Brevet FR2523865A1 — publié le 19830930

La présente invention se rapporte à un procédé et à une installation destinés à mélanger deux liquides, dans le but notamment de neutraliser des eaux résiduaires, par addition de l'un des liquides à l'autre avec formation d'un premier mélange ou mélange initial. Pour faire réagir chimiquement des liquides, il faut les mélanger très intensément ou intimement La réaction chimique entre ions peut ne durer elle-même que bien moins d'un millionième de seconde, mais il est essentiel que le mélange effectué lui permette de se produire L'opération de mélange est en règle générale l'étape qui détermine la vitesse de la réaction Ce mélange est fait en général, soit dans un récipient de réaction fermé, soit dans des cuves ouvertes plus grandes, dans le but de répartir les deux composants de façon aussi homogène que possible Cependant, en raison du grand volume, il n'est possible d'obtenir un mélange intime qu'en consommant beaucoup d'énergie Par ailleurs, le mélange s'opère lentement et n'est donc achevé qu'après un assez long intervalle de temps, en donnant le mélange intime désiré Le second composant du mélange est ajouté en général par impulsions et très lentement. Le mélange de deux liquides s'effectue en pratique à grande échelle pour neutraliser des eaux résiduaires opération au cours de laquelle il faut respecter des tolé- rances très précises Avec le procédé connu d'addition par impulsions de l'agent de neutralisation, ces exigences sont difficiles à satisfaire, parce que, même si ces impulsions se succèdent rapidement, il y a alternance de zones alcalines et acides qui doivent être harmonisées de façon à arriver à la valeur du p H voulu lorsque le mélange intime est complè- tement obtenu Lorsque l'état de l'eau résiduaire, tel que sa charge de pollution ou sa température, varie, il est difficile de s'y adapter Il convient donc d'effectuer l'addition en continu, mais à condition que les réglages soient faits rapidement et que la durée des temps morts soit courte. Compte tenu de cet état de la technique, l'inven- tion concerne un procédé de mélange de deux liquides avec lequel les temps morts sont de courte durée, ce procédé étant simple et assurant un mélange plus intime L'invention con- cerne par ailleurs une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on prélève ou détourne une certaine quantité du mélange initial et on la réintroduit dans celui-ci après lui -avoir fait subir un certain décalage ou déphasage L'idée fondamentale de l'invention est donc de mélanger d'abord les deux composants pour obtenir un mélange initial, de prélever ou détourner aussitôt une certaine quantité de ce mélange et de la réintroduire dans celui-ci après l'avoir décalée dans le temps et/ou dans l'espace Il est possible de le faire en continu, le prélèvement et la réintroduction décalée de la quantité prélevée dans le mélange initial étant avantageu- sement effectués aussi en continu Selon une forme avantageuse de mise en oeuvre de l'invention, on réalise le décalage de phase ep différant le moment de la réintroduction de la quan- tité prélevée De cette façon, les temps morts sont très courts et un mélange intime est obtenu rapidement. Une autre variante du procédé selon l'invention consiste à réintroduire avec une vitesse d'écoulement réduite, avantageusement réduite de 50 % environ, la quantité qui a été prélevée. Par ailleurs, selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, après avoir effectué le mélange principal, on exécute un mélange complémentaire en prélevant ou détournant de nouveau une certaine quantité de ce mélange principal et en la réintroduisant avec un décalage de phase. Cette opération complémentaire de mélange sert en particulier dans la neutralisation des eaux résiduaires, à obtenir une meilleure égalisation et notamment à précipiter et développer les flocons de matières solides qui étaient dissoutes, mais qui se sont déposées au cours de la neutralisation Pendant l'exécution de ce mélange complémentaire, les flocons formés sont mélangés et peuvent s'agglomérer et former des flocons plus gros qui se déposent ensuite plus facilement. