Brevet FR2619023A1 — publié le 19890210

INJECTEUR XELANGEUR SOUS PRESSION Dans l'industrie papetière, la pâte à papier fait l'obJet de nombreux traitements d'épuration, séparation et filtrations diverses, de décontamination et désencrage. La présente invention se rapporte aux dispositifs d'inJections de mélange sous-pression de liquide et d'air, et notamment aux dispositifs mélangeurs de pâte & papier et d'air, utilisés dans les cellules de décontamination et de désencrage par flottation. Une des techniques connues de décontamination et désencrage consiste à injecter de l'air dans la pâte à traiter, à l'entrée de la cellule. L'air emprisonne les charges et les particules d'encre dans des bulles, et les entraîne vers la surface pour former une mousse qui est ensuite aspirée vers un séparateur. La qualité du désencrage dépend notamment de la qualité du mélange obtenu dans l'injecteur: il est en effet nécessaire que la pate soit très aérée afin de retenir la quantité maximale de particules dans les bulles d'air. On utilise généralement des injecteurs qui comportent une entrée de liquide sous pression et une sortie en forme de tuyère; entre l'entrée et la sortie on dispose une entrée d'air et un cylindre dans lequel l'air, aspiré par l'écoulement du liquide, s'y mélange avant d'atteindre la partie cônique de la sortie. Ces injecteurs comportent habituellement un tube d'arrivée d'air dont l'extrémité est coaxiale à l'alimentation en liquide. En fonctionnement, on observe en fait autour de l'extrémité du tube d'air, la formation d'un anneau d'air, l'air se mélangeant à l'eau à l'extrémité aval de l'anneau. Cependant, le mélange n'est pas toujours de bonne qualité car l'anneau est trop court ou trop mince, ou irrégulièrement réparti. Il s'ensuit que la formation 26 19023 des bulles est irrégulière et le désencrage obtenu est médiocre. La quantité d'air aspirée dans ce type d'injecteur est principalement fonction de la pression d'alimentation; elle peut par exemple être de l'ordre de 150% du volume de liquide; cependant le problème n'est pas tant d'obtenir un grand débit d'air aspiré mais plutôt d'assurer une grande et constante homogénéité du mélange liquide-air. Il s'avère aussi que la quantité de liquide elle-même ne peut dépasser une certaine limite car la vitesse de sortie serait trop élevée, et l'impact des bulles, en sortie, contre l'air ambiant, les ferait s'éclater et l'encre ensuite retournerait en phase liquide. Le débit de liquide accepté par un injecteur ne peut pas être augmenté, en aggrandissant section du cylindre de mélange, car il s'avère que pour un diamètre supérieur à environ 8mmn, l'aération devient irrégulière: formation de grosses bulles, débit d'air variable, désencrage de moindre qualité. Aussi on résoud ce problème généralement en utilisant plusieurs injecteurs alimentés en parallèle. Ces injecteurs présentent en outre l'inconvénient de se boucher facilement: lors des arrêts de fonctionnement les impuretés se déposent dans les conduites, en amont des injecteurs, s'agglomèrent et sèchent assez rapidement. Au démarrage suivant, elles me décollent et provoquent des obturations des injecteurs. Ces injecteurs qui sont généralement formés d'un seul bloc doivent être démontés entièrement afin de les déboucher. La présente invention a pour objectif un injecteur de mélange liquide-air à grand débit, forte et régulière aération du liquide et qui résoud les problèmes de bouchage. Elle a pour objet un inJecteur mélangeur de liquide et d'air du type comportant une alimentation en liquide sous pression, une alimentation en air à pression atmosphérique, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: - au moins un tube d'injection, chaque tube comprenant une conduite d'entrée convergente, une conduite cylindrique de mélange, et une conduite de sortie et de tirage divergente, - un espace d'aération en forme de lame d'air, perpendiculaire à la direction de l'écoulement, séparant les conduites d'entrée et de mélange, de telle sorte que la surface du jet de liquide traversant la lame d'air, entre les conduites d'entrée et de mélange, est totalement et constamment entourée d'air. L'injecteur est encore remarquable par les caractéristiques suivantes: - l'espace formant la lame d'air est limité à une chambre d'aération cylindrique alimentée tangentiellement, et l'entrée d'air est disposée horizontalement à la partie. inférieure de l'injecteur; l'injecteur comporte une pluralité de tubes d'injection parallèles, la chambre d'aération étant une chambre commune; - la conduite de mélange de chaque tube comporte d'amont en aval: un entonnoir de réception et centrage du Jet convergent vers le cylindre de mélange; - les tubes d'injection sont disposés en couronne autour d'un tube d'injection central, et tous ont les mêmes dimensions; - l'injecteur comporte six tubes périphériques et un tube central; - les sections des tubes dans les zones d'entrée et de mélange sont circulaires; - la chambre