Brevet FR2682304A1 — publié le 19930416

La présente invention concerne une cyclone-turbine perfectionnée, destinée notamment à l'équipement de dispositifs pour la séparation par flottation de liquides non miscibles Elle s'adresse plus particulièrement au traitement 5 des eaux polluées par des hydrocarbures. Il est connu de traiter de tels mélanges d'eaux et d'hydrocarbures par flottation, soit par air dissous (systèmes D A F, mis pour "dissolved air flotation"), soit par air ou gaz induit (systèmes I A F, mis pour "induced air flotation") Dans les dispositifs I A F, l'induction d'air ou de gaz est générée soit par des injecteurs, soit par des turbines de type rotor-stator C'est à cette dernière catégorie d'appareils qu'appartient le dispositif selon la15 présente invention On connait ainsi des flottateurs de type I.A F fonctionnant grâce à l'injection d'air ou de gaz par turbine, qui sont constitués d'une cuve cylindrique aménagée en une ou plusieurs zones passives dans lesquelles s'opèrent la tranquillisation ou la décantation des huiles, et en une20 ou plusieurs zones actives au sein desquelles un ensemble rotor/stator fonctionne comme dispositif d'injection d'air de flottation, et qui débouchent sur un ou plusieurs puits collecteurs récoltant les écumes formées dans les compartiments actifs On trouve des informations sur de tels25 dispositifs dans des notices de constructeurs et dans divers brevets, par exemple le brevet français N O 2 605 898. Les turbines, dont le rôle est de provoquer par la rotation du rotor une dépression dans la cheminée qui les surmonte, d'aspirer ainsi le gaz de couverture et de le projeter contre le stator créant ainsi autour du stator le nuage de gaz qui assurera la flottation, sont simplement constituées selon l'art antérieur d'un rotor à pales mobiles à l'intérieur de35 la cage d'un stator à doigts de section rectangulaire Ces engins présentent un certain nombre d'inconvénients: a) instabilité du débit d'air ou de gaz, due à la rupture du profil d'écoulement diphasique dans la cheminée du rotor: le rotor tourne en milieu diphasique eau/air, ce qui a pour conséquence une fluctuation considérable de la puissance électrique absorbée; b) remontée périodique du vortex jusqu'au point d'aspiration d'air, entraînant des projections d'eau sur les mousses dont elles provoquent la redissolution partielle; c) effet de flottation non assuré avec des turbines traitant des débits supérieurs à 50 m 3/h, qui ne fonctionnent plus qu'en agitateurs, la dépression créée par le rotor n'étant plus suffisante pour entraîner le gaz de couverture10 jusqu'au stator; d) impossibilité de faire varier le rapport du débit d'eau au débit d'air ou de gaz. De ce fait, et bien que leur fonctionnement à l'échelle pilote soit acceptable, les matériels décrits dans l'art antérieur, lorsqu'ils sont réalisés à l'échelle des unités industrielles, ne procurent plus un effet de flottation satisfaisant. Les cyclones-turbines selon l'invention sont notammlent destinées à équiper des séparateurs constitués (fig 1) d'une cuve cylindrique divisée par des cloisons en plusieurs compartiments distincts: un compartiment d'homogénéisation du débit d'alimentation ( 1), des cellules de flottation ( 2)25 et un compartiment de tranquillisation ( 3), le cas échéant suivi d'un pot assurant la fonction de joint hydraulique avec l'extérieur. Chaque cellule est munie d'une cyclone- turbine ( 4) et d'une goulotte d'écrémage en commun avec une cellule ajustable On préfère associer les cyclones-turbines selon l'invention à des goulottes autostables ( 5) telles que décrites dans la demande de brevet français N O 91 12197, qui peuvent se déplacer verticalement grâce à un puits d'écrémage ( 6) dont35 les parois fixes qui lui servent de guide-support. Les cyclones-turbines (fig 2 et 3) selon l'invention sont du type stator-rotor Elles sont équipées chacune d'un disque d'étranglement ( 30) permettant de créer une dépression suffisante pour vaincre la colonne d'eau au-dessus du rotor. Ce disque (fig 2 et 3), d'une épaisseur de quelques millimètres, est monté en sandwich entre les brides de la 5 cheminée et de la cage d'écureuil ( 35) Il est en acier inoxydable, d'un diamètre approximativement égal au diamètre extérieur du rotor Des chicanes ( 31) sont soudées sur les parois internes de la cheminée du rotor ( 32); de préférence au nombre de trois, elles sont disposées symétriquement à une trentaine de centimètres de la bride ( 33-34); on les réalisera plutôt en acier; à titre indicatif, leurs dimensions sont comprises entre 100 X 40 X 6 mm et 200 X 60 X 4 mm Elles permettent d'obtenir un profil d'écoulement en vortex stable La conjugaison de la vitesse tangentielle du rotor avec le disque d'étranglement et les chicanes de stabilisation du vortex permet à la turbine de générer un écoulement diphasique gaz/eau régulier Le rapport des débits eau/gaz est de l'ordre de trois Une traverse de cheminée ( 36) a pour but d'empêcher la montée du vortex et en20 conséquence, la projection d'eau sur les mousses formées à l'extérieur de la cheminée A noter que l'emploi de telle turbines-cyclones perfectionnées n'est pas limité aux flottateurs, mais peut s'étendre à toute application de transfert gaz- liquide.25 Le stator ( 35) de la cyclone-turbine selon l'invention est avantageusement construit en polypropylène; le rotor, qui est en matériau ordinaire (acier inox), comporte un nombre plutôt réduit de pales, préférentiellement six pales En outre, ces30 cyclones-turbines sont montées de façon à ce qu'il soit possible de leur faire adopter l'une ou l'autre d'une position haute ou basse, la position haute étant la position ordinaire et la position basse pouvant être obtenue en intercalant une pièce entre les brides de35 l'accouplement ( 37) L'épaisseur de cette pièce permet d'agir directement sur le débit de gaz. Ainsi réalisés, ces dispositifs d'injection d'air induit sont des appareils perfectionnés grâce auxquels il est maintenant à 4 2682304 possible de contrôler correctement le débit de l'air ou du gaz et le rapport eau/air (gaz), et de maîtriser la production et le déversement des mousses Ces matériels sont légers, de construction économique et raisonnablement consommateurs d'énergie. REVENDICATIONS 1 Cyclone-turbine du type stator-rotor constituée d'un rotor à pales mobiles à l'intérieur de la cage d'un stator à doigts de section rectangulaire, caractérisée en ce qu'elle comporte un disque d'étranglement situé entre la cage du stator et la cheminée qui la surmonte. 2 Cyclone-turbine selon la revendication 2, caractérisée en ce que sa cheminée est équipée de chicanes fixées sur sa paroi interne. 3 Appareil flottateur pour la séparation de liquides non miscibles, notamment la séparation d'eaux et de polluants hydrocarbonés constitué d'une cuve cylindrique divisée par des cloisons en un compartiment d'homogénéisation du débit d'alimentation ( 1), des cellules de flottation ( 2) munies de cyclones-turbines et d'un puits d'écrémage ( 6), incorporant20 les cyclones-turbines selon les revendications 1 ou 2.