Brevet FR2466275A1 — publié le 19810410

La présente invention a trait à un appareil destiné à combiner des liquides et des gaz. On sait par le brevet américain 1 808 956 et le brevet anglais 1 484 657, établit un tel appareil comprenant une pompe de circulation propre a aspirer le liquide à partir d'un réservoir et un injecteur qui comporte d'une part une tuyère à travers laquelle le liquide est amené par la pompe de circulation, d'autre part une entrée pour le gaz destiné à être entraîne par le liquide sortant de cette tuyère. La sortie de l'injecteur communique avec un tube mélangeur qui ramène le liquide dans le réservoir près du fond de celui-ci, de sorte que les bulles de gaz entraînées au sein du liquide peuvent alors remonter à l'intérieur de ce réservoir. Il est avantageux, notamment dans l'application d'un tel appareil au traitement aérobique des eaux d'égoût, que le taux d'absorption de ltoxygène par le liquide soit maximal pour toute valeur donnée de l'apport d'énergie, que celle-ci soit fournie par la pompe de circulation, comme montre dans les brevets cités, par l'écoulement du liquide sous l'effet d'une charge hydrostatique réalisée de façon indépendante, ou par tout autre moyen approprié. te taux d'absorption de 1 'oxygène est habituellement exprimé sous la forme du pouvoir d'oxygénation, en kilogrammes d'oxygène par kilowatt-heure d'énergie consommée.Il a été relevé que ce rendement dépend entre autres du rapport entre la section du tube mélangeur et celle de la tuyère de l'injecteur, compte tenu de la hauteur du liquide dans le réservoir, la valeur dudit rapport s'abaissant en général quand cette hauteur augmente. La présente invention a pour objet d'établir un appareil propre à combiner les gaz et les liquides, qui comporte un fort pouvoir d'oxygénation Conformément à l'invention cet appareil comprend un réservoir destiné à renfermer le liquide, des moyens pour maintenir dans celui-ci une hauteur de liquide substantiellement constante prédéterminée, un injecteur comportant une tuyère propre à débiter le liquide, une entrée à travers laquelle le gaz peut être aspire en suite du passage du liquide à travers la tuyère et une sortie, des moyens pour amener un liquide sous pression à la tuyère précitée, un tube mélangeur qui communique avec la sortie de l'injecteur et qui s'étend à partir de celle-ci jusquten un point situé au voisinage du fond du réservoir, et un déflecteur propre à renvoyer un courant gaz-liquide sortant du tube suivant une direction transversale par rapport à l'axe de celui-ci, tandis que la section (Am) dudit tube mélangeur et celle (An) de ladite tuyère sont choisies telles que le rapport Am/An se situe entre 1,5 et 12, la limite supérieure de ce rapport décroissant quand la hauteur prédéterminée précitée augmente entre 2 et 8 mètres. Le dessin annexe, 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 montre schématiquement un appareil suivant l'invention destiné à l'aération des eaux d'égout. Fig. 2 représente graphiquement, à l'aide d'une série de courbes, des valeurs du rapport Am/An en fonction de la hauteur du liquide dans le réservoir. Comme montré sur le dessin, le réservoir 10 de l'appareil, ouvert dans le haut, comporte un déversoir 11 grâce auquel le liquide y est maintenu à un niveau constant. A l'intérieur de ce réservoir 10 est disposée une pompe centrifuge de circulation 12 prévue pour une faible hauteur hydrostatique de refoulement, cette pompe, associée à un moteur d'entraînement 13, étant portée par un tube d'aspiration 14. Le tube de refoulement 15 de la pompe 12 permet au liquide d'arriver dans un collecteur réalisé sous la forme d'une auge 16 ouverte dans le haut, le liquide renfermé dans celle-ci s'écoulant dans une série d'injecteurs 17 dont un seul a été représenté en fig. 1. Chaque injecteur 17 est disposé au voisinage de la surface du liquide dans le réservoir, ainsi qu'on le voit clairement en fig. 1. Il comporte une tuyère 18 à section circulaire, qui communique avec l'auge 16, et une sortie 19 alignée avec la tuyère précitée, mais située à une certaine distance de celle-ci. La sortie 19 est reliée avec un tube mélangeur vertical 20 par l'intermédiaire d'un diffuseur tronconique 21. Le