquide, généralement une partie inférieure ou l'extréiité d'un tube d'alinentatioa en gaz plongent dans la nasse liquide On divise ainsi le gaz en un grand nombre de bulles souvent très petites qui, lors de la remontée à la surface du bain liquide, assurent un échange entre le gaz et le liquide. L'inconvénient de cette technique est que le gaz doit bien entendu etre sous une pression élevée qui dépend naturellenent de la profondeur, en dessous du niveau de liquide du bouchon poreux, à laquelle s'effectue le bullage.Il en résulte que cette opération de dissolution est parfois d'un prix prohibitif dans certaines applications. Pour éviter cet inconvénient, on a également propos de placer un bouchon poreux terminant un conduit d'alimentation à l'intérieur d'un courant liquide. Dans cette technique en effet, le courant liquide provoque une sortie du gaz par effet de succion et une brisure en de nombreuses bulles encore plus fine. L'on peut ainsi utiliser des sources de gaz sous pression relativenent faibles, nais par contre cette façon de faire présente l'incon- vénient de permettre des rendements de dissolution relativement faibles.La dispersion du liquide dans un gaz s' effectue généralement en divisant le liquide en fines gouttelettes et en faisant transférer par gravité ces fines gouttelettes dans un milien gazeux constaonent renouvelé. Généralement, le rendement d'échange est relativement faibles bien que les quantités de ga que lton puisse dissoudre sont relativement fortes0 in fait, cette technique est plus particulibrenent adaptée au lavage des gaz net tant en oeuvre de grands débits de gaz pour de faibles débits de liquides. La présente invention concerne un procédé de ce dernier type qui est adapté non plus au lavage de gaz, lais plus particulièrement à la dissolut tion de quantités relativement faibles de gaz dans d'importantes quantités de liquide. Un objet de l'invention est de prévoir un procédé qui met en oeuvre des doyens partieulièreuent sinoples et éconoiiques pernettant dans la plupart des cas d'utiliser l'énergie propre du liquide (une faible hauteur de chute; par exempîe)sans faire appel à une source extérieure d'énergie.Selon l'inventiona dans un procédé de dissolution d'un gaz dans un liquide par transfert descendant dans un milieu gazeux constamment renouvelé d'un liquide subdivisé en une pluralité de veines liquides depuis une zone liquide amont d'alimentation jusqu'à une zone liquide aval de collection, on fait en sorte que la zone liquide amont d'alimentation ait une hauteur de liquide d'an moins 5 cm, et de préférence d'au moins 15 cm, de façon que les veines liquides constituent des jets ayant une vitesse initiale d'au moins 2 va. De façon surprenante, on a constaté que les jets liquides venant frapper la surface supérieure de la zone liquide aval emprisonnent de grandes quantités de gaz et assurent ainsi leur dissolution dans la zone liquide aval. Ce procédé est avantageusement mis en oeuvre avec des débits de gaz de l'ordre de 300 d 1000 fois plus faibles en volume que le débit liquide. Il n'est pas avantageux que le milieu gazeux s'étende sur une hauteur supérieure à 40 cmt car dans ce cas, les jets liquides ont tendance à se déformer et å se disjoindre, en sorte que leur impact sur la zone liquide aval s'effectue avec moins d'effet et que le rendement de dissolution s'en trouve d'autant affaibli. Blen entendu, il est avantageux d'établir une succession verticale de milieux gazeux de dissolution, la zone liquide amont d'un milieu gazeux constituant la zone de collection du milieu gazeux qui le surplombe. