Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~7~
APPAREIL POUR LE MELANGE RAPIDE DE DEUX FLUIDES
La présente invention concerne un appareil pour le mélange rapide de deux
fluides, applicable en particulier en traitement des eaux pour réaliser
l'injection et le mélange "en ligne" de l'eau à traiter et de réactifs
tels que par exemple polymères~ acides, bases, etc... ou pour effectuer
des opérations plus complexes comme la coagulatlon.
En traitement des eaux il est so~ivent nécessaire d'injecter dans l'eau à
traiter et de mélanger à cette eau des solutions concentrées de réactifsJ
le débit de la solution injectée étant faible par rapport au débit d'eau
à traiter, souvent inférieur à 1 %.
Divers appareils ont dé;à été décrits qui permettent de réaliser ce mé-
lange en ligne : cannes d'inJection, systèmes à chicanes ou~à ailettes,
é~ecteurs, etc... Ces différents systèmes présent2nt des inconvénients~:~
ainsi, lorsqu'on utilise des cannes d'injection ou des systèmes combinant
cannes et diaphragmes, le mélange s'effectue sur une grande longueur de
tuyauterie, égale de 3 à 100 fois le diamètre de ladit2 tuyauterie, pour
une qualité de mélange médiocre ; lorsque l'on utilise des systèmes à ai-
lettes, chicanes ou lamelles ou un éjecteur, la qualité du mélange est
plus ou moins bonne mais le mélange s'effectue sur une longueur de tuyau-
terie encore assez importante, égale de 2 à 6 fois le diamètre de ladite
tuyauterie ave , an outre, des pertes de charge relativement élevées,
allant de 1 à 7 mètres de colonne d'eau. En outre, aucun de ces sytèmes
ne permet de malanger~directement deux fluides quand le débit de l'un de
ces fluides est très faible par rapport au débit de l'autre, par exemple
inférieur à 0,01 %.
-- 1 --
. ~
.
'
: ' :~ ~ ; ' , ' . :
' .: ,, ' : , :
, ~ ~-. :
7~3
La présente invention palli.e ces inconvénients en permettant
notamment de réaliser à la fois un mélange instantané et
homogène de solutions concentrées de réactifs, injectées à
faible déblt par rapport au débit d'eau à traiter, avec une
perte de charge rela-tivement faible pour un gradient de
vitesse très important, celui-ci étant défini par la racine
carrée du quotient de la puissance dissipée dans le fluide
et du produit du volume de ]a zone de mélange par la
viscosité du fluide.
~'appareil pour le mélange rapide "en ligne" de deux fluides
selon l'invention comprend:
- une tuyauterie dans laquelle s'écoule un fluide primaire
dans une direction donnée;
- une buse d'injection disposée dans ladite tuyauterie,
cette buse ayant une entrée et une sortie respectivement
disposées en amon-t et en aval de l'écoulement; .;
- une canalisation pour amener un fluide secondaire à la
buse d'injection de telle sorte que ce fluide secondaire
soit injecté à la sortie de la buse dans le ~luide primaire
caractérisé en ce que:
- la buse d'injection a un diametre qui va en se
retrécissant depuis l'entrée en amont de celle-ci, laquelle
entrée est relativement large, jusqu'à la sortie en aval de
celle-ci,laquelle sortie est relativement étroite; et
- ladite buse d'injection est munie d'un diaphragme
constituée par une couronne externe disposé autour de
l'entrée de ladite buse! ladite couronne par son agencement
et ses dimensions créant à la sortie de la buse, un courant
fluide orienté radialement, permettant le mélange rapide des
fluides primaire et secondaire dans une zone de dimension
très reduite dans la direction donnée~
Dans une disposit.ion préférée de l'invention, le fluide
~ 2 -
.. -- .
- : ~ ; ,' , . : .
.. . . .. .
: ' ,' ''" '. . .. , :, ' . : :
secondaire est constitué par un mélange (kA + B) d'une
fraction k du fluide primaire A et du fluide B.
Dans une autre disposition de l'invention, le fluide
secondaire est constitué par le seul fluide B.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, la couronne
formant le diaphragme consiste en une plaque comportant des
orifices et servant de support à la buse.
Les divers carac-téristiques et avantages de l'invention
ress~rtiront de la description qui va suivre de quelques
unes de ses formes possibles de réalisation données
uniquement à titre d'exemples non limitatifs.
Au cours de cette description, on se réfère au dessin ci-
joint sur lequel:
- /
~ .. . . . ...... . _
- 2a -
.~ .
,., . .. ~ . - . .
-. . :
.
, . - ~
'. :'- " ~: .
`-`'' ~ ` ~
.
o
Les Fig. 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe d'un appareil
sulvant l'invention,
I.es Fig. 3 et 4 sont des vues en plan, dans deux formes de réalisa-
tion, du diaphragme dont est munie la buse d'injec-
tion.
