Brevet FR2715581A1 — publié le 19950804

La présente invention a pour objet une enceinte de pressurisation d'un liquide avec un gaz comme par exemple de l'eau avec de l'air ou du gaz carbonique. Les liquides pressurisés sont couramment utilisés dans de nombreuses installations industrielles et notamment dans des installations de flottation pour la séparation de particules solides contenues dans un liquide. A cet effet, le liquide, comme par exemple de l'eau, est saturé en gaz et plus particulièrement en air sous une pression de 3 à 8 bars et le liquide ainsi pressurisé est brutalement détendu par retour à la pression atmosphérique, pour provoquer l'apparition spontanée de bulles d'air très fines et très nombreuses. I1 en résulte donc un "lait de bulles" qui, mélangé aux particules en suspension préalablement conditionnées et floculées dans le liquide à traiter, provoquera leur flottation. Pour pressuriser le liquide, on utilise une enceinte de pressurisation qui est généralement constituée par un ballon d'assez grandes dimensions comportant une conduite d'alimentation en liquide sous pression, une conduite d'alimentation en gaz sous pression et une conduite de sortie du liquide pressurisé. Dans le ballon, le liquide se charge de gaz dissous à une pression comprise entre 3 et 8 bars pendant 2 à 4 minutes. Or, on sait que la concentration maximum que peut atteindre un gaz dissous dans un liquide est donnée par la loi de Henry C=kxP avec C : concentration du gaz en solution k : constante de Henry P : pression absolue. Pratiquement, il est impossible d'atteindre la concentration à 100% et le plus souvent la concentration obtenue par les ballons de pressurisation utilisés jusqu'à présent est de l'ordre de 50 à 80%. Pour cela, on connaît plusieurs types de ballons de pressurisation qui utilisent divers dispositifs pour essayer d'augmenter le taux de concentration du gaz dans le liquide. Un dispositif connu consiste à projeter, à l'intérieur du ballon de pressurisation, le liquide sur une plaque pour créer une turbulence favorisant la dissolution. Mais, avec ce dispositif, le taux de concentration ne dépasse pas 50t. Un autre dispositif connu consiste à placer dans le ballon de pressurisation, un pulvérisateur, disposé au sommet dudit ballon dans l'axe vertical et dont l'orifice de pulvérisation est orienté vers le bas. La pulvérisation permet d'accroître l'interface liquide/gaz et d'obtenir une meilleure utilisation du volume du ballon de pressurisation. Mais, avec ce dispositif, le taux de concentration de gaz dans le liquide ne dépasse pas 70%. Une autre solution consiste à utiliser la vitesse du jet d'alimentation en liquide sous pression pour créer une turbulence favorisant la dissolution. En effet, l'impact d'un jet liquide sur la surface libre d'un liquide provoque une turbulence qui s'accompagne d'un entraînement au sein du liquide, de bulles de gaz. Le contact entre les deux phases qui en résulte, favorise la dissolution du gaz. Dans ce cas, le taux de concentration de gaz dans le liquide peut atteindre 80%. L'invention a pour but de proposer une enceinte de pressurisation d'un liquide avec un gaz qui permet d'obtenir un taux de concentration de gaz dans le liquide de l'ordre de 90t, tout en permettant de diminuer les dimensions de l'enceinte par rapport aux ballons de pressurisation utilisés jusqu'à présent. L'invention a donc pour objet une enceinte de pressurisation d'un liquide avec un gaz, du type comportant une partie supérieure dans laquelle débouche une conduite d'alimentation en liquide sous pression et une conduite d'alimentation en gaz sous pression et une partie inférieure remplie de liquide et au fond de laquelle débouche une conduite de sortie du liquide pressurisé, caractérisée en ce qu'elle est formée par une colonne verticale comportant, dans la partie supérieure et successivement par rapport au sens de circulation du liquide dans ladite colonne, d'une part, des moyens de formation de jets de liquide ayant une vitesse déterminée, disposés au-dessus de la conduite d'alimentation en gaz et, d'autre part, des moyens de séparation des jets et de mélange intime du liquide et du gaz pour dissoudre ledit gaz dans ladite colonne. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la colonne comporte, au-dessous de la surface du liquide séparant les deux parties de ladite colonne, des moyens de brassage du liquide, - la colonne comporte, au-dessus de la conduite de sortie du liquide pressurisé, un anti-vortex, - des moyens de formation de jets de liquide comprennent une plaque percée d'une multitude de petits orifices et s'étendant sur toute la section de la colonne, - les jets de liquide ont une vitesse comprise entre 6 et 9m/s, - les moyens de séparation des jets et de mélange intime du gaz sont formés par une empilement de grilles superposées s'étendant chacune sur toute la section de la colonne, - les moyens de brassage du liquide sont formés par un empilement de grilles superposées s'étendant chacune sur toute la section de la colonne, - les grilles sont en métal déployé et traité contre la corrosion, - le métal est de l'acier inoxydable. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe verticale d'une enceinte de pressurisation selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la Fig. 1, - la Fig. 3 est une vue en coupe selon les lignes 3-3 de la Fig. 1, - la Fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la Fig. 1. Comme représenté sur la Fig. 1, l'enceinte de pressurisation selon l'invention, désignée dans son ensemble par la référence 1, se compose d'une colonne verticale 2. Cette colonne 2 est munie, à son extrémité supérieure, d'un couvercle 3 de forme hémisphérique et, à son extrémité inférieure, d'un fond également de forme hémisphérique. Le couvercle 3 comporte un orifice 5 raccordé à une conduite 6 d'alimentation en liquide sous pression, comme par exemple de l'eau. La conduite 6 est pourvue d'une pompe 7 permettant d'alimenter l'enceinte 1 en liquide à une pression comprise entre 6 et 8 bars. Le fond 4 comporte un orifice 8 raccordé à une conduite 9 de sortie du liquide pressurisé de l'enceinte 1. Par ailleurs, la colonne 2 est pourvue dans sa partie supérieure, d'une conduite 10 d'alimentation en gaz sous pression, comme par exemple de l'air. En cours de fonctionnement, l'enceinte 1 est divisée en deux parties, une partie supérieure A dans laquelle s'effectue la dissolution du gaz dans le liquide et une partie inférieure B remplie de liquide pressurisé. Dans le but d'augmenter le taux de concentration de gaz dans le liquide, la colonne verticale 2 comporte, dans la partie supérieure A et successivement par rapport au sens de circulation du liquide dans ladite colonne 2, d'une part, des moyens 20 de formation de jets de liquide parallèles et verticaux et, d'autre part, de moyens 30 de séparation des jets et de mélange intime du liquide et du gaz pour dissoudre ledit gaz dans ledit liquide. Les moyens 20 de formation de jets de liquide comprennent une plaque 21 percée d'une multitude de petits orifices 22 (Fig. 2) et s'étendant sur toute la section de la colonne 2. La plaque 21 est disposée au-dessus de la conduite d'alimentation 10 en gaz sous pression et par exemple au niveau du plan de raccordement entre la colonne 2 et le couvercle 3. Les moyens 30 de séparation des jets et de mélange intime du liquide et du gaz sont formés par un empilement de grilles 31 (Fig. 3) superposées et s'étendant chacune sur toute la section de la colonne 2. L'empilement de ces grilles 31 est disposé entre la plaque 21 et la surface C de liquide séparant les deux parties A et B de la colonne 2 et la conduite 10 d'alimentation en gaz sous pression débouche, dans ladite colonne 2, au niveau de cet empilement de grilles 31. De plus, la colonne 2 peut également comporter, au-dessous de la surface C du liquide, des moyens 40 de brassage de ce liquide et, au-dessus de la conduite 9 de sortie du liquide pressurisé, un anti-vortex 50. Les moyens 40 de brassage du liquide sont formés par un empilement de grilles 41 superposées et s'étendant chacune sur toute la section de la colonne 2. Les grilles 31 et 41 sont par exemple en métal déployé et traité contre la corrosion. Le métal est par exemple de l'acier inoxydable. Comme représenté à la Fig. 4, l'anti-vortex 50 est formé par des plaques verticales 51 qui permettent d'éviter la formation de tourbillons dans le liquide pressurisé avant