Procédé de captage de particules en suspension dans un courant gazeux
et installation pour sa mise en oeuvre
La présente invention a pour objet un procédé de captage de particules en suspension dans un courant gazeux.
Suivant ce procédé, on fait passer ledit courant gazeux à travers un tube de Venturi et on introduit dans ce courant un courant secondaire rapide constitué par un microbrouillard de particules liquides, à partir d'un point situé sur l'axe du tube de Venturi au sommet virtuel de la partie divergente conique de celui-ci, le tout de façon que les particules en suspension dans le courant principal s'agglomèrent pour former des particules de diamètre moyen accru qui sont ensuite recueillies dans un appareil collecteur.
L'invention a aussi pour objet une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui est caractérisée en ce qu'elle comprend un générateur de micro-brouillard à air comprimé, disposé dans l'axe d'un tube de Venturi et ayant son orifice de sortie situé au sommet virtuel de la partie divergente de ce tube et déchargeant le micro-brouillard axialement à travers le col de ce tube Venturi, et un appareil collecteur pour recueillir les particules agglomérées.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'invention et illustre, également à titre d'exemple, une forme d'exécution du procédé mis en oeuvre au moyen de cette installation.
La fig. 1 montre schématiquement une partie de cette forme d'exécution de l'installation selon l'invention.
La fig. 2 montre un détail en perspective à plus grande échelle.
La fig. 3 montre en perspective l'appareil collecteur, formé par deux cyclones, de cette forme d'exécution.
La fig. 4 est une vue en coupe à plus grande échelle du générateur de micro-brouillard de la fig. 2.
La fig. 5 est une coupe à plus petite échelle du tube de Venturi de cette forme d'exécution.
La fig. 6 est une vue en coupe partielle d'une sirène ultra-sonique destinée à créer des ondes stationnaires dans le courant gazeux.
La fig. 7 est une coupe de la sirène à plus grande échelle.
L'installation représentée présente un tube de Venturi comprenant une partie convergente 11, un col 12 et une partie divergente 13, ayant, par exemple, une longueur de 1,5 m et une section transversale de 300 cm2 au col 12 ; ses deux extrémités présentent des brides 14, 15 au moyen desquelles elles sont raccordées avec une conduite 16 amenant le courant gazeux et avec une gaine 17 conduisant à l'appareil collecteur. Dans la conduite 16, comme le montrent les fig. 2 et 4, est monté un générateur de microbrouillard engendrant un aérosol 18, alimenté en air comprimé par un tuyau 19 et en liquide de mouillage par un tuyau 20, les tuyaux 19 et 20 étant représentés à la fig. 1 comme s'étendant vers la droite pour alimenter en air comprimé et liquide de mouillage un autre générateur non représenté.
Le générateur a son orifice de sortie situé au sommet virtuel de la partie divergente conique 13 et est disposé dans l'axe du tube de Venturi 11-13. Des parois coniques de guidage 21, 22, supportées par des bras 23 (fig. 5), sont disposées pour diriger le courant gazeux principal contenant des particules en suspension entrant par la conduite 16, vers le courant secondaire formé par le jet d'aérosol déchargé axialement par le générateur 18 à travers le col 12 du tube de Venturi, pour assurer un bon mélange et une forte densité de chocs entre les particules.
Comme le montre la fig. 4, le générateur 18 comprend un corps 24 présentant à une extrémité un taraudage 25 permettant de le monter sur un support 26, un chapeau 27 à l'autre extrémité fixé au moyen d'un écrou moleté 28, et une buse d'injection 29 engagée dans le corps et bloquée par le chapeau; les extrémités de la buse présentent des conicités inverses et la buse comporte un passage axial 30 débouchant par un orifice 31 pour l'expulsion de liquide mouillant provenant de la conduite 20 par l'intermédiaire d'un conduit radial 32 ménagé dans le corps 24 et d'un conduit axial 33 correspondant avec le passage 30.
L'air comprimé fourni par la conduite 19 traverse un conduit oblique 34 ménagé dans le corps 24, une gorge circulaire 35 à l'extérieur de la buse 29, puis un ou plusieurs conduits longitudinaux 36 ménagés dans la buse et débouchant dans l'espace 37 entourant l'orifice 31, de manière à projeter le liquide issu de ce dernier par un trou 38 prévu au centre du chapeau 27; on obtient ainsi un micro-brouillard formant un aérosol du liquide de mouillage, se propageant à grande vitesse à l'intérieur des parois coniques 21, 22, pour entrer en collision avec les particules solides en suspension dans le courant gazeux, le mélange atteignant son maximum de vitesse au col 12 du Venturi.
Les particules en suspension dans le courant gazeux subissent ainsi une accélération violente, les rencontres ou chocs résultant entre les particules solides et liquides provoquent une agglomération des particules solides mouillées, de façon à former des particules de diamètre moyen accru.
