Dispositif générateur de bulles exempt d'organe mobile et procédé pour exécuter une oxydation à l'aide de ce dispositif.
La présente invention concerne un dispositif générateur de bulles et un procédé pour exécuter une oxydation au moyen d'air à l'aide de ce dispositif. Plus particulièrement, elle se rapporte à un dispositif générateur de bulles, à un ou plusieurs ajutages exempt d'organe mobile et à un procédé d'utilisation de ce dispositif pour une oxydation en phase liquide au moyen d'air.
L'oxydation en phase liquide au moyen d'air est l'une des réactions les plus courantes dans de.nombreux procédés industriels. Pour la conduite de cette réaction, l'air est <EMI ID=1.1>
mission d'air agencée au fond ou à la partie inférieure de la paroi de la cuve. L'air doit être injecté dans le liquide de façon que les bulles formées soient aussi petites que possible. Le contact entre l'air et le liquide est d'autant meilleur que les bulles sont plus fines. Par conséquent,
un dispositif propre à transformer un flux d'air en petites bulles est couramment mis en service à l'admission d'air ou au voisinage de celle-ci. Si ce dispositif permet de former des bulles très fines, l'oxydation progresse très efficacement. Une plaque perforée pour la dispersion de l'air est souvent montée à l'intérieur de la cuve d'oxydation pour as-
<EMI ID=2.1>
positif générateur de bulles est qu'il ne permet pas de former dans une phase liquide des bulles suffisamment petites pour une oxydation rapide et efficace. L'amélioration d'un tel dispositif a fait l'objet de différents essais. Par exemple, on utilise un agitateur à hélice conjointement avec la plaque perforée. L'agitateur animé d'une grande vitesse de rotation favorise la formation, de petites bulles dans le liquide et améliore nettement l'efficacité de l'oxydation. Néanmoins, l'inconvénient d'un tel dispositif est que les organes animés d'un mouvement de rotation ou ' �s organes d'étanchéité subissent une abrasion sensible de sorte que ces dispositifs n'ont pas une longue durée de service. Un autre inconvénient auquel ils exposent est qu'ils ne sont généralement pas amovibles et doivent être manipulés avec
la cuve d'oxydation dans laquelle ils sont montés. La mise au point d'un nouveau dispositif générateur de bulles évitant ces inconvénients était donc intéressante. A cette-fin, la Demanderesse a conçu un dispositif générateur de bulles tel que celui illustré à la Fig. 1 qui est exempt d'organe mobile et qui est facile à monter en place et démonter.
la Fig. 1 est une vue en coupe d'un dispositif générateur de bulles à un seul ajutage faisant l'objet de l'invention;
la Fig. 2 est une vue en coupe d'un dispositif générateur de bulles à plusieurs ajutages faisant l'objet de l'invention;
la Fig. 3 est un tableau de marche d'un procédé conforme à l'invention.
Comme le montre la Fig. 1, le dispositif comprend une conduite d'admission d'air (1) munie à son extrémité
d'un ajutage (1') au moyen duquel de l'air est injecté dans
le liquide. La conduite d'admission de liquide (2) débouchant au bas du dispositif permet d'y introduire du liquide. Le dispositif comprend deux chambres, à savoir une chambre
<EMI ID=3.1>
par une cloison (3) dans laquelle est ménagé un orifice (3') en face de l'ajutage. La chambre supérieure (CU) constitue dans le dispositif un espace au-dessus de la cloison (3),tandis que la chambre inférieure constitue un espace au-dessous de
la cloison. La chambre supérieure est appelée aussi zone de
<EMI ID=4.1>
<EMI ID=5.1>
pour permettre au mélange d'air et de liquide de s'en échapper. La chambre supérieure (CU) communique avec la chambre inférieure
(C-j.) par l'orifice (3') et lorsque le courant d'air franchit rapidement l'orifice (3') en direction de la chambre supé-
<EMI ID=6.1>
entraîné énergiquement dans le courant et immédiatement ensuite le courant du mélange d'air et de liquide résultant entre en collision avec la paroi supérieure (5) du dispositif générateur de bulles. Cette collision favorise une bonne dis-
<EMI ID=7.1>
persion de l'air dans le liquide et ainsi la formation de bulles plus fines. Peu après, le fluide parfaitement mélangé contenant un très grand nombre de très fines bulles d'air
<EMI ID=8.1>
d'oxydation de la cuve de réaction. Par conséquent, l'oxydation en phase liquide est exécutée dans un état où des bulles très fines sont convenablement dispersées dans le liquide,de sorte que l'oxydation par l'air est fort efficace.