sa sortie de l'enceinte 1 par la conduite 9. Le liquide pénètre par la conduite 6 dans l'enceinte 1 à une pression comprise entre 6 et 8 bars. Ce liquide traverse les orifices 22 de la plaque 21 en formant ainsi une multitude de jets de liquide parallèles et verticaux, qui possèdent une vitesse de 6 à 9m/s. La vitesse du liquide à la sortie des orifices 22 est fonction du diamètre de ces orifices 22 et de la pression d'entrée du liquide dans l'enceinte 1. Ensuite, les jets de liquide, en traversant les grilles 31 sont divisés et il se forme un brouillard ce qui permet d'augmenter la surface de contact entre le liquide et le gaz et de créer une turbulence qui s'accompagne d'un entraînement au sein du liquide, de bulles de gaz. Le contact entre les deux phases qui en résulte favorise la dissolution du gaz dans le liquide. De préférence, la conduite 10 d'alimentation en gaz sous pression débouche dans la colonne 2 à proximité de la plaque 21. Les grilles 41 disposées au-dessous de la surface C de liquide, ont pour but de brasser ce liquide et d'éviter l'entraînement de bulles de gaz dans ledit liquide. Le taux de concentration de gaz dans le liquide pressurisé obtenu à la sortie de l'enceinte 1, grâce à la plaque 21 et aux grilles 31, est de l'ordre de 90%. A titre d'exemple, l'enceinte de pressurisation selon l'invention a une hauteur de 3,5 m et un diamètre de 0,4 m, alors que le diamètre des ballons de pressurisation utilisés jusqu'à présent était d'environ de 2m pour sensiblement la même hauteur. L'enceinte selon l'invention s'applique aussi bien à la pressurisation d'eau avec de l'air, de l'air ozoné, du gaz carbonique ou tout autre gaz. L'enceinte de pressurisation selon l'invention peut être utilisée dans les installations de séparation solide-liquide par flottation. REVENDICATIONS 1. Enceinte de pressurisation d'un liquide avec un gaz, du type comportant une partie supérieure (A) dans laquelle débouche une conduite (6) d'alimentation en liquide sous pression et une conduite (10) d'alimentation en gaz sous pression et une partie inférieure (B) remplie de liquide et au fond de laquelle débouche une conduite (9) de sortie du liquide pressurisé, caractérisée en ce qu'elle est formée par une colonne verticale (2) comportant, dans la partie supérieure (A) et successivement par rapport au sens de circulation du liquide dans la colonne (2), d'une part, des moyens (20) de formation de jets de liquide ayant une vitesse déterminée, disposés au-dessus de la conduite (1û) d'alimentation en gaz et, d'autre part, des moyens (30) de séparation des jets et de mélange intime du liquide et du gaz pour dissoudre ledit gaz dans ledit liquide. 2. Enceinte de pressurisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la colonne (2) comporte, au-dessous de la surface (C) du liquide séparant les deux parties (A) et (B) de ladite colonne (2), des moyens (40) de brassage dudit liquide. 3. Enceinte de pressurisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la colonne (2) comporte, au-dessus de la conduite (9) de sortie du liquide pressurisé, un anti-vortex (50). 4. Enceinte de pressurisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (20) de formation de jet de liquide comprennent une plaque (21) percée d'une multitude de petits orifices (22) et s'étendant sur toute la section de la colonne (2). 5. Enceinte de pressurisation selon les revendications 1 et 4, caractérisée en ce que les jets de liquide ont une vitesse comprise entre 6 à 9 m/s. 6. Enceinte de pressurisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (30) de séparation des jets et de mélange intime du liquide et du gaz sont formés par un empilement de grilles (31) superposées s'étendant chacune sur toute la section de la colonne (2). 7. Enceinte de pressurisation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens (40) de brassage du liquide sont formés par un empilement de grilles (41) superposées s'étendant chacune sur toute la section de la colonne (2). 8. Enceinte selon les revendications 6 et 7, caractérisée en ce que les grilles (31, 41) sont en métal déployé et traité contre la corrosion. 9. Enceinte selon la revendication 8, caractérisée en ce que le métal est de l'acier inoxydable.