Brevet FR2480625A1 — publié le 19811023

La présente invention concerne un dispositif assurant l'extraction du gaz présent dans un liquide contenant également des particules solides en suspension. Lors du traitement d'un minerai on est parfois conduit à produire un fluide comportant un liquide dans lequel de fines particules de minerai sont en suspension. Ce fluide peut comporter de petites bulles de gaz (oxygène, gaz carbonique, air, par exemple) dont la présence pose des problèmes qui se manifestent par des phénomènes de cavitation du matériel de pompage utilisé, quand le rapport volumétrique gaz-liquide dépasse une valeur limite représentant le rapport maximum admissible par la pompe. Cette valeur limite est généralement faible, de l'ordre de quelques centièmes. Pour éviter les phénomènes de cavitation il faut extraire la plus grande partie du ou des gaz avant le passage du fluide dans ltorgane de pompage, tout en conservant un mélange homogène liquide-particules de minerai. On connais des dispositifs fonctionnant sur le principe de lthydrocyclone pour assurer la séparation d'un mélange gaz-liquide. Ces dispositifs comportent un injecteur tangentiel qui soumet le fluide à un mouvement de rotation dans un plan perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide. Sous l'action de la force centrifuge qui s'axe ce sur les composants du fluide de densités différentes, le gaz 5 t accu- mule dans la partie centrale de l'ecoulement. L'injecteur est prolongé par une trompe conique convergente ou divergente selon les modes de réalisation. Le gaz est par exemple recueilli à la partie supérieure de l'ensemble injecteur-trompe tandis que le liquide épuré de gaz est évacue à la partie inférieure de la trompe. Un tel dispositif n'est pas directement utilisable lorsqu'on veut extraire uniquement le gaz d'une solution contenant des particules solides en suspension, car la force centrifuge s'exerce également sur les particules solides-dont la densité est différente de celle du liquide. Dans le cas de particules solides résultant du broyage d'un minerai dont la densité était deux à trois fois supérieure à celle du liquide, on a pu observer le long de la paroi de la trompe des accumulations de particules. Le mélange liquide-particules de minerai n'est plus homogène ce qui provoque des difficultés de fonctionnement. La présente invention propose donc un dispositif permettant d'extraire le gaz contenu dans une suspension de particules solides dans -un liquide, ne présentant pas les inconvénients indiqués plus haut. Le dispositif selon l'invention utilise l'action d'un hydrocyclone et il est conçu pour maintenir un mélange homogène des particules solides dans le liquide. Plus précisément, le dispositif selon l'invention comporte un injecteur tangentiel provoquant la rotation du fluide dans un plan perpendiculaire à sa direction d'écoulement, une enceinte tubulaire verticale dont l'axe est sensiblement confondu avec la direction verticale dtécoulement du fluide, cette enceinte étant de forme cylindrique de dimensions déterminées, et comporte également des moyens d'extraction du fluide situés à un niveau inférieur à celui de l'injecteur, ces moyens assurant une brusque modification de la direction d'écoulement du fluide, la nouvelle direction d'écoulement du fluide étant sensiblement orthogonale à l'axe de enceinte tubulaire et faisant avec le vecteur-vitesse linéaire du fluide dans 11 enceinte , juste avant l'extraction de ce fluide, un angle au moins égal à 90~. L'invention pourra être bien comprise à la lecture de la description d'un mode particulier de réalisation illustrée par les figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement le dispositif selon l'in vention, - la figure 2 montre l'injecteur vu en coupe verticale selon la ligne Il-Il de la figure 3, - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, - la figure 4 illustre un mode de réalisation des moyens d'extrac tion, et - la figure 5 est une coupe selon la ligne V de la figure 4. Dans ce qui suit on se réfère, à titre d'exemple seulement, au traitement dun fluide composé d''un liquide tel que de l'eau dans lequel un minerai finement broyé est en suspension, ce fluide comportant des bulles de gaz, d'oxygène, d'air ou de gaz carbonique, par exemple. La quantité de gaz est supérieure à celle admissible par le matériel de pompage généralement employé pour assurer la circulation d'un tel fluide dans des canalisations, ce qui se traduit par des phono mènes de cavitation pouvant provoquer la destruction de la pompe. Pour éviter ces inconvénients, le fluide qui circule dans une canalisation schématisée en 1 est introduit dans le dispositif selon l'invention désigné dans son ensemble par la référence 2. Le fluide est alors épuré de la quasi totalité du gaz qu'il contient avant d'être délivré dans une canalisation 3 et pompé par une pompe 4 adaptée à augmenter la pression d'un mélange de particules solides en suspension dans le liquide. Une telle pompe qui ne fait pas partie de l'invention est, par exemple, du type de celles utilisées dans le forage de puits pétrolier et dénommées pompes à boues. Le dispositif selon l'invention comporte une enceinte 5, un injecteur tangentiel 6 et des moyens 7 d'extraction du fluide épuré de gaz. Les auteurs de la présente invention ont trouvé que l'enceinte 5 doit ètre cylindrique, de diamètre intérieur D et de longueur H telle que H 5 fi. L'enceinte 5 est de préférence disposée verticalement. Le fluide y est introduit par l'injecteur tangentiel 6 fixé à l'extrémité supérieure de l'enceinte 5. par tout moyen connu, tel que vis, etc... Une cheminée Sa ouverte à sa partie supérieure surmonte l'injecteur. Cette cheminée sert à l'évacuation