d'air à la forme d'un disque circulaire dans lequel débouchent perpendiculairement les cylindres d'entrée du liquide, ledit disque étant d'épaisseur substantielle voisine du diamètre d'un cylindre d'entrée, et elle comporte une arrivée d'air tangentielle; - l'injecteur est constitué de deux pieces, l'une comportant la ou les conduites d'entrée et une conduite d'arrivée d'air tangentielle, l'autre comportant les entonnoirs de réception et centrage des Jets, les cylindres de mélange, les cônes de sortie divergents, les deux pièces étant assemblées par vissage ou autre moyen connu, de telle sorte que l'assemblage forme entre les deux pièces, une cavité, communicant avec la conduite d'arrivée d'air, en forme de chambre circulaire, séparant les conduites d'entrée de liquide des conduites de sortie de mélange. L'injecteur selon l'invention apporte les avantages suivants: 1i- l'aération du liquide est améliorée en qualité et en régularité: débit d'air aspiré élevé suivi d'un désenicrage important. L'amélioration est remarquable même avec des pourcentages d'air importants, de l'ordre de %. 2'- L'installation est simplifiée car il est possible de remplacer par exemple, les 16 injecteurs unitaires répartis actuellement sur la périphérie de la cellule, par un ou deux injecteurs multiples selon l'invention. 3'- Le nettoyage est aisé du fait de la conception en deux parties facilement démontables. A titre d'exemple et pour mieux comprendre l'invention, on a représenté au dessin annexé: - Figure 1 une vue schématique de face d'un injecteur selon l'invention; - Figure 2 une vue en coupe A-A longitudinale de l'injecteur de la figure 1. Comme montre le dessin, l'injecteur 1 est de forme générale cylindrique et comporte une pluralité de tubes d'injection 2 parallèles et de préférence identiques: six tubes 2 périphériques régulierement répartis en couronne autour d'un tube central, chacun étant à égale distance de ses voisins immédiats. Mais l'invention n'est pas limitée à cet exemple de réalisation et l'injecteur 1 peut comporter un plus ou moins grand nombre de tubes, voire n'en comporter qu'un seul. Chaque tube comporte une conduite d'entrée 3 du liquide, une zone 4 d'aération et de mélange du liquide et de l'air, et une conduite 5 de sortie. La conduite d'entrée 3 comporte un tronc de cône 6 convergent, suivi d'un cylindre 7, tous deux de sections circulaires. La section cylindrique 7 peut être très courte, elle peut méme être inexistante, sa fonction est de stabiliser la direction de l'écoulement après le cône d'entrée 6. La zone 4 d'aération et de mélange 4 d'un tube 2 comporte successivement une chambre cylindrique 8 de section circulaire, communicant avec l'extérieur par une conduite 9 d'entrée d'air, disposée tangentiellement à la chambre et perpendiculairement à la direction d'écoulement du liquide; - un tronc de cône convergent, ou entonnoir de centrage du jet 10, de section circulaire, suivi d'un cylindre de mélange 11 de section circulaire. - La conduite de sortie 5 d'un tube 2 comportant un divergent 12, de section circulaire, de tirage ou détente de mélange mousseux. Les différentes parties tronconiques et cylindriques de chaque tube sont coaxiales. La chambre cylindrique 8 est un volume unique, commun à tous les tubes d'injection 2 de telle sorte que l'injecteur comporte un faisceau de tubes d'entrée 3 qui débouchent tous dans la chambre 8, et un faisceau de tubes de sortie 4, qui partent de la chambre 8 vers la sortie 5 de l'injecteur 1. 26 19 0 2 3 La chambre 8 présente en fait vis-à-vis du liquide une lame d'air 23 que le Jet doit traverser; le Jet dans l'espace de la chambre est ainsi en permanence entièrement entouré d'air et il peut s'aérer au maximum. Dans l'exemple de réalisation, la lame 23 est limitée à un espace en forme de chambre 8, mais il est également possible de ne pas limiter l'espace à une chambre, en séparant les pièces d'entrée des pièces de mélange et sortie, et en les maintenant alignées coaxialement avec une certaine distance entre elles. Avec une telle variante le Jet traverserait une lame d'air 23 non limitée aux parois d'une chambre. Le diamètre 13 du cylindre de mélange est supérieur au diamètre 14 de sortie du cylindre 7 d'entrée afin d'accepter un débit de liquide aéré, lequel est supérieur au débit de liquide seul, et le diamètre 15 d'entrée de l'entonnoir de centrage 10 est sensiblement supérieur au diamètre 14 du cylindre 7 d'entrée pour présenter une grande surface de réception au jet de liquide provenant du cylindre 7. Le fonctionnement de l'injecteur 1 est le suivant: - le liquide est alimenté sous pression dans les tubes 2 d'entrée; sa vitesse augmente dans la section tronconique d'entrée 6; il pénètre dans la lame d'air 23 et la traverse sous forme d'un jet, puis pénètre dans l'entonnoir de centrage 10. Le passage du liquide à grande vitesse à travers la lame d'air 23 limitée par la chambre 8 lui permet une parfaite aération. La conduite 9 d'arrivée d'air dans la chambre 8 est disposée tangentiellement et perpendiculairement à la direction des tubes 2 afin de créer un mouvement tournant, favorisant le mélange de l'air dans le liquide et favorisant le nettoyage de ladite chambre. En outre cette conduite est disposée inférieurement sous l'axe d'écoulement, cette disposition permet: 1'- d'évacuer immédiatement le liquide résiduel lorsque le fonctionnement de l'installation est arrêté, et d'éviter la formation de croûte. 