Brevet FR2584947A1 — publié le 19870123

Dispositif pour 11 introduction de gaz dans un système de flottation et son utilisation dans des installations papetières, en particulier pour le désencrage de vieux papiers L'invention concerne un dispositif dtintroduction de gaz dans un système de flottation, comportant un canal avec au moins un élargissement brusque et étagé de la section transversale de passage, par laquelle passe le fluide où le gaz est à introduire, cependant que, près de cet endroit, on prévoit au moins une ouverture d'amenée de gaz. Un système de flottation muni d'un pareil dispositif d'introduction de gaz convient spécialement pour la flottation de suspensions fibreuses destinées à la fabrication du papier, des particules à enlever de la suspension s 'accrochant aux bulles de gaz formées et pouvant être évacuées de la surface sous forme de mousse de flottation. Des systèmes de ce genre sont nécessaires spécialement pour l'épuration de suspensions fibreuses obtenues à partir de vieux papiers. Mais on peut prévoir aussi d'autres emplois, suivant lesquels un fluide doit être introduit, avec une charge de gaz aussi élevée que possible, dans une cuve de flottation, pour permettre un accrochage de particules aux bulles d'air. Comme gaz, on peut se servir d'air ou d'un gaz approprié. Des dispositifs d'introduction de gaz de ce genre sont connus en différentes variantes pour différentes utilisations, comme "diffuseurs étagés", par exemple dans le brevet suisse 581 493. I1 est alors avantageux que de pareils dispositifs d'introduction de gaz travaillent avec auto-amorçage, de manière que leur fonctionnement soit exceptionnellement sùr. Par le document de B. Eck "Technische Stmungslehre" (Springer, 1966), on connais des instructions pour la conception géométriques de pareils diffuseurs étagés. On recommande ainsi que la perte de vitesse à chaque ressaut étagé soit approximativement de même valeur, parce que c'est ainsi que la récupération de pression est la plus grande; on recommande aussi que la longueur des étages partiels soit d'environ six sept rois la différence de diamètre, pour assurer un profil régulier de vitesse. Dans le brevet allemand 34 01 161, on décrit des systèmes de flottation qui conviennent spécialement à l'épuration de suspensions fibreuses obtenues à partir de vieux papiers et qui comportent des dispositifs d'introduction de gaz spéciaux. Compte tenu des instructions de dimensionnement indiquées, on a pu obtenir ainsi des charges de gaz, c'est-à-dire un quotient de la quantité d'air amenée par la quantité de liquide, de 30 à 40 S. Pour assurer une efficacité élevée dans l'épuration de vieux papiers très sales et réaliser des réserves nécessaires, spécialement pour des tiroirs et dispositifs de mesure intermédiaires, destinés au réglage de la quantité d'air, une élévation de la charge possible de gaz à des valeurs de 50 à 60 % s'est révélée nécessaire. De pareilles charges de gaz doivent aussi être réalisables avec de faibles débits de liquide. L'invention se donne pour but de développer des dispositifs d'introduction de gaz connus du type indiqué plus haut, de manière qu'ils puissent amener à un système de flottation un fluide à charge de gaz élevée, même dans le cas d'un faible débit de liquide. Un autre but est de rendre réglable la grandeur des bulles dans le liquide gazé, pour permettre une amélioration de l'accrochage de différentes particules. Ce but est atteint suivant l'invention en ce que la longueur de mélange, qui est formée par le quotient du volume de mélange se trouvant après l'élargissement étagé de section transversale, oû se produit l'amenée de gaz par la section transversale d'entrée du fluide dans ce volume de mélange, est d'au moins un mètre. L'invention part ainsi de la constatation qu'en plus des instructions indiquées pour le dimensionnement, on doit disposer d'une longueur déterminée de mélange pour obtenir une charge plus élevée de gaz. On n' avait visiblement pas découvert, jusqu'à maintenant, qu'une augmentation de la longueur de mélange à plus d'un mètre, tandis que les autres instructions de dimensionnement sont respectées, permet d'atteindre une charge de gaz de plus de 50 %. Un réglage de la grandeur des bulles peut être obtenu par différents degrés de turbulence. Ceux-ci peuvent etre obtenus par un changement des conditions de vitesse et/ou des pressions d'entrée et de la géométrie du diffuseur étagé. L'invention va être expliquée plus en détail à l'aide des exemples d'exécution représentés sur les dessins annexés. Sur ces dessins la figure la représente une coupe longitudinale d'un dispositif d'introduction de gaz la figure lb représente un autre dispositif d'introduction de gaz les figures 2a, 2b, 2c et 2d représentent des coupes transversales de dispositifs d'introduction de gaz, avec des dispositions différentes pour les amenées de gaz ; la figure 3 représente une coupe d'un système de flottation muni d'un dispositif d'introduction de gaz la figure 4 représente une vue de dessus d'un système de flottation utilisable pour l'épuration de la matière papetière et la figure 5 représente une coupe verticale de ce système de flottation. La figure 1 