Les avantages obtenus offerts par l'utilisation
de ce nouveau dispositif générateur de bulles ressortent de 1 ' exemple suivant.
EXEMPLE 1 -
On adapte un dispositif générateur de bulles à un seul ajutage du type illustré à la Fig. 1 d'un diamètre extérieur de 20 mm au fond d'une tour d'oxydation d'un diamètre intérieur de 300 mm et d'une hauteur de 6 m. On admet par la conduite d'admission de liquide (2) dans la tour d'oxydation, au débit de 6,0 m<3>/heure, une solution aqueuse de sulfate basique d'aluminium contenant à l'état absorbé 0,6 g/litre de dioxyde de soufre. On injecte de l'air au débit de
<EMI ID=9.1>
port liquide/gaz est donc à peu près de 1,9. La teneur en dioxyde de soufre de la solution au sommet de la tour d'oxyda-
<EMI ID=10.1>
et l'analyse de l'air s'échappant au sommet de la tour indique que sa teneur en dioxyde de soufre est'sensiblement nulle, tandis que sa teneur en oxygène est de 6,0% en volume, ce qui prouve que la quantité d'oxygène consommée effectivement pour l'oxydation en phase liquide est d'environ 76% de la quantité totale d'oxygène admise (ce pourcentage est appelé ci-après simplement "efficacité de l'oxygène"). La vérification du dispositif générateur de bulles après 6 mois de fonc- <EMI ID=11.1>
tionnement ininterrompu ne permet d'observer aucune abrasion sensible de l'ajutage (l'),de l'orifice (3'),de la paroi su-
<EMI ID=12.1>
mélange de gaz et de liquide,ni à d'autres endroits. On observe non plus pas de baisse sensible de l'efficacité de l'oxygène telle qu'elle est définie ci-dessus. D'autre part, un dispositif générateur de bulles muni d'une turbine, utilisé
aux mêmes fins et dans les mêmes conditions,conduit à une
<EMI ID=13.1>
une abrasion importante aux organes tournants, en particulier à l'endroit des organes assurant l'étanchéité. On observe une fuite -le liquide aux endroits usés indiqués. En cours de fonctionnement, l'efficacité de l'oxygène tend à baisser. Après 6 mois de fonctionnement continu d'un tel dispositif, la réparation. des organes usés est nécessaire.
Il ressort nettement de la description ci-dessus
que le nouveau dispositif générateur de bulles est fort simple à construire et qu'il est facile de le monter dans une cuve d'oxydation et de l'en démonter. De plus, comme le dispositif est exempt d'organe mobile, il n'expose à aucun inconvénient par abrasion. Enfin , il n'est pas onéreux. Pour illustrer l'efficacité du dispositif, on peut noter
que le diamètre moyen des bulles formées dans un liquide d'une viscosité d'environ 5 centipoises est de l'ordre de 1 mm sinon moins. Par conséquent, la surface spécifique totale des bulles au contact du liquide est fort élevée et on constate
de plus que les bulles ne grossissent pas pendant leur mouvement ascendant vers la surface du liquide dans la cuve de réaction. Dès lors, ;.1'oxydation progresse fort efficacement dans la phase liquide.
La Demanderesse a toutefois découvert que le simple montage du dispositif dans une cuve d'oxydation n'assure pas toujours l'oxydation rapide en phase liquide avec une bonne efficacité. L'expérience a montré que pour obtenir des résultats convenables , il faut satisfaire à certains critères pour utiliser le dispositif. En l'occurrence, le rapport
du débit de liquide au débit de gaz ou rapport du liquide au gaz doit être d'au moins 1/2 en m<3>/m<3> N pour assurer la formation des fines bulles désirées; la vitesse du courant passant par l'orifice (3') dans la cloison (3) doit être d'au
<EMI ID=14.1>
la face inférieure de la cloison (3) doit valoir environ
<EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
loir environ 1,0 à 5,0 fois le diamètre de l'orifice (3'),etc. En dehors de ces intervalles, l'utilisation du dispositif n'est pas parfaitement efficace.
