Brevet FR2714851A1 — publié le 19950713

DESCRIPTION Procédé de traitement des solutions aqueuses par désorbtion de tout ou partie des gaz dissous qu'elles contiennent La présente invention est un procédé de traitement des solutions aqueuses par effet tourbillonnaire ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Parmi les divers traitements des solutions aqueuses visant à modifier leurs qualités physico-chimiques et/ou bactériologiques, il est connu de l'homme de l'art différents procédés qui sont soient chimiques soient thermiques. Dans le premier cas l'ajout à la solution aqueuse ou le contact de celle-ci avec un ou plusieurs réactif(s) approprié(s) permet par réaction(s)chimique(s) de modifier ses caractéristiques physico-chimiques ou bactériologiques. Dans le second cas en agissant par tout moyen adéquat sur la température de la solution on parvient à modifier ses équilibres physico-chimiques voir à les stériliser. La présente invention a pour objet un procédé permettant d'agir soit sur les paramètres physico-chimiques d'une solution aqueuse soit de la stériliser soit les deux à la fois. L'originalité du procédé objet de l'invention est de n'utiliser aucun additif chimique et de ne pas nécessiter une variation de la température de la solution aqueuse à traiter. A cet effet le procédé objet de la présente demande est caractérisé en ce que la solution aqueuse que l'on souhaite traiter est mise en mouvement tourbillonnaire rapide de façon à créer au centre du dit tourbillon une zone de faible pression susceptible de provoquer la désorbtion de tout ou partie des gaz dissous qu'elle contient et suivant une variante du procédé d'amener cette pression à une valeur égale ou inférieure à la tension de vapeur saturante de l'eau contenue dans la dite solution pour la stériliser. Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il est défini par l'équation de dimensionnent suivante [(P-PZ)/m] = [(V2/2) x ((D2/C2)-1)] avec m = masse volumique de la solution aqueuse P = Pression de l'eau à traiter à l'entrée du tourbillon PZ = pression maximale de l'eau à traiter en un point situé à M C de l'axe du tourbillon avec PZ HF = pression de solubilité du gaz dissous à extraire PH20 = tension de vapeur saturante de l'eau à la température de la solution aqueuse à traiter ou avec PZ V = vitesse d'entrée tangentielle de l'eau à traiter dans le tourbillon en un point tangent au diamètre D (en m/s). D = diamètre extérieur du tourbillon (en mm). C = diamètre extérieur de la zone de pression maximum égale à Pz en un point distant de 1/2 C de l'axe du tourbillon. Le procédé de traitement de l'eau suivant l'invention peut être mis en oeuvre de façon particulièrement intéressante à l'aide d'un dispositif composé d'une enceinte dans laquelle l'eau que l'on souhaite traiter est mise en mouvement de façon à constituer un tourbillon. Un tel dispositif représenté sur les figures 1 et 2 constitue une enceinte à tourbillon. Ce dispositif comprend ainsi une cuve cylindrique (1) d'axe longitudinal YY' de préférence vertical. La cuve cylindrique (1) est fermée à sa partie supérieure, par un couvercle (2) qui est fixé sur une bride circulaire (3) de la cuve (1) par des boulons (4) avec interposition de moyens d'étanchéité. Le couvercle (2) est traversé par un tube cylindrique (5) qui est soudé sur celui-ci et qui s'étend à l'intérieur de la cuve (1) pour se terminer par une partie tronconique (6) évasée vers le bas, suivie d'une partie cylindrique (7) de plus faible diamètre que le diamètre interne de la cuve (1), de façon à former entre elles un passage annulaire (8) apte à permettre le passage d'un tourbillon. La partie supérieure du tube (5), externe de la cuve (1) est raccordée à une conduite de sortie de l'eau (9). La partie supérieure de la cuve (1) reçoit une conduite d'injection (10) (de l'eau à traiter) qui est fixée sur celle-ci par exemple par soudage et dont le passage interne débouche dans la cuve (1). L'axe XX' de cette conduite d'injection (10) est disposé transversalement par rapport à l'axe longitudinal YY' de la cuve et tangentiellement par rapport à la surface interne de celle-ci. La partie externe de cette conduite possède les moyens de connexion permettant de la relier à une source d'alimentation en eau à traiter. La partie inférieure de la cuve (1) comporte une bride annulaire (11) sur laquelle est fixée au moyen de boulons (12) un couvercle plat (13) avec interposition de moyens d'étanchéité. Le présent mode de mise en oeuvre non limitatif de l'invention permet de créer dans la cuve (1) un phénomène de tourbillon. En effet lorsque l'eau arrive sous pression, par la conduite d'injection (10), l'orientation tangentielle de cette dernière permet de faire subir à l'eau qui est admise dans la cuve (1) un mouvement tournant qui, si la vitesse d'injection de l'eau est suffisante permet l'établissement d'un tourbillon qui se concentre à sa base, subit une déflexion sur le couvercle (13) et forme une colonne axiale montante de faible pression absolue, dirigée à contre courant , et qui s'engage à l'intérieur de la partie tronconique (6) pour être expulsée par le tube de sortie (5) à l'extérieur de la cuve (1). L'application de l'équation de dimensionnement et de fonctionnement du procédé objet de l'invention au dispositif ci-dessus décrit implique que suivant équation ci-dessus définie P = pression absolue de l'eau à traiter au débouché de la conduite (10) dans la cuve (1). V = vitesse d'injection de l'eau à traiter dans la cuve (1) en sortie de la conduite (10) (sortie intérieure