Brevet FR2390989A1 — publié le 19781215

La présente invention a trait aux installations de traitement de liquides, ainsi qu'aux procédés de conduite de celles-ci. On connaît divers appareils pour l'application de procédés de transfert de masse a deux phases gaz-liquide, destinés par exemple à la clarification biologique des eaux usées par introduction d'oxygène de l'air. Dans certai#typesd'installations, l'on utilise des hélices tournantes dont les zones d'aspiration se trouvent juste au-dessous de la surface du liquide, et qui augmentent l'interphase par la création de gouttelettes projetées dans la phase gazeuse. D'autres appareils déterminent la formation de bulles de gaz dans le liquide et réalisent ainsi l'augmentation de l'interphase par pompage du gaz comprimé a l'intérieur du liquide a travers différentes sortes de diffuseurs (par exemple, des chicanes, etc.. des tuiles poreuses, des tubes perforés, etc...). L'efficacité du procédé par transfert de masse est essentiellement commandée par deux paramètres, savoir le temps de contact et la surface de l'interphaset les autres leur étant équivalents. Dans les procédés par gaz comprimé, le temps de contact peut entre prolongé par augmentation de la profondeur d'immersion du diffuseur dans le liquide. La surface de l'interphase est elle-même susceptible d'etre augmentée si l'on réduit les dimensions des portes ou des trous dans de tels diffuseurs. Toutefois l'un et l'autre moyen élèvent bien plus la consommation d'énergie que le transfert de masse. On n'améliore donc pas le rendement du procédé. Un autre inconvénient inhérent a la réduction des dimensions des pores ou des trous du diffuseur est qu'on accroit le risque de leur obturation par des corps étrangers. L'invention a pour objet de réaliser un appareil de construction simple qui augmente le temps de contact et la surface d'interphase dans une plus large mesure que l'énergie consommée. Selon une caractéristique de l'invention, une installation de traitement pour l'application du procédé par transfert de masse à deux phases gaz-liquide, comprend un réservoir à liquide propre à renfermer un certain volume de gaz au-dessus dé la surface du liquide considéré, une pompe de circulation prélevant le liquide à partir dudit réservoir, un injecteur à liquide disposé en aval de la pompe, cet injecteur comportant de son coté une tuyère dans le débouché de laquelle peut passer le liquide provenant de ladite pompe, une entrée à travers laquelle le gaz peut être aspiré en suite du passage du liquide dans le débouché précité et une sortie disposée axialement à une certaine distance dudit débouché, un tube de mélange qui s'étend entre cette sortie et un point du fond du réservoir, et un déflecteur propre à orienter le courant gazliquide du tube suivant une direction transversale à l'axe de celuici, la section de la partie de la sortie de l'injecteur voisine du débouché de la tuyère représentant 1,05 à 1,4 fois la section de ce débouché, tandis que la section dudit tube de mélange se situe entre quatre et onze fois celle du débouché précité. Suivant une autre caractéristique de l'invention un procédé pour la conduite d'une installation telle que définie ci-dessus consiste à maintenir la pression hydraulique de la pompe de circulation entre 17 et 30 % de la profondeur d'immersion de l'extrémité du tube de mélange au-dessous de la surface du liquide dans le reservoir. On comprend que le terme "pression hydraulique" correspond à la hauteur à laquelle la pompe de circulation peut refouler le liquide pompé. L'invention se caractérise encore par le fait que le procédé ci-dessus consiste en outre à maintenir la pression hydraulique de la pompe de circulation à environ 0,7 et 1,4 m du liquide pompé. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, dans un procédé comme ci-dessus l'on maintient le niveau du liquide dans le réservoir à une hauteur telle qu'il se trouve au plus à 10 diamètres du débouché de la tuyère ou à 20 diamètres de ce débouché, respectivement au-dessus ou au-dessous du centre de ce dernier. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe d'une installation de traitement de liquide suivant l'invention. Fig. 2 représente en coupe un injecteur et le tube ou passage de mélange quton peut trouver en fig. 1. En fig. 1 on a représenté un réservoir 10 ouvert dans le haut et de section générale trapézoidale. Ce réservoir comporte un déversoir 11 de façon qu'en service le liquide y soit maintenu à un niveau constant. Dans ce réservoir se trouve un pied support avec une conduite d'amenée 12 qui aboutit à une pompe centrifuge 14 à faible pression de refoulement. La tubulure de sortie 15 de cette pompe 14 est reliée par un collecteur 18 aux tuyères 17 d'une série d'injecteurs à liquide 18. On a montré en fig. 2 le détail de l'un de ces injecteuril8. Celui-ci comporte une tuyère dont le débouché circulaire 19 se trouve dans le prolongement axial et à une certaine distance de la sortie 20 de l'injecteur considéré. Cette sortie 20 comprend une partie 21 formant chambre de mélange cylindrique adjacente au débouché 19, ainsi qu'une autre partie ou zone de diffusion 22, laquelle peut être tronconique. La section A2 de la chambre 21 varie entre 1,05 et 1,4 fois celle A1 du débouché 19. Cependant dans une forme de réalisation préférée, le rapport A2/A1 est de 1,2. Dans d'autres modes d'exécution, la section de la chambre 21 est non circulaire et/ou non constante. Dans ce cas, la section minimale de la zone 21 est considérée comme constituant la surface A2 et se situe comme indiqué ci-dessus, entre 1,05 et 1,4 fois celle A1, préférablement à 1,2 fois Ai. Une entrée de gaz 26 destinée à l'injecteur 18 communique avec l'espace ménagé entre le débouché 19 de la tuyère et la chambre de mélange 21, de telle sorte que le liquide traversant ladite tuyère aspire le gaz à la façon connue à travers l'entrée 26 et l'entrain dans le liquide qui se dirige vers la sortie 20. Un tube de mélange vertical 23 disposé axialement par rapport à la sortie 20 à laquelle il est relié, se prolonge jusqu'en un point voisin du fond du réservoir 10. La section A3 de l'alésage du tube 23 se situe entre 4 et 11 fois celle A1 du débouché 19 de la tuyère. Dans les réalisations préférées elle est égale à 6 à 9 fois A1' Suivant une forme d'exécution avantageuse cette section A3est égale à 7,4 fois A1. Un déflecteur 24 est placé dans l'alignement du tube de mélan- ge 23 de façon à orienter le courant gaz-liquide sortant de celuici suivant une direction radiale horizontale le long du fond du reservoir. Dans la forme de réalisation représentée, les débouchés 19 des tuyères se trouvent dans des plans substantiellement horizontaux. Ceux-ci sont disposés, par rapport au déversoir 11, de telle sorte que les centres respectifs des débouchés 19 se situent à moins de 20 diamètres desdits débouchés, ou à moins de 10 diamètres respectivement au-dessus ou au-dessous de la surface 25 du liquide dont le niveau est fixé par le déversoir 11 précité. Dans une forme d'exécution préférée, les centres des débouchés 19 sont situés à un diamètre au-dessus de la surface 25. Dans l'exemple montré en fig. 2, l'axe vertical commun du débouché 19, de la chambre de mélange 21 et de la zone de diffusion 22, prolonge verticalement celui du tube de mélange 23. En variante, la chambre de mélange 21 peut être reliée au tube 23 par l'intermédiaire d'une zone de diffusion 22 en forme de coude, l'axe commun du débouché 19 et de la chambre 21 étant incliné par rapport à la verticale. Dans certaines réalisations ces axes peuvent 8tre horizontaux. Néanmoins l'on comprend que les centre-#des débouchés 19 peuvent être placés, par rapport à la surface 25, de façon à satisfaire aux limites générales ou préférées indiquées ci-dessus. Lors du fonctionnement, la pompe 14 amène du liquide aux injecteurs 18 ou le gaz se trouve introduit dans le liquide. La vitesse d'écoulement de celui-ci à travers les débouchés 19 provoque le mélange intime du gaz et du liquide à l'intérieur de la chambre 21. Dans la zone de diffusion 22 l'énergie cinétique du mélange ainsi réalisé est transformée en énergie potentielle. Ce mélange est refoulé dans les tubes 23 pour revenir au réservoir 10. Les bulles provenant du mélange s'élèvent alors jusqu'à la surface 25 du liquide. Pendant la marche, la pression hydraulique de refoulement de la pompe 14 est maintenue entre 0,7 m et 1,4# m du liquide pompé. Toutefois dans une forme préférée de mise en oeuvre, cette pression se trouve fixée à 1 mètre dudit liquide. En variante la pression de la pompe 14 est maintenue à plus de 17 % et à moins de 30 % de la profondeur d'immersion de l'extrémité ouverte des tubes de mélan- ge 23 dans le liquide. Un avantage de l'appareil et du procédé suivant l'invention consiste en ce que la puissance nécessaire au refoulement du mélange gaz-liquide à partir des tubes 23 est inférieure à celle des appareils déjà existants, pour un même temps de contact donné. Ainsi, selon la présente invention, avec une puissance absorbée du même ordre que dans les installations connues à transfert de masse par gaz comprimé, l'on obtient une augmentation du temps de contact, et donc une amelioration du rendement de ce transfert. On a relevé que l'appareil et le procédé suivant l'invention peuvent réaliser un temps de contact représentant 1,7 fois celui obtenu avec les appareils et procédés connus pour la même puissance consommée. L'appareil et le procédé de l'invention ont donc