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Dans le domaine du génie chi~ique~ cn est souvent amené à
mettre en contact intime un liquide et un gaz.
Les dispositifs existants sont de plusieurs types, notamment
des assemblages de parois perforées comportant des trous d'où le gaz
s'échappe vers le liquide, des parois localement poreuses ou des agitateurs
et mélangeurs mécaniques.
Ces dispositifs ne ~onctionnent bien que pour des taux de vide
(rapport entrs le volume de gaz et le volume total gaz-liquide du milieu
considéré) variant peu et aux ~aibles débits ds gaz.
On observe une très mauvaiss répartition de l'injection aux
forts débits, qui se fait alors selon de véritables Jets de gaz qui
forment de larges poches gazeuses en diminuant la surface spécifique de
¦ contact. De plus, les dispositi~s mécaniques ont de leur côte un très
mauvais rendement énergétique. -
La présente invention a pour objet un dispositif permettant ~-
une grande uni~ormité d'injection de bulles de diamètre désiré, applicable
à de nombreux procédés industriels, en particulisr dans le domaine de la
~$ 20 fsrmentation des réactions chimiques, de l'oxyg~nation d'etsndues d'eau
en vue de lutte contre la pollution et du contr81e blologique de la
; demande en oxygène. On peut aussi, au moyen de ce dispositif, réaliserla modl~ication physique d'un milieu et plus particulièrement modi~ier
5eS propriétés acoustiques.
Le dispositif sslon l'lnvention est con~titué par un organe
d'allmsntation en gaz dont au moins une partie dss parois balgnent dans
le liquide à l'endroit où doit s'e~fectuer l'in~ection dudit gaz et le
1 long desquelles sant branchés des tubes de faible diamètre interne,
- inférieur ~ 2 mm et de longueur au moins 20 fols celle dudit diamètre,
le gaz s'échappant Sous forme de bulles de leurs extrémit~s libres dans
le liquide, ces extrfimités étant tslles qu'elles peuvent être animées
d~un léger mouvement sous l'influence de l'in~ection du gaz dans le
liquide et des cnurants provoqu~s par cette inJection.
f~
Lnrs de la formation des bullss, au moinent de leur 8mission à
l'extrLSmite du tube, les bulles grossissent pour atteindre un diamètre
légèrement supérieur ~i eelui du diametre extérieur du tube.
Dans ces conditions, le choix du diarnètre intérieur et du
diamatre extérieur des tubes intervient pour déterminer le diamètre des
bulles émises~
De préférence, les tubes aur~nt un diamètre lnterne variant
entre 0,05 et 0,1 mm un diamètre externe de l'ordre de 0,3 à 0,5 mm et
, une longueur d'environ 5 cm.
Le choix de l'emplacement des tubes permet d'obtenir une bonne
répartition dans l'espace, et la valeur du débit d'injection permet de
réaliser le nombre de bulles voulues.
, On peut en particulier obtenir des taux de vide très faibles,
le diSpositif gardant une grande stabilité d'injection aux faibles
, débits. La perte de charge du système étant faible, son rendement énergétique
est particulièrement bon. Le mouvement des extrémités libres des tubes,
` qui se produit sous l'effet d'injection du gaz, favorise le détachement
'J régulier des bulles et empêche le colmatags et l'adhérence de particules ~ ~
;, parasites. De plus, les tubes peuvent être réalisés en une matièra ;
comportant des agents dits "antifouling", c'est-à-dire des agents empêchant
le développement d'algues et micro organismes, ce qui présente un intér8t
pour l'utilisation du dispositif en milieu marin.
De nombreuses dispositions de reallsation du dispositif selon
l'inventlon pauvent atre envisagées 1 en particulier~ les tubes peuvent
tre montés sur la paroi d'un conduit d'alimentation en gaz lmmergé
horizontalement ~ une profondeur déterminée, la section de ce conduit
1 pouvant etre aplatie pour permettre son stockage par enroulement et
¦ faciliter ainsi la mise en oeuvre et le transport du dispositif. Des
.3 systèmes d'ancrage peuvent être prévus sur ce conduit.
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~ - 2 -
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. ~, .
: . .
Le conduit d'alimentati~n en ~az peut ~tre formé par une
chambre accolée à la paroi d'une enceinte contenant le liquide dans
lequel ~n désire faire l'inJection.
