Brevet FR2307570A1 — publié le 19761112

L'invention concerne un procédé pour mélanger intimement deux milieux d'état physique identique ou différent, en particulier pour introduire un milieu gazeux dans un milieu liquide, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Le but que poursuit la présente invention est de réaliser l'opération de mélange proprement dite, par exemple de deux liquides, ou d'un liquide et d'un gaz, ou encore d'un liquide et d'une substance solide, par exemple pulvérulente, sans organes mobiles et avec un bon rendement, et de mettre au point pour cela une méthode se distinguant sensiblement du mode de fonctionnement des appareils connus jusqu'à présent pour atteindre ce but, entre autres. Pour introduire un milieu gazeux dans un liquide, par exemple en vue de l'aération d'eaux résiduaires, on utilise notamment des appareils dans lesquels des hélices maintenues flottantes la surface de l'eau projettent vers l'extérieur par centrifugation le volume d'eau aspiré mélangé à de l'air. De tels systèmes fonctionnant par centrifugation sont appliqués également au traitement du purin, pour y favoriser le processus chimique nécessaire avant son épandage sur le pré ou sur le champ. Ces systèmes fonctionnant par centrifugation ont plusieurs inconvénients, en particulier de donner naissance, tant avec de l'eau résiduaire qu'avec du purin, à une formation de mousse très importante, qui oblige même souvent à mettre en oeuvre des appareils supplémentaires pour la fragmentation et l'évacuation de la mousse.D'autres inconvénients se produisant lors du traitement du purin résident dans la perte d'azote considérable, l'insuffisance d'oxydation, le changement de valeur du pH en direction acide et l'absence d'élimination des composés malodorants. De plus, ces appareils connus sont de construction relativement coûteuse et lourde. Un dispositif à fonctionnement centripète, contrairement à celui de ces appareils connus, permet d'éviter les inconvénients précités, de sorte que la formation de mousse est minimale, la perte d'azote très faible, le ph équilibré, l'absorption d'oxygène optimale et la quantité de composés malodorants négligeable. Ces avantages, mentionné ici à titre d'exemples seulement, qu'offre un dispositif à fonctionnement centripète sont le résultat - comme l'exprime ce terme - d'un mode de travail de l'extérieur vers le centre, qui trouve application dans la présente invention. Celle-ci propose donc, pour mélanger intimement deux milieux d'état physique identique ou différent, un procédé qui est caractérisé en ce qu'un premier milieu est dirigé sous pression par le côté dans un tube allant en se rétrécissant, dans l'extrémité fermée la plus large duquel s'engage coaxialement au tube une buse, à travers laquelle, sous l'effet de la pression statique régnant à l'extrémité de la buse et inférieure à la pression externe, un deuxième milieu est aspiré et introduit dans le premier milieu. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisé, conformément à l'invention, par un tube allant en se rétrécissant et fermé à son extrémité la plus large, par une buse s'étendant coaxialement dans le tube à partir de l'extrémité fermée de celui-ci, ainsi que par au moins une conduite d'arrivée, orientée transversalement par rapport à l'axe du tube et débouchant latéralement dans l'espace annulaire qui est délimité par la paroi externe de la buse et par la paroi interne du tube et se rétrécit en direction axiale.Dans une forme de réalisation préférée, la conduite d'arrivée débouche tangentiellement dans l'espace annulaire à l'intérieur du tube. I1 est prévu avantageusement deux conduitesd'arrivée, qui débouchent tangentiellement dans l'espace annulaire vis-avis l'une de l'autre à des emplacements diamétralement opposés et qui possèdent de préférence une section libre différente, de sorte que les vitesses d'écoulement atteintes sont différentes, ce qui conduit à une efficacité encore meilleure à l'intérieur du tube. Afin que le milieu arrivant sous pression soit dévié en direction de l'axe du tube, il est favorable que les conduites d'arrivée soient disposées de manière à faire un certain angle