montre un exemple d'une installation d'introduction de gez i, qui est formée d'un diffuseur à deux étages et dans laquelle le fluide S, par exemple une suspension fibreuse obtenue à partir de vieux papiers, traverse un canal d'écoulement, composé de plusieurs tronçons 2, 3 et 4. Entre les différents tronçons, la section transversale s'élargit de manière étagée et brusque : entre l'étage d'entrée 2 et le suivant 3, à l'endroit du ressaut 5, elle passe par exemple d'une section transversale d'écoulement AO à une section transversale Al ; au ressaut suivant 6, entre les étages 3 et 4, elle passe d'une section transversale Al à la section transversale A2.Les rapports entre les sections transversales des différents étages 5 et 6 sont choisis de manière que la perte de vitesse à chaque ressaut soit à peu près la même. Les longueurs Li et L2 des étages partiels sont alors au moins le sextuple de la différence des diamètres qui découle des sections transversales Al AO ou A2 - Al. Aux endroits des élargissements brusques 5 et 6, il se forme, au moment du passage du diffuseur étagé 1, des zones 7 à brassage élevé dans l'écoulement et il en résulte une turbulence importante dans la suite de l'écoulement. En même temps, une dépression se forme à ces endroits. Par des ouvertures 8, 9 et des conduites d'arrivée 10, 11, un gaz a introduire, par exemple de l'air, est aspiré dans l'étage correspondant 3 et/ou 4 et, par suite de la turbulence, il se mélange au fluide 5, par exemple une suspension fibreuse, en formant des petites bulles d'air. On remarque que, pour assurer un bon brassage, il faut au moins un élargissement étagé de la section transversale, près duquel le gaz a introduire est amené. Mais on peut prévoir deux élargissements étagés ou plus, pour améliorer le rendement. L'adjonction du gaz ou de l'air par mélange doit se faire sur au moins un élargissement étagé, de préférence sur le premier étage mais on peut prévoir aussi sur plusieurs étages des arrivées d'air. Pour qu'on puisse encore mieux tirer parti d'une turbulence et d'un brassage intensifs, il est avantageux, comme le montre la figure lb, de rétrécir, après le premier ressaut étagé 5, la section transversale à environ la section d'origine et d'obtenir ainsi pour la deuxième fois, le même ressaut étagé 5'. L'amenée de gaz ou d'air peut alors, comme représenté sur la figure 2a, être réalisée à un seul endroit 12 de la périphérie, au moyen d'une seule conduite 13. Au lieu de cela, on peut aussi prévoir plusieurs conduites d'amenée 14, 15, 16 et 17, réparties sur le pourtour et introduisant le gaz ou l'air en étoile dans le canal, comme le montre la figure 2. De même, l'amenée d'air peut aussi être légèrement tangente, comme le montre la figure 2c. Au lieu d'être située directement derrière l'élargissement étagé 5 ou 6, sur le pourtour du tronçon suivant 3 ou 4 de canal, l'amenée d'air peut aussi être centrale, par des amenées 10' placées dans le courant, comme le montre la figure 2d, ou encore se faire par des ouvertures pratiquées dans les surfaces transversales des élargissements étagés, comme dans les exemples du brevet suisse 581.493. Dans un exemple d'exécution pratique d'un diffuseur étagé pour l'amenée d'une suspension fibreuse, obtenue à partir de vieux papiers, vers une cellule de flottation, on a utilisé un diffuseur à trois étages : le diamètre de la première zone 2 était de 2,5 cm ; celui de la deuxième zone 3 était de 3 cm et celui de la troisième zone 4, de 4 cm. L'amenée d'air suivait directement le premier élargissement étagé, entre les tronçons 2 et 3. Suivant des instructions connues, on a calculé, pour une longueur -pouvant être choisie librement- du premier tronçon 2, la longueur Li (3,5cm) du deuxième tronçon 3 et la longueur L2 (7cm) du troisième tronçon 4. Pour un débit de la suspension fibreuse de 240 I/m, on obtient ainsi une charge d'air de 30% au maximum. Pour augmenter la charge d'air, on a proposé de changer les différents paramètres, compte tenu des instructions connues de dimensionnement, de manière à obtenir l'amélioration voulue. On a constaté d'une manière surprenante qu'une condition d'une pareille amélioration de la charge de gaz est que la longueur de mélange existant dans le diffuseur soit d'au moins I m et, de préférence, d'environ 1,5 à 2 m, cette valeur apportant les avantages voulus, au moins pour une large gamme de diamètres d'entrée de la première zone 2, comprise entre 1 et plus de 2,5 cm.Par longueur de mélange L, il faut entendre, pour le cas où l'amenée d'air n'a lieu que sur le premier ressaut étagé 5, le rapport entre les volumes V1 et V2 suivant le ressaut étagé 5 d'une part et la section transversale d'entrée AO d'autre part L 2 (V2 + V1) / O Dans le cas d'une amenée en plusieurs endroits, il faut additionner les longueurs correspondantes de mélange. Dans l'exemple d'exécution connu, avec les sections transversales indiquées des différents tronçons, il suffit d'agrandir les longueurs des tronçons 3 et 4 à des valeurs de L1 = 5 cm et L2 = 36 cm avec une longueur de mélange L = 1 m, pour obtenir une charge de gaz d'au moins 40%. Si on prolonge L1 à 8cm et L2 à 50cm, avec une longueur de mélange. L21,4m, on