FR2466275A1 - Liq. and gas mixing device - in which liq. is injected under pressure into container and gas is entrained laterally before entering mixer tube - Google Patents

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Abstract

Liq. is fed under pressure to a constant level in a container by an injection pump, and on leaving the pump nozzle entrains gas. The pump outlet is connected to a vertical mixer tube extending to the container base. The gas/liq. mixt. is deflected at its lower exit to emerge transversely of the mixer tube axis, and the ratio of the mixer tube cross-section to the nozzle cross- section is 1.5-12. The upper limit ot this range is reduced as the depth of liq. in the container increases. The device is esp. for the aerobic treatment of contaminated water and provides high oxygenation efficiency when expressed in kg of oxygen delivered per KWH of power consumed.

Description

La présente invention a trait à un appareil destiné à combiner des liquides et des gaz. The present invention relates to an apparatus for combining liquids and gases.

On sait par le brevet américain 1 808 956 et le brevet anglais 1 484 657, établit un tel appareil comprenant une pompe de circulation propre a aspirer le liquide à partir d'un réservoir et un injecteur qui comporte d'une part une tuyère à travers laquelle le liquide est amené par la pompe de circulation, d'autre part une entrée pour le gaz destiné à être entraîne par le liquide sortant de cette tuyère. La sortie de l'injecteur communique avec un tube mélangeur qui ramène le liquide dans le réservoir près du fond de celui-ci, de sorte que les bulles de gaz entraînées au sein du liquide peuvent alors remonter à l'intérieur de ce réservoir. We know from the American patent 1 808 956 and the English patent 1 484 657, establishes such an apparatus comprising a circulation pump suitable for sucking the liquid from a reservoir and an injector which comprises on the one hand a nozzle through which the liquid is supplied by the circulation pump, on the other hand an inlet for the gas intended to be driven by the liquid leaving this nozzle. The outlet of the injector communicates with a mixing tube which brings the liquid back into the tank near the bottom of the latter, so that the gas bubbles entrained within the liquid can then rise up inside this tank.

Il est avantageux, notamment dans l'application d'un tel appareil au traitement aérobique des eaux d'égoût, que le taux d'absorption de ltoxygène par le liquide soit maximal pour toute valeur donnée de l'apport d'énergie, que celle-ci soit fournie par la pompe de circulation, comme montre dans les brevets cités, par l'écoulement du liquide sous l'effet d'une charge hydrostatique réalisée de façon indépendante, ou par tout autre moyen approprié. te taux d'absorption de 1 'oxygène est habituellement exprimé sous la forme du pouvoir d'oxygénation, en kilogrammes d'oxygène par kilowatt-heure d'énergie consommée.Il a été relevé que ce rendement dépend entre autres du rapport entre la section du tube mélangeur et celle de la tuyère de l'injecteur, compte tenu de la hauteur du liquide dans le réservoir, la valeur dudit rapport s'abaissant en général quand cette hauteur augmente. It is advantageous, in particular in the application of such an apparatus to the aerobic treatment of sewage, that the rate of absorption of oxygen by the liquid is maximum for any given value of the energy supply, than that this is provided by the circulation pump, as shown in the cited patents, by the flow of the liquid under the effect of a hydrostatic charge carried out independently, or by any other suitable means. The absorption rate of oxygen is usually expressed in the form of the oxygenation power, in kilograms of oxygen per kilowatt-hour of energy consumed. It has been noted that this yield depends inter alia on the ratio between the section of the mixing tube and that of the nozzle of the injector, taking into account the height of the liquid in the reservoir, the value of said ratio generally decreasing when this height increases.