avec un plan perpendiculaire à l'axe du tube et à déboucher ainsi obliquement dans l'espace annulaire. Par suite de la légère inclinaison des conduites d'arrivée débouchant tangentlellement dans le tube, il existe déjà une composante de mouvement en direction de l'axe du tube. Pour un tube disposé verticalement, le liquide se visse en quelque sorte vers le bas sur la paroi du tube. On doit toutefois tenir compte de ce que l'énergie de vitesse est réduite par des pertes de frottement sur la paroi du tube.Or, on a constaté à ce propos que, en ce qui concerne la vitesse d'écoulement et, par suite, le volume passé par unité de temps, on peut obtenir de meilleurs résultats si l'on imprime au milieu, avant même qu'il n'entre dans le tube, un mouvement giratoire, par lequel sont prédéterminés la composante de mouvement en direction de l'axe du tube et le mouvement de rotation pour le milieu continuant à circuler dans le tube vers l'emplacement od débouche la conduite d'arrivée.On atteint ce but en ayant recours à une autre forme de réalisation du dispositif, qui est caractérisée en ce que la conduite amenant le premier milieu sous pression suit, dans le tube se rétrécissant en direction axiale, un parcours hélicoidal autour de l'axe du tube avec un diamètre de spires décroissant en direction axiale et débouche dans le tube à une certaine distance au-dessus de l'ouverture de sortie de la buse amenant le deuxième milieu. En plus des avantages déjà décrits, on a constaté que cet agencement particulier de la conduite d'amenée a d'autres effets favorables, par exemple la disparition de toute perte d'azote lorsque le dispositif est mis en oeuvre pour le traitement de purin. Eu égard à l'importance que présente pour l'agriculture le renvoi dans le sol d'azote fixé à des produits naturels, cela constitue un résultat tout particulièrement favorable. Le tube allant en se rétrécissant est avantageusement façonné de telle manière que le contour de sa paroi présente en coupe longitudinale une forme hyperbolique. A la section la plus étroite du tube fait suite de plus un diffuseur, qui reconvertit l'énergie cinétique en énergie de pression, plonge dans le liquide, pompé à travers le tube de préférence en circuit fermé, et répartit en direction radiale le liquide sortant du diffuseur. Par montage de buses de dimensions différentes, on peut faire varier la dépression qui règle à l'extrémité de la buse et aspire le deuxième milieu à travers la buse. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de formes de réalisation préférées du dispositif selon l'invention, faites en référence aux dessins annexés, dans lesquels La Fig. 1 représente un dispositif en coupe longitudinale suivant la ligne I-I de la Fig. 2; La Fig. 2 est une vue en plan du dispositif selon la Fig. 1; La Fig. 3 représenté un détail de l'embranchement de la conduite d'amenée à échelle plus grande que sur la Fig. 2; La Fig. 4 est une coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation du dispositf avec une seule conduite d'amenée. Le dispositif, représente sur les Fig. 1 à 3 et destiné à mélanger intimement deux milieux d'état physique identique ou différent, comporte un tube 1, qui va en se rétrécissant et dont la paroi est de forme hyperbolique, à l'exception de l'extrémité la plus large du tube, où celui-ci est fermé par une paroi 2. De cette paroi de fermeture part une buse 3, fixée de façon interchangeable dans la paroi et s'engageant dans le tube 1 coaxialement à ce dernier. Deux conduites d'amenée 4 et 5 débouchent tangentiellement dans le tube 1 à son extrémité la plus large, en faisant un certain angle faible, avec le plan perpendiculaire de l'axe du tube, de sorte que le milieu arrivant par les conduites d'amenée entre dans le tube 1 avec une légère inclinaison vers le bas. Le milieu est fourni aux conduites d'amenée 4 et 5 par une pompe non représentée, à travers une conduite d'alimentation 6 de plus grande section et à travers un embranchement 7; à partir de cet embranchement 7, la conduite d'amenée 4 se rétrécit sur un tronçon 8 (Fig. 2 et 3), de telle façon que le milieu a dans cette conduite une vitesse plus grande que le fluide