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit à titre d'exemple en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente une vue en coupe ver'ticale d'une installation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. En se référant au dessin, on voit que l'installation de dissolution de gaz conforme à l'invention comporte une colonne de dissolution i, avec des plateaux perforés 2, 2' (ici en nombre de deux). Un conduit d'alimentation en gaz 3 s'engage dans la colonne de dissolution 1 jusqu' venir déboucher en 4 dans une partie centrale située en dessous du plateau inférieur 2*. Une pluralité de tubes de soutirage 5 réunis en un conduit axial 6 prennent naissance à une certaine profondeur en dessous du plateau 2', tandis que le conduit 6 débouche centralement en 7 on dessous du plateau supérieur 2 ; en regard du débouché 7 du tube 6 et répartie circonférentiellement dans la colonne 1 est ménagée une série d'ouvertures latérales 8.En dessous de ces ouvertures 8 est prévue une ouverture 9 formant déversoir liquide, cette ouverture 9 étant fermée par un cache 10 en forme de botte ouverte vers le bas en dessous de l'ouverture 9. Une goulotte d'amenée d'eau 11 est prévue au sommet de la colonne 1 et 2, tandis qu'un orifice d'évacuation 12 est ménagé au bas de la colonne t. On forme ainsi une zone liquide 13 à un niveau 1 situé A une hauteur h1 au dessus du plateau perforé 2. Du liquide s'échappe sous forme de jets 14 de ce plateau 2 et vient constituer, au dessus du plateau 2', une zone liquide de collection 15 s'étendant à un niveau N2 situé à une hauteur h2 au dessus de ce plateau 2'. De la même façon, du liquide sous forme de jets 16 s'échappe en dessous du plateau perforé 2' pour constituer une zone liquide inférieure ou aval 17 située à un niveau > qui alimente la nasse liquide d'utilisation 18 ayant un niveau J situé à une hauteur H au dessus du sol. Simultanément, du gaz, par exemple de l'oxygène, sous faible pression est introduit par le conduit 3 et s'échappe en 4 dans la zone 20 comprise entre le plateau 22 et la surface liquide > . Ce gaz se transfère ensuite radialenent vers l'extérieur selon les flèches f3 vers les débouchés inférieurs des tubes 5, et de là s'échappe centralement dans le milieu gazeux 21 constitué entre la surface liquide N2 et le plateau 2.Ce gaz s'échappe également ici radialement selon les flèches f2 vers les orifices d'évacuation 8. Au cours de l'opération, le niveau N, est maintenu à une hauteur minimale h1 au soins égale à 5 ci et de préférence au soins égale à 15 cas Le niveau lui est fixé par le déversoir 9, tandis que le niveau > est lui-même maintenu à une valeur nemi-le par les conduits 5 dont le débouché est obturé lorsque le niveau > tend à s'élever, évitant ainsi l'évacuation du gaz situé dans le d lieu gazeux. On notera toutefois que ces hauteurs de liquide h1, h2 ont été Maintenues à des valeurs différentes car il est bien évident que le niveau N doit entre supérieur au niveau h1 d'une valeur qui correspond à la différence des niveaux# H entre le niveau X et le niveau L'expérience entre que ce dispositif et le procédé qu'il met en oeuvre sont particulièrement efficaces pour dissoudra rapidement un gaz dans un liquide, notamment de l'oxygène dans de l'eau. A titre d1 exemple, le dispositif tel que décrit colporte des plateaux perforés 2 et 2' espacés de 30 ci et permettant de laisser passer un débit de 40 m3/h d'eau avec une perte de charge de 20 ci d'eau. Cette porte de charge assure aux jets sortant des plateaux perforés une vitesse de 2 8. Concrètement, les plateaux perforés sont pourvus d'orifices circulaires ayant tous un diamètre de 4 mi et distants de 15 e d'axe en axe La phase gazeuse située dans les milieux gazeux 20 et 21 a une hauteur constante de 10 car Avec un tel dispositif, on a obtenu les résultats suivants s ! 