pour résultat d'améliorer le rendement des procédés par transfert de masse. L'appareil est de construction simple et ne comporte qu'une seule pièce mobile savoir le rotor de la pompe 14. Le système de circulation consiste en des tubes de grand diamètre qui ne risquent pas de s'obturer. Cet appareil peut fonctionner quel que soit le climat, notamment en hiver, car meme si une couche de glace recouvre la surface 25 du liquide, à condition de ménager quelques trous dans cette glace pour que le surplus de gaz s'échappe et de maintenir dégagées les entrées de gaz 26 l'appareil peut continur à fonctionner. Celui-ci peut etre aisément construit à partir des matériaux les moins coûteux, savoir du béton, du plastique, du ciment d'amiante, etc... Grâce à un nombre approprié de pompes 14 et d'injecteurs de liquide 18, on peut l'adapter a des réservoirs de toutes dimensions. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu a titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Installation de traitement de liquide pour l'application d'un procédé de transfert de masse à deux phases gaz-liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte - un réservoir à liquide propre à renfermer un certain volume de gaz au-dessus de la surface de celui-ci ; - une pompe de circulation pour prélever le liquide à partir dudit réservoir ;; - un injecteur à liquide disposé en aval de la pompe, Cet injecteur comportant de con coté une tuyère dans le débouché de laquelle peut passer le liquide provenant de ladite pompe, une entrée à travers laquelle le gaz peut être aspiré en suite du passage du liquide dans le débouché précité et une sortie disposée axialement à une certaine distance dudit débouché - un tube de mélange qui s'étend entre cette sortie et un point voisin du fond du réservoir - et un déflecteur propre à orienter le courant gaz-liquide du tube suivant une direction transversale à l'axe de celui-ci ; - la section de la partie de la sortie de l'injecteur voisine du débouché de la tuyère représentant 1,5 à 1,4 fois la section de ce débouché, tandis que la section dudit tube de mélange se situe entre 4 et 11 fois celle du débouché précité. 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite section de la partie de sortie de l'injecteur est defi- nie par la section minimale de cette partie. 3. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce la position du tube de mélange se situe entre 6 et 9 fois celle du débouché de la tuyère. 4. Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la section du tube de mélange est égale à 7,4 fois celle du débouché de la tuyère. 5. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la section de la sortie de l'injecteur est égale à 1,2 fois celle du débouché de la tuyère. 6. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens propres à maintenir le liquide à un niveau prédéterminé dans ledit réservoir, le centre du débouché de la tuyère étant au plus à 20 diamètres dudit débouché ou au plus à 10 diamètresde celui-ci au-dessus, respectivement au-dessous, du niveau déterminé précité. 7. Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le centre du débouché de la tuyère se trouve à un diamètre de ce débouché au-dessus du niveau prédéterminé 8. Procédé pour le fonctionnement de l'installation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir la pression hydraulique de refoulement de la pompe de circulation entre 17 et 30 % de la profondeur d'immersion de l'extrémité inférieure du tube de mélange au-dessous de la surface du liquide dans le réservoir. 9. Procédé pour la conduite d'une installation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir la pression hydraulique de refoulement de ladite pompe de circulation entre 0,7 et 1,4 m du liquide pompé. 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la pression hydraulique de refoulement de ladite pompe de circulation est maintenue à 1 m du liquide pompé. 11. Procédé pour la conduite d'une installation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir le rapport de la pression hydraulique de refoulement de ladite pompe de circulation et la longueur du tube de mélange dans un rapport compris entre 1 à 1,5 et 1 à 10. 12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la pression hydraulique de refoulement de la pompe est maintenue à un sixième de la longueur du tube de mélange. 13. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir le niveau du liquide à moins de 10 diamètres du débouché de la tuyère ou de 20 diamètres de celui-ci audessus, respectivement au-dessous, du centre dudit débouché. 14. Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'on maintient le niveau du liquide à un diamètre du débouché de la tuyère au-dessous du centre de cette dernière.