EP0367799A1 - Dispositif de dispersion de gaz au sein d'une phase liquide - Google Patents

Dispositif de dispersion de gaz au sein d'une phase liquide

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EP0367799A1
EP0367799A1 EP88910055A EP88910055A EP0367799A1 EP 0367799 A1 EP0367799 A1 EP 0367799A1 EP 88910055 A EP88910055 A EP 88910055A EP 88910055 A EP88910055 A EP 88910055A EP 0367799 A1 EP0367799 A1 EP 0367799A1
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EP
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liquid phase
chimney
gas
lining
phase
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EP88910055A
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EP0367799B1 (fr
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Jacques Bousquet
Alain Catros
Le Xuan Huynh
Alain Secq
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Elf Antar France
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Elf France SA
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Publication date
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/21—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams with submerged injectors, e.g. nozzles, for injecting high-pressure jets into a large volume or into mixing chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/45—Mixing liquids with liquids; Emulsifying using flow mixing
    • B01F23/454—Mixing liquids with liquids; Emulsifying using flow mixing by injecting a mixture of liquid and gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/81—Combinations of similar mixers, e.g. with rotary stirring devices in two or more receptacles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S261/00—Gas and liquid contact apparatus
    • Y10S261/75—Flowing liquid aspirates gas

Definitions

  • the present invention relates to a device allowing the transfer of a gaseous phase into a liquid phase, the addition of the gaseous phase being intended to ensure the course of reactions which have to develop subsequently in the liquid phase.
  • This device is mainly intended for carrying out treatments such as. chemical, biological and metabolic reactions comprising the transfer of a gaseous phase into a liquid phase, this liquid phase possibly being industrial or domestic water.
  • the transfer coefficient in seconds minus one This coefficient is defined as that which links the rate of variation of concentration to the difference between this concentration and the concentration corresponding to that of saturation of the gas phase in the liquid phase.
  • the devices usually used have specific gross inputs generally between 0.8 and 1.8 kilograms of oxygen per kilowatt hour.
  • a study carried out by WANG and AL in 1978 and published in Chem. Eng. Sci. , 33, 945 in 1978 showed that transfer coefficients of up to 0.22 seconds minus one could be obtained using bubble columns equipped with static mixers for liquid and gas velocities of 0.17 respectively meter per second and 0.25 meter per second.
  • the more usual devices that are the classic venturi or the porous diffuser make it possible to obtain transfer coefficients generally between 0.06 and 0.13 seconds minus one.
  • the device comprises a device for dispersing a gaseous phase in a liquid phase comprising at least one venturi ejector composed of a convergent for the inlet of the liquid, a neck for the inlet of the gas and a divergent characterized in that the divergent is extended by a chimney of diameter equal to or greater than that of the divergent and contiguous or not with it, the device being used in a substantially vertical position, and in that the flow of the liquid phase is descending.
  • the device or devices are immersed in a basin or any other type of tank containing the liquid phase. This is introduced by a pump at the inlet of the convergent with an initial speed adapted to the venturi.
  • the gaseous phase is introduced at the neck of the venturi and can, as the case may be, be sucked in by the liquid phase which then plays the role of motive fluid or introduced by the combined effect of the pressure due to a gas compressor and the suction due in the liquid phase.
  • the divergent ensures a mixture between the two phases.
  • the chimney placed at the outlet of the divergent considerably reinforces the effect of the venturi by ensuring a large contact area in a relatively confined space which makes it possible to obtain a much better gas / liquid transfer than by the methods currently known.
  • this chimney it is possible to make this chimney so that its diameter is greater than the exit diameter of the divergent.
  • the divergent and the chimney are no longer contiguous and the speed of the mixing in the said chimney causes the suction of part of the liquid phase in which the device bathes.
  • an intermediate cylindrical connecting piece is interposed between the outlet of the divergent pipe and the inlet of the chimney. This intermediate part is pierced with lights connecting the interior of the chimney and the liquid phase in which the device is bathed.
  • the speed of the liquid phase and gas phase mixture in the chimney causes the suction of part of the external liquid phase.
