Brevet FR2529476A1 — publié le 19840106

Cellule de flottation. L'invention concerne un appareil pour éliminer par flottation des particules solides contenues dans un liquide. On peut éliminer des impuretés se présentant sous forme de particules solides et contenues dans un liquide (par exemple de l'encre en suspension dans de la pâte à papier recyclée) en injectant un gaz (habituellement de l'air) dans le liquide pour former des bulles, en permettant aux bulles de gaz (à la surface desquelles sont fixées les impuretés) de s'élever jusqu'à la surface du liquide pour y former une mousse, et en éliminant la mousse flottant sur la surface du liquide Par exemple,le brevet US Hellberg n O 4 186 094 décrit un appareil de désencrage utilisant un injecteur d'air dans lequel on fait passer la suspension de pâte en l'obligeant à s'écouler par un passage entre cônes concentriques ou entre plaques plates, de l'air étant injecté dans la suspension par des pores existant dans l'un des cônes ou dans une des plaques. En général, l'invention concerne un appareil pour éliminer des impuretés se présentant sous forme de parti- cules solides dans un liquide et comprenant une chambre pour former et mélanger des bulles de gaz dans le liquide. La chambre comprend un passage pour le courant qui diminue progressivement en direction transversale entre des parois convergentes et un interstice restreint existant entre elles et approximativement au niveau de leur convergence la plus forte, de l'air ou un autre gaz sous pression étant envoyé dans le liquide sensiblement au niveau de l'inters- tice restreint De préférence, l'une des parois est montée de façon réglable de manière à pouvoir modifier la dimen- sion de l'interstice restreint formé entre elles, et les parois sont disposées transversalement à la direction suivie par le courant afin de déterminer une mince et relativement large zone de passage pour le courant, d'épais- seur sensiblement uniforme, dans laquelle le gaz est injec- té et o la vitesse du courant est accélérée par la section transversale réduite, la couche limite adjacente aux parois étant de ce fait rendue plus mince, ce qui détermine des conditions favorables pour la formation de bulles dans le liquide au moyen du gaz injecté De préférence également, la longueur de l'interstice restreint est courte dans la direction suivie par le courant et sa hauteur est également faible comparée à sa largeur transversalement au courant, et le passage du courant s'élargit brusquement immédiate- ment après l'interstice restreint, en élargissant rapide- ment le parcours suivi par le courant pour déterminer des turbulences qui répartissent intimement les bulles dans le mélange liquide Le réglage des parois permet d'obtenir un contrôle variable du courant accéléré et de la dimension des bulles. Selon un mode de réalisation préféré, la chambre de mélange comprend déux paires de parois incurvées et oppo- sées qui forment deux interstices restreints constituant deux zones de courant dans chacune desquelles passe la moitié du liquide La nature convergente et incurvée des parois accélère le liquide et détermine un profil de vites- se sensiblement uniforme au point de l'injection du gaz On prévoit au moins deux parois réglables adjacentes l'une à l'autre et montées de façon à tourner autour d'un axe commun entre les autres parois des paires pour en permettre le réglage, les parois réglables étant les moitiés opposées d'un élément de section sensiblement ovale monté de façon pivotante De préférence, on prévoit des ouvertures dans l'une au moins des parois d'une paire, en vue de l'injec- tion du gaz et dont le diamètre est d'un ordre de grandeur de 0,8 mm ou légèrement moins, et les ouvertures forment de une à trois rangées disposées transversalement à la direction suivie par le courant de liquide passant par l'interstice correspondant dont elles sont adjacentes. Après une brève description des dessins, on décrira maintenant la structure et le fonctionnement du mode de réalisation actuellement préféré de l'invention. Sur les dessins: la figure 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel de l'appareil d'élimination de particules selon l'invention, la figure 2 est une coupe verticale selon la ligne 2-2 de la figure 1, d'une partie de la chambre de mélange de la figure 1, la figure 3 est une vue partielle de la figure 2, montrant une position modifiée d'une