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DISPOSITIF ET PROCEDE POUR FAIRE ASPIRER UN GAZ OU UN LIQUIDE PAR UN LIQUIDE
EN MOUVEMENT.
(Inventeur : J.C. Theron Mulder).
La présente invention porte sur un dispositif et un procédé pour faire aspirer un gaz ou un liquide par un liquide en mouvement dans lequel le fluide aspiré est mis en dispersion dans le liquide en mouve- ment ? Inapplication du dispositif et du procédé peut consister à dé- placer un fluide manière simple et efficace ou à mettre un fluide en contact avec un liquide, pour effectuer une réaction physique ou chimique entre ce fluide et le liquide ou un composant du liquide. Le but de la dispersion peut être la dissolution du fluide, constitué soit par un liquide soit par un gaz, ou d'un composant de ce fluide dans le liquide.
Le liquide employé dans ce procédé peut être homogène ou peut contenir certains composants à létat émulsionné ou dispersé.
Sans limiter le domaine de la présente invention on peut men- tionner comme applications possibles, le déplacement de gaz ou de liqui- des, l'épuration d'eaux résiduaires ou d'eau potable, par introduction d'air ou d'oxygène, et l'aération de liquides, dans lesquels se réalisent d9autres processus microbiologiques aérobies,'tels que des processus de fermentation.
Pour déplacer un fluide sous 1-'influence d'un liquide en mou- vement, on a employé, en général, des appareils à jets, notamment, des in- jecteurs.
On connaît déjà plusieurs procédés et dispositifs pour disper- ser un fluide dans un liquide. Ces procédés et dispositifs sont basés, en
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majeure partie9 soit sur l'introduction du fluide par voie mécanique dans le liquide, par exemple:, au moyen d'appareils rotatifs, soit sur le pressa- ge du fluide dans le liquide à travers des orifices étroits, des toiles ou des plaques filtrantes.
Dans le cas spécial de l'aération de liquides ou de suspensions, particulièrement des eaux résiduaires ou des schlamms,on a déjà proposé d'introduire Pair dans le liquide à l'aide d'appareils à jet d'eau. Dans ce procédé, les bulles d9air produites sont cependant assez grandes, en sorte quepar rapport à la quantité d'air aspirée par ces appareils, la surface de contact totale entre 19 air et le liquide est relativement peti- te et que le séjour des bulles d'air dans le liquide est,par ailleurs, as- sez court.
On, on a trouvé qu'un perfectionnement important des dispositifs existants, tant en ce qui concerne la quantité de fluideaspirée que la sur- face effective présentée au fluide par le liquide, peut être obtenue en uti- lisant l'effet d9aspiration et de dispersion de la pellicule de liquide co- nique et tournant à grande,vitesse, qui est formée par le liquide sortant par l'orifice de soutirage central d'une chambre de rotation, dans laquelle un fort courant cyclonique est engendré par suite de l'introduction conve- nable dudit liquide sous pression.
Pour utiliser cette propriété, il faut, selon la présente in- vention, que l'orifice de soutirage de la chambre de rotation soit entouré d'une chambre annulaire munie d'une conduite d'adduction pour le fluide à aspirer et d'une fente d'aspiration annulaire, qui est coaxiale par rapport à la chambre de rotation et se trouve tout près de l'orifice de soutirage.
La chambre annulaire est de préférence formée par l'espace entre la paroi= extérieure de la chambre de rotation et une enveloppe prévue autour de cel- le-ci La fente d'aspiration est alors formée par le côté extérieur de la chambre de rotation et par le côté intérieur de l'enveloppe.
Une chambre de rotation dans laquelle on peut engendrer un cou- rant cyclonique se compose d'un récipient limité par une surface de révo- lution fermée et muni d'un seul ou de plusieurs tubes d'adduction tangen- tiels., par lesquels on peut chasser le liquide sous pression, et d'un ori- fice de soutirage axialdont le rayon est inférieur à celui sur lequel le liquide commence sa rotation.,
Le liquide sortant de l'orifice de soutirage par une surface annulaire limitée par les sections de l'orifice de soutirage respectivement du noyau creux du courant cyclonique se trouve encore en rotation et lors- que la viscosité du liquide n'est pas trop grande, la rotation dans l'en- veloppe de liquide sortante, jusque à une distance relativement grande de l'orifice de soutirage, peut être telle que,
outre les forces d'entraînement, aptes à aspirer le fluide, il se manifeste aussi des forces de dispersion importantes.