L'exemple 1 illustre l'oxydation des ions sulfite dans une solution aqueuse de sulfate basique d'aluminium. Cette opération est exécutée pour .éliminer le dioxyde de soufre de différents effluents gazeux par le procédé dit au gypse et au sulfate basique d'aluminium. D'habitude, cette réaction est exécutée pour une valeur du rapport liquide/gaz qui est par exemple de 1/1, c'est-à-dire tombant dans l'intervalle de 1/2 et davantage. Il est donc facile d'exécuter cette réaction avec succès. Toutefois, le dispositif générateur
de bulles ci-dessus n'est pas toujours applicable à toute oxydation effectuée en phase liquide. Il en est ainsi parce que l'expérience à montré, comme déjà indiqué, que le rapport du débit de liquide au débit de gaz ou rapport li-, quide/gaz doit être de 1/2 ou davantage pour que le dispositif générateur de bulles donne des résultats satisfaisants. En d'autres termes, le débit de gaz doit être égal ou in-férieur à deux fois le débit de liquide. Ce critère n'est pas toujours satisfait. Par exemple, lorsqu'une solution aqueuse de sulfite de sodium et de sulfite acide
de sodium est oxydée au moyen d'air, la quantité d'air à injecter dans la cuve d'oxydation vaut parfois environ 2.500 fois la quantité de liquide admise dans la même cuve. Il est alors impossible de satisfaire au critère que le rapport liquide/gaz soit de 1/2 sinon moins. Lorsqu'il en est ainsi, le simple montage du dispositif au fond de la cuve d'oxydation ne permet pas d'exécuter l'oxydation en phase liquide avec de bons résultats. Il restait donc intéressant de mettre au point on dispositif applicable à tous les cas de ce genre, notamment celui illustré ci-dessus. La Demanderesse a résolu cette difficulté.
Une mesure pour améliorer le dispositif générateur de bulles du type ci-dessus consiste à le modifier par agencement de plusieurs ajutages rendant plus facile de modifier les débits de liquide et d'air et le rapport de mélange . Le dispositif générateur de bulles à plusieurs ajutages ainsi modifié faisant l'objet de l'invention est illustré à la Fig. 2. Comme le montre la Fig. 2, le dispo-
<EMI ID=17.1>
<EMI ID=18.1>
L'intérieur du corps est divisé en deux chambres par une cloison horizontale (3) comportant au moins deux orifices
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
deux conduites d'admission de gaz (1) dont chacune est munie à son extrémité d'un bec.(l') et est montée verticalement sur
<EMI ID=21.1>
<EMI ID=22.1>
duite d'admission de liquide (2) par laquelle du liquide <EMI ID=23.1>
supérieure (CU) comprend (a) une paroi supérieure (5) à petite distance de la cloison (3) et sur laquelle les courants rapides de mélange de gaz et de liquide émis par les orifices
<EMI ID=24.1>
latérale (4) pour l'évacuation du mélange intime de gaz et
de liquide.
Du fait que ce dispositif générateur de bulles perfectionné comprend un plus grand nombre d'ajutages, la charge à chacun d'entre eux diminue et la capacité d'injection d'air dans le dispositif augmente beaucoup. De plus, comme le nombre de courants rapides traversant les orifices et s'écrasant sur la paroi supérieure augmente, les conditions de formation des bulles dans la chambre supérieure sont améliorées,de sorte que les bulles se forcent dans de bonnes conditions même quand le rapport liquide/gaz est inférieur à
1/2 et que l'oxydation est donc satisfaisante.