La présente invention a pour objet d'établir un appareil propre à combiner les gaz et les liquides, qui comporte un fort pouvoir d'oxygénation
Conformément à l'invention cet appareil comprend un réservoir destiné à renfermer le liquide, des moyens pour maintenir dans celui-ci une hauteur de liquide substantiellement constante prédéterminée, un injecteur comportant une tuyère propre à débiter le liquide, une entrée à travers laquelle le gaz peut être aspire en suite du passage du liquide à travers la tuyère et une sortie, des moyens pour amener un liquide sous pression à la tuyère précitée, un tube mélangeur qui communique avec la sortie de l'injecteur et qui s'étend à partir de celle-ci jusquten un point situé au voisinage du fond du réservoir, et un déflecteur propre à renvoyer un courant gaz-liquide sortant du tube suivant une direction transversale par rapport à l'axe de celui-ci, tandis que la section (Am) dudit tube mélangeur et celle (An) de ladite tuyère sont choisies telles que le rapport Am/An se situe entre 1,5 et 12, la limite supérieure de ce rapport décroissant quand la hauteur prédéterminée précitée augmente entre 2 et 8 mètres.The object of the present invention is to establish a device suitable for combining gases and liquids, which has a high oxygenation power.
According to the invention, this device comprises a reservoir intended to contain the liquid, means for maintaining therein a predetermined substantially constant height of liquid, an injector comprising a nozzle suitable for delivering the liquid, an inlet through which the gas can be sucked after the passage of the liquid through the nozzle and an outlet, means for bringing a pressurized liquid to the aforementioned nozzle, a mixing tube which communicates with the outlet of the injector and which extends from this up to a point located near the bottom of the tank, and a deflector capable of returning a gas-liquid stream leaving the tube in a transverse direction relative to the axis thereof, while the section (Am) of said mixing tube and that (An) of said nozzle are chosen such that the ratio Am / An is between 1.5 and 12, the upper limit of this decreasing ratio when the aforementioned predetermined height increases between re 2 and 8 meters.

Le dessin annexe, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer
Fig. 1 montre schématiquement un appareil suivant l'invention destiné à l'aération des eaux d'égout.The accompanying drawing, given by way of example, will make it possible to better understand the invention, the characteristics which it presents and the advantages which it is likely to provide.
Fig. 1 schematically shows an apparatus according to the invention intended for the aeration of sewage.

Fig. 2 représente graphiquement, à l'aide d'une série de courbes, des valeurs du rapport Am/An en fonction de la hauteur du liquide dans le réservoir. Fig. 2 graphically represents, using a series of curves, values of the Am / An ratio as a function of the height of the liquid in the reservoir.

Comme montré sur le dessin, le réservoir 10 de l'appareil, ouvert dans le haut, comporte un déversoir 11 grâce auquel le liquide y est maintenu à un niveau constant. A l'intérieur de ce réservoir 10 est disposée une pompe centrifuge de circulation 12 prévue pour une faible hauteur hydrostatique de refoulement, cette pompe, associée à un moteur d'entraînement 13, étant portée par un tube d'aspiration 14. Le tube de refoulement 15 de la pompe 12 permet au liquide d'arriver dans un collecteur réalisé sous la forme d'une auge 16 ouverte dans le haut, le liquide renfermé dans celle-ci s'écoulant dans une série d'injecteurs 17 dont un seul a été représenté en fig. 1. As shown in the drawing, the tank 10 of the device, open at the top, has a weir 11 by which the liquid is kept there at a constant level. Inside this tank 10 is arranged a centrifugal circulation pump 12 provided for a low hydrostatic delivery height, this pump, associated with a drive motor 13, being carried by a suction tube 14. The tube discharge 15 of the pump 12 allows the liquid to arrive in a collector produced in the form of a trough 16 open at the top, the liquid enclosed therein flowing in a series of injectors 17 of which only one has been shown in fig. 1.

Chaque injecteur 17 est disposé au voisinage de la surface du liquide dans le réservoir, ainsi qu'on le voit clairement en fig. 1. Il comporte une tuyère 18 à section circulaire, qui communique avec l'auge 16, et une sortie 19 alignée avec la tuyère précitée, mais située à une certaine distance de celle-ci. La sortie 19 est reliée avec un tube mélangeur vertical 20 par l'intermédiaire d'un diffuseur tronconique 21. Each injector 17 is arranged in the vicinity of the surface of the liquid in the reservoir, as can be clearly seen in FIG. 1. It comprises a nozzle 18 of circular section, which communicates with the trough 16, and an outlet 19 aligned with the above-mentioned nozzle, but located at a certain distance from the latter. The outlet 19 is connected with a vertical mixing tube 20 by means of a frustoconical diffuser 21.