partie, la figure 4 est une coupe verticale selon la ligne 4-4 de la figure 1 de la chambre de mélange. Référence étant faite à la figure 1, celle-ci représen- te un appareil de désencrage 10 destiné à éliminer des impuretés sous forme de particules d'encre solides contenues dans une suspension de pâte contenant du papier recyclé. L'appareil 10 comprend une cellule de flottation 12 compor- tant dans son fond une entrée 14 destinée à la pâte de papier défibrée, chimiquement pré-traitée et se présentant sous forme d'une suspension liquide, une sortie 16 pour évacuer le liquide nettoyé de la cellule, une entrée 18 pour recevoir l'air d'une soufflante, un passage cylindri- que central 20 dans lequel est soufflée la mousse contenant de l'encre par un trou 22 à proximité du niveleur 24 en vue du retrait de la cellule de flottation 12 L'entrée 14 est séparée de la sortie 16 par une chicane cylindrique 25 A l'entrée 14 est reliée la chambre de mélange 26 dans laquel- le on injecte les bulles de gaz dans la suspension de pâte de papier et on les mélange à cette dernière. La chambre de mélange 26 sera maintenant décrite plus en détail avec référence aux figures 1-4 La chambre 26 comprend une entrée 28 de section classique et ronde s'adaptant à une tuyauterie classique provenant de la source du mélange de liquide qui est soumis au traitement. L'entrée 28 débouche dans une conduite 32 qui va en s'agran- dissant en largeur et horizontalement dans la direction suivie par le courant jusqu'à environ trois fois le diamètre 28 de l'entrée à mesure que la conduite 32 pénètre dans le boîtier 34 dans lequel le gaz est injecté dans le liquide. Comme on peut le voir à la figure 1, la section transver- sale de la conduite 32 se modifie graduellement d'une forme ronde à l'entrée 28 en une forme allant progressivement en s'élargissant, avec un haut et un bas plats et des côtés arrondis, et devient rectangulaire contre le bottier 34, ce qui détermine une transition douce pour le parcours du courant entre la section ronde et la section rectangulaire. A l'intérieur du boîtier 34 sont montées des parois 36, 38 qui sont incurvées en sens opposé et dont les axes sont disposés transversalement au parcours suivi par le courant, ces parois 36, 38 étant fixées de façon étanche aux cou- vercles 42 et 44 du bottier 34 A l'aval des parois 36 et 38 et du boîtier 34, la conduite 39 de section sensiblement rectangulaire diminue horizontalement en largeur et à un moindre degré en hauteur jusqu'à une bride rectangulaire 30 au moyen de laquelle elle est reliée à la bride correspon- dante de l'entrée de section rectangulaire 14 de l'appareil 10 La conduite 39 est munie d'un tuyau de drainage à bouchon 41, et un tuyau de drainage similaire (non repré- senté) peut être prévu dans la paroi inférieure de la conduite 32 Un élément hydrodynamique 50 de section sensi- blement ovale est monté de façon rotative et transversa- lement au courant entre les parois 36, 38 pour déterminer des passages de courant réglables entre l'élément hydro- dynamique 50 et les parois incurvées 36, 38 L'élément hydrodynamique 50 comprend des extrémités circulaires plus importantes 52 et il est monté de façon rotative dans des ouvertures circulaires correspondantes pratiquées dans les parois terminales 56 du boîtier 34, avec des joints toriques 54 pour déterminer l'étanchéité entre les extrémités 52 et les parois 56 Un arbre hexagonal 58 est relié à une extré- mité de l'élément hydrodynamique 50 pour permettre sa fixation à un volant manuel ou à tout autre dispositif pivotant (non représenté) prévu de préférence avec un index de position L'élément hydrodynamique 50 peut donc être pivoté sur sensiblement 900 entre la position o son axe principal est vertical (figure 2) et la position o son axe principal est horizontal (figure 3), en déterminant pour chaque position réglée un interstice restreint entre l'élé- ment hydrodynamique 20 et la paroi adjacente 36, 38 de hauteur variable en fonction du réglage Les parois incur- vées 36, 38 comprennent, réparties sur leurs longueurs, des ouvertures 40 destinées à l'injection dans le mélange de pâte d'un gaz (habituellement de l'air) à une pression supérieure à la pression atmosphérique et qui sont reliées par des connexions à un compresseur o à toute autre source (non représentée) par l'intermédiaire d'orifices 46, 48 pratiqués dans les couvercles 42, 44 et en direction