obtient une charge de gaz d'environ 50%. La Figure 3 montre un système de flottation qui convient spécialement pour l'épuration d'une suspension fibreuse obtenue à partir de vieux papiers. Celle-ci présente une cuve de flottation 18, à laquelle est raccordé latéralement un dispositif 1 d'amenée de la suspension fibreuse S à épurer en même temps que d'un courant de gaz ou d'air G.Ce dispositif d'amenée 1 est un dispositif d'introduction de gaz en forme de diffuseur étagé suivant la figure 1, les longueurs des tronçons 3 et 4 étant choisies de manière à ce qu'on obtienne une longueur de mélange d'au moins lm. Dans la suspension introduite dans la distance-d'arrivée 19 et dans la cuve de flottation proprement dite 18, les bulles gazeuses montent à la surface, avec des particules d'impuretes attachées à elles, jusqu'au niveau de liquide N, constituant ainsi la mousse de flottation. Cette mousse s'évacue par une goulotte d'évacuation 20, pendant que la matière épurée est évacuée par un tuyau d'évacuation 21, avec une vanne 22, actionnée par un régulateur de niveau 23. Dans une installation de flottation, on monte normalement plusieurs systèmes de flottation semblables les uns derrière les autres. Les figures 4 et 5 montrent une autre forme d'exécution d'un système de flottation, dans lequel la cuve 24 est cylindrique et à axe vertical 25. Tangentiellement à la paroi 24 du cylindre, on prévoit des dispositifs d'introduction de gaz 26, 27, 28 et 29 pour l'amenée d'une suspension fibreuse S, qui est gazée avec un gaz adéquat, par exemple de l'air. Les dispositifs d'introduction de gaz 26 à 29 sont composés chacun de trois diffuseurs étagés parallèles 1, conformes à la figure 1. Les petites bulles de gaz formées remontent, avec les particules d'impuretés qui s'y attachent, au niveau de liquide N et elles sont évacuées par un tropplein 30, sous forme de mousse de flottation. Des variantes et des développements sont possibles dans le cadre de l'invention. C'est ainsi qu'il peut être avantageux, pour augmenter la charge de gaz, de pouvoir régler la grandeur des bulles. Cela peut s'obtenir par exemple par un changement des conditions de pression et de la géométrie des étages du diffuser. I1 est ainsi possible de manoeuvrer les uns derrière les autres plusieurs étages de flottation avec différentes grandeurs de bulles, pour saisir différents genres de particules et des particules de différentes grandeurs. Une autre variante consiste à agir sur la grandeur et la répartition des bulles d'air, en incorporant un mélangeur statique au canal d'écoulement. On remarque encore que la forme des sections transversales des tronçons de canal 2, 3, 4 est en soi indifférente. On choisit bien en général une section transversale circulaire, mais il peut être utile de donner, par exemple au dernier tronçon 4, celui qui mène à la cuve de flottation, une section transversale carrée ou rectangulaire, comme le montre la figure 5. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'introduction de gaz pour un système de flottation, comportant un canal (1) avec au moins un élargissement (5,6) brusque et étagé de la section transversale de passage, par laquelle passe un fluide où le gaz est introduire, cependant que près d'un endroit (5,6) présentant au moins un élargissement brusque de la section transversale, il est prévu au moins une ouverture (8,9) pour l'amenée du gaz, caractérisé en ce que la longueur de mélange L, qui est constituée par le quotient du volume de mélange (V1 +V2) se trouvant après l'élargissement étagé (8) de section transversale, où se produit l'amenée de gaz, par la section transversale d'entrée (AO) du fluide dans ce volume de mélange, est d'au moins 1 m. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre d'entrée du canal (1) est compris entre 1 et 2,5 cm. 3.- Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture (8,9) d'amenée de gaz est placée sur le pourtour du canal (1), directement après un changement brusque de la section transversale de passage. 4.- Dispositif suivant une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'amenée de gaz se fait de façon centrale dans le courant. 5.- Dispositif suivant une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la section transversale fermée du canal revient, après un élargissement étagé, à la section transversale d'origine, pour ensuite s'élargir. 6.- Dispositif suivant une des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que, dans le diffuseur étagé ou immédiatement après, est prévu un organe mélangeur statique. 7.- Utilisation du dispositif d'introduction de gaz suivant une des revendications 1 à ó, pour l'amenée d'une suspension chargée de gaz à un dispositif de flottation, dans lequel des particules d'impuretés s'attachent aux bulles d'air contenues dans la suspension et sont évacuées comme mousse de flottation. 8.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que plusieurs étages de flottation, dans lesquels plusieurs grandeurs de bulles sont produites, sont disposés les uns derrière les autres. 9.- Utilisation suivant la revendication 7 ou 8, pour épurer de ses particules d'impuretés une suspension fibreuse obtenue à partir de vieux papiers.