1 ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 6 ! 7 ! 8 ! ~~~~~~~~~~!~~~~~~~~~!~~~~~~~~~!~~~~~~~~~~!~~~~~~~~~~~!~~~~~~~~~~!~~~~~~~~~~!~~~~~~~~~~~!~~~~~~~~~~! I Débit d'eau! 2,850 ! 2,820 ! 2,860 ! 42 ! 42 I 42 ! 37 1 37 ! ! m3%h ! Débit d'O2 ! 5 ! 10 i 30 1 75 ! 128 ! 290 ! 128 I 500 g 1/h ! Tempér. de ! 19,75 ! 19,75 ! 19,75! 12,5 ! 15,5 1 12,5 ! 15,5 1 15,5 1 ! l'eau C 102 lentrée! 4,04 ! 4,04 ! 2,62! 6,82 1 6,47 ! 5,60 I 5,41 r 4,83 3 ! dis-! 1 r 1 I r r 1 !~~~~~~~~~! ! sous ! sortie! 6,14 ! 8,11 ! 14,22 ! 9,06 ! 10,34 ! 13,24 ! 9,08 ! 16,19 ! ! g/m3 !~~~~~~~!~~~~~~!~~~~~~!~~~~~~~!~~~~~~!~~~~~~~!~~~~~~~!~~~~~~!~~~~~~~! ! A en mg/l ! 2,1 t 4,07 I 11,6 ! 2,24 t 3,8 ! 7,64 r 3,67 ! 11,36 ! ~~~!~~~~~!~~~~!~~~~~~!~~~~~~!~~~~~~~!~~~~~~!~~~~~~~!~~~~~~~!~~~~~~!~~~~~~~ !Rendement enl 83,5 ! 81 ! 77,5 1 88 1 87,7 ! 77,7 I 74,5 1 60 ! % Re ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !(avec f02 # 1,427) ! r I r ! ! I I ! en % ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Q 02 x 100 ! 0,176 !0,355 ! 1,05 ! 0,18 ! 0,30 ! 0,69 ! 0,345 ! 1,35 ! Q H2O dans lequel s Re = Q H2O x A x 100 Q 02 x 02 Q H20 est le débit d'eau en m3/h Q 02 est le débit d'oxygène en Nm3/h p 02 masse volumique de 02 en A - la teneur différentielle en oxygène dissous mesurée en entre l'entrée et la sortie du dispositif. Le procédé qui vient d'être décrit trouve son utilisation préférentielle pour le traitement des eaux naturelles et notamment pour leur oxygénation soit en traitant la totalité d'un débit d'un cours d'eau ayant à ltendroit de traitement une chute d'eau convenable, soit en traitant une partie du débit d'eau que l'on mélange ensuite avec une eau plus pauvre en oxygène. Ce traitement est particulièrement conseillé pour les eaux de pisciculture mais il peut s'appliquer également aux eaux résiduaires et aux fermenteurs. REVENDICARIGNS 1. - Procédé de dissolution d'un gaz dans un liquide par transfert descendant continu, au travers d'un milieu gazeux constazment renouvelé, d'un liquide subdivisé en une pluralité de veines liquides issues d'une masse liquide amont et reçues par une masse liquide aval, caractérisé en ce que l'écoulement du liquide s'effectue exclusiveitent sous l'action de la gravité, sans l'intervention d'aucun moyen mécanique. 2. - Procédé de dissolution selon la revendication 1 du genre oh l'on forae une pluralité de masses liquides étagées verticalement et formant entre elles des milieux gazeux, caractérisé en ce que le renouvellesent constant des milieux gazeux s'effectue par circulation gazeuse d'un milieu gazeux inférieur vers un milieu gazeux imédiatement supérieur. 3. - Procédé de dissolution selon la revendication 1 caractérisé en ce que le débit de gaz est de l'ordre de 1/1000 à 3/700 en volume du débit de liquide. 4. - Procédé de dissolution selon la revendication 1 caractérisé en ce que le milieu gazeux s'étend sur une hauteur au plus égale à 40 cm. 5. - Procédé de dissolution selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la dissolution d'oxygène dans de l'eau. 6. - Dispositif de dissolution d'un gaz dans un liquide, du genre coo- prenant une colonne équipée de plateaux perforés, un moyen d'alimentation en liquide au sommet de ladite colonne et un moyen de soutirage en liquide en bas de ladite colonne, une conduite d'alimentation en gaz débouchant en dessous du plateau le plus inférieur et une conduite de transfert gazeux s'étendant depuis une zone en dessous d'un plateau jusqu'à une zone située en dessous d'un plateau immédiatement supérieur, caractérisé en ce que l'orifice de soutirage dans un milieu gazeux est situé à distance en dessous du plateau perforé correspondant.