  • the nature of the material or materials used to make the device has no influence on the effectiveness of the latter. It is the nature of the phases involved which will determine the materials to be used.
  • the connections of the device to the various pipes can be of any type and in particular to be welded, to be glued, to flanges, and to be screwed.
  • the venturi is calculated in such a way that the speed of the flow in the chimney ensures the gas bubbles which are subject to two influences: the upward flow of the mixture and the arched force, a low downward speed allowing the said bubbles to be dissolved as much as possible by the liquid phase.
  • Tests carried out with the device which is the subject of the invention have led to results showing transfer coefficients of up to 0.35 seconds minus one, much higher than those obtained by the known devices and cited above.
  • the device which is the subject of the invention can be used for all the processes requiring the transfer of a gaseous phase into a liquid phase, in particular for the treatment of industrial or domestic water, used or drinkable, in particular for aeration operations with air or enriched air, oxygenation, chlorination and ozonation.
  • the devices can be associated in parallel, their number depending on the volume of liquid phase to be treated. Two or more devices can be connected in series, in particular when the absorption conditions of the gas phase in the liquid phase are difficult, that is to say when the solubility of the gas phase is low under the conditions provided for the treatment, or if a reaction occurs with consumption of the dissolved gas.
  • Figure lb is a view, similar to that of Figure la, of a second embodiment
  • FIG. 2 shows an example of implementation of the invention
  • FIG. 4 gives several curves showing the variation of the oxygenation capacity of the devices of Figure 1 as a function of the specific power, established starting from results obtained partly by tests made by the inventors, partly by results coming from '' a study by the Technical Center of Rural Water and Forest Engineering (CEMAGREF) and published by the French Ministry of Agriculture in 1980.
  • CEMAGREF Technical Center of Rural Water and Forest Engineering
  • FIG. 5 to 7 each show a sectional view of a device according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a view, similar to those of Figures 5 to 7, of a variant.
  • FIG. 9 is a view of a packing element.
  • the devices which are the subject of the invention and described by way of example have been determined to be used in a basin of 400 square meters in surface area and 2.5 meters in depth, the oxygen requirements of the liquid phase of which are 51 kilograms per hour.
  • the device comprises a convergent 1 with an angle of about 40 degrees and a length of 127 millimeters.
  • a cylindrical part 6 intended for connection of the piping bringing the liquid phase.
  • the inlet diameter of the convergent 1 is equal to 114 millimeters.
  • the neck 2 of the venturi After the convergent is the neck 2 of the venturi. It has a diameter of 25.4 millimeters and a length of 25.4 millimeters.
  • the neck 2 has equidistant from its two ends a tap 7 projecting externally by 50.8 millimeters and intended for supplying the device by the gas phase.
  • the diameter of this nozzle is 6 millimeters.
  • the diameter is 8 millimeters.
  • the neck 2 is followed by the divergent 3 forming an angle of 10 degrees. Its length is such that the outlet diameter either equal to the inlet diameter of the convergent, or 506 millimeters.
  • a spacer 4 is inserted between the venturi and the chimney 5.
  • its diameter is equal to 114 millimeters, its length to 114 millimeters.
  • the intermediate piece is perforated by three lights presenting a maximum clearance compatible with its realization.
  • the liquid phase is sent to the input of the devices 12 by means of a pump 9 and a supply ramp 10.
  • the gaseous phase is sent to the neck of the devices 12 by the by means of a compressor .11 and a ramp 13.
  • the basin has a capacity of 1000 cubic meters
  • pump 9 has a flow rate of 2400 cubic meters per hour for a pressure of 1 bar
  • compressor 11 has a flow rate 3.3 cubic meters per minute for a pressure of 0.4 bar.
  • the installation is preferably equipped with 263 devices, each arranged substantially vertically. It provides an oxygenation capacity of 51 grams of oxygen per cubic meter per hour. The gross power required is 30 kilowatts, or a specific power of 30 watts per cubic meter.
  • FIG. 3 makes it possible to compare the values of the transfer coefficients as a function of the speed of the liquid phase, namely 0.2624 meters per second by using the device which is the subject of the invention: curve 14 and the coefficients obtained using the devices already known: curves 15 (porous plateau), 16 (classic venturi), 17 (bubble column and static mixer).