tube 20 descend jusqu'en un point voisin du fond du réservoir 10 et il est équipé d'un déflecteur 22 qui oblige le courant gaz-liquide circulant dans le tube à sortir de celui-ci suivant une direction générale horizontale et radiale le long du fond précité. L'injecteur 17 comporte encore une entrée d'air 23 qui est en communication avec l'espace ménagé entre la tuyère 18 et la sortie 19, de sorte que du fait de l'écoulement du liquide à travers la première de l'air se trouve aspiré à la façon connue par l'entrez 23 et entraîne par le liquide entrant dans la sortie 19. La section Am de l'alésage du tube 20 représente-de 1,5 à 12 fois celle Am de la tuyère 18, la valeur du rapport Am/An étant choisie en fonction de la hauteur d du liquide dans le réservoir 10 et les valeurs maximales de ce rapport décroissant quand ladite hauteur augmente. Par exemple, avec une hauteur de liquide de 2 mètres des valeurs de An/An de 8 et de 4 donnent l'une et l'autre des pouvoirs d'oxygénation se situant entre 3,5 et 4 kg d'oxygène par kilowatt-heure cosommée. L'expérience a montre que si l'on élave la hauteur d à 4 mètres, il en résulte une baisse du pouvoir d'oxygénation quand Am/An =8, mais au contraire une augmentation de celui-ci lorsque Am/An = 4. Les résultats d'essais indiquent que, pour des hauteurs de 8 mètres, des valeurs de Am/An se situant entre 5,5 et 1,5 assurent un pouvoir d'oxygénation d'au moins 3,5. Ces résultats montrent également qu'avec des hauteurs de liquide de 1,5 mètres, le rapport Am/An est moins critique et que des valeurs de celui-ci comprises entre 1,5 et 12 donnent satisfaction, mais que ce sont les plus fortes qui semblent les plus efficaces. Fig. 2 montre la relation entre la hauteur de liquide d et le domaine préféré du rapport Am/An. On voit que la limite supérieure 30 de ce rapport décroit de 12 à 5,5 quand la hauteur prédéterminée d imposée par le déversoir 11 augmente eilemême de 2 à 8 mètres, tandis que la limite inférieure 31 de 1,5 est constante pour toutes ces mêmes valeurs de d. La limite supérieure 30 ne dépasse pas 7,5 pour la hauteur de 4 mètres. Dans une forme d'exécution particulière une limite supérieure 32 du rapport Am/An tombe de la valeur 9,5 pour 2 mètres de hauteur à 4,5 pour 8 mètres, cette limite 32 n'excédant pas 5,5 pour 4 mètres. Dans une autre réalisation, la limite inférieure 33 dudit rapport s'abaisse de 3-,5 pour une hauteur de 2 mètres à 2,5 quand cette hauteur atteint 8 mètres, cette limite 33 ne tombant pas au dessous de 3 pour 4 mètres de hauteur. Pour un quatrième exemple la limite supérieure 34 du rapport Am/An tombe de 7,5 pour une hauteur de 2 mètres à 4 lorsque cette hauteur passe à 8 mètres, la limite en question ne dépassant pas une valeur de 5 quand la hauteur est de 4 mètres. Enfin avec une cinquième forme d'exécution la limite inférieure 35 du rapport précité s'abaisse de la valeur 5 pour 2 mètres de hauteur, à la valeur 3 pour 8 mètres, ladite limite 35 n'étant pas inférieure à 3,8 pour 4 mètres. Bien que les domaines de valeurs de la hauteur d et du rapport Am/An entre les limites supérieure 30 et inférieure 31 suivant fig. 2 aient été relevées comme donnant des pouvoirs d'oxygénation se situant entre 3,5 et 4 kg d'oxygene par kilowatt-heure, celles comprises entre les limites 32, 33 assurent un champ plus resserré qui tient compte des tolérances de construction et de fonctionnement de l'appareil. Les valeurs qui se situent entre les limites 34 et 35 correspondent pour les conditions opératoires à un domaine encore plus limité et qu'il y a lieu de préférer. De façon générale les domaines les plus restreints se sont avérés correspondre à des pouvoirs d'oxygénation supérieurs à ceux obtenus entre les limites plus larges.Les pouvoirs auxquels on peut parvenir entre les larges limites 30, 31 sont néanmoins supérieurs ceux qu'on jugeait pouvoir obtenir antérieurement dans le champ des hauteurs de liquide mentionnées dans les présentes. L'injecteur 17 est situé au niveau de la surface du liquide dans le réservoir ou au voisinage de ce niveau et le collecteur ou auge 16 est également placé aussi près de ce dernier que cela est raisonnablement possible, le tout en vue de réduire la puissance exigée