Brevet FR2355554A1 — publié le 19780120

La présente invention a pour obJet un procédé et un dispositif pour introduire une population de bulles dans un récipientspar exemple un appareil de flottation de matières pulverulentes ou colloldales en suspension dans l'eau d'un réservoir. On connalt des dispositifs tels que les machines à injection drain li- bre (air lift columns), des machines å injection d'air tamise, des machines à agitation mécanique.Un inconvénient majeur de ces dispositifs est qu'on ne peut pas se rendre maître du diamètre des bulles de flottation: dans les système à injection d'air, on forme une population hétérogène de bulles dont la majeure partie a un diamètre d'au moins 1 mm. Dans les machines à agitation mécanique , cet inconvenient est aggravé par le fait que l'agitation est en elle-même de- favorable au processus de flottation. On connalt également des procédes,tels que celui décrit dans la demande de brevet français n 2 248 o86 qui consiste inJecter dans un bain de flotta- tion de l'eau saturée d'air sous pression par l'intermédiaire de buses réalisant une détente très rapide au sein du bain de flottation,provoquant ainsi la désorption de l'air sature sous forme de bulles.Ces bulles sont de dimensions micro- niquesa donc trop fines en général pour l'usage prévu Ce dernier procédé, en outre, nécessite un apareillage lourd et relativement complexe. De plus, l'in- troduction de l'eau à grande vitesse dans le bain provoque la destruction par- tielle des flocs , enfin, il peut arriver accidentellement que l'air en excès soit véhiculé vers le bain en même temps que l'eau saturez. Des précautions doivent être prises pour éviter cette situation, car dans ce cas, la désorption de l'eau en solution se fait dans des bulles d'air d'origine mécanique et donne lieu à la production de bulles de flottation de.mauvaise qualité. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de production de bulles qui ne présentent pas ces inconvenients et,en particulier,qui fournissent à un bain de flottation un système de bulles de diamètre inférieur à 100 microns,et sans provoquer dans le baIn de remous destructeur de "flocs",ou ag glomerats instables de particules, et ce avec un appareillage simple et conson- mant peu d'énergie. Dans le procédé selon l'invention, on forme, dans un premier temps, une émulsion dont la "fraction de vide" (rapport du volume gazeux au volume total) est très supérieure d la fraction de vide finale recherchée, dans un canal immergé dans le bassin, puis,dans un deuxième temps,on laisse échapper cette e- mulsion de façon à provoquer, d'une part,un débit d'eau induit dans la partie adjacente au jet d'émulsion et,d'autre part, à dévier ce jet complexe d'émulsion et d'eau entra mee sur un déflecteur qui ltenvoie dans un plan horizontal,selon un trajet incurvé, de telle façon que les gradients de pression ainsi crées par la courbure du trajet provoquent une migration des bulles depuis la partie du jet emulsionnEe vers le jet d'eau déflécté dont la vitesse décroît graduellement par frottement, de sorte qu'à partir d'une vitesse horizontale du jet suffisamment basse la vitesse d'ascension des bulles l'emporte. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention com prend : - un émulseur, qui peut être de type connu, dans lequel on introduit de l'eau et de l'air dans des conditions convenables pour former une émulsion; - unetuyerefaisant suite à l'émulseur et débouchant dans le récipient rempli d'eau et dans lequel on désire introduire les bulles --un déflecteur fixe, place audébouché de la tuyère et recevant le jet d'émulsion transmis par celle-ci à vitesse convenable, et de préférence dirige de haut en bas, le déflecteur changeant la direction du jet sanss le briser et, de préférence, le transformant en une nappe horizontale. L'invention va être expliquez plus en détail en se référant aux figures jointes, parmi lesquelles : fig. 1 est un schéma d'ensemble, en coupe verticalewd'un exemple de dispositif selon l'inventinn fig. 2 est une vue partielle d'une variante de ce dispositif; Le dispositif objet de la fig. 1 comprend un émulseur 1, de type connu et dans lequel est envoyee de l'eau par une canalisation verticale 2 alimentée par une Pompe 3, et de l'air par une canalisation 4 débouchant périphériauement à la précédente.Une tuyère 5 est disposée sous l'emulseur, dans l'axe de la canalisation 2. L'ensemble de l'émulseur de la tuyère est immergé dans l'eau à traiter du bac 6. Sous la tuyère 5, est disposé un déflecteur 7 dont la face supérieurs est une surface de révolution dont l'axe vertical coïncide avec l'axe de la tuyère 5, et qui présente une partie pointue au centre et des surfaces arrondies pour dévier le jet provenant de la tuyère jusqu'à lui donner une direction sensiblement horizontale. Le jet d'émulsion s'échappant de la tuyère 6 entraîne à sa périphérie un débit d'eau induit; ce jet composite d'émulsion et d'eau est dévie dans un plan horizontal par le déflecteur 7; au cours du changement de direction du aet les vesiculesgazeusesde L'émulsion ont un mouvement propre sous l'effet des gradients de pression par rapport au liquide tel qu'ils se dirigent depuis les régions des lignes de courant à grand rayon de courbure vers les région des lignes de courant à faible rayon de courbure; ; ees vésicules gazeuses migrent donc vers le jet induit; il en résulte un effet de dilution des bulles. Le