  • Curves 16 and 17 were obtained by WANG and A in 1978, the others experimentally by the inventors.
  • E abscissa shows the surface gas velocities e meter per second, the ordinates show the transfer coefficients in seconds minus one.
  • FIG. 4 makes it possible to compare the values of the oxygenation capacities as a function of the specific powers implemented by the devices which are the subject of the invention: curves 18 and 19 (flow rate of the liquid phase equal to 2.5 liters per second for curve 18, flow rate of the liquid phase equal to 5 liters per second for curve 19) and the coefficients obtained by the already known devices: curve 20 (maximum envelope curve of the statistical values relating to fast, slow turbines and brushes), 21
  • 5 to 8 differ from those described above in that they further comprise a lining in the chimney which acts as a bubble breaker and thus prevents the coalescence of the gas bubbles.
  • the device comprises a lining 30 arranged in the chimney 5.
  • the lining is formed by two elements 32 and 34, each comprising a mesh structure 36 as shown in FIG. 9.
  • the mesh structure 36 comprises two series of wires 38 arranged orthogonally forming square meshes which are either welded or entangled.
  • the wires 38 can be, for example, of a material plastic, stainless steel or consist of plasticized metal wires.
  • the first element 32 of the lining 30 is formed of a mesh structure 36 which is rolled up so that it takes on a substantially spiral shape.
  • the second element 34 of the lining 30 is also formed of a mesh structure which is folded so as to have a substantially sawtooth section. Once folded, the grid structure is rolled up to take a shape corresponding to that of the first element.
  • the two elements 32 and 34 are wound together. Once wound up, the lining 30 is mounted inside the chimney 5
  • the device further comprises a means for retaining the lining 30 in place in the chimney 5.
  • the devices represented in FIGS. 5 to 7 each comprise a different means for retaining the lining 30.
  • the lining 30 is retained by a locking spring 40 which is substantially C-shaped and which has two arms, extremes 42 directed towards the center of C.
  • the locking spring 40 is mounted around the outside of the chimney 5, the arms 42 passing through openings 44 formed in the chimney 5 to engage the meshes of the element 32.
  • the locking spring 40 is retained in place between two flanges 46 which are each formed by folding back part of the sheet metal of the chimney 5.
  • FIG. 6 differs from that of FIG. 5 in that the locking spring 40 'is mounted inside the chimney 5.
  • the arms 42' are folded outwards and pass through openings 44 'formed in the chimney 5.
  • a third opening 48 is formed in the chimney and allows a part 50 in the form of a loop of the spring 40 ′ to protrude outside the chimney 5.
  • the locking spring 40 ′ is arranged in the chimney between the lining 30 and the outlet of the chimney 5.
  • the lining 30 comprises two bayonets 52 which are welded to the meshes of the elements 32 and 34.
  • the chimney 5 is provided with two L-shaped recesses 54 which are intended to receive the bayonets 52 thus locking the lining 30 in place .
  • FIG. 8 A second embodiment of the lining 30 is shown in FIG. 8. This lining differs from that of FIGS. 5 to 7 in that the second element is formed of a mesh structure to which a wavy or substantially sinusoidal section has previously been given. .
  • the axial length of the lining 30 is between 10 to 40% of the axial length of the chimney 5.
  • the gas-liquid transfer is therefore improved, which leads to a reduction in the viscosity of the liquid due to the large amount of dissolved gas;
  • the lining allows the free circulation of solid particles if the mesh is approximately 5 times larger than the diameter of the particles;
  • the first element 32 of the lining 30, intended for use in a device having the dimensions given above, is preferably formed of square meshes having a side of 10 mm produced from a wire with a diameter of 0.25 to 0.5 mm.
  • the length of each panel is 14.14 mm and the angle between two neighboring panels is 90 °.
  • the wavelength of the corrugations is 20 mm and the amplitude is 10 mm.