Le dispositif selon l'invention peut etre constitué par un
; conduit annulaire d'alimentation en gaz, comportant sur sa paroi interne
les tubes d'injection de gaz, et à l'intérieur duquel circule le liquide
à traiter.
On peut aussi donner des formes variées de l'extrémité libre
des tubes, par exemple une extrémité coudée qui provoquerait des mouvements
de cette extrémité favorisant le détachement uniforme dss bulles.
Les tubes d'inJection de gaz peuvent ~tre souples. On peut
admettre des tubes rigides, à condition de les munir d'un dispositif de
fixation élastique sur la paroi du conduit d'alimentation, da façon que
:~ . .
dans ce cas, comme dans le précédent, l'extrémité soit libre de prendre
un léger mouvement SOU5 l'influence de l'injection du gaz ou des courants
produits par cette injection.
I On peut prévoir d~s variantes de realisation dans lesquelles on
produit un courant de liquide au point d'émission des bulles, ayant pour
effet ds créer sur cslles-ci uns trainéa qui provoque leur détachement
avant qu'slles n'atteignent la taille qu'elles auraient dans de l'eau
prat1quemr~nt immobile.
On psut alnsi obtsnir des bulles beaucoup plu5 ~lrlB9~ int~ressantes
¦ pour certfllnes applications particullsrss.
! Ce courant ds liquide agit d'autre part sur le tube soupls pour
provoqusr sa vibration, ~avorisant sncore le détachement de la bulle de
gflZ.
Ci-après, à titre d'exemples, plusieurs formes de réalisation
du dispositif selon l'invention en réf~rence aux figures annexéss.
- La flgure 1 sst une vue schématlque, en coupe verticale, d'un dispositif
d'in~ection de gaz~
~ ~ ., ` .
I - 3 ~ ~
.
- La figure 2 est unP vue en elevation d'un dispositif d'injection en
place dans une étendue d'eau.
- La figure 3 est une vue en perspective d'une variante de realisation
; du dispositi~
La figure 4 est une vue en coupe verticale d'une variante de réalisation
:
iU dispDsiti~. ,
~ij - La figure 5 est une vue en coupe verticale d'une variante de réalisation
du dispositif. ;
- La figure 6 est une vue en coupe verticale d'une forme de réalisation
;i , .
10 des tubes d'in~ection de gaz.
- La figure 7 est une vue en coupe verticale d'une autre forme de réalisation -~
; - La fi~ure a est une vue schématique en coupe partielle verticale d'un
dispositif d'injection de gaz avec l'action d'un courant de liquide sur
les bulles.
- La figure 9 est une vue en perspsctive, en coupe verticale, d'une
variante ds la réalisatlon du dispositlf selon l'invention.
~3 - La figure 10 est uns vue d'un dispositif mobile d'inJectlcn de gaz.
On volt sur la flgure 1 un conduit en gaz d'alimentation
20 lmmergé dans une étendue de liquide 2 que l'on désire mettre en contact
lntime avec ledit gaz, ce conduit comportant, sur sa pérlphérie, des
tube~ souples 3 de ~aible diamètre intérieur. par exemple de 0,05 mm,
d'un diamètre extérieUr de 0,3 mm at d'une longueur d'environ 5 cm.
Le gaz arrive sous una pression prédétermln~e dans le conduit
1 selon la ~lèche 1, et s'~chappe dans le liquide 2 par les extrémltés
18 des tubes souples 3, lesquelles extrémit~s 18 prennent un léger
mouvement sous l'ef~et de cet échappement de gaz et des courants qu'il
prodult dans le llqulde. ce mouvement ~tant d'une part ~avorable à
l~émission du ~az 80US forme de bulle9 4 avec le d~tachement régulier
30 des bulles, et emp~chant d'autre part le colmatage et l'adhérence de
particules parasitss sur lesdites extrémit~s.
:
- 4 -
~I .
.'~`, ' ', , .
La bonne répartition des bulles dans l'sspace sera faite par
~' 1B chaix de l'emplaGement des tubes 3, le diam~tre des bulles sera
déterminé par le diamètre interne des tubes 3, et le nombre ds bulles
sera controlé par le débit d'in~ection du gaz.
La figure 2 montre une forme de réalisation du dispositif pour
l'aération d'un lac à une certaine profondeur, selon laquelle un ronduit
rigide 1 d'alimsntation en gaz, avec ~es tubes 3 d'injection, est suspendu
3 la profondsur voulue au moyen de c~bles 5 ancrés sur le fond 6 à l'aide
de masses de lestage 7 et soutenu au moyen de flotteurs ~.