La forme de la chambre de rotation peut être variable par exem- ple, cylindrique ou conique. La forme de la fente d9aspiration est prin- eipalement déterminée par la forme de l'enveloppe de liquide sortant de la chambre de rotation.
La pression nécessaire sur le liquide dépend principalement de la forme et des dimensions de la chambre de rotation, de la nature du liqui- de, du rapport de mélange désiré et du degré de dispersion.
De préférence, le dispositif selon 19 invention renferme une chambre de rotation se composant d'une partie cylindrique dont le côté su- périeur est couvert et qui est munie d'un tube d'adduction tangentiel pour le liquide, la partie cylindrique étant raccordée vers le bas à une partie conique dont le sommet est muni d'un orifice de soutirage central. La cham- bre de rotation est ainsi entourée d'une enveloppe cylindrique coaxiale dont le côté supérieur est relié à un espace ou un tube d9adduction conte-
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nant le fluide à aspirer et dont le côté inférieur se raccorde à une surface en forme de cône tronqué coaxial, dont le diamètre diminue vers le bas.
Le dispositif étant bien dimensionné et la vitesse de rota- tion du liquide étant suffisante il apparaît que des quantités importantes de fluide sont aspirées et disperséeso
On a constaté que, dans les dispositifs selon l'invention, il est essentiel que, en direction axiale le bord de l'orifice de soutirage ns surpasse pas le plan du bord extérieur de la fente d'aspiration formé par l'enveloppe.
Si les deux bords se trouvent dans un seul plan, il n'y a pas encore d'effet d'aspiration. L'effet d'aspiration n'est sensible qu'à une distance déterminée en direction axiale entre les plans de ces bords, laqua 1- le distance dépend de la forme et des dimensions tant de la chambre de rota- tion que de l'enveloppe, en sorte que les dimensions radiales des orifices de l'enveloppe et de la chambre de rotation jouent le rôle principal.
En augmentant cette distance l'effet d'aspiration s'élève for- tement, atteint un maximum et ensuite se réduit rapidement jusqu'à ce que, à une distance déterminée, l'aspiration soit nulle. Lorsque l'aspiration est maximum, la forme de la fente d'aspiration est essentiellement adaptée à la forme de l'enveloppe de liquide sortante.
On a constaté que, pour obtenir le meilleur résultat, les di- mensions du dispositif, notamment le diamètre de la chambre de rotation, le diamètre de l'enveloppe cylindrique et celui de l'orifice de l'enveloppe doivent être au maximum de l'ordre de grandeur de quelques centimètres.
Une augmentation de ces dimensions nécessite l'application de pressions plus élevées sur le liquide pour obtenir le même degré de dispersion du fluide. C'est pourquoi il est avantageux d'effectuer une augmentation de capacité éventuellement désirée par l'accouplement en parallèle de plusieurs dispositifs dans lesquels la conduite pour introduire le liquide sous pres- sion et, s'il s'agit d'un fluide à aspirer autre que l'air atmosphérique ou un autre gaz contenu dans. un grand espace, la conduite d'adduction pour le fluide peuvent être communes à un certain nombre de dispositifs.
Si l'orifice de soutirage du dispositif se décharge au-des- sous du niveau d'un liquide, le fonctionnemejt du disposotif selon l'inven- tion dépend de la profondeur d'immersion. Par profondeur d'immersion, on entend ici la distance verticale entre l'orifice de soutirage de la cham- bre de rotation et le niveau de liquide,dans le réservoir ou bassin d'ap- provisionnement. La pression d'adduction sur le liquide étant constante, la quantité de fluide aspirée diminue à mesure que croit la profondeur d'immersion; cet effet ne peut être supprimé qu'en augmentant la pression d'adduction sur le liquide ou en augmentant la pression sur le fluide à aspirer.
Le meilleur fonctionnement s'obtient à une profondeur d'immer- sion de quelques centimètres; si cette profondeur devient plus petite il se produit des irrégularités par suite de l'aspiration du gaz, au-dessus du niveau de liquide. La quantité de fluide aspirée et le degré de disper- sion à obtenir dépendent de la pression sur ce fluide.
Il va sans dire que l'application d'une surpression ou d'une souspression sur le fluide influence aussi le rapport entra la quantité de fluide aspirée et la distance depuis l'orifice de l'enveloppe jusqu'à l'o- rifice de soutirage de la chambre de rotation.