Le tube 20 descend jusqu'en un point voisin du fond du réservoir 10 et il est équipé d'un déflecteur 22 qui oblige le courant gaz-liquide circulant dans le tube à sortir de celui-ci suivant une direction générale horizontale et radiale le long du fond précité.The tube 20 descends to a point close to the bottom of the reservoir 10 and is equipped with a deflector 22 which forces the gas-liquid current flowing in the tube to exit from it in a general horizontal and radial direction along from the above-mentioned background.

L'injecteur 17 comporte encore une entrée d'air 23 qui est en communication avec l'espace ménagé entre la tuyère 18 et la sortie 19, de sorte que du fait de l'écoulement du liquide à travers la première de l'air se trouve aspiré à la façon connue par l'entrez 23 et entraîne par le liquide entrant dans la sortie 19. The injector 17 also has an air inlet 23 which is in communication with the space provided between the nozzle 18 and the outlet 19, so that due to the flow of the liquid through the first of the air becomes found sucked in the known way through the inlet 23 and entrained by the liquid entering the outlet 19.

La section Am de l'alésage du tube 20 représente-de 1,5 à 12 fois celle Am de la tuyère 18, la valeur du rapport Am/An étant choisie en fonction de la hauteur d du liquide dans le réservoir 10 et les valeurs maximales de ce rapport décroissant quand ladite hauteur augmente. The section Am of the bore of the tube 20 represents 1.5 to 12 times that Am of the nozzle 18, the value of the ratio Am / An being chosen as a function of the height d of the liquid in the reservoir 10 and the values maximum of this decreasing ratio when said height increases.

Par exemple, avec une hauteur de liquide de 2 mètres des valeurs de An/An de 8 et de 4 donnent l'une et l'autre des pouvoirs d'oxygénation se situant entre 3,5 et 4 kg d'oxygène par kilowatt-heure cosommée. L'expérience a montre que si l'on élave la hauteur d à 4 mètres, il en résulte une baisse du pouvoir d'oxygénation quand Am/An =8, mais au contraire une augmentation de celui-ci lorsque Am/An = 4. Les résultats d'essais indiquent que, pour des hauteurs de 8 mètres, des valeurs de Am/An se situant entre 5,5 et 1,5 assurent un pouvoir d'oxygénation d'au moins 3,5. Ces résultats montrent également qu'avec des hauteurs de liquide de 1,5 mètres, le rapport Am/An est moins critique et que des valeurs de celui-ci comprises entre 1,5 et 12 donnent satisfaction, mais que ce sont les plus fortes qui semblent les plus efficaces. For example, with a liquid height of 2 meters, the values of An / An of 8 and 4 give both oxygenation powers ranging between 3.5 and 4 kg of oxygen per kilowatt- cosummed time. Experience has shown that if we cut the height d to 4 meters, this results in a decrease in the oxygenation power when Am / An = 8, but on the contrary an increase in it when Am / An = 4 The test results indicate that, for heights of 8 meters, Am / An values between 5.5 and 1.5 ensure an oxygenation capacity of at least 3.5. These results also show that with liquid heights of 1.5 meters, the Am / An ratio is less critical and that values of between 1.5 and 12 are satisfactory, but that they are the highest which seem to be the most effective.