Une mesure diversifiant les applications du dispositif consiste dans la mise au point d'un procédé industriel applicable dans des conditions quelconques à l'oxydation en phase liquide au moyen d'air décrite ci-dessus. A cette fin, la Demanderesse a mis au point procédé perfec-
<EMI ID=25.1>
bleau de marche est donné à la Fig. 3. Comme le montre la Fig.3, l'installation comprend une tour d'oxydation (A) dans laquelle une oxydation en phase liquide au moyen d'air ou une autre réaction semblable entre une phase liquide et une phase gazeuse est exécutée. Un dispositif générateur de bulles à un ou plusieurs ajutages (D) tel qu'illustré aux Fig. 1 et 2 est monté dans le fond de la tour d'oxydation (A). La tour
(A) comprend dans la partie basse de sa paroi latérale au moins une sortie (A') de liquide en circulation et à la par-tie supérieure de sa paroi latérale au coins un orifice de trop-
<EMI ID=26.1>
pour la séparation de la phase gazeuse et de la phase liquide, une pompe de circulation (C), un réservoir tampon (E) pour
la solution traitée, un réservoir (F) de solution traitée,
une pompe (G) amenant la solution traitée dans un épaississeur
ou autre appareil (M), une cuve de conditionnement de la phase liquide (H), une pompe d'alimentation (I), une admission (J) d'une mati i ère première liquide, par exemple d'eau, une admission
<EMI ID=27.1>
ce d'air comprimé (L), un épaississeur ou autre appareil (M) etc. L'air comprimé (L) et un courant mixte comprenant la solution provenant de la cuve de conditionnement de la phase
<EMI ID=28.1>
(A') sont introduits de manière continue p ar le dispositif générateur de bulles (D) dans la tour d'oxydation (A). Une quantité mesurée de liquide est prélevée sans interruption de la tour d'oxydation (A) par la sortie (A') et rejoint le courant de solution provenant de la cuve (H) avant que le mélange entre par le dispositif (D) dans la tour d'oxydation
(A). Le liquide en circulation passe par le séparateur de gaz et de liquide (B) avant .de se mélanger à la solutian provenant de la cuve (H). L'air séparé dans 1 eu''?
(B) est renvoyé à la tour d'oxydation (A) par la conduite débouchant à la partie supérieure de la tour d'oxydation (A).
<EMI ID=29.1>
dans un réservoir (F). Un réservoir tampon (E) est de pré-férence prévu entre le trop-plein (A'') et le réservoir (F).La solution traitée du réservoir (F) est propulsée par une pompe
(G) jusqu'à l'appareil suivant, par exemple un épaississeur
(M).
Comme déjà indiqué, lorsqu'il faut oxyder du sulfite <EMI ID=30.1>
de sodium ou du sulfite acide de sodium en solution aqueuse au moyen d'air, il faut injecter dans la tour d'oxydation
une quantité d'air qui est fort importante par rapport à la quantité de liquide,.en raison de la teneur très élevée en ions sulfite de la solution. Par exemple, le rapport liquide/ gaz est souvent de l'ordre de 1/2.500 sinon moins. Lorsqu'il en est ainsi, un dispositif générateur de bulles à un seul ajutage tel qu'illustré à la Fig. 1 ne permet pas une oxydation satisfaisante dans une cuve d'oxydation.
Toutefois, le montage d'un dispositif générateur
de bulles à plusieurs ajutages tel qu'illustré à la Fig. 2
et la conduite des opérations comme l'illustre la Fig. 3 permettent d'éviter toutes les difficultés et conduisent à
de bons résultats, comme il ressort des exemples suivants. EXEMPLE 2 -
On exécute une oxydation du sulfite de sodium au moyen d'air dans un milieu aqueux en appliquant le procédé
que concerne la Fig. 3. Au moyen de boulons et d'écrous,
on agence un dispositif générateur de bulles à deux ajutages
(D) d'un diamètre extérieur de 20 mm au fond d'une tour d'oxydation (A) d'un diamètre intérieur de 300 mm et d'une hauteur de 6 m. On injecte dans la tour d'oxydation (A) au dé- <EMI ID=31.1>
2
l'air comprimé sous une pression d'environ 2,5 kg/cm . La
tour d'oxydation est remplie presque complètement de solution aqueuse jusqu'au trop-plein. Une fraction de la solution est prélevée de manière ininterrompue de la tour d'oxydation par la sortie (A') pour constituer le liquide en circulation qui retourne à la tour d'oxydation (A) en passant par le séparateur de gaz et de liquide (B), la pompe de circulation (C) et le dispositif générateur de bulles à plusieurs ajutages (D).