jet d'é mulsion résultant s'échappe ensuite suivant une nappe horizontale qui occupe la base du réservoir, et dont la vitesse decrolt progressivement sous l'effet du frottement; la vitesse d'ascension des bulles ltemporte à partir d'une certaine distance, et les bulles montent vers la surface libre. Par ce proeedé,on est parvenu d introduire un flux de fines burges en ascension verticale dans l'eau calme du réservoir, à partir du gaz introduit au niveau d'une émulsion gaz-liquide, structure d'écoulement diphasique qui ne peut exister qu'en mouvement. Dans un exemple typique de réalisation destiné au traitement par flottation des eaux résiduaires de papeterieS le tube 6 avait un diamètre de Ó mm, l'air était aspiré à la pression atmosphérique, l'ensemble émulseur-tuyère était immergé sous un mètre dreau, l'eau était pompée à 0,3 bar relatif la raction de vide réalisée dans la tuyère était de 0,06, le diamètre des bulles était inférieur à 1/10 de milimètre et la fraction de vide dans l'eau du bassin était in ferieure à Q,O1 . Il convient de noter à ce propos que les dimensions des différentes parties de l'appareillage ne sont pas indifférentes au résultat obtenu, comme on peut sty attendre en se souvenant que la création d'une émulsion met en jeu des phénomènes capillaires. Par exemple, si, dans le dispositif précédent, on porte le diamètre de la tuyère 5 à 12 mm, au lieu de 6 mm, on observe une augmentation indésirée de la turbulence, avec tendance à la formation de vortex. En règle générale, le reniement énergétique augmente si le diamètre de la tuyère diminue, mais il est évident que le débit total diminue et que des risques de bouchage peuvent appa- reître au dessous d'une limite qui dépend des impuretés contenues dans le liquide. Pour obtenir des débits importants, on peut multiplier le noMbre de dispositifs analogues, chacun étant aux dimensions optimales, cornpte-tenu du problème posé. Un autre mode de réalisation, dans ce casJpeut comporter une tuyère 5 de forme tubulaire, la dimensinn du passage entre parois intérieure et extérieu- re correspondant à la dimension optimale. On a représenté fig. 2 une réalisation de ce type, dans laquelle la paroi intérieure de la tuyère 5 est constituee par la partie axiale du déflecteur 7. L'émulseur 1 est alors construit de façon inversée par rapport à l'exemple de la fig. 2, l'amenée d'air 4 étant centrale et l'arrivée d'eau 2 étant périphérique. D'autres variantes sont évidemment possibles sans sortir du cadre de l'invention; par exemple, l'émulseur peut être extérieur au bac, et le déflecteur peut être solidaire du fond du bac ou avoir une autre forme que celle qui a été indiquée, ltessentiel étant qu'il imprime au jet d'émulsion un trajet présentant une courbure convenablement accusée. I1 est également possible d'agir sur la dimension des bulles et leur dilution en introduisant en amont de l'émulsuer un agent susceptible de modifier la tension superficielle. Cet agent peut être choisi pour avoir aussi une influence sur les phénomènes ultérieurs de flottation ou de traitement. Bien entendu, également, quoiqu'an ait employé pour plus de simplicité les mots "eau" et "air", le procédé et le dispositif conviennent également pour d'autres liquides et d'autres gaz. REVENDICATIONS 1. Procédé pour introduire des bulles gazeuses dans le liquide d'un récipient, par exemple en vue de flottation, dans lequel, dans un premier temps, on forme, dans un conduit immergé dans le bassin, une émulsion dont la fraction de vide est très supérieure à la fraction de vide finale recherchée puis, dans un deuxième temps on fait échapper cette émulsion de fanon à provoquer un débit de liquide induit dans la partie adjacente au jet d'émulsion, caractérisé en ce qu'on fait parcourtr ledit conduit par émulsion à vitesse sensiblement constante et en ce qu'on la dévie après la sortie dudit conduit en lui imposant un trajet curviligne approximativement à la même vitesse, de telle façon que les gradients de pression ainsi créés par la courbure du trajet provoquent une migration das bulles depuis la partie du Jet émulsionnée vers le liquide. 2. Proeédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour agir sur la dimension des bulles et leur dilution, on introduit dans le liquide, en amont de ltémulseur} un agent suseep- tible de modifier la tension superficielle, ). Dispositif pour la formation de bulles gazeuses dans un bassin par un procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, et comprenant un émulseur 1 destine à une émulsion avec de l'air entrant par un conduit 4 et du liquide arrivant sous pression par une eanalisation 2, un conduit 5 suivant l'émulseur et plongé dans le récipient 6, et un déflecteur 7 solidaire du conduit 5, carac- térisé en ce que ledit conduit est a section sensiblement constante et en ce que ledit déflecteur est situé å une distanee de l'extré- mite dudit conduit suffisante pour ne pas modifier la section de passage et pour provoquer un changement de direction du jet d'émulsion après que eelui-ci a commencé à entrainer le liquide du~réci- pient. 4. Dispositif selon la revendication ), caractérisé en ce que ltémulseur est placé au-dessous du niveau du liquide dans le récipient , et-en ce qu'il comprend des moyens pour empêcher : L'accès du liquide du récipient dans led-it émulseur. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le conduit est de forme annulaire.