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Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de dispersion d'une phase gazeuse dans une phase liquide comprenant au moins un éjecteur venturi d'axe vertical ou incliné, composé d'un convergent (1) pour l'entrée du liquide, d'un col (2) pour l'entrée du gaz et d'un divergent (3) caractérisé en ce que ledit divergent est prolongé par une cheminée (5) de diamètre égal ou supérieur à celui du divergent et jointive ou non avec celui-ci. Elle a également pour objet l'application de ce dis­ positif à la réalisation de traitements tels que les réactions chimiques, biochimiques ou métaboliques comportant le trans­ fert d'un gaz dans une phase liquide.
Abstract
A device for dispersing a gaseous phase in a liquid phase comprises at least one Venturi ejector with a vertical or in­ clined axis, composed of a mixer head (1) for admitting the liquid, a neck (2) for admitting the gas and an injector tube (3). The injector tube is prolonged by a chamber (5) whose diameter is equal to or greater than that of the injector tube with which it possibly merges. Also described is the application of this device to treatments such as chemical, biochemical or metabolic reactions involving the transfer of a gas to a liquid phase.

Description

DISPOSITIF DE DISPERSION DE GAZ AU SEIN D'UNE PHASE LIQUIDE
La présente invention concerne un dispositif permettant le transfert d'une phase gazeuse dans une phase liquide, l'apport de la phase gazeuse étant destiné à assurer le déroulement de réactions devant se développer ultérieurement dans la phase liquide.
Ce dispositif est principalement destiné à la réalisation de traitements telles que . les réactions chimiques, biologiques et métaboliques comportant le transfert d'une phase gazeuse dans une phase liquide, cette phase liquide pouvant être une eau industrielle ou domestique.
Beaucoup de traitements mettant en jeu des transformations chimiques ou biologiques, en particulier celles se produisant dans le traitement aérobie des eaux résiduaires, demandent que soit incluse dans le milieu réactionnel la phase gazeuse nécessaire aux réactions chimiques, biochimiques et métaboliques des micro-organismes présents dans le milieu réactionnel que représente la phase liquide.
De plus, pour être efficace le système nécessite un mélange des deux phases.
On connaît déjà des dispositifs tels que les aérateurs de surface à turbines fixes ou flottantes, lentes ou rapides ou à brosses, les systèmes'immergés par injection d'air tels que aérateurs statiques, clapets vibreurs et diffuseurs poreux et les systèmes par pompes déprimogènes à jets fixes ou mobiles. Ces dispositifs ne permettent l'obtention d'un mélange très homogène qu'au prix d'une dépense d'énergie élevée.
On connait également des dispositifs qui utilisent un ejecteur venturi pour assurer l'aération de la phase liquide. Ils sont plus économes en énergie que les dispositifs cités ci-dessus.
On peut juger des performances intrinsèques d'un équipement d'aération au travers de deux critères qui sont : - L'apport spécifique brut en kilogrammes d'oxygène par kilowattheure
- Le coefficient de transfert en secondes moins un. Ce coefficient est défini comme celui qui lie la vitesse de variation de concentration à l'écart entre cette concentration et la concentration correspondant à celle de saturation de la phase gazeuse dans la phase liquide. Les appareils habituellement utilisés ont des apports spécifiques bruts généralement compris entre 0,8 et 1,8 kilogrammes d'oxygène par kilowattheure. Une étude réalisée par WANG et AL en 1978 et publiée dans Chem. Eng. Sci. , 33, 945 en 1978 montrait que des coefficients de transfert pouvant aller jusqu'à 0,22 seconde moins un pouvaient être obtenus en utilisant des colonnes à bulles équipées de mélangeurs statiques pour des vitesses de liquide et de gaz respectivement égales à 0,17 mètre par seconde et 0,25 mètre par seconde. Les équipements plus habituels que sont le venturi classique ou le diffuseur poreux permettent d'obtenir des coefficients de transfert généralement compris entre 0,06 et 0,13 seconde moins un. La présente invention a pour but d'améliorer considérablement les performances des dispositifs de transfert d'une phase gazeuse dans une phase liquide. Selon l'invention le dispositif comprend un dispositif pour la dispersion d'une phase gazeuse dans une phase liquide comprenant au moins un ejecteur venturi composé d'un convergent pour l'entrée du liquide, d'un col pour l'entrée du gaz et d'un divergent caractérisé en ce que le divergent est prolongé par une cheminée de diamètre égal ou supérieur à celui du divergent et jointive ou non avec celui-ci, le dispositif étant utilisé en position sensiblement verticale, et en ce que le flux de la phase liquide est descendant.
