Brevet FR2714902A1 — publié le 19950713

La présente invention concerne un procédé de désorbtion sous forme gazeuse de l'acide carbonique contenu dans les eaux minéralisées par effet tourbillonnaire ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Parmi les divers traitements de l'eau visant à désorber ou à neutraliser l'acide carbonique qu'elle contient on connaît déjà différents procédés qui sont soit des dispositifs de dégazage de l'acide carbonique par échange à l'interface gaz-liquide en utilisant comme gaz de l'air atmosphérique, soit des dispositifs de neutralisation chimique (par la chaux, par contact sur des matériaux carbonatés). Les dispositifs de dégazage exigent une mise à l'atmosphère de l'eau à traiter et ne peuvent pas descendre le taux d'acide carbonique de l'eau en dessous de la concentration en équilibre avec la PCO2 atmosphérique. Les dispositifs de neutralisation chimique libèrent des sels dans l'eau à traiter ce qui est souvent gênant pour l'utilisation de l'eau traitée. De plus ces dispositifs nécessitent des ouvrages importants, une maintenance continue et pour les seconds une consommation importante de réactifs. La présente invention procure un procédé de désorbtion sous forme gazeuse de l'acide carbonique contenu dans l'eau à traiter dans des conditions particulièrement économiques, sans mise à l'atmosphère de l'eau à traiter, indépendamment de la pression statique initiale de l'eau à traiter, de sa température et sans consommation de réactifs chimiques. A cet effet le procédé objet de la présente demande est caractérisé en ce que l'eau que l'on souhaite traiter est mise en mouvement tourbillonnaire rapide de façon à créer au centre du dit tourbillon une zone de pression absolue inférieure à la pression partielle du gaz carbonique à la température de l'eau à traiter afin de désorber l'acide carbonique sous forme de gaz carbonique dans la dite zone de faible pression. Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il est défini par l'équation de dimensionnement suivante [(P-Pz)/looo] = [(V2/2) x ((D2/C2)-l)] avec P = pression absolue de l'eau à traiter à l'entrée du tourbillon (en bars X exposant 5). Pz = pression absolue maximale de l'eau à traiter en un point situé à 1/2 C de l'axe du tourbillon (en bars X exposant 5) avec PZ PH2O ont pour signification H = constante de Henry pour le C02 à la température de 1 'eau F = concentration en CO2 solubilisé dans l'eau à traiter. PH20 = tension de vapeur de l'eau saturante à la température de l'eau à traiter. [HF + PH2 O] est sensiblement équivalent à la valeur de la pression atmosphérique pour les eaux potables de distribution publique. 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 éliptique). D = diamètre intérieur de la cuve (1). C C 2 diamètre intérieur du tube (5). L'eau ainsi extraite par le tube (5) est chargée de gaz carbonique facilement extrayable par un système de dégazage traditionnel qui peut être constitué soit d'une cuve de tranquilisation équipée d'un dégazeur, soit d'un réservoir à pression atmosphérique équipé de ventilation. L'expérience du demandeur a en effet démontré que l'acide carbonique ainsi désorbé sous forme de gaz carbonique ne se reconstituait que très lentement dans l'eau traitée. Afin d'améliorer le rendement des dispositifs de mise en oeuvre du procédé il est possible d'injecter de l'air dans l'eau à traiter. Cette injection étant réalisée par tout moyen approprié en amont du tourbillon ou dans celui-ci et dans ce cas en amont de la zone de basse pression. REVENDICATIONS 1) Procédé de désorbtion sous forme de gaz carbonique de l'acide carbonique contenu dans les eaux minéralisées caractérisé en ce que l'eau que l'on souhaite traiter est mise en mouvement tourbillonnaire rapide de façon à créer au centre du dit tourbillon une zone de pression absolue de valeur inférieure à la pression partielle du gaz carbonique à la température de l'eau à traiter afin de désorber l'acide carbonique sous forme de gaz carbonique dans la dite zone de faible pression. 2) Procédé suivant la revendication (1) caractérisé en ce qu'il est défini par l'équation de dimensionnement suivante [(P-PZ)/1000] = [(V2/2) x ((D2/C2)-l)] avec P = pression absolue de l'eau à traiter à l'entrée du tourbillon (en bars X exposant 5). Pz = pression absolue maximale de l'eau à traiter en un point situé à 1/2 C de l'axe du tourbillon (en bars X exposant 5) avec PZ S [HF + PO] les termes PZ et [HF + PH2O] étant exprimés dans une même unité de pression. Les termes H, F et PH2O ont pour signification H = constante de Henry pour le CO2 à la température de 1 ' eau F = concentration en CO2 solubilisé dans l'eau à traiter. PH2O = tension de vapeur de l'eau saturante à la température de l'eau à traiter. [HF + PH2 O] est sensiblement équivalent à la valeur de la pression atmosphérique pour les eaux potables de distribution publique. 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. 3) Procédé suivant les revendications (1) et (2) caractérisé en ce que la pression maximum PZ de la zone en faible pression située au centre du tourbillon, soit inférieure ou sensiblement égale à la pression atmosphérique dans le cas ou l'eau à traiter est une eau froide potable. 4) Procédé suivant les revendications (1) et (2) caractérisé en ce que l'on mélange de l'air à l'eau à traiter pour augmenter la vitesse de désorbtion de l'acide carbonique dans la zone de basse pression. 5) Appareil de traitement de l'eau par effet tourbillonnaire en vue de la désorbtion sous forme de gaz carbonique de l'acide carbonique qu'elle contient 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). 6) Appareil suivant la revendication (5) 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). 7) Appareil suivant revendication (6) caractérisé en ce que les moyens de sortie axiaux sont constitués d'un tube (5), d'une partie tronconique (6) évasée vers le bas, suivie d'une partie cylindrique (7). 8) Appareil suivant l'une quelconque des revendications 5,6 et 7 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)-1] telle que définie dans la revendication 2 avec 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) de la conduite (10). D = diamètre intérieur de la cuve (1). C C 2 diamètre intérieur du tube (5).