circulant dans la conduite d' amenée 5. Les vitesses différentes créent dans le tube 1 une certaine "bipolarité", qui favorise efficacement l'opération de mélange. L'arrivée tangentielle du milieu à des emplacements diamètralement opposés par la gauche et par la droite selon la Fig. 2 a pour effet d'imprimer au milieu un mouvement giratoire sur son parcours descendant à travers le tube 1, comme l'indique la flèche A terminant la ligne en tirets. En raison du mouvement giratoire, la vitesse linéaire du milieu, ainsi que le nombre de tours, augmentent constamment sur le parcours à travers -le tube se rdtrécis- sant. A l'exttémité inférieure de la buse 3, il règne de ce fait une pression statique inférieure à la pression externe, de sorte qu'un deuxième milieu est aspiré par la buse 3 et mélangé au premier. A l'extrémité inférieure du tube 1 fait suite, à l'emplacement de la section la plus étroite du tube, un diffuseur 9, qui reconvertit l'énergie cinétique en énergie de pression et imprime une composante radiale à la direction de sortie du courant. Le dispositif représenté à la Fig. 4 comporte un tube 1 se rétrécissant en direction axiale, dont la paroi est de forme hyperbolique en coupe longitudinale, exception faite des extrémités slJpFriaure et inférieure, ainsi qu'il a été déjà décrit ci-dessus. Dans la paroi du tube 1 est pratiquée une chambre qui constitue la conduite 10 amenant le liquide devant être traité, conduite qui est orientée en hélice vers le bas le long de la paroi du tube jusqu'à un emplacement de débouché 11, qui se trouve dans le dessin sur la face arrière du tube. Au-dessus du débouché 11 de la conduite d'amenée est placée une paroi intermédiaire 12, qui ferme vers le haut la partie inférieure du tube, dans laquelle le liquide s'écoule vers le bas, de sorte que le tronçon supérieur du tube n'a plus pour mission que de diriger la conduite d'amenée en hélice vers le bas, comme si le liquide circulant dans la conduite suivait le trajet jusqu'au débouché sur une paroi de forme hyperbolique en coupe longitudinale.Le mode de fonctionnement centripète assuré par la forme hyperbolique de la paroi du tube est ainsi maintenu sans interruption du haut en bas du tube. En l'absence du tronçon supérieur du tube, il faudrait par conséquent prévoir une conduite d'amenée libre placée sur une enveloppe hyperbolique en coupe longitudinale et la maintenir centrée d'une manière appropriée quelconque. Le tronçon supérieur du tube a toutefois une autre fonction, à savoir de maintenir dans l'axe du tube la buse 3 servant à l'admission du deuxième milieu. A travers cette buse, de l'air est aspiré par le milieu liquide passant sur l'orifice de sortie. La buse est fixée à l'extrémité supérieure du tube, traverse la paroi intermédiaire 12 et se prolonge à l'intérieur du tronçon inférieur du tube. Le milieu arrivant par les conduites d'amenée 4 et 5 selon les Fig 1 à 3, ou par la conduite d'amenée 10 selon la Fig. 4, peut être un gaz ou un liquide, tandis que le milieu aspiré par la buse 3 peut être un gaz, un liquide, ou une substance solide, par exemple pulvérulente. S'il s'agit d'un liquide dont l'aération demande une aspiration d'air par la buse 3, le tube plonge par son extrémité inférieure dans le liquide pompé en circuit fermé à travers les conduites d'amenée, jusqu'à une ligne située dans la zone B et pouvant être à une distance différente de l'extrémité du tube suivant les besoins. L'opération de mélange peut être effectuée une ou plusieurs fois de cette manière.Le dispositif convient non seulement pour la préparation de mélanges, mais aussi pour l'homoge- néisation et, de façon générale, pour des opérations de gazage, en particulier d'aération, au cours desquelles se déroulent, suivant les milieux en présence, des processus d'oxydation ou de réduction, qui peuvent être influencés ainsi de façon déterminante. Un domaine d'application du dispositif est, par exemple, le traitement de purin, qui est pompé en circuit fermé à travers le dispositif et aéré en même temps. Contrairement aux procédés fonctionnant par centrifugation connus jusqu'à présent pour ce traitement, le dispositif procure des avantages