Le ou les dispositifs sont immergés dans un bassin ou tout autre type de réservoir contenant la phase liquide. Celle-ci est introduite par une pompe à l'entrée du convergent avec une vitesse initiale adaptée au venturi. La phase gazeuse est introduite au col du venturi et peut être selon les cas aspirée par la phase liquide qui joue alors le rôle de fluide moteur ou introduite par l'effet combiné de la pression due à un compresseur de gaz et de l'aspiration due à la phase liquide. Le divergent assure un mélange entre les deux phases. La cheminée placée à la sortie du divergent renforce considérablement l'effet du venturi en assurant une zone de contact importante dans un espace relativement confiné ce qui permet d'obtenir un bien meilleur transfert gaz/liquide que par les procédés actuellement connus. En outre il est possible de réaliser cette cheminée de telle façon que son diamètre soit supérieur au diamètre de sortie du divergent. Dans ce cas, le divergent et la cheminée ne sont plus jointifs et la vitesse du mélange dans la dite cheminée provoque l'aspiration d'une partie de la phase liquide dans laquelle baigne le dispositif. Un tel effet sera recherché chaque fois que la quantité de gaz contenu dans le mélange phase liquide/phase gazeuse sera supérieure à la capacité d'absorption de la phase liquide. Dans une variante de réalisation de l'invention on intercale entre la sortie du divergent et l'entrée de la cheminée une pièce cylindrique intermédiaire de raccordement. Cette pièce intermédiaire est percée de lumières mettant en communication l'intérieur de la cheminée et la phase liquide dans laquelle baigne le dispositif. Comme ci-dessus la vitesse du mélange phase liquide et phase gazeuse dans la cheminée provoque l'aspiration d'une partie de la phase liquide extérieure. La nature du ou des matériaux servant à la réalisation du dispositif n'a pas d'influence sur l'efficacité de celui-ci. C'est la nature des phases en présence qui déterminera les matériaux à utiliser. Les raccordements du dispositif aux diverses tuyauteries peuvent être de tout type et notamment à souder, à coller, à brides, et à visser.
Le venturi est calculé de telle façon que la vitesse du flux dans la cheminée assure aux bulles de gaz qui sont soumises à deux influences: le flux ascendant du mélange et la force d'archi ède, une vitesse descendante faible permettant aux dites bulles d'être dissoutes de façon maximale par la phase liquide. Des essais menés avec le dispositif objet de l'invention ont conduit à des résultats faisant apparaître des coefficients de transfert pouvant atteindre 0,35 seconde moins un, bien supérieurs à ceux obtenus par les dispositifs connus et cités précédemment. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé pour tous les procédés nécessitant le transfert d'une phase gazeuse dans une phase liquide, notamment pour les traitements d'eaux industrielles ou domestiques, usées oύ potables, en particulier pour les opérations d'aération à l'air ou à l'air enrichi, d'oxygénation, de chloration et d'ozonation.
Les dispositifs peuvent être associés en parallèle, leur nombre dépendant du volume de phase liquide à traiter. Deux ou plusieurs dispositifs peuvent être montés en série, en particulier lorsque les conditions d'absorption de la phase gazeuse dans la phase liquide sont difficiles c'est à dire lorsque la solubilité de la phase gazeuse est faible dans les conditions prévues pour le traitement, ou si une réaction intervient avec consommation du gaz dissous. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite, à titre non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- La figure la est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de
1'invention ?
- la figure lb est une vue, analogue à celle de la figure la, d'un deuxième mode de réalisation ;
- La figure 2 montre un exemple de mise en oeuvre de 1'invention,
- La figure 3 donne plusieurs courbes montrant la variation du coefficient de transfert en fonction de la vitesse de la phase gazeuse, lors de mesures faites, partie par les inventeurs, partie par WANG et AL, en Chem. Eng. Sci., 33,945 (1978),
- La figure 4 donne plusieurs courbes montrant la variation de la capacité d'oxygénation des dispositifs de la figure 1 en fonction de la puissance spécifique, établies en partant de résultats obtenus partie par des essais faits par les inventeurs, partie par des résultats provenant d'une étude du Centre Technique Du Génie Rural des Eaux et Forêts (CEMAGREF) et publiés par le Ministère de l'Agriculture français en 1980.