Une solution d'alimentation formée d'eau et de sulfite de sodium est prélevée de la cuve de conditionnement de la phase liquide (H) et mélangée sous l'impulsion de la pompe d'alimentation (I) au courant de liquide en circulation avant que le mélange parvienne dans le dispositif générateur de bulles (D).Le débit de solution de sulfite de sodium d'alimentation contenant 5 g de dioxyde.de soufre par litre est de 58 litres/heure et le débit de liquide de circulation est de 6 m<3>/heure. On exécute l'oxydation à environ 60[deg.]C.
<EMI ID=32.1>
appelée ci-après "expérience à petite échelle". La quantité d'air injectée est de 12 m<3> N/heure et par ajutage.
EXEMPLE 3 -
On exécute dans les conditions précisées ci-après une expérience à échelle moyenne plutôt qu'à petite échelle. En l'occurrence, on adapte au fond d'une tour d'oxydation d'un diamètre intérieur de 900 mm et d'une hauteur de 8 m un générateur de bulles à deux ajutages d'un diamètre extérieur de 100 mm. Le débit d'air sous 2,5 kg/cm<2> est de
<EMI ID=33.1>
de 80 m<3>/heure. La solution de sulfite de sodium d'alimentation qui contient 50 g de dioxyde de soufre par litre et
à un pH de 7 est amenée sans interruption à la tour d'oxydation au débit de 480 litres/heure après s'être mé_angée au liquide en circulation. On exécute l'oxydation à environ
<EMI ID=34.1>
Lorsqu'on fait baisser le débit de liquide en circulation, la dimension des bulles augmente et l'efficacité de l'oxygène diminue.
EXEMPLE 4 -
On exécute une autre expérience à échelle moyenne dans les conditions décrites ci-après. On adapte au fond
de la tour d'oxydation décrite pour l'essai à échelle moyenne ci-dessus un dispositif générateur de bulles à quatre ajutages d'un diamètre extérieur de 100 mm. Le débit d'air injecté est de 200 m<3> N/heure et le débit de liquide en circulation est de 60 et /heure. La solution d'alimentation contient
50 g de sulfite de sodium par litre et est amenée sans interruption au débit de 1.920 litres par heure. On exécute l'oxydation à 60[deg.]C. L'efficacité de l'oxygène est de 20%.
Lorsqu'on exécute l'expérience dans les mêmes con-
<EMI ID=35.1>
200 g de sulfite de sodium par litre au débit de 480 litres par heure, l'efficacité de l'oxygène est de 20%.
EXEMPLE ? -
On exécute une expérience à grande échelle dans les conditions suivantes. On agence au bas d'une tour d'oxydation d'un diamètre intérieur de 1,8 m et d'une hauteur de
8,0 m huit jeux de dispositifs générateurs de bulles à quatre ajutages d'un diamètre extérieur de 100 mm et on conduit l'expérience par charges séparées avec circulation de liquide. Les autres conditions de réaction sont détaillées au tableau ci-après.
EXEMPLE 6 -
Dans la même installation-que celle décrite à l'exemple 5, on exécute une oxydation continue sur une solution d'alimentation contenant 200 g de sulfite de sodium par litre et amenée au débit de 1.200.litres par heure. L'efficacité
de l'oxygène est de 20% et la demande chimique en oxygène de la solution traitée est au maximum de 50 ppm. La quantité <EMI ID=36.1>
<EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
<EMI ID=39.1>
REVENDICATIONS.
1 - Dispositif générateur de bulles exempt d'organe
<EMI ID=40.1>
sistant en une paroi supérieure (5), une paroi latérale
<EMI ID=41.1>
deux chambres par une cloison horizontale (3) au milieu de
laquelle est ménagé un orifice (3'), la chambre inférieure
(CI,) comprenant (a) une conduite d'admission de gaz (1) munie
<EMI ID=42.1>
<EMI ID=43.1>
<EMI ID=44.1>
fice (3') et (b) une conduite d'admission de liquide (2) par
<EMI ID=45.1>
comprenant (a) une paroi supérieure (5) agencée à petite distance de la cloison (3) et contre laquelle un courant rapide
du mélange de gaz et de liquide émis par l'orifice (3')
s'écrase et (b) au moins un orifice (4') ménagé dans la partie supérieure de la paroi (4) du corps et par lequel le liquide intimement mélangé contenant de très nombreuses bulles
d'air très fines est évacué.
2 - Cuve d'oxydation pour la conduite d'une oxydation
<EMI ID=46.1>