2'- en cas d'obstruction d'une des conduites 10,11,12, de renvoyer le liquide provenant de la conduite d'entrée 3 correspondante, dans les autres conduites 10,11,12, et de briser les particules qui sont à l'origine de l'obstruction. Le liquide arrive ensuite dans la partie cylindrique 11 de la zone de mélange 4 o se réalise le mélange airliquide sous forme de bulles de très faibles dimensions et o l'encre et les contaminants sont piégés. En fin de parcours le mélange pénètre et traverse le cône divergent 12 de sortie, qui est un cône de tirage habituel et ne fait pas précisément partie de l'invention. L'exemple de réalisation illustré présente les caractéristiques dimensionnelles suivantes: - la pente de l'entonnoir 10 de centrage est de l'ordre de 7%, de même que celle du cône d'entrée 6, - le rapport d'ouverture du cône de tirage 12 est inférieur & 2%, mais ces caractéristiques ne sont pas obligatoires. En outre dans la variante illustrée, l'inJecteur 1 est réalisé en deux pièces 20,21 assemblées l'une contre l'autre par vissage 22: la pièce d'entrée 20 comporte la zone d'entrée 3, la pièce de sortie 21 comporte l'entonnoir 10 de centrage, le cylindre 11 de mélange, et le cône de détente 12 de sortie. Un évidement cylindrique est prévu sur l'une des pièces 20 ou 21, (dans l'exemple c'est la pièce 20) pour former la chambre 8 qui définit une cavité en forme de lame d'air 23. Une cavité est creusée latéralement dans la pièce évidée pour former l'arrivée d'air tangentielle 9. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif de mélange de liquide et d'air du type injecteur sous pression comportant une alimentation en liquide sous pression, une alimentation en air à pression atmosphérique, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: - au moins un tube d'injection (2), chaque tube comprenant une conduite d'entrée (3) convergente, une conduite cylindrique de mélange (11), et une conduite de sortie et de tirage (5) divergente, un espace d'aération en forme de lame d'air (23), perpendiculaire à la direction de l'écoulement, séparant les conduites d'entrée (3) et de mélange (11), de telle sorte que la surface du jet de liquide traversant la lame d'air (23) entre les conduites d'entrée (3) et de mélange (11) est totalement et constanmment entourée d'air. 2. Dispositif de mélange de liquide et d'air selon la revendication 1 caractérisé en ce l'espace d'aération formant lame d'air est limité à une chambre d'aération (8) cylindrique, comportant une alimentation tangentielle (9) de façon à former un courant d'air tournant dans la chambre. 3. Dispositif de mélange de liquide et d'air selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'alimentation (9) est disposée horizontalement à la partie inférieure de l'injecteur (1). 4. Dispositif de mélange de liquide et d'air selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de tubes d'injection (2) parallèles, la chambre (8) étant une chambre unique, commune à tous les tubes. 5. Dispositif de mélange de liquide et d'air selon la revendication 1 caractérisé en ce que le cylindre de mélange (11)> est précédé d'un entonnoir (10) de réception et centrage du Jet convergent dans ledit cylindre (11). 6. Dispositif de mélange de liquide et d'air selon la revendication 4 caractérisé en ce que les tubes d'injection (2) sont disposés en couronne autour d'un tube d'injection (2) central. 7. Dispositif de mélange de liquide et d'air selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'injecteur (1) comporte sept tubes d'injection (2). 8. Dispositif de mélange de liquide et d'air selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre d'air (8) à la forme d'un disque circulaire (d'épaisseur substantielle voisine du diamètre d'un cylindre d'entrée (7>, dans lequel débouchent perpendiculairement les cylindres d'entrée de liquide (7), et elle comporte une arrivée d'air tangentielle. 9. Dispositif de mélange de liquide et d'air selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué de deux pièces (20,21), l'une (20) comportant la conduite d'entrée (3) et la conduite (9) d'arrivée d'air tangentielle, l'autre (21) comportant les entonnoirs de centrage (10), les cylindres de mélange (11) et les cônes de sortie divergente (12), et les deux pièces étant assemblées par vissage (22) ou autre moyen connu, de telle sorte que l'assemblage forme entre les deux pièces (20,21) une chambre (8), communicant avec la conduite d'arrivée d'air,en forme de lame d'air conduites de sortie du liquide.