Le liquide servant à actionner le dispositif peut être le li- quide qu'il faut traiter avec le fluide ou un liquide avec lequel le li- quide à traiter doit ou peut être dilué ou mélangé. Le cas échéant, une partie du liquide déjà traité peut être remise en circulation en pompant ce liquide vers le haut et en l'introduisant de nouveau dans le dispositif.
Dans le brevet belge n 506.373, au nom de la demanderesse, il a été décrit un dispositif et un procédé par lesquels une dispersion d'un fluide, soit un gaz soit un liquide dans un liquide s'obtient en engen-
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drant un courant cyclonique dans le liquide dans une chambre de rotation et en faisant aspirer le fluide centralement par la souspression régnant dans le noyau du courant cyclonique. Par suite des tensions de cisaille- ment produites dans le courant cyclonique le fluide est alors finement dis- , perse.
Il est aussi possible que le dispositif et le procédé selon l'invention soient combinés avec ceux décrits dans le brevet susmentionné.
La chambre de rotation est alors munie d'un orifice d'aspiration central en face de l'orifice de soutirage auquel on a relié un tube d'aspiration pour un fluide. Ce fluide peut être le même que celui aspiré par l'enveloppe cylindrique ou bien un autre. Il est possible que l'orifice d'aspiration soit établi dans la plaque de couverture de la chambre de rotation ou que l'orifice d'aspiration soit formé par l'embouchure d'un tube axial intro- duit dans la chambre de rotation.
De préférence, on emploie le dernier agencement dans lequel ce tube axial peut être éventuellement réglable en direction axiale. En appliquant cette combinaison on a constaté que l'as- piration centrale est fortement influencée par le fonctionnement du disposi- tif selon l'invention, c'est-à-dire que, du fluide étant aspiré par l'en- veloppe cylindrique, la quantité de fluide aspirée centralement diminue.
Si la quantité aspirée par l'enveloppe est au maximum, la quantité de flui- de aspirée centralement est même très petite par rapport à la quantité qui serait aspirée si l'aspiration par l'enveloppe était inopérante. S'il s'a- git donc- d'un seul et même fluide, l'application de la combinaison de dis- positifs ne procure qu'une faible augmentation de la quantité de fluide as- pirée en comparaison du dispositif selon la présente invention. Cependant, s'il faut traiter un liquide avec deux fluides différents, dont les quanti- tés à amener à la fois sont fort différentes, l'emploi de cette combinaison est avantageux.
Dans ce cas, il y a encore la circonstance heureuse que le de- gré de dispersion du fluide aspiré centralement est grand tandis que la quantité est relativement petite. Le fluide aspiré centralement peut con- tenir-, par exemple, le catalyseur pour une réaction chimique entre le li- quide et le fluide aspiré par l'enveloppe.
Par conséquent, l'invention porte sur un dispositif pour faire aspirer un gaz ou un liquide par un liquide en mouvement dans lequel le fluide aspiré est dispersé dans le liquide, ce dispositif se caractérisant par le fait qu'il se compose d'une chambre de rotation limité par une sur- face de révolution fermée, à laquelle un ou plusieurs tubes d'adduction pour le liquide dirigés tangentiellement sont reliés et dans laquelle on a ménagé un orifice de soutirage central rond, et d'une chambre pour le flui- de à aspirer, laquelle chambre est munie d9une fente d'aspiration annulai- re coaxiale se trouvant tout près de l'orifice de soutirage de la chambre d rotation.
De plus, l'invention porte sur un procédé dans lequel un flui- de est déplacé et le cas échéant dispersé dans un liquide en faisant aspi- rer ce fluide par le dispositif susmentionné, par l'action du courant cylo- nique dans le liquide chassé à -travers le dispositif.
Sans y être limitée, l'invention sera expliquée ci-après en référence à des formes d'exécution préférées du dispositif, reproduites sur les dessins annexés.
A la figure 1, la chambre de rotation se compose d'une partie cylindrique 1, dont le côté supérieur est fermé par une plaque de couverture 2 et qui est munie d'un tube d'adduction tangentiel 3, cette partie cylin- drique étant raccordée à une partie conique 4, dont la base est munie d'un orifice de soutirage central 5. La chambre de rotation est entourée d'une enveloppe cylindrique coaxiale 6 dont la base est munie d'un filetage inté- rieur 7. Un organe annulaire 8, dont la surface intérieure tronconique for- me le prolongement de la surface intérieure de l'enveloppe 6 est muni, à
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son côté extérieur, d'un filetage 10, qui engrènè avec le filetage 7 de l'en- veloppe cylindrique. Entré 8 et 4 est formée la fente d'aspiration 9.