Dans une canalisatlon 1 s'écoule, suivant un certain débit, un fluide A
auquel doit être mélangé un fluide B véhicule par ~me canalisation 2 débou-
chant dans la canalisation 1.
Conformément à l'invention, le fluide secondaire (B ou IcA + B) est intro-
duit dans une buse 3 disposée dans la canalisation 1, en vue de son mélange
avec le fluide primaire A.
La buse 3 est munie, à sa périphérie, également conformément à l'invention,
d'un diaphragme constitué, soit par une couronne 4 comme dans l'e~emple
traité à la Fig. 3, soit par une plaque circulaire 5 percée d'orifices 5a
comme le montre la Fig. 4, couronne et plaqae étant disposées autour de la
buse.
20 ``
Dans le cas où 18 diaphragme consiste en une couronne, la distance d entre
la surface externe de la buse de diamètre D et le bord extérieur de la
couronne est au moins égale à 0,3 D.
Dans le cas où le diaphragme consiste en une plaque perforée, la distance
d entre la surface externe de la buse de diamètre D et le bord tourné vers
la buse des orifices que comporte la plaque, est au moins égale à 0,3 D,
ceci quels que soient la forme et le nombre des orifices 5a.
Il se crée, dans ces conditions, autour de la buse d'injection du fluide
secondaire B ou k~ ~ B dans le fluide primaire A, entre le diaphragme et
l'extrémité de la buse, une dépression redressant le cône de diffusion du
fluide secondaire B ou kA ~ B à la sortle de la buse, entra~nant une diffu-
sion radiale, représentée schématiquement en 6, du fluide secondaire B ou
kA + B dans le fluide primaire A. Il se produit alors un mélange instantané
:
3 ~
- : , . . .
.. , . . ,:
.. . .
.
s~
des deux fluides. Ce mélange s'eEfectue, en outre, ~ur une longueur L très
faible de tuyauterie, égale à 10 à 20 % de la valeur du diamètre de cette
tuyauterie.
Grâce aux dispositions adoptées suivant l'invention, la diffusion radiale
du fluide secondaire B ou kA + B dans le fluide primaire A est indépendante
de la forme du diaphra~me, de la perte de charge globale du système, du
débit ou de la vitesse d'écoulement du fluide prima$re A dans la tuyau-
terie 1.
Du fait de la rapidité avec laquelle il se produit, le mélange s'effectue
avec des gradients de vitesse importants pour des pertes de charge relati-
vement faibles.
Dans le cas traité à la Fig 1, où le fluide secondaire est constitué par
un mélange kA + B d'une fraction k du fluide primaire A et du fluide B,
c'est-à-dire où le débit du fluide B est relativement faible~ mais au
moins égal à 0,0005 % du débit du fluide A, une tuyauterie 2 amène le flui-
de B à l'entrée de la buse, la buse étant ainsi traversée par le fluide B
et une partie k, l à 15 % par exemple du fIuide A ; la perte de charge de
l'ensemble déterminant les débits relatifs des fluides A et B à travers la
buse. On obtient, dans ces conditions, un mélange en deux phases, la pre-
mière s'effectuant dans la buse elle-meme, la seconde, radialement comme
décrit plus haut, à la sortie de la buse.
Dans le cas où le flulde secondaire est constitué par le seul fluide B,c'est-à-dire où le débit du fluide B est relativement important, par exem-
ple supérieur à 1 % par rapport à celui du fluide A, la buse 3 constitue,
comme le montre la Fig. 2 l'extrémité de la tuyauterie 2 d'injection du
fluide B,de facon à ce que tout le débit du fluide B, et seul ce débit,
passe à travers la buse.
L'exemple suivant montre l'excellence des résultats obtenus grâce à un
appareil suivant l'invention.
On a utilisé un appareil suivant l'invention pour mélanger un réactif B
.
"' , ': , .
. : : . ~ .
0
sous un débit de 75 l/h à un courant d'eau A s'écoulant dans une tuyauterie
de diamètre,égal à 142 mm sous un débit de 50 à 150 m3/h.
L'appareil comportait une buse de diamètre D égal à 54 mm munie d'un dia-
S phragme en forme de couronne, la distance d entre la surface extérieure de
la buse et le bord extérieur de la couronne, allant de 20 à 30 mm.
On a effectué le mélange du fluide B dans le fluide A en 0,05 à 0~15 se-
conde sur une longueur de tuyauterie de 2 cm, avec une perte de charge de
lO 0,20 à 5 m et un gradient de vitesse à 20C de 4 ooaS 1 à 35 OOOs 1 ,
Le mélange a donc été réalisé avec une remarquable rapidité, sur une lon-
gueur extr~emement réduite de tuyauterie, avec des pertès de charge relative-
ment faibles pour un très important gradient de vi~esse.
_ 5 _
i
.. . . . . . .
.:
: :
.
: ~
.
.