importants, qui résident en particulier dans la formation réduite de mousse entraînant de grandes difficultés avec les procédés conventionnels, dans des pertes minimales d'azote, dans des valeurs d'oxydation suffisantes, dans des pH équilibrés et dans l'absence de composés malodorants. Comparativement aux dispositifs connus jusqu'à présent pour cet usage, le dispositif selon l'invention représente une construction légère et auto porteuse , dont le fonctionnement ne dépend pas de la gravité et qui travaille aussi bien en position oblique et dont le prix de revient est enfin sensiblement inférieur à celui des appareils comparables de type usuel. Dans l'application du dispositif selon la Fig. 4 à l'aération du purin, on a même constaté, en ce qui concerne l'introduction d'air, un accroissement de la teneur en azote. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour mélanger intimement deux milieux d'état physique identique ou différent, en particulier pour introduire un milieu gazeux dans un milieu liquide, caractérisé en ce qu'un premier milieu est dirigé sous pression par le côté dans un tube allant en se rétrécissant, dans l'extrémité fermée la plus large duquel fait saillie coaxialement à -ce tube une buse à travers laquelle, sous l'effet de la pression statique règnant à l'extrémité de la buse et inférieure à la pression externe, un deuxième milieu est aspiré et introduit dans le premier milieu. 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un tube (1) allant en se rétrécissant et fermé à son extrémité la plus large, une buse (3) s'étendant coaxialement dans le tube à partir de l'ex trémité fermée de celui-ci, ainsi qu'au moins une conduite d'arrivée (4,5), orientée transversalement par rapport à l'axe du tube et débouchant latéralement dans l'espace annulaire, qui est délimité par la paroi externe de la buse et par la paroi interne du tube et qui se rétrécit en direction axiale. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la conduite d'arrivée (4,5) débouche tangentiellement dans l'espace annulaire à l'intérieur du tube. 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que deux conduites d'arrivée (4,5) débouchent tangentiellement dans l'espace annulaire vis-à-vis l'une de l'autre à des emplacements diamètralement opposés. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux conduites d'arrivée (4,5) possèdent une section libre différente. 6 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux conduites d'arrivée (4,5) font un certain angle avec un plan perpendiculaire à l'axe du tube, de sorte qu'elles débouchent obliquement dans l'espace annulaire. 7 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube (1) se rétrécissant est muni d'une paroi de forme hyperbolique en coupe longitudinale. 8 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un diffuseur (9) fait suite à la section la plus étroite du tube (1). 9 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la buse (3) est interchangeable. 10 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la conduite (10) amenant le premier milieu sous pression suit dans le tube (1) se rétrécissant en direction axiale un parcours hélicoïdal autour de l'axe du tube avec un diamètre de spires décroissant en direction axiale et débouche dans le tube à une certaine distance au-dessus de l'ouverture de sortie de la buse (3) amenant le deuxième milieu. 11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la conduite d'amenée (10) est disposée sur un tronçon du tube (1) situé au-dessus de son débouché dans le tube et est constituée, de préférence, par une chambre pratiquée dans la paroi du tube. 12 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que, pour un tube (1) se rétrécissant en direction axiale et possèdant une paroi hyperbolique en coupe longitudinale, la conduite d'amenée (10) placée en hélice autour de l'axe du tube se trouve sur une enveloppe de forme hyperbolique en coupe longitudinale. 13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le tube (1) est subdivisé au-dessus du débouché de la conduite d'amenée (10), par une paroi intermédiaire (12) qui entoure en forme d'anneau la buse (3) coaxiale au tube.