de l'intérieur des parois 36, 38. Dans le mode de réalisation représenté, on a prévu trois rangées d'ouvertures 40 dans chaque paroi 36, 38, les ouvertures ayant un diamètre d'environ 0,8 mm et étant espacées de 5,1 mm, et disposées approximativement au niveau de l'interstice restreint en différentes positions réglées de l'élément hydrodynamique 50 Les deux intersti- ces restreints ont dans chaque cas une hauteur minimale d'environ-6 mm dans la position de la figure 2 et une hauteur maximale d'environ 25 mm dans la position de la figure 3, diminuant de la hauteur de 25 mm à mesure que l'élément hydrodynamique tourne de la position de la figure 3 vers la position de la figure 2 Mais pour obtenir une meilleure blancheur du produit résultant pour chaque réglage, on préfère actuellement que les deux interstices soient plus limités avec par exemple une hauteur minimale d'environ 3 min et une hauteur maximale d'environ 12,5 mm respectivement La longueur de l'interstice restreint dans la direction suivie par le courant est courte et approxi- mativement celle de sa hauteur pour les diverses positions de réglage de l'élément hydrodynamique La chambre de mélange a une longueur d'environ 1220 mm entre sa bride d'entrée et sa bride de sortie, l'entrée 28 a un diamètre interne de 212 mm et s'élargit progressivement dans la conduite 32 jusqu'à approximativement 610 mm au niveau du boîtier 34, ce qui correspond approximativement à la lar- geur de l'interstice restreint transversalement à la direction du courant. Lorsque la cellule de flottation 12 fonctionne pour éliminer des substances ayant la forme de particules solides, le mélange de pâte liquide qui est chargé de bulles de gaz dans la chambre de mélange 26 est admis dans la cellule par l'entrée 14 Les bulles auxquelles sont fixées des impuretés se présentant sous forme de particules solides s'élèvent jusqu'à la surface dans la cellule, o la mousse est éliminée par soufflage de la surface et envoyée dans le passage 20 o elle est éliminée, alors que le liquide propre dont la teneur en encre est réduite et évacué à la partie inférieure de la cellule de flottation par la sortie 16. En ce qui concerne l'injection du gaz et la formation des bulles dans la chambre de mélange 26, on injecte le gaz sous pression par les trous 40, et habituellement de l'air à une pression comprise entre 0,7 et 1,4 kg/cm 2 et à mesure que la pâte est envoyée entre les parois 36, 38 et l'élé- ment hydrodynamique 50, d'abord lorsqu'elles convergent vers l'interstice restreint, puis lorsqu'elles en divergent plus brusquement Lorsque l'élément hydrodynamique 50 est dans la position de la figure 3, la zone de passage du courant dans les interstices restreints est légèrement inférieure à celle du passage circulaire de l'entrée 28, la hauteur de l'interstice étant d'environ 25 mm Lorsqu'on fait tourner l'élément hydrodynamique 50 à partir de sa position totalement ouverte, la section de passage du courant au niveau de l'interstice diminue à mesure qu'aug- mente la vitesse résultante du courant pour atteindre environ quatre fois celle du courant à l'entrée 28 lorsque l'élément hydrodynamique 50 se trouve sensiblement dans la position de la figure 2 o la hauteur de l'interstice est approximativement 6 min, et environ huit fois celle du courant d'entrée lorsque la hauteur de l'interstice est. d'environ 3 mm En général, les conditions étant par ailleurs égales, l'augmentation de la vitesse du courant tend à diminuer la dimension des bulles, la dimension optimale des bulles étant une variable qui dépend de la constitution du liquide et du mélange de pâte à traiter, et d'autres conditions Quand on effectue un réglage pour augmenter la vitesse du courant, on réduit également l'épaisseur de la couche de mélange de liquide lorsqu'on y injecte du gaz, ce qui améliore l'action de cisaillement des bulles, puis la pénétration et la dispersion pour une pression donnée du gaz La facilité de déterminer ces réglages qui est fournie par le mode de réalisation préféré constitue une caractéris- tique importante de ce dernier. Du fait que l'adjonction de gaz s'effectue par l'inter- médiaire de trous formés par perçage (par opposition à du métal fritté), sa vitesse d'injection est élevée et permet sa pénétration dans le liquide, et comme les parois 36, 38 s'étendent transversalement à la direction suivie par le courant, la restriction au volume