des gaz extraits du fluide. L'injecteur tangentiel peut être d'un type connu. Il comporte une canalisation 8 réunie à la canalisation 1, et assure la mise en rotation du fluide autour de l'axe vertical de l'enceinte 5 dans un plan sensiblement perpendiculaire à son axe vertical. L'injecteur est représenté en coupe verticale sur la figure 2 et en coupe selon la ligneIII-III sur la figure 3. Le dimensionnement de l'injecteur (diamètre intérieur D et dimension de la canalisation 8) est déterminé comme cela est connu du spécialiste pour que la vitesse tangentielle V du fluide àla sortie E de l'injecteur soit de l'ordre de 10 à 20 m/s. Ainsi, lors de ltécoulement du fluide dans l'enceinte 5, le mouvement de rotation du fluide autour de l'axe vertical de l'enceinte crée, au centre de l'écoulement, un vortex dans lequel se rassemble la quasi totalité des bulles de gaz contenues dans le fluide. Le gaz ainsi séparé du fluide s'échappe par la partie supérieure de la cheminée Sa, tandis que le fluide épuré est extrait de l'enceinte 5 par des moyens d'extraction. Il a été trouvé que pour atteindre le résultat recherché ceux-ci doivent imprimer une brusque modification de la direction d'écoulement du fluide, la nouvelle direction # u d'écoulement du fluide doit être sensiblement orthogonale à l'axa de l'enceinte et faire avec le vecteur-vitesse linéaire 8 du fluide dans l'enceinte, juste avant son extraction, un angle eCau moins égal à 900. Un mode avantageux de réalisation de ces moyens d'extraction est représenté sur les figures 4 et 5. L'extracteur 7 comporte un corps tubulaire cylindrique de diamètre intérieur D égal à celui de l'enceinte 5. Le corps de l'extracteur 7 est fixé dans le prolongement de l'enceinte 5 et son extrémité inférieure est obstruée, par exemple, par une plaque démontable 9. Une canalisation d'extraction 10 débouche à l'intérieur de l'extracteur 7. Cette canalisation de diamètre intérieur d, a un axe sensiblement horizontal situé à une distance m de l'axe vertical du corps de l'extracteur. Il a été trouvé que les valeurs de d et m définies ci-dessus doivent satisfaire aux relations suivantes 60 r et d # 2 m 4 D-d dans lesquelles r représente la plus grande dimension des particules de minerai en suspension dans le liquide. De plus, la canalisation 10 doit être disposée de telle sorte que, si l'on désigne par Vs la vitesse linéaire du fluide juste avant son introduction dans la canalisation 10 dans laquelle le fluide épuré s'écoule dans la direction Tt, l'angle ( us, 8) #,#) = ou doit etre au moins égal à 900. Des essais ont été effectués sur un fluide composé d'un mélange d'eau et de particules d'un minerai de densité 2,7 dont la taille était inférieure à 200 microns, ce mélange comportant une quantité de gaz supérieure à celle admissible par les pompes utilisées. Les caractéristiques du dispositif de séparation du gaz étaient les suivantes H = 4 000 mm D = 225 mm d = 100 mm m = 62,5 mm vitesse tangentielle du fluide à l'entrée de l'injecteur : 20,8 m/s débit du fluide à l'entrée de l'injecteur : 105 m3/h concentration du minerai : 1 kilogramme de minerai par litre d'eau. Les expériences de longues durées (plusieurs jours) n'ont pas permis de déceler d'accumulation de minerai dans l'enceinte 5, la sépia ration de gaz s'est avérée très efficace et la pompe a fonctionné sans phénomène de cavitation. Des modifications pourront être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, on pourra prévoir plusieurs canalisations d'extraction 10 pourvu que ces canalisations soient disposées comme indiquées précédemment. fie plus, ces canalisations pourront déboucher directement dans l'enceinte 5. Le dispositif selon l'invention a également été utilisé avec succès pour traiter un mélange de moût de fermentation contenant une forte proportion de gaz. De façon générale, les particules solides pourront être de nature variée (poudre solide, cristaux, protéines, etc...). REVENDICATIONS 1. - Dispositif pour extraire sélectivement le gaz contenu dans un fluide comprenant une suspension de particules solides dans un liquide, ce dispositif comportant une enceinte verticale (5) et un organe-injecteur (6) fixé à l'extrémité supérieure de l'enceinte (5) et adapté à introduire le fluide en lui imprimant une vitesse de rotation autour de l'axe de l'enceinte (5), caractérisé en ce que l'enceinte (5) a une forme cylindrique de longueur H et de diamètre intérieur D tels que H > 5D et en ce que le dispositif comporte, fixé à l'extrémité inférieure de l'enceinte (5) un organe d'extraction (7) assurant l'évacuation du fluide en lui imprimant une brusque modification de sa direction d'écoulement, la nouvelle direction d'écoulement ( t) étant sensiblement orthogonale à l'axe de l'en ceinte(5) et faisant avec le vecteur-vitesse linéaire ( VS) du fluide juste avant son extraction un angle (cX) au moins égal à 900. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'or- gane d'extraction (7) comporte un corps tubulaire de diamètre intérieur (D) égal à celui de l'enceinte (5), ce corps étant obturé à sa partie inférieure, et en ce qu'il comporte au moins une canalisation (10) débouchant à l'intérieur du corps de l'organe d'extraction (7), l'axe de cette canalisation étant sensiblement orthogonal à l'axe du corps et distant de ce dernier axe d'une longueur m définie par la relation d 42m #D-d dans laquelle d est le diamètre intérieur de la canalisation (10) qui satis fait à la relation 60 r 4 #2d 4 D ou r représente la plus grande dimension des particules solides en suspension dans le liquide. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'injecteur de fluide(6)est surmonté d'une cheminée (5a) de collecte des gaz extraits du fluide.