Par rotation de l'organe 8, ce qui peut s'effectuer au moyen d'un outil s'adap- tant dans les évidements 11, la distance h entre l'orifice de sortie 12 de l'enveloppe et l'orifice de soutirage 5 de la chambre de rotation'peut être modifiée. Si l'on presse du liqude par le tube 3, il se produit une aspira- tion de fluide hors de l'espace ménagé à l'intérieur de l'enveloppe 6.
Sous la forme représentée à la figure 1, le dispositif se prête à l'aspira- tion d'air atmosphérique ou d'un autre gaz contenu dans un grand espace.
Dans les autres cas, l'enveloppe 6 doit être fermée à sa partie supérieure et doit être munie d'un tube d9adduction pour le fluide à aspirer. Si l'on admet que le diamètre de la partie cylindrique 1 de la chambre de rota- tion est de 3 cm, la figure 1 donne les dimensions du dispisitif, notamment quand à la distance h, dans le rapport exact pour obtenir un effet optimum, quand le niveau d'un liquide dans lequel le dispositif est alors immergé se situe en 13, tandis que la pression d'adduction sur le liquide en 3 est de 1 atm surpression, si la viscosité et le poids spécifique du liquide cor- respondent environ à ceux de l'eau.
La figure 2 représente une forme de réalisation du dispositif selon l'invention, qui correspond en majeure partie à celle de la figure 1, mais dans laquelle la chambre de rotation est aussi munie de moyens pour l'aspiration centrale d9un fluide. La plaque de couverture 14 de la cham- bre de rotation est munie d'une saillie annulaire centrale 15 et d'un alé- sage conique central 16, auquel on a relié un tube d'aspiration central 17.
Dans la partie annulaire 15, s'adapte un tube d'adduction 18 pour le fluide à aspirer centralement. Le côté supérieur de l'enveloppe cylindrique 19 est fermé par uneplaque de couverture 20, qui est munie d'une bride de pas- sage 21 pour le tube d'adduction 18. De plus, l'enveloppe cylindrique 19 est munie d'un tube d'adduction 22 pour le fluide à aspirer par l'envelop- pe.
La figure 3 représente une forme de réalisation simple du point de vue construction, par laquelle on peut encore aspirer un seul fluide.
La partie supérieure du cylindre creux 30 fermé par une plaque de couverture 31 forme la partie cylindrique 32 de la chambre de rotation.
Cette partie cylindrique est munie d'un tube d'adduction tangentiel 33 pour le liquide. Le cylindre 30 est muni, à l'intérieur, d'un filetage 34.
Grâce au filetage 36, la partie conique 35 de la chambre de rotation en- grène avec le filetage 34, ce qui implique qu'en déplaçant la partie 35, on peut faire varier, si on le désire, la hauteur de la partie cylindri- que 32.
Grâqe à un filetage 39, un organe annulaire 37, dont le côté supérieur forme avec la paroi extérieure de la partie 35 la fente d'aspira- tion 38, engrène également avec le filetage 34 et, par conséquent, il peut se déplacer en sens axial. L'espace entre 30,35 et 37 est muni d'un tu- be d'adduction 40 pour le fluide à aspirer. Ce tube d'adduction est, de pré- férence, tangentiel, comme indiqué sur les dessins, pour éviter la forma- tion de tourbillonements fâcheux.
En dévissant successivement la partie 35 et l'organe 37, le dispositifpeut être facilement démonté, par exemple, à desfins de nettoya- ge.
Aux figures 4a et 4b, on a réprésenté un exemple d9un dispo- sitif dans lequel quelques chambres de rotation ont été combinées pour augmenter la capacité, ces chambres de rotation étant entourées d'une en- veloppe commune.
- La figure 4b est une coupe selon le plan BB de la figure 4a; - La figure 4a est une coupe selon le plan AA de la figure 4b
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Un cylindre creux 41 est fermé, à son côté supérieur, d9une plaque de couverture 42 munie d'un forage central, dans lequel est logé le tube d'adduction 43 pour le liquide et d'un orifice 44 auquel est relié le
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tube d5adduction 45 pour le fluide à aspirer. Le tube d'adduction 43 por- te en symétrie sai.7.e plusieurs tubes 46 dont chacun se décharge dans ure des chambres de rotation 47 et qui forment en même temps les supports de ces chambres. Le cylindre 41 est fermé à sa base par une plaque 48 qui,. en regard de chaque chambre de rotation, est munie d'un orifice 49 à filetage intérieur.