On s'arrange pour rendre l'agglomération des particules en suspension dans le courant gazeux principal particulièrement efficace en réglant l'arrivée de l'air et du liquide au générateur 18, de façon que le micro-brouillard formant aérosol engendré par celui-ci présente une répartition granulométrique des particules liquides similaire à celle des particules du courant gazeux principal, la concentration en particules de l'aérosol étant légèrement supérieure à celle du courant gazeux principal entrant. La répartition granulométrique des particules de l'aérosol est fonction: a) des propriétés physiques du liquide utilisé
(viscosité et tension superficielle) b) de la construction du pulvérisateur; c) des conditions d'exploitation du pulvéri
sateur (pression de pulvérisation).
Dans l'installation représentée, on choisira le liquide mouillant en conséquence et on réglera convenablement la pression de l'air comprimé dans la conduite 19 en manceuvrant la vanne A (fig. 1) pour obtenir la grosseur des particules et la répartition granulométrique désirées du micro-brouillard formant aérosol.
Afin de favoriser encore l'agglomération, une paroi formée par une grille cylindrique 39 est disposée autour du générateur 18 et est portée à une tension négative élevée, ce qui oblige le jet issu du générateur à traverser les lignes de force du champ électrique à l'intérieur de la paroi cylindrique, qui est sup portée par un conducteur haute tension isolé 40. Le conducteur est garni d'un manchon isolant 41, et son extrémité inférieure traverse la paroi de la conduite 16 par l'intermédiaire de deux isolateurs en porcelaine 42 qui se vissent l'un dans l'autre pour serrer contre l'intérieur et l'extérieur de la paroi une paire de rondelles 43 en résine synthétique.
Le conducteur 40 est relié au pôle négatif de la source haute tension, la conduite 16 et le générateur 18 étant reliés à la terre de sorte qu'ils sont chargés positivement; une haute tension d'environ 12 kw peut être utilisée pour charger les particules de l'aérosol ; cette tension étant fournie par un transformateur survolteur 44 et un redresseur 45 alimenté par une source de courant alternatif 46 (fig. 1).
Les micro-gouttelettes de l'aérosol pourraient également être chargées en les faisant passer à travers un champ d'ionisation, tel qu'une décharge de particules alpha, par exemple; à cet effet, il suffit d'entourer le micro-jet d'une gaine semblable à la paroi. 39, mais portant intérieurement un revêtement en sels radioactifs.
Les particules agglomérées, formant des particules de diamètre statistique moyen fortement accru, sont recueillies par un appareil collecteur comprenant deux séparateurs cyclones 47 montés en parallèle comme le montre la fig. 3. Les sorties de ces cyclones sont reliées à l'aspiration d'un ventilateur d'évacuation commun 48. Dans une variante de l'installation décrite destinée à traiter de faibles débits volumétriques (jusqu'à 1000 ms/h), le générateur de micro-brouillard 18 seul pourra suffire pour engendrer le courant gazeux principal traversant le tube de Venturi.
Dans le cas d'une installation destinée à traiter des volumes gazeux plus importants, par exemple de l'ordre de 18 000 à 30 000 m3/h, chaque cyclone peut présenter un diamètre extérieur de 1,5 m dans sa partie supérieure cylindrique, une hauteur de 0,7 m pour la partie cylindrique et une hauteur totale de 3 m, le volume de gaz entrant dans chaque cyclone étant en moyenne de 2,5 m3/seconde.
Afin de favoriser encore l'agglomération, une sirène ultra-sonique 49 (deux dans le cas d'installations à très grand débit) est montée sur le conduit 17 à l'endroit où il se sépare en deux branches conduisant chacune à un des cyclones. Cette sirène est alimentée en air comprimé sous une pression de 2 atmosphères et présente un rotor 50 (fig. 6 et 7) tournant à environ 20 000 tours/minute et développe une puissance acoustique de 2 kw et une fréquence de 30 kilocycles. Un moteur 51 de 1,5 ch entraîne le rotor.
La sirène est munie d'un cornet 52 à profil exponentiel, comme représenté à la fig. 6, fixé au fond du canal d'entrée 53 du cyclone correspondant, de manière à établir dans le courant gazeux un système d'ondes stationnaires ultra-soniques
Le rotor 50 de la sirène commande des orifices 54 répartis autour du flasque terminal 55 du stator, comme on le voit à la fig. 7, l'air comprimé étant amené par une conduite 56 dans une chambre annulaire 57 sous un plateau diffuseur 58 autour du bord duquel l'air s'écoule pour traverser des trous 59 ménagés dans le rotor pour atteindre les orifices 54 du stator. Ces trous et ces orifices sont en nombre différents et répartis de telle sorte que le rotor démasque alternativement les orifices 54 aux côtés opposes, communiquant ainsi une très haute frequence à l'onde stationnaire créée dans le courant gazeux.
