Brevet FR2302131A1 — publié le 19760924

Dans le domaine du genie chimique, on est souvent amene a mettre en contact intime un liquide et un gaz. Les dispositifs existants sont de plusieurs types, notamment des assemblages de parois perforees comportant des trous d'où le gaz s'schappe vers le liquide, des parois localement poreuses ou des agitateurs et mélangeurs mecaniaues. Ces dispositifs ne fonctionnent bien que pour des taux de vide (rapport entre le volume de gaz et le volume total gaz-liquide du milieu considère variant peu et aux faibles debits de gaz. On observe une très mauvaise repartition de l'injection aux forts débits, qui se fait alors selon de véritables jets de gaz qui forment de larges poches gazeuses en diminuant la surface specifique de contact. De plus, les dispositifs mecaniques ont de leur c#te un très mauvais rendement énergetique. La presente invention a pour objet un dispositif permettant une grande uniformite d'injection de bulles de diamètre desire, applicable a de nombreux procedes industriels, en particulier dans le domaine de la fermentation, des réactions chimiques, de l'oxygenation d'etendues d'eau en vue de lutte contre la pollution et du contrôle biologique de la demande en oxvène. On peut aussi, au nioyen de ce dispositif, realiser la modification physique d'un milieu et plus particulièrement modifier ses proprietes acoustiques. Le dispositif selon l'invention est constitué par un organe d'alimentation en gaz dont au moins une partie des parois baignent dans le liquide n l'endroit o doit s'effectuer l'injection dudit gaz et le long desquelles sont branches des tubes de faible diamètre interne, inférieur a 2 mm et de longueur au moins 20 fois celle dudit diamètre, le gaz s'echappant sous forme de bulles de leurs extremitPs libres dans le liquide, ces extrémités etant telles qu'elles peuvent être animees d'un leger mouvement sous l'influence de l'injection du gaz dans le liquide et des courants provoques par cette injection. Lors de la formation des bulles, au moment de leur emission n l'extremite du tube, les bulles grossissent pour atteindre un diamètre legèrement superieur a celui du diamètre exterieur du tube. Dans ces conditions, le choix du diamètre interieur et du diamètre exterieur des tubes intervient pour determiner le diamètre des bulles emises. De preference, les tubes auront un diamètre interne variant entre 0,05 et 0,1 mn un diamètre externe de l'ordre de 0,3 d 0,5 mn et une longueur d'environ 5 cm. Le choix de l'emplacement des tubes permet d'obtenir une bonne repartition dans l'espace, et la valeur du debit d'injection permet de realiser le nombre de bulles voulues. On peut en particulier obtenir des taux de vide très faibles, le dispositif gardant une grande stabilite d'injection aux faibles débits. La perte de charge du système etant faible, son rendement énergétique est particulièrement bon. Le mouvement des extrémités libres des tubes, qui se produit sous l'effet d'injection du gaz, favorise le détachement régulier des bulles et empêche le colmatage et l'adherence de particules parasites. De plus, les tubes peuvent être réalisés en une matière comportant des agents dits "antifouling", ##est-a-dire des adents empêchant le développement d'algues et micro organismes, ce qui présente un interêt pour l'utilisation du dispositif en milieu marin. De nombreuses dispositions de réalisation du dispositif selon l'invention peuvent être envisagées ; en particulier, les tubes peuvent être montés sur la paroi d'un conduit d'alimentation en gaz immergé horizontalement è une profondeur déterminée, la section de ce conduit pouvant être aplatie pour permettre son stockage par enroulement et faciliter ainsi la mise en oeuvre et le transport du dispositif. Des systèmes d'ancrage peuvent être prévus sur ce conduit. Le conduit d'alimentation en gaz peut être forme par une chambre accolée à la paroi d'une enceinte contenant le liquide dans lequel on désire faire l'injection. Selon une autre variante, le dispositif selon l'invention peut être constitué par un conduit annulaire d'alimentation en gaz, comportant sur sa paroi interne les tubes d'injection de gaz, et à l'intérieur duquel circule le liquide a traiter. On peut aussi prévoir des formes variées de l'extrémité libre des tubes, par exemple une extrémité coudée qui provoquerait des mouvements de cette extrémité favorisant le détachement uniforme des bulles. Les tubes d'injection de gaz peuvent être souples. On peut admettre des tubes rigides, n condition de les munir d'un dispositif de fixation élastique sur la paroi du conduit d'alimentation, de façon que dans ce cas, comme dans le prece- dent, l'extrémité soit libre de prendre un léger mouvement sous l'influence de l'injection du gaz ou des courants produits par cette injection. Ci-après, a titre d'exemples, plusieurs formes de rélisation du dispositif selon l'invention en référence aux figures annexées. - La figure I est une vue schématique, en coupe verticale, d'un dispositif d'injection de gaz. - La figure 2 est une vue en élévation d'un dispositif d'injection en place dans une étendue d'eau. - La figure 3 