elliptique) D = diamètre intérieur de la cuve (1) C C 2 diamètre intérieur du tube (5). La solution aqueuse ainsi traitée se trouve à une pression dans le tube (5) égale ou inférieure à la pression PZ de l'équation et peut être ensuite débarrassée des gaz désorbés qu'elle contient par tout système de dégazage traditionnel. L'expérience du demandeur a démontré que le procédé objet de l'invention permettait notamment - de'provoquer la formation de carbonates au détriment des bicarbonates d'une solution lorsque le gaz extrait est le C02. - de neutraliser une eau agressive, de rendre une eau calcifiante ou plus calcifiante lorsque le gaz extrait est le C02. - d'augmenter le PH de l'eau lorsque le gaz extrait est le C02. - de limiter voir de supprimer le caractère corrosif d'une eau lorsque le gaz extrait est l'oxygène dissous. - d'inhiber le développement voir de tuer les bactéries aérobies d'une eau lorsque le gaz extrait est l'oxygène dissous. - de précipiter les sels dissous de l'eau lorsque celle ci est amenée à une pression PZ - de stériliser une eau lorsque celle-ci est amenée à une pression PZ Afin d'améliorer le rendement de désorbtion du procédé. Il est possible d'injecter de l'air dans la solution à traiter. Cette injection étant réalisée par tout moyen approprié en amont du tourbillon ou dans celui-ci. REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement des solutions aqueuses par désorbtion de tout ou partie des gaz dissous qu'elles contiennent caractérisé en ce que la solution aqueuse que l'on souhaite traiter est mise en mouvement tourbillonnaire rapide de façon à créer au centre du dit tourbillon une zone de pression de valeur inférieure à la pression de solubilisation du gaz à extraire afin de désorber celui-ci sous forme gazeuse dans la dite zone de faible pression. 2) Procédé de traitement des solutions aqueuses en vue de précipiter les sels qu'elles contiennent et/ou de les stériliser caractérisé en ce que la solution que l'on souhaite traiter est mise en mouvement tourbillonnaire rapide de façon à créer au centre du dit tourbillon une zone de pression de valeur inférieure à la tension de vapeur saturante de l'eau de la solution aqueuse à traiter à la température de la dite solution aqueuse. 3) Procédé suivant la revendication (1) caractérisé en ce qu'il est défini par l'équation de dimensionnent suivante [(P-PZ)/m] = [(V2/2) x ((D2/C2)-1)] avec P = pression de la solution aqueuse à traiter à l'entrée du tourbillon PZ = pression maximale de la solution aqueuse à traiter en un point situé à M C de l'axe du tourbillon avec PZ PH2OJ HF = pression de solubilité du gaz dissous à extraire PH20 = tension de vapeur saturante de l'eau à la température de la solution aqueuse à traiter avec m = masse volumique de la solution aqueuse V = vitesse d'injection de l'eau à traiter dans la cuve (1) en sortie de la conduite (10) (sortie intérieure elliptique) D = diamètre intérieur de la cuve (1) C C 2 diamètre intérieur du tube (5). 4) Procédé suivant les revendications (2) et (3) caractérisé en ce que PZ est égale à la pression maximale de la solution aqueuse à traiter, en un point situé à M C de l'axe du tourbillon avec PZ PH20 = tension de vapeur saturante de l'eau à la température de la solution à traiter. 5) Procédé suivant les revendications (1) et (3) caractérisé en ce que l'on mélange de l'air à l'eau à traiter pour augmenter la vitesse de désorbtion des gaz dissous. 6) Application du procédé suivant les revendications (1), (3) et (5) caractérisé en ce qu'elle correspond au traitement des eaux. 7) Application du procédé suivant les revendications (2) et (4) caractérisé en ce qu'elle correspond au traitement des eaux et/ou à la stérilisation des eaux. 8) Appareil de traitement des solutions aqueuses par effet tourbillonnaire caractérisé en ce que l'eau que l'on souhaite traiter est mise en mouvement dans une cuve cylindrique (1) comportant des moyens aptes à créer à l'intérieur de celle-ci un tourbillon dont la périphérie externe vient en contact avec la paroi interne de la cuve (1) 9) Appareil suivant la revendication (8) caractérisé en ce que la cuve (1) est constituée d'un tube cylindrique d'axe longitudinal et de préférence vertical (YY') fermé à son extrémité supérieure, cette dernière étant pourvue de moyen d'injection (10) de l'eau à traiter orientés tangentiellement par rapport à la paroi interne de la cuve (1), de manière à créer dans celle-ci le dit tourbillon, la dite cuve (1) étant fermée à son extrémité inférieure par un couvercle étanche (13) faisant office de déflecteur permettant la formation d'une colonne axiale de fluide traité, des moyens sortie axiaux (5) étant prévus à la partie supérieure de la cuve (l)pour assurer l'évacuation de la colonne axiale de fluide traité hors de la cuve (1). 10) Appareil suivant la revendication (8) caractérisé en ce que les moyens de sortie axiaux sont consitués d'un tube (5), d'une partie tronconique (6) évasée vers le bas, suivie d'une partie cylindrique (7). 11) Appareil suivant l'une quelconque des revendications (8 (9) et (10) caractérisé en ce que les dimensions de la cuve, la sortie axiale de l'eau et les conditions d'injection de l'eau satisfont à l'équation suivante [(P-PZ)/1000] =[V2/2) x ((D2/C2)-l)] telle que définie dans les revendications 3 ou 4 avec P = pression de la solution aqueuse à traiter au débouché de la conduite (10) dans la cuve (1). V = vitesse d'injection de l'eau à traiter dans la cuve (1) de la conduite (10) D = diamètre intérieur de la cuve (1) C C 2 diamètre intérieur du tube (5).