La figure 3 montre une variante ds réalisation du dispositif
où le conduit 1 sst souple, et présente une section aplatie de façon à
permettre son enroulement en vue de ~aciliter son stockage, son transport
et sa mise en place.
Des anneaux d'ancrage 9 sur un cable 19 peuvent alors être
pr~vus sur le condu:Lt 1, ce cable pouvant être immergé à une profondeur
déterminée, ou être posé sur le fond 6.
¦ La figure 4 montre une variante dans laquelle on ~ait l'in~ection
de bulles dans un liquide 2 contenu dans un bassln 10, le conduit d'allmen-
¦ tatlon en gaz étant constitué par une chambre 11 accolée au fond du bassln
.~ .
zo et comportant les tubes souples 3 produisant l'émission de bulles 4 dans
le liquide 2 du bassin, la chambre 11 étant alimentée en ~az 3 une pression
prédéterminée par une conduits 12.
Dan~ l~ forme de réalisatlon de la flgure 5, le liquide 2
clrculs dans uns canallsatlon 13 sulvant la flèche F1 et le gaz est
amené aux tubes souples 3 d'émlsslon de bulles 4 au moyen d'une chambre
annulaire 14 allmentée au moyen d'une tubulure 15.
On peut donner 3 l'extrémlté des tubes 3 une forme coudée 16
telle que montrée dans la figure 6 afin de provoquer des mouvements plu9
accentuée de catte extrém~té sous l'effet de l'émlssion des bulles 4
pour favoriqer au maximum le détachement uniforme desdites bulles,
_
.~ ' .
i~ '', " ~
44~
La figure 7 montre une Variante dans la forme de réalisation
des tubes 3, o~ ceux-ci sont rigides, mais sant alors incorporés dans la
paroi du ronduit 1 au moyen d'un elément élastique 17 permettant le
libre déplacement de leurs extrémités 18 sous l'effet de l'émission des
; bulles 4.
~; On voit sur la figure ~ un conduit ~20) immergé dans une ~:
étendue de liquide t2~ que l'on désire mettre en contact intime avec un
gaz.
: Cette conduite est divisée en deux parties par une paroi
: :
diamétrale t21~, 1B gaz sous pression arrivant par la partie t22~
suivant la ~lèche F2 et étant injecté dans l'étendue par l'extrémité des ~
tubes souples t3) ~ du liquide arrivant sous pression dans la partie t23~
du conduit suivant la flèche F3 et étant injecté dans l'étendue de :
liquide par des tubes t24) concentriques aux tubes souples (3) d'inJection
I de gaz de façon à produire un courant annulaire le long de ces tubes,
3 agissant 3 l'extrémité de ceux-ci pour créer une poussée sur la bulle de
:~ gaz t4) à son point d'émission provoquant son détachement à faible
taills, de sorte que l'on obtisnt des bulles très fines.
Ce courant de liquide annulaire le long des tubes souples t3) a
pour e~fet par ailleurs de les faire vibrer, favorisant encore le détachement
des bulles de gaz.
La figure 9 montre une autre Variante dans laquelle le9 tubes
souples t3) d'éJection de gaz sont dlsposes sur un condult t25) d'amenée
de gaz de ~orme pro~ilée, reliée à une source d'alimentation en gaz sous
pressIon au moyen du tuyau souple t26), cst ensemble ~tant placé dans un
urant d'eau circulant dans le sens de la ~l~che F4 par exemple en
riVière, et ancré au moyen de masses de lestage tZ7) ou ~ixé dans une : :
condulte, ~
. , .
,1 .: ,:.
l, - 6
l, ~.,
'~ :
. . .
Il se prodult dans ce cas le meme effet de détachement des
bulies t4~ que précedemment sous l'action du cDurant d'eau le long des
tubes souples ~3).
La figure 10 montre une variante dans laquelle le dispositif de
la figure 9 comportant le conduit ~25) d'alimsntation en gaz et les tubes
souplss ~3~ d'éJection de gaz sont accroches à l'arrière d'un bateau t28)
au moyen de bras t29) montes sur des glissières pour permettre le réglage
en profondeur. Ledit dispositif est remorqué en eau calme pour produire
son déplacement. dans le sens de la flèche F5, l'action de détachement
des bulles (4) sous l'effet du déplacement des tubes souples par rapport
à l 'eau étant la ml~me que pr~cédemment.
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