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du dispositif. - La figure 4 est use vue en coupe verticale d'une variante de réalisation du dispositif. - La figure 5 est une vue en coupe verticale d'une variante de réalisation du dispositif - La figure 6 est une vue en coupe verticale d'une forme de réalisation des tuhes d'injection de gaz. - La figure 7 est une vue en coupe verticale d'une autre forme de réalisation des tubes d'injection de gaz. On voit sur la figure 1 un conduit en gaz d'alimentation immerger dans une étendue de liquide 2 que l'on désire mettre en contact intime avec ledit gaz, ce conduit comportant, sur sa périphérie, des tubes souples 3 de faible diamètre intérieur, par exemple de 0,05 mm, d'un diamètre extérieur de 0,3 mn et d'une longueur d'environ 5 cm. Le gaz arrive sous une pression prédéterminée dans le conduit 1 selon la flèche 1, et s'échappe dans le liquide 2 par les extrémités 18 des tubes souples 3, lesquelles extrémités 18 prennent un léger mouvement sous l'effet de cet échappement de gaz et des courants qu'il produit dans le liquide, ce mouvement étant d'une part favorable a l'émission du gaz sous forme de bulles 4 avec le détachement régulier des bulles, et empêchant d'autre part le colmatage et l'adhe- rence de particules parasites sur lesdites extrémités. La bonne répartition des bulles dans l'espace sera faite par le choix de l'caplacement des tubes 3, le diamètre des bulles sera déterminé par le diamètre interne des tubes 3, et le nombre de bulles sera contrôle par le débit d'injection du gaz. La figure 2 montre une forme de réalisation du dispositif pour l'aération d'un lac a une certaine profondeur, selon laquelle un conduit rigide 1 d'alimentation en gaz, avec ses tubes 3 d'injection, est suspendu a la profondeur voulue au moyen de câbles 5 ancrés sur le fond 6 à l'aide de masses de lestage 7 et soutenu au moyen de flotteurs 8. La figure 3 montre une variante de réalisation du dispositif où le conduit I est souple, et présente une section aplatie de façon à permettre son enroulement en vue de faciliter son stockage, son transport et sa mise en place. Des anneaux d'ancrage 9 sur un câble 19 peuvent alors être prévus sur le conduit 1, ce câble pouvant être immergé à une profondeur déterminée, ou être posé sur le fond 6. La figure 4 montre une variante dans laquelle on fait l'injectionde bulles dans un liquide 2 contenu dans un bassin 10, le conduit d'alimentation en gaz étant constitué par une chambre 11 accolée au fond du bassin et comportant les tubes souples 3 produisant l'émission de bulles 4 dans le liquide 2 du bassin, la chambre 11 étant alimentée en gaz a une pression prédéterminée par une conduite 12. Dans la forme de réalisation de la figure 5, le liquide 2 circule dans une canalisation 13 suivant la flèche Fl et le gaz est amené aux tubes souples 3 d'émission de bulles 4 au moyen d'une chambre annulaire 14 alimentée au moyen d'une tubulure 15. On peut donner R l'extrémité des tubes 3 une forme coudée 16 telle que montrée dans la figure 6 afin de provoquer des mouvements plus accentués de cette extrémité sous l'effet de l'émission des bulles 4 pour favoriser au maximum le détachement uniforme desdites bulles. La figure 7 montre une variante dans la forme de réalisation des tubes 3, où ceux-ci sont rigides, mais sont alors incorporés dans la paroi du conduit 1 au moyen d'un élément élastique 17 permettant le libre déplacement de leurs extrémités 18 sous l'effet de l'émission des bulles 4. REVENDICATIONS il Dispositif d'injection d'un gaz dans un liquide, caractérisé en ce qu'il est constitué par un organe (I) d'alimentation en gaz dont au moins une partie des parois baigne dans le liquide (2) a ltendroit o doit s'effectuer l'injection dudit gaz, des tubes (3) de faible diamètre interne, inférieur a 2 mm, et de longueur au moins 20 fois celle dudit diamètre, étant branchés le long desdites parois, le gaz s'échappant sous forme de bulles de leurs extrémités libres (18) dans le liquide, ces extrémités étant telles qu'elles peuvent etre animées d'un léger mouvement sous l'influence de l'injection du gaz dans le liquide et des courants provoqués par cette injection. 2/ Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que l'organe d'alimen- tation en gaz est constitué par un conduit (I) dont toutes les parois baignent dans le liquide. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'alimentation en gaz est constitué par une chambre (11)-(14) dont une partie des parois baigne dans le liquide. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes (3) sont souples. 51 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes (3) sont rigides et sont montés sur les parois de l'organe d'alimentation au moyen d'un élément élastique (17). 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité (16) des# tubes (3) est coudée. 7/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit (1) est rigide. 8/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit (1) est souple et comporte une section transversale aplatie, les tubes (3) étant fixés sur une extrémité mince de cette section, des dispositifs d'ancrage (9) étant fixés sur l'autre extrémité.