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention de mélange de deux liquides est caracté- risée en ce qu'elle comprend un mélangeur annulaire composé d'un système de conduites en circuit fermé ou annulaire, auquel sont raccordés à des endroits différents une conduite d'alimentation et une conduite d'évacuation, qui ont de préférence une section plus faible que celle de cette conduite annulaire Ces conduites d'alimentation et d'évacua- tion sont avantageusement opposées et sont raccordées tangen- tiellement à ladite conduite annulaire Il s'est révélé avantageux de donner aux conduites d'alimentation et d'éva- cuation une section comprise pour chacune entre le cinquième et la moitié de celle de la conduite annulaire Dans un mélangeur annulaire conformé de cette façon, on obtient très simplement le décalage de phase voulu de la quantité détour- née du mélange initial En fonction des cas spécifiques d'utilisation, il est possible de faire varier la durée des temps morts en modifiant la section de la conduite d'alimen- tation ou de la conduite d'évacuation Il est aussi possible de modifier de cette manière les limites de mélange. Conformément à une caractéristique de l'invention, il peut être avantageux de disposer les uns au-dessus des autres plusieurs systèmes annulaires de conduites et de les combiner au moyen de conduites de liaison pour obtenir en plus de l'écoulement circulaire forcé avec décalage de phase dans chaque plan, un écoulement en spirale dans le sens vertical Les impulsions d'écoulement qui se superposent de cette manière donnent plus rapidement un mélange encore meilleur. Pour préparer le mélange initial qui est envoyé ensuite à un mélangeur annulaire du genre décrit, il s'est révélé avantageux, selon une autre caractéristique de l'inventiond'utiliser pour l'un des liquides une conduite sous pression et, pour le second liquide, une conduite d'injection raccordée à la première, afin de donner ainsi à ce mélange initial une relativement grande homogénéité. L'injection sous grande vitesse peut être faite par impul- sions ou en continu La conduite sous pression est reliée à un réservoir de liquide, notamment d'eau résiduaire par l'intermédiaire d'une pompe, en amont ou en aval de laquelle la conduite d'injection du second liquide, qui est en parti- culier un agent de neutralisation, est raccordée La pompe est avantageusement centrifuge Pour doser le second liquide, une soupape doseuse ou une pompe doseuse est montée dans la conduite d'injection Pour commander le dispositif de dosage, la conduite d'évacuation comporte en aval du mélan- geur un dispositif de mesure du p H, dont les signaux sont envoyés à un ordinateur destiné à exploiter les informations reçues et commandant le débit du second liquide par l'inter- médiaire de la soupape ou pompe doseuse. De plus, un récipient de réaction complémentaire - ( 14, figure 4) peut être disposé en aval du mélangeur annu- laire Ce récipient est avantageusement un autre mélangeur annulaire comprenant un système de conduites en circuit fermé, auquel sont raccordées des conduites d'alimentation et d'évacuation montées à une certaine distance l'une de l'autre. Ce mélangeur aval est avantageusement réglé de manière à fonctionner avec des vitesses d'écoulement qui diffèrent de celles du premier mélangeur. D'autres particularités, caractéristiques et avan- tages de l'invention ressortiront de la description plus détaillée ci-après de diverses formes de réalisation de cette invention, données à titre d'exemples nullement limitatifs en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement les étapes du procédé; la figure 2 représente schématiquement une instal- lation de neutralisation d'eau résiduelle; la figure 3 est une vue schématique, en plan, d'un mélangeur annulaire, ou en circuit fermé; la figure 4 représente une variante de réalisation de l'installation de neutralisation de la figure 2; et la figure 5 est un graphique de la concentration (ordonnées)-en fonction du temps (abscisses) à la sortie du mélangeur de la figure 3. La figure 1 décrit, indépendamment de l'installa- tion pour sa mise en oeuvre, un procédé destiné à mélanger deux liquides en ajoutant l'un Fl à l'autre F 2 de façon à former un mélange initial F 3, dont une certaine quantité F 4 est détournée et réintroduite après un certain décalage de phase Ce décalage de la réintroduction de cette quantité détournée F 4 est obtenusur le schéma représenté/ par transport en amont dans le courant de mélange (voir la flèche F 4) Après déjà un intervalle de temps extrêmement court, le mélange F 5 des liquides est sensiblement homogène Le schéma repré- senté à titre d'exemple se rapporte à une mise en oeuvre con- tinue du procédé dans toutes les étapes de mélange Mais l'on obtient aussi de bons résultats en introduisant par inter- mittence le liquide Fl dans le liquide F 2, au moyen d'impul- sions de fréquence constante ou aléatoire L'introduction du liquide Fl peut aussi, ou en variante, s'effectuer assez près de l'endroit