Fig. 2 montre la relation entre la hauteur de liquide d et le domaine préféré du rapport Am/An. On voit que la limite supérieure 30 de ce rapport décroit de 12 à 5,5 quand la hauteur prédéterminée d imposée par le déversoir 11 augmente eilemême de 2 à 8 mètres, tandis que la limite inférieure 31 de 1,5 est constante pour toutes ces mêmes valeurs de d. La limite supérieure 30 ne dépasse pas 7,5 pour la hauteur de 4 mètres.  Fig. 2 shows the relationship between the height of liquid d and the preferred range of the Am / An ratio. We see that the upper limit 30 of this ratio decreases from 12 to 5.5 when the predetermined height imposed by the weir 11 increases itself from 2 to 8 meters, while the lower limit 31 of 1.5 is constant for all these same values of d. The upper limit 30 does not exceed 7.5 for the height of 4 meters.

Dans une forme d'exécution particulière une limite supérieure 32 du rapport Am/An tombe de la valeur 9,5 pour 2 mètres de hauteur à 4,5 pour 8 mètres, cette limite 32 n'excédant pas 5,5 pour 4 mètres. Dans une autre réalisation, la limite inférieure 33 dudit rapport s'abaisse de 3-,5 pour une hauteur de 2 mètres à 2,5 quand cette hauteur atteint 8 mètres, cette limite 33 ne tombant pas au dessous de 3 pour 4 mètres de hauteur. In a particular embodiment, an upper limit 32 of the Am / An ratio falls from the value 9.5 for 2 meters in height to 4.5 for 8 meters, this limit 32 not exceeding 5.5 for 4 meters. In another embodiment, the lower limit 33 of said ratio is lowered by 3-.5 for a height of 2 meters to 2.5 when this height reaches 8 meters, this limit 33 not falling below 3 for 4 meters from height.

Pour un quatrième exemple la limite supérieure 34 du rapport Am/An tombe de 7,5 pour une hauteur de 2 mètres à 4 lorsque cette hauteur passe à 8 mètres, la limite en question ne dépassant pas une valeur de 5 quand la hauteur est de 4 mètres. For a fourth example, the upper limit 34 of the Am / An ratio drops from 7.5 for a height of 2 meters to 4 when this height increases to 8 meters, the limit in question not exceeding a value of 5 when the height is 4 meters.

Enfin avec une cinquième forme d'exécution la limite inférieure 35 du rapport précité s'abaisse de la valeur 5 pour 2 mètres de hauteur, à la valeur 3 pour 8 mètres, ladite limite 35 n'étant pas inférieure à 3,8 pour 4 mètres. Finally, with a fifth embodiment, the lower limit 35 of the aforementioned ratio is lowered from the value 5 for 2 meters in height, to the value 3 for 8 meters, said limit 35 not being less than 3.8 for 4 meters.

Bien que les domaines de valeurs de la hauteur d et du rapport
Am/An entre les limites supérieure 30 et inférieure 31 suivant fig. 2 aient été relevées comme donnant des pouvoirs d'oxygénation se situant entre 3,5 et 4 kg d'oxygene par kilowatt-heure, celles comprises entre les limites 32, 33 assurent un champ plus resserré qui tient compte des tolérances de construction et de fonctionnement de l'appareil. Les valeurs qui se situent entre les limites 34 et 35 correspondent pour les conditions opératoires à un domaine encore plus limité et qu'il y a lieu de préférer. De façon générale les domaines les plus restreints se sont avérés correspondre à des pouvoirs d'oxygénation supérieurs à ceux obtenus entre les limites plus larges.Les pouvoirs auxquels on peut parvenir entre les larges limites 30, 31 sont néanmoins supérieurs ceux qu'on jugeait pouvoir obtenir antérieurement dans le champ des hauteurs de liquide mentionnées dans les présentes.Although the value domains of the height d and the ratio
Am / An between upper 30 and lower 31 limits according to fig. 2 were noted as giving oxygenation powers between 3.5 and 4 kg of oxygen per kilowatt-hour, those between the limits 32, 33 ensure a narrower field which takes account of construction tolerances and device operation. The values which lie between the limits 34 and 35 correspond for the operating conditions to an even more limited range and which should be preferred. In general, the most restricted areas have been found to correspond to oxygenation powers greater than those obtained between the larger limits. obtain previously in the field of the heights of liquid mentioned herein.