du courant et l'accélé- ration par ses parois a lieu dans une zone beaucoup plus courte que cela serait le cas si les surfaces opposées avaient une longueur importante dans la direction suivie par le courant,-comme dans le brevet 4 186 094 sus- mentionné Comme la section de passage du courant entre les parois 36, 38 et l'élément hydrodynamique incurvé 50 est aérodynamique, les pertes de pression sont limitées au minimum. Les parois 36, 38 divergent plus brusquement après l'intervalle restreint existant entre elles qu'elles ne convergent jusqu'à cet interstice, ce qui détermine une expansion rapide du courant de fluide ainsi que les turbu- lences et le mélange recherchés dans le passage 39, et également un contact et un mélange additionnels à mesure que le courant se contracte en section transversale lors- qu'il avance en direction de l'entrée 14 de la cellule. L'élément hydrodynamique 50 peut être réglé en rotation au moyen d'un arbre externe 58 en vue de régler l'interstice restant entre les parois 36, 38 et déterminer ainsi des débits du liquide dans la zone d'injection du gaz qui soient variables sur une gamme étendue en vue de rendre optimales les dimensions des bulles et leur distribution pour des conditions données et pour faciliter l'élimination de toute substance solide s'étant agglomérée. L'appareil représenté peut être utilisé individuelle- ment ou par multiples reliés à la source du mélange de liquide en parallèle en vue d'un traitement unique, ou reliés en série en vue de traitements successifs d'injec- tion de gaz et de flottation de produits provenant d'une cellule précédente L'appareil est conçu en vue de la facilité de son assemblage en des séries multiples, soit côte à côte soit empilé verticalement. D'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. On n'en mentionnera que quelques-uns, à titre d'exemples seulement. Il est très souhaitable de pouvoir régler l'élément hydrodynamique 50, mais si cela n'est pas nécessaire, un élément hydrodynamique 50 de même configuration et étant fixe est toujours avantageux et peut être facilement uti- lisé pour obtenir une injection du gaz à partir de ses côtés opposés C'est ainsi que l'élément hydrodynamique peut être creux, sa partie intérieure étant reliée à une source de gaz comprimé, et comprendra des ouvertures de sortie de gaz face aux ouvertures 40 des parois 36, 38, de manière que le courant soit injecté de gaz à partir des deux côtés Il est plus difficile d'obtenir ce résultat avec un élément hydrodynamique réglable Il est possible aussi d'éliminer complètement l'élément hydrodynamique en réduisant dans la mesure désirée la distance entre les parois 36, 38 par augmentation de leurs diamètres ou par réduction de la hauteur maximale du passage du courant dans la chambre 26 Dans ce cas, on pourrait rendre l'une des parois 36, 38 réglable et susceptible d'être rapprochée ou éloignée de l'autre en la montant à charnière à une extré- mité, et en prévoyant un dispositif d'étanchéité approprié si du gaz est injecté au travers de la paroi réglable Pour obtenir des courants de plus grande capacité, on pourrait séparer les parois 36, 38 encore plus, un tuyau comprenant des ouvertures de chaque côté et relié à la source de gaz comprimé pourrait être disposé centralement entre elles et l'élément hydrodynamique 50, et l'on pourrait prévoir deux éléments hydrodynamiques 50, disposés chacun entre chaque paroi et une face perforée du tuyau, pour former quatre zones d'injection du gaz semblables aux deux qui sont représentées. Les dimensions et le nombre de rangées d'ouvertures 40 ne sont pas critiques Il s'avère que des ouvertures régu- lières plutôt que celles qui sont déterminées par les pores d'un métal poreux permettent d'obtenir une meilleure régu- larité de la dimension et de la distribution des bulles On a constaté que de une à trois rangées d'ouvertures ayant le diamètre préféré déterminent une ventilation adéquate, et c'est pourquoi l'on préfère de une à trois rangées La dimension des ouvertures a un effet sur la dimension des bulles et peut varier en fonction de ce qu'on désire à cet égard, bien que, la vitesse du courant traversant les ouver- tures soit plus importante pour la détermination de la dimension des bulles On préfère également une forme ovale pour l'élément hydrodynamique 50, mais cette forme n'est pas critique. On comprendra que les gammes de réglage de