de la réintroduction du courant dérivé (ce qui est représenté en tireté sur la figure 1). L'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé est représentée sur la figure 2 dans le cas, donné à titre d'exemple, de la neutralisation d'une eau résiduaire Cette installation comporte une cuve 1 d'eau résiduaire sulfurique, unréservoir 4 d'agent de neutralisation dans le cas présent une lessive de soude caustique un mélangeur annulaire 3 et un récipient 7 de réaction complémentaire La cuve 1 d'eau résiduaire est reliée au mélangeur 3 par une conduite sous pression 8 dans laquelle est intercalée une pompe centrifuge 2 Du côté aspiration de cette pompe 2, une conduite d'injec- tion 9, qui est reliée à la conduite 8, permet de délivrer par l'intermédiaire d'une soupape doseuse 5 la quantité dosée de lessive sodique venant du réservoir 4 Un dispositif 6 de mesure du p H du mélange liquide qui sort du mélangeur 3, monté en aval de ce mélangeur, permet de commander la soupape doseuse 5. Dans l'installation décrite, la pompe centrifuge 2 envoie l'eau résiduaire dans la conduite sous pression 8. En amont de cette pompe, la lessive sodique provenant du réservoir 4, et constituant le second composant liquide, est mélangée de façon dosée à ce premier composant En raison de la grande intensité de la force centrifuge, ces deux compo- sants sont intimement mélangés en formant un mélange initial F 3 L'introduction dosée est régulée continuellement en fonc- tion de la valeur du p H, mesurée dans le dispositif 6, les valeurs relevées étant introduites dans un ordinateur 10 qui règle constamment le débit du liquide sortant de la'soupape doseuse 5. Le mélange initial est envoyé au mélangeur annu- laire 3, représenté schématiquement sur la figure 3 Ce mélan- geur comprend un système en circuit fermé de conduites - formant un ovale sur la figure auquel sont raccordées une conduite d'alimentation 11 et une conduite d'évacuation 12 diamétralement opposées La section de ces conduites d'alimen- tation 11 et d'évacuation 12 est comprise entre le cinquième et la moitié à peu près de celle de la conduite annulaire 13 Le liquide est injecté et prélevé tangentiellement, comme l'indiquent les flèches Le fonctionnement de ce mélangeur 3 est décrit ci-dessus dans le cas o la section des conduites d'alimentation et de dérivation équivaut à la moitié de celle de la conduite annulaire 13. Le mélange initial F 3, qui pénètre par la conduite d'alimentation 11, circule à une certaine vitesse, qui est identique à la vitesse d'écoulement dans la conduite d'évacua- tion 12 Cette vitesse reste pratiquement la même dans la conduite annulaire 13 A Il n'y a qu'un ralentissement négli- geable Mais, puisque la section de la conduite annulaire 13 est le double de celle des conduites Il et 12, il y a en rotation dans ce conduit 13 B approximativement une fois encore le même volume de liquide Dans la forme de réalisation repré- sentée, le segment compris entre la conduite d'évacuation 12 et la conduite d'alimentation 11 (demi-arc inférieur B) a la-même longueur que le segment qui va de ce conduit d'alimen- tation 11 à ce conduit de dérivation 12 (demi-arc supérieur A) Par conséquent, la vitesse d'écoulement dans l'arc inférieur 13 B est ramenée à peu près à la moitié de la vitesse d'écoulement dans l'arc supérieur 13 A de sorte que le temps nécessaire pour parcourir ce segment B est le double de celui qu'il faut pour passer de la conduite d'alimentation 11 à la conduite d'éva- cuation 12 Il se produit donc entre le courant principal et celui du circuit un décalage dans le temps qui provoque dans le système le mélange des liquides des deux segments, A et B. Les essais ont été effectués avec un mélangeur annulaire du genre décrit, dans le but de déterminer, indé- pendamment de la formation d'un mélange initial, les propriétés de mélangeage de ce mélangeur La figure 5 repré- sente la variation, constatée de cette manière, de la concen- tration dans la conduite d'évacuation 12, en fonction du temps, dans le cas o le premier liquide est pur au début de l'essai et o l'on y ajoute subitement 100 g d'un second composant par unité de volume La courbe montre que, dans ce cas la concentration n'augmente pas soudainement, mais qu'elle varie pendant environ 3 à 4 secondes, une valeur égale à 64 % de la concentration finale du composant 2 étant constatée après une seconde déjà Cela démontre la qualité et la rapidité du mélange. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter diverses modifications au procédé et à l'installation de mélange de deux liquides décrits et représentés. REVENDICATIONS 1 Procédé de mélange de deux liquides, destiné notamment à neutraliser des eaux résiduaires, par addition de l'un de ces liquides à l'autre pour obtenir un mélange initial, procédé caractérisé en ce que l'on prélève ou détourne une certaine quantité (F 4) de ce mélange initial (F 3) et on le réintroduit après lui avoir fait subir un certain décalage ou déphasage. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prépare constamment le mélange initial (F 3) et on en prélève et y réintroduit constamment aussi, après déphasage, une certaine quantité (F 4). 3 -Procédé selon l'une-des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on réalise le décalage ou déphasage, soit en retardant la réintroduction de la quantité prélevée (F 4), soit en la réintroduisant en amont, soit encore en retardant la réintroduction de la quantité prélevée et en la réintro- duisant en amont. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'on réintroduit avec une plus faible vitesse d'écoulement la quantité (F 4) qui avait été prélevée. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la diminution de la vitesse d'écoulement est de 50 %. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'on achemine en circuit annulaire la quantité (F 4) qui avait été prélevée. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que, après avoir effectué le mélange principal,on exécute un mélange complémentaire en prélevant ou détournant de nouveau une certaine quantité de ce mélange (F 5) et en la réintroduisant après lui avoir fait subir un décalage de phase. 8 Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce qu'elle comprend un mélangeur annulaire ( 3) r composé d'un système sensiblement circulaire de conduites auquel sont raccordées, à une certaine distance l'une de l'autre, une conduite d'alimentation ( 11) et une conduite d'évacuation ( 12). 9 Installation selon la revendication 8, caracté- risée en ce que les conduites d'alimentation ( 11) et d'évacu- ation ( 12) ont chacune une section plus faible que celle de la conduite annulaire ( 13). Installation selon la revendication 9, carac- térisée en ce que les conduites d'alimentation ( 11) et d'évacuation ( 12) sont opposées et sont raccordées tangen- tiellement à la conduite annulaire ( 13). 11 Installation selon l'une quelconque des reven- dications 8 à 10, caractérisée en ce que les conduites i 5 d'alimentation ( 11) et d'évacuation ( 12) ont une section qui est à chaque fois comprise entre le cinquième et la moitié environ de celle de la conduite annulaire ( 13). 12 Installation selon l'une quelconque des reven- dications 8 à 11, caractérisée en ce qu'elle comprend un certain nombre de systèmes de conduites annulaires disposés les uns au-dessus des autres et combinés au moyen de con- duites de liaison. 13 Installation selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce qu'un mélangeur préliminaire, disposé en amont du mélangeur annulaire ( 3) comporte une conduite sous pression ( 8) pour l'un des liquides et une conduite d'injection ( 9), raccordée à cette conduite sous pression, pour le second liquide. 14 Installation selon la revendication 13, carac- térisée en ce que la conduite sous pression ( 8) est reliée à une cuve ( 1), notamment une cuve d'eau résiduaire, par l'intermédiaire d'une pompe ( 2), en amont ou en aval de laquelle est disposé le raccord de la conduite d'injection ( 9) du second liquide, notamment un agent de neutralisation. 15 Installation selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisée en ce que la pompe ( 2) est une pompe centrifuge. 16 Installation selon l'une quelconque des reven- dications 13 à 15, caractérisée en ce qu'un dispositif doseur, qui est avantageusement une soupape doseuse ( 5), est monté dans la conduite d'injection ( 9). 17 Installation selon l'une quelconque des reven- dications 13 à 16, caractérisée en ce qu'elle comprend un groupe de commande et de réglage comportant un dispositif ( 6) de mesure de la valeur du p H et un ordinateur ( 10) qui relie ce dispositif ( 6) au dispositif doseur ( 5). 18 Installation selon l'une quelconque des revendications 8 à 17, caractérisée en ce qu'elle comporte un récipient ( 7) de réaction complémentaire, disposé en aval du mélangeur annulaire ( 3). 19 Installation selon la revendication 18, carac- térisée en ce que le récipient ( 7) de réaction complémentaire est un autre mélangeur comportant un système annulaire de conduites auquel sont raccordées, à une certaine distance l'une de l'autre, une conduite d'alimentation et une conduite d'évacuation.