L'injecteur 17 est situé au niveau de la surface du liquide dans le réservoir ou au voisinage de ce niveau et le collecteur ou auge 16 est également placé aussi près de ce dernier que cela est raisonnablement possible, le tout en vue de réduire la puissance exigée de la pompe 12. The injector 17 is located at or near the surface of the liquid in the tank and the manifold or trough 16 is also placed as close to the latter as is reasonably possible, all in order to reduce the power required from pump 12.

Compte tenu des relations précitées entre Am, An et d, il a été relevé qu'on peut obtenir des pouvoirs d'oxygénation satisfaisants quand on maintient la pression hydrostatique de refoulement de la pompe 12, par rapport à la surface du liquide, entre 10 et 100 % de la profondeur d'enfoncement du tube de mélange 20 au-dessous de cette surface. De plus on améliore le pouvoir en question si la section Ao de la sortie de l'injecteur se situe entre 1,05 et 2,5 fois celle An de la tuyère.Taking into account the aforementioned relationships between Am, An and d, it has been noted that satisfactory oxygenation powers can be obtained when the hydrostatic discharge pressure of the pump 12 is maintained, relative to the surface of the liquid, between 10 and 100% of the driving depth of the mixing tube 20 below this surface. In addition, the power in question is improved if the section Ao of the injector outlet is between 1.05 and 2.5 times that of the nozzle.

Dans une variante on peut se dispens'er de la pompe de circulation 12, le liquide étant amené à la tuyère 18 sous une pression dérivée d'une autre source, telle par exemple que la charge hydrostatique d'un réservoir séparé. Dans ce dernier cas, cette charge du liquide arrivant à la tuyère est également maintenue entre 10 et 100% de la profondeur d'enfoncement du tube 20 au-dessous de la surface du liquide dans le réservoir. In a variant, the circulation pump 12 can be dispensed with, the liquid being brought to the nozzle 18 under a pressure derived from another source, such as for example the hydrostatic charge of a separate tank. In the latter case, this charge of the liquid arriving at the nozzle is also maintained between 10 and 100% of the insertion depth of the tube 20 below the surface of the liquid in the reservoir.

Dans d'autres formes d'exécution la tuyère 18, le tube 20 et le diffuseur 21 ne sont pas à section circulaire, mais présentent une autre configuration, par exemple un profil allongé. In other embodiments the nozzle 18, the tube 20 and the diffuser 21 are not of circular section, but have another configuration, for example an elongated profile.

Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle-ne limite nullement le domaine de l'invention d'ont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. It should moreover be understood that the foregoing description has been given only by way of example and that it does not in any way limit the field of the invention from which we would not go out by replacing the details d 'execution described by all other equivalents.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Appareil pour combiner un liquide et un gaz, comprenant en combinaison 1. Apparatus for combining a liquid and a gas, comprising in combination - un réservoir (10) propre à enfermer le liquide intéressé ; - a reservoir (10) suitable for enclosing the liquid concerned; - des moyens (11) pour maintenir dans ce réservoir (10) une hauteur de liquide substantiellement constante prédéterminée ; - Means (11) for maintaining in this tank (10) a predetermined substantially constant height of liquid; - un injecteur (17) comportant une tuyère (18) pour déverser le liquide, une entrée (23) à travers laquelle le gaz peut être aspiré sous l'effet de L'écoulement du liquide à travers la tuyère (18) et une sortie (19)  - an injector (17) comprising a nozzle (18) for discharging the liquid, an inlet (23) through which the gas can be sucked under the effect of the flow of the liquid through the nozzle (18) and an outlet (19) - des moyens (12, 16) pour amener un liquide sous pression à ladite tuyère (18) d'injecteur - means (12, 16) for supplying pressurized liquid to said injector nozzle (18) - un tube mélangeur (20) qui communique avec la sortie (19) de l'injecteur et qui s'étend en direction du bas jusqu'a un point voisin du fond du réservoir (10) - a mixing tube (20) which communicates with the outlet (19) of the injector and which extends in the downward direction to a point close to the bottom of the tank (10) - et un déflecteur (22) pour dévier un courant gaz-liquide provenant du tube mélangeur (20) suivant une direction transversale à l'axe de celui-ci caractérisé en ce que la section (Am) du tube mélangeur (20) et celle (An) de la tuyère (18) sont choisies de façon telle que leur rapport (Am/An) se situe entre 1,5 et 12, sa limite supérieure s'abaissant lorsque la hauteur prédéterminée du liquide augmente entre 2 et 8 mètres. - And a deflector (22) for deflecting a gas-liquid stream coming from the mixing tube (20) in a direction transverse to the axis thereof characterized in that the section (Am) of the mixing tube (20) and that (An) of the nozzle (18) are chosen so that their ratio (Am / An) is between 1.5 and 12, its upper limit decreasing when the predetermined height of the liquid increases between 2 and 8 meters. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de la limite supérieure du rapport ne dépasse pas 7,5 quand la hauteur est de 4 mètres et 5,5 lorsqu'elle est de 8 mètres. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the value of the upper limit of the ratio does not exceed 7.5 when the height is 4 meters and 5.5 when it is 8 meters. 3. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport (Am/An) n'est pas inférieur à 1,5 dans un domaine de hauteur de liquide compris entre 2 et 8 mètres. 3. Apparatus according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the ratio (Am / An) is not less than 1.5 in a range of liquid height between 2 and 8 meters. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les valeurs de la limite supérieure du rapport (Am/An) ne dépassent pas 9,5, 5,5 et 4,5 pour des hauteurs de liquide prédéterminées respectives de 2, 4 et 8 mettes.  4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the values of the upper limit of the ratio (Am / An) do not exceed 9.5, 5.5 and 4.5 for respective predetermined liquid heights of 2, 4 and 8 dishes. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les valeurs de la limite supérieure du rapport (Am/An) ne dépassent pas 7,5, 5 et 4 pour des hauteurs de liquide prédéterminées respectives de 2, 4 et 8 mètres. 5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the values of the upper limit of the ratio (Am / An) do not exceed 7.5, 5 and 4 for respective predetermined liquid heights of 2, 4 and 8 meters. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les valeurs du rapport (Am/An) ne sont pas inférieures 3,5, 3 et 2,5 pour des hauteurs de liquides prédéterminées respectives de 2, 4 et 8 mètres. 6. Apparatus according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the values of the ratio (Am / An) are not less than 3.5, 3 and 2.5 for respective predetermined liquid heights of 2, 4 and 8 meters. 7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les valeurs du rapport (Am/An) ne sont pas inférieures à 5, 3,5 et 3 pour des hauteurs de liquide prédéterminées respectives de 2, 4 et 8 mètres. 7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the values of the ratio (Am / An) are not less than 5, 3.5 and 3 for respective predetermined liquid heights of 2, 4 and 8 meters. 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de la sortie de l'injecteur est comprise entre 1,05 et 2,5 fois celle de la tuyère de cet injecteur. 8. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the section of the outlet of the injector is between 1.05 and 2.5 times that of the nozzle of this injector. 9. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de liquide à injecter comprennent une pompe (12) qui aspire ce liquide à partir du réservoir. 9. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for supplying liquid to be injected comprise a pump (12) which sucks this liquid from the reservoir. 10. Procédé de fonctionnement d'un appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'on maintien t a charge hydrostatique de refoulement de la pompe, par rapport à la surface de liquide dans le réservoir, à une valeur se situant entre 10 % et 100 Z de la profondeur d'enfoncement du tube mélangeur au-dessous de cette surface. 10. Method for operating an apparatus according to claim 9, characterized in that the hydrostatic discharge head of the pump is maintained, with respect to the surface of liquid in the reservoir, at a value between 10% and 100 Z of the depth of insertion of the mixing tube below this surface.
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