- Les figures 5 à 7 représentent, chacune, une vue en coupe d'un dispositif selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;
- La figure 8 est une vue, analogue à celles des figures 5 à 7, d'une variante ; et
- La figure 9 est une vue d'un élément de garnissage. Les dispositifs objets de l'invention et décrits à tire d'exemple ont été déterminés pour être utilisés dans un bassin de 400 mètres carrés de surface et 2,5 mètres de profondeur dont les besoins en oxygène de la phase liquide sont de 51 kilogrammes par heure.
Si l'on considère la figure la, le dispositif comporte un convergent 1 d'angle 40 degrés environ et de longueur 127 millimètres. Côté entrée de ce convergent, qui sert d'entrée à la phase liquide, se trouve une partie cylindrique 6 destinée au raccordement de la tuyauterie amenant la phase liquide. Le diamètre d'entrée du convergent 1 est égal à 114 millimètres.
Après le convergent se trouve le col 2 du venturi. Il a un diamètre de 25,4 millimètres et une longueur de 25,4 millimètres. Le col 2 comporte équidistant de ses deux extrémités un piquage 7 dépassant extérieurement de 50,8 millimètres et destiné à l'alimentation du dispositif par la phase gazeuse. Le diamètre de ce piquage est de 6 millimètres. Dans une variante de cette réalisation où la phase gazeuse est admise par induction due à la force motrice de la phase liquide, le diamètre est de 8 millimètres.
Le col 2 est suivi du divergent 3 formant un angle de 10 degrés. Sa longueur est telle que le diamètre de sortie soit égal au diamètre d'entrée du convergent, soit 506 millimètres.
Après le divergent 3 on trouve la cheminée 5. Elle est cylindrique, de diamètre égal à celui de la sortie du divergent 3, sa longueur est égale à 1030 millimètres.
Dans une variante du dispositif représentée sur la figure lb, on intercale entre le venturi et la cheminée 5 une pièce d'espacement 4.
Dans un exemple préféré, son diamètre est égal à 114 millimètres, sa longueur à 114 millimètres. La pièce intercalaire est ajourée par trois lumières présentant un dégagement maximal compatible avec sa réalisation.
Sur la figure 2, on peut voir comment sont mis en oeuvre les dispositifs décrits ci-dessus. Dans le bassin 8 on envoie à l'entrée des dispositifs 12 la phase liquide par l'intermédiaire d'une pompe 9 et d'une rampe d'alimentation 10. De même, on envoie au col des dispositifs 12 la phase gazeuse par l'intermédiaire d'un compresseur .11 et d'une rampe 13. Le bassin a une capacité de 1000 mètres cubes, la pompe 9 a un débit de 2400 mètres cubes par heure pour une pression de 1 bar, le compresseur 11 a un débit de 3,3 mètres cubes par minute pour une pression de 0,4 bar.
L'installation est de préférence équipée de 263 dispositifs, chacun disposé sensiblement verticalement. Elle assure une capacité d'oxygénation de 51 grammes d'oxygène par mètre cube et par heure. La puissance brute requise est de 30 kilowatts, soit une puissance spécifique de 30 watts pa mètre cube.
La figure 3 permet de comparer les valeurs des coefficients de transferts en fonction de la vitesse de l phase liquide à savoir 0,2624 mètre par seconde en utilisan le dispositif objet de l'invention: courbe 14 et le coefficients obtenus en utilisant les dispositifs déj connus : courbes 15 (plateau poreux) , 16 (venturi classique) , 17 (colonne à bulles et mélangeur statique) .
Les courbes 16 et 17 ont été obtenues par WANG et A en 1978, les autres expérimentalement par les inventeurs. E abscisses figurent les vitesses superficielles de gaz e mètre par seconde, en ordonnées figurent les coefficients de transfert en seconde moins un.