Dans ces orifices sont montés des organes annulaires 50 à fi- letage extérieur, pour former les fentes d9aspiration 51.
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Il y a donc une conduite d9adduction. commune 43 pour le liqui- de en mouvement, une conduite dj1adduction commune 45 pour le fluide à aspi- rer et une enveloppe commune 41.
EXEMPLE.
On a utilisé un dispositif selon la figure 2 présentant les di- mensions suivantes :
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<tb> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> partie <SEP> cylindrique <SEP> de <SEP> la <SEP> chambre
<tb>
<tb> de <SEP> rotation <SEP> (23) <SEP> 30 <SEP> mm
<tb>
<tb> hauteur <SEP> de <SEP> la <SEP> partie <SEP> cylindrique <SEP> de <SEP> la <SEP> chambre
<tb>
<tb> de <SEP> rotation <SEP> (23) <SEP> 15 <SEP> mm
<tb>
<tb>
<tb> demi-angle <SEP> du <SEP> cône <SEP> de <SEP> la <SEP> partie <SEP> conique <SEP> de <SEP> la
<tb>
<tb> chambre <SEP> de <SEP> rotation <SEP> (24) <SEP> 45
<tb>
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diamètre intérieur du tube d9adduction tangen-
EMI6.5
<tb> tiel <SEP> (25) <SEP> 10 <SEP> mm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> diantre <SEP> de <SEP> 1?orifice <SEP> de <SEP> soutirage <SEP> de <SEP> la <SEP> chambre
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> rotation <SEP> (26)
<SEP> 10 <SEP> mm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> diamètre <SEP> intérieur <SEP> de <SEP> 1?enveloppe <SEP> cylindrique
<tb>
<tb>
<tb> (19) <SEP> 54 <SEP> mm
<tb>
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diamètre intérieur du tube d adduction cen-
EMI6.7
<tb> tral <SEP> (18) <SEP> 12 <SEP> mm
<tb>
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diamètre intérieur du tube d9aspiration (17) 4 mm longueur du tube d'aspiration (17) 15 mm diamètre de 19 orif ice de sortie de l1>enve-
EMI6.9
<tb> loppe <SEP> (27) <SEP> 31,4 <SEP> mm
<tb> hauteur <SEP> de <SEP> Panneau <SEP> (28) <SEP> 12 <SEP> mm
<tb>
Comme liquide, on a employé de 19 eau ..et, tant dans l'enve- loppe que centralement, on a traité de l'air comme fluide.
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A une profondeur d-limersion de 2,5 cm (niveau du liquide en 29), une pression, sur l'eau amenée par 25, de 1 atm surpression et pression atmosphérique dans les tubes d'adduction 18 et 22 (aspiration li- bre), on a obtenu une aspiration et une dispersion totale maximum à une distance h de 6,75 mm.
La quantité d'eau qui a passe, étant de 1100 1 d'eau à l'heu-
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re environ, la quantité d'air aspirée par 19enveloppe est de 5000 1 à 1?heure et la quantité d'air aspirée centralement dé 150 1/h, soit au to- tal 5150 1 d'air à l'heure (les quantités d'air sont exprimées en litres à 0 C et 760 mm Hg).
Quant à la quantité totale de l'air aspiré, le dispositif a, dans ce cas, une consommation d'eau de 0,165 m3/h par kg d'air à l'heure.
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A titre de comparaison, il faut remarquer que, les conditions étant par ailleurs constantes et l'aspiration par 1-'enveloppe étant arrêtrée, en déplagant l'organe 28 jusqu9à ce que la distance h=0, l'aspiration centrale d'air est de 1650 1/h.
REVENDICATIONS.
1. Dispositif ppur faire aspirer un gaz ou un liquide par un liquide en mouvement, dans lequel le fluide aspiré est dispersé dans le li- quide, caractérisé en ce que ce dispositif se compose d9une chambre de rota- tion limitée par une surface de révolution fermée, qui est munie d'un ori- fice de soutirage central rond et à laquelle on a relié un ou plusieurs tu- bes d'adduction tangentiels pour le liquide, et d'une conduite d'aspiration pour le fluide à aspirer, se,trouvant hors de la chambre de rotation, la- quelle est munie d'une fente d'aspiration annulaire se trouvant tout près de l'orifice de soutirage de la chambre de rotation et étant coaxiale à celle-ci.