Le réglage du jeu entre le rotor 50 et le flasque terminal 55 est assuré au moyen d'une vis de réglage 60 dont la pointe agit sur une cloche 61 appuyant axialement sur la portée 62 du rotor, de haut en bas contre l'action d'un ressort non représenté, supportant l'arbre 63 du rotor par l'intermédiaire d'un palier à son extrémité inférieure.
Le conduit d'entrée du cyclone constitue le point le plus approprié de l'installation pour l'établissement de l'onde stationnaire.
La floculation ultrasonique convient tout particulièrement aux particules dont l'agglomération, dans le tube de Venturi 11-13 au moyen du micro-brouillard formant aérosol provenant du générateur 18, ne dépasse pas un diamètre moyen de 5 microns. Dans le cas où les particules atteignant les cyclones 47 ont un diamètre encore insuffisant pour permettre un captage suffisamment efficace, on peut ajouter des générateurs de micro-brouillards 64 semblables au générateur 18 qui, en dispersant dans la direction des courants gazeux un micro-brouillard formant aérosol frais, peuvent encore accroître la masse moyenne des particules formées par agglomération.
Le courant gazeux traité dans l'installation décrite peut contenir, par exemple, des particules de quartz dont le diamètre géométrique moyen est d'environ 20 microns (densité 2,6), la densité en particules étant d'environ 10 000 particules par centimètre cube et, dans ce cas, le générateur 18 pourrait être réglé pour engendrer un jet de micro-brouillard formant aérosol à activité superficielle d'environ 30 dynes par centimètre, étant alimenté en air comprimé par la conduite 19 sous une pression de 6 kg/cm2. La consommation en liquide mouillant à forte tension superficielle pourrait, par exemple, atteindre 50 litres/ heure pour un générateur débitant l'aérosol à une vitesse supersonique à son orifice de sortie.
Le ventilateur centrifuge 48, tournant à 1500 t/m et entraîné par un moteur 65 de 40 ch évacue les gaz débarrassés de particules à la partie supérieure des deux cyclones 47.
Les générateurs de micro-brouillard supplémentaires 64 prévus près des orifice tangentiels d'entrée dans les cyclones peuvent être alimentés en air comprimé sous une pression de 6 kg/cm2 en service, et un débit de liquide compris entre 50 et 100 litres/heure, suivant la dimension de ces générateurs.
Comme le montre la fig. 1, le liquide mouillant fourni aux générateurs de microbrouillard est obtenu en faisant passer un courant d'eau provenant d'une conduite 66 à travers deux chambres 67 contenant des cartouches d'une substance à faible solubilité et grande activité superficielle, par exemple des naphtalène-sulfonates, alkyl-sulfonates de soude, alcoolates de l'acide sulfo-succinique, savons des acides gras supérieurs, esters de l'acide oléique, etc. Des robinets 68 permettent de faire passer à volonté le courant d'eau à travers une chambre 67 ou à travers l'autre, pour permettre le remplacement d'une cartouche épuisée.
La consommation en liquide peut être contrôlée par un débit-mètre enregistreur 69 intercalé dans la conduite d'approvisionnement en eau, tandis que la grosseur des particules de l'aérosol éjecté et leur répartition granulométrique peut être lue sur un manomètre 70, disposé sur la conduite d'amenée d'air 71, gradué en unités appropriées.
Dans ces conditions de fonctionnement, la grosseur des particules formées par agglomération est plus que doublée à la sortie du diffuseur 13 du tube de Venturi, et il est possible d'enregistrer un coefficient de captation dans le cas du quartz, par exemple, d'environ 99,9 0/o en nombre de particules et en poids.
Lorsque les particules en suspension dans le courant principal ont un diamètre géométrique moyen inférieur à 5 microns, la mise en route des dispositifs auxiliaires (paroi à champ électrostatique 39, sirène ultrasonique 49 et générateurs de micro-brouillard tangentiels 64) permet de recueillir des particules de poussière dans la proportion de 95 à 99 O/o. Les particules de poussière agglomérées légèrement humidifiées peuvent facilement être évacuées par des trémies 72 au fond des cyclones, sans y former des boues visqueuses, tandis que le gaz débarrassé de ces particules est aspiré par le ventilateur centrifuge 48 à la partie supérieure.
L'installation décrite pourrait aussi servir à la captation de particules de noir de carbone, d'oxyde de fer, de fibres, de charbon et aussi de particules de liquides.
Dans l'installation décrite, la vanne A, commandant l'arrivée d'air comprimé et, par conséquent, la densité du micro-brouillard formant aérosol, pourrait être commandée en fonction de la densité, en particules, du courant gazeux à traiter. A cet effet, cette installation pourrait comprendre un servo-mécanisme commandé lui-même par un dispositif magnétique ou électronique (une cellule opacimétrique ou photo-électrique, par exemple).