La figure 4 permet de comparer les valeurs des capacités d'oxygénation en fonction des puissances spécifiques mises en oeuvre par les dispositifs objets de l'invention: courbes 18 et 19 (débit de la phase liquide égal à 2,5 litres par seconde pour courbe 18, débit de la phase liquide égal à 5 litres par seconde pour courbe 19) et les coefficients obtenus par les dispositifs déjà connus : courbe 20 (courbe enveloppe maximale des valeurs statistiques relatives aux turbines rapides, lentes et aux brosses ) , 21
(turbine lente brosse) et 22 (turbine rapide) . Les courbes
20, 21 et 22 ont été tracées avec les résultats de mesures citées par CEMAGREF en 1980, les autres expérimentalement par les inventeurs. En *abcisses figurent les puissances spécifiques en watts par mètre cube, en ordonnées figurent les capacités d'oxygénation en grammes d'oxygène par mètre cube et par heure.
Chacun des dispositifs décrits ci-dessus est très performant en soi. Cependant, dans certains cas et en présence de certains fluides qui sont caractérisés par une faible viscosité et/ou une forte tension de vapeur, ou en présence de certains gaz occlus ou phase dispersée de bas poids moléculaire, son utilisation en mode vertical peut conduire à une accumulation de gaz ou une coalescence de celui-ci dans la cheminée du dispositif.
Les modes de réalisation représentés sur les figures
5 à 8 diffèrent de ceux décrits ci-dessus en ce qu'ils comprennent, en plus, un garnissage dans la cheminée qui joue le rôle de rupteur de bulles et empêche ainsi la coalescence des bulles du gaz.
Comme représenté sur la figure 5, le dispositif comporte un garnissage 30 disposé dans la cheminée 5. Le garnissage est formé de deux éléments 32 et 34, chacun comprenant une structure grillagée 36 telle que représentée sur la figure 9. La structure grillagée 36 comprend deux séries de fils 38 disposées de manière orthogonale formant des mailles carrées qui sont soit soudées, soit enchevêtrées. Les fils 38 peuvent être, par exemple, en une matière plastique, en acier inoxydable ou bien consister en fils métalliques plastifiés.
Le premier élément 32 du garnissage 30 est formé d'une structure grillagée 36 qui est enroulée pour qu'elle prenne une forme sensiblement spirale. Le deuxième élément 34 du garnissage 30 est également formé d'une structure grillagée qui est pliée de façon à avoir une section sensiblement en dent de scie. Une fois pliée, la structure grillagée est enroulée pour prendre une forme correspondant à celle du premier élément. De préférence, les deux éléments 32 et 34 sont enroulés ensemble. Une fois enroulé, le garnissage 30 est monté à l'intérieur de la cheminée 5
Afin de retenir le garnissage 30 dans la cheminée 5, on peut envisager de former le garnissage avec un diamètre externe qui est entre 1,10 et 1,20 fois le diamètre interne de la cheminée 5. Dans ce cas, le garnissage 30 est emmanché à force dans la cheminée 5. On peut également prévoir de former le garnissage 30 avec un diamètre externe sensiblement égal ou légèrement inférieur au diamètre interne de la cheminée 5. Dans ce cas, le dispositif comprend, en outre, un moyen pour retenir le garnissage 30 en place dans la cheminée 5. Les dispositifs représentés sur les figures 5 à 7 comportent chacun un moyen différent pour retenir le garnissage 30. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le garnissage 30 est retenu par un ressort de blocage 40 qui est sensiblement en forme de C et qui comporte deux bras, extrêmes 42 dirigés vers le centre du C. Le ressort de blocage 40 est monté autour de l'extérieur de la cheminée 5, les bras 42 passant par des ouvertures 44 formées dans la cheminée 5 pour engager les mailles de l'élément 32. Le ressort de blocage 40 est retenu en place entre deux brides 46 qui sont formées chacune par repliage d'une partie de la tôle de la cheminée 5.