de la pompe 12. Compte tenu des relations précitées entre Am, An et d, il a été relevé qu'on peut obtenir des pouvoirs d'oxygénation satisfaisants quand on maintient la pression hydrostatique de refoulement de la pompe 12, par rapport à la surface du liquide, entre 10 et 100 % de la profondeur d'enfoncement du tube de mélange 20 au-dessous de cette surface. De plus on améliore le pouvoir en question si la section Ao de la sortie de l'injecteur se situe entre 1,05 et 2,5 fois celle An de la tuyère. Dans une variante on peut se dispens'er de la pompe de circulation 12, le liquide étant amené à la tuyère 18 sous une pression dérivée d'une autre source, telle par exemple que la charge hydrostatique d'un réservoir séparé. Dans ce dernier cas, cette charge du liquide arrivant à la tuyère est également maintenue entre 10 et 100% de la profondeur d'enfoncement du tube 20 au-dessous de la surface du liquide dans le réservoir. Dans d'autres formes d'exécution la tuyère 18, le tube 20 et le diffuseur 21 ne sont pas à section circulaire, mais présentent une autre configuration, par exemple un profil allongé. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle-ne limite nullement le domaine de l'invention d'ont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Appareil pour combiner un liquide et un gaz, comprenant en combinaison - un réservoir (10) propre à enfermer le liquide intéressé ; - des moyens (11) pour maintenir dans ce réservoir (10) une hauteur de liquide substantiellement constante prédéterminée ; - un injecteur (17) comportant une tuyère (18) pour déverser le liquide, une entrée (23) à travers laquelle le gaz peut être aspiré sous l'effet de L'écoulement du liquide à travers la tuyère (18) et une sortie (19) - des moyens (12, 16) pour amener un liquide sous pression à ladite tuyère (18) d'injecteur - un tube mélangeur (20) qui communique avec la sortie (19) de l'injecteur et qui s'étend en direction du bas jusqu'a un point voisin du fond du réservoir (10) - et un déflecteur (22) pour dévier un courant gaz-liquide provenant du tube mélangeur (20) suivant une direction transversale à l'axe de celui-ci caractérisé en ce que la section (Am) du tube mélangeur (20) et celle (An) de la tuyère (18) sont choisies de façon telle que leur rapport (Am/An) se situe entre 1,5 et 12, sa limite supérieure s'abaissant lorsque la hauteur prédéterminée du liquide augmente entre 2 et 8 mètres. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de la limite supérieure du rapport ne dépasse pas 7,5 quand la hauteur est de 4 mètres et 5,5 lorsqu'elle est de 8 mètres. 3. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport (Am/An) n'est pas inférieur à 1,5 dans un domaine de hauteur de liquide compris entre 2 et 8 mètres. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les valeurs de la limite supérieure du rapport (Am/An) ne dépassent pas 9,5, 5,5 et 4,5 pour des hauteurs de liquide prédéterminées respectives de 2, 4 et 8 mettes. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les valeurs de la limite supérieure du rapport (Am/An) ne dépassent pas 7,5, 5 et 4 pour des hauteurs de liquide prédéterminées respectives de 2, 4 et 8 mètres. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les valeurs du rapport (Am/An) ne sont pas inférieures 3,5, 3 et 2,5 pour des hauteurs de liquides prédéterminées respectives de 2, 4 et 8 mètres. 7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les valeurs du rapport (Am/An) ne sont pas inférieures à 5, 3,5 et 3 pour des hauteurs de liquide prédéterminées respectives de 2, 4 et 8 mètres. 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de la sortie de l'injecteur est comprise entre 1,05 et 2,5 fois celle de la tuyère de cet injecteur. 9. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de liquide à injecter comprennent une pompe (12) qui aspire ce liquide à partir du réservoir. 10. Procédé de fonctionnement d'un appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'on maintien t a charge hydrostatique de refoulement de la pompe, par rapport à la surface de liquide dans le réservoir, à une valeur se situant entre 10 % et 100 Z de la profondeur d'enfoncement du tube mélangeur au-dessous de cette surface.