la hauteur de l'interstice restreint qui ont été mentionnées ne sont données qu'à titre illustratif La hauteur réglée la plus importante est généralement utilisée pour éliminer toute obstruction pouvant apparaître lorsque la hauteur réglée est plus faible La hauteur réglée la plus faible peut varier de 3 mm et même moins (quand cela ne provoque pas de bouchages trop fréquents) à 6 mm et même plus (pour des pressions d'entrée du courant supérieures à celles qui sont indiquées ci-dessus ou lorsqu'on obtient ainsi une blan- cheur acceptable). REVENDICATIONS 1 Appareil d'élimination par flottation de particules solides contenues dans un liquide, comprenant au moins une cellule de flottation comportant une entrée pour le liquide à traiter et des sorties séparées pour la mousse contenant des particules solides et pour le liquide nettoyé et, à l'amont de ladite entrée, une chambre de mélange comprenant un passage par lequel passe le liquide avant de parvenir à ladite entrée et dans lequel le liquide est chargé de gaz pour y former de bulles, caractérisé en ce que la chambre de mélange ( 26) comprend au moins une paire de parois opposées ( 36, 38) s'étendant au travers du passage pour former les faces opposées du parcours d'un courant de liquide et convergeant pour former un interstice restreint entre les parois, la ou les paires de parois étant disposées dans la chambre de manière que pratiquement la totalité du liquide qui passe par la chambre soit obligé de suivre ledit parcours, et des moyens d'injection de gaz destinés à déterminer un courant de gaz à une pression supérieure à la pression atmosphérique à l'intérieur du liquide qui s'écou- le entre les parois au voisinage de l'interstice restreint et à environ la même vitesse au niveau de l'interstice pour former des bulles dans le liquide, distribuées au travers du parcours suivi par le courant. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois convergentes ( 36, 38) sont disposées trans- versalement à la direction suivie par le courant. 3 Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 50, 52) pour modifier de façon réglable la position de l'une des parois de chaque jeu par rapport à l'autre pour modifier l'aire de la section de passage de l'interstice restreint. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre de mélange ( 26) comprend deux paires desdites parois opposées ( 36, 38) formant deux des parcours de courant, par chacun desquels est obligée de passer pratiquement la moitié du liquide circulant dans la cham- bre, en ce que la paroi réglable de chaque paire est courbe autour d'un axe transversal au parcours du courant, et en ce que les parois incurvées sont reliées de manière à pivoter autour d'un axe commun entre les autres parois des paires pour obtenir ladite possibilité de réglage. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les parois réglables sont les moitiés opposées d'un organe ( 50) de section transversale sensiblement ovale. 6 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'injection de gaz comprennent des ouvertures ( 40) pratiquées dans au moins l'une de chaque paire de parois, dans la zone de l'inter- stice restreint. 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ouvertures ( 40) ont un diamètre de l'ordre de 0,8 mm. 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque paroi ajourée comprend de une à trois rangées d'ouvertures ( 40), disposées transversalement à la direc- tion du courant de liquide passant devant elles. 9 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le passage s'élargit brusquement à l'aval de l'interstice restreint pour déterminer une turbulence dans le liquide et des bulles. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la distance la plus courte entre chacune des paires de parois au niveau-de l'inters- tice restreint-et pour une position réglée quelconque de la paroi réglable est comprise entre environ 3 mm et 6 mm. 11 Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que la distance la plus importante entre chacune des paires de paroi au niveau de l'interstice restreint et pour une position réglée quelconque de la paroi réglable est comprise entre environ 12,5 mm et 25 mm. 12 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la longueur de l'interstice restreint dans la direction du courant est approximativement égale à sa hauteur pour toute position réglée de la paroi réglable.