Le mode de réalisation de la figure 6 diffère de celui de la figure 5 en ce que le ressort de blocage 40' est monté à l'intérieur de la cheminée 5. Dans ce cas, les bras 42' sont repliés vers l'extérieur et passent par des ouvertures 44' formées dans la cheminée 5. Une troisième ouverture 48 est formée dans la cheminée et permet à une partie 50 en forme de boucle du ressort 40' de faire saillie en dehors de la cheminée 5. Le ressort de blocage 40' est disposé dans la cheminée entre le garnissage 30 et la sortie de la cheminée 5. Dans le mode de réalisation de la figure 7, le garnissage 30 comporte deux baïonnettes 52 qui sont soudées sur les mailles des éléments 32 et 34. La cheminée 5 est pourvue de deux évidements 54 en forme de L qui sont destinés à recevoir les baïonnettes 52 verrouillant ainsi le garnissage 30 en place.
Un deuxième mode de réalisation du garnissage 30 est représenté sur la figure 8. Ce garnissage diffère de celui des figures 5 à 7 en ce que le deuxième élément est formé d'une structure grillagée à laquelle on a préalablement donné une section ondulée ou sensiblement sinusoïdale.
Dans les modes de réalisation des figures 5 à 8, il est envisagé que la longueur axiale du garnissage 30 soit entre 10 à 40 % de la longueur axiale de la cheminée 5.
Le garnissage décrit ci-dessus présente les avantages suivants :
- du fait de sa très grande porosité, la perte de charge créée par la présence du garnissage dans la cheminée est très faible ;
- la surface de contact entre le gaz et le liquide est augmentée par le cassage des bulles de gaz ;
- le transfert gaz-liquide est donc amélioré, ce qui entraîne une réduction de la viscosité du liquide due à la forte quantité de gaz dissous ;
- le garnissage permet la libre circulation des particules solides si la maille est environ 5 fois plus importante que le diamètre des particules ;
- le garnissage diminue le rétromélange du liquide rendant l'écoulement de ce dernier plus près d'un écoulement piston. Le premier élément 32 du garnissage 30, destiné à être utilisé dans' un dispositif ayant les dimensions données ci-dessus, est de préférence formé de mailles carrées ayant un côté de 10 mm réalisées à partir d'un fil de diamètre 0,25 à 0,5 mm. Dans le cas où le premier élément 32 a une section en dent de scie, la longueur de chaque pan est 14,14 mm et l'angle entre deux pans voisins est 90°. Dans le mode de réalisation de la figure 8, la longueur d'onde des ondulations est 20 mm et l'amplitude est 10 mm.

Claims

REVENDICATIONS
- Dispositif pour la dispersion d'une phase gazeuse dans une phase liquide comprenant au moins un ejecteur venturi composé d'un convergent (1) pour l'entrée du liquide, d'un col (2) pour l'entrée du gaz et d'un divergent (3) caractérisé en ce que le dit divergent (3) est prolongé par une cheminée (5) de diamètre égal ou supérieur à celui du divergent et jointive ou non avec celui-ci, le dispositif étant utilisé en position sensiblement verticale, et en ce que le flux de la phase liquide est descendant. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la phase liquide est le fluide moteur, la phase gazeuse étant aspirée. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la phase gazeuse est injectée sous pression dans la phase liquide. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la cheminée (5) est de longueur au moins égale à celle de l'ejecteur venturi. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'on intercale entre le venturi et la cheminée une pièce cylindrique (4) ajourée de diamètre égal au diamètre de sortie du convergent (1) et de longueur sensiblement égale à ce diamètre. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éjecteurs venturi montés en série. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éjecteurs venturi montés en parallèle. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il est entièrement immergé dans la phase liquide. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un garnissage (30) disposé dans la cheminée (5) , ce garnissage (30) étant formé d'au moins un élément grillagé (32, 34). 10- Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le garnissage (30) est formé de deux éléments grillagé (32, 34) qui sont enroulés ensemble pour avoir sensiblement la forme d'une spirale. 11- Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'un des éléments (34) a une section sensiblement en dent de scie.
12- Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'un des éléments (34) a une section sensiblement sinusoïdale.
13- Dispositif selon l'une des revendications 9 à 12 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen pour retenir le garnissage (30) en place dans la cheminée (5).
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