FR2480625A1 - Column for removing gas from liq. contg. solids in suspension - where abrupt change in direction of flow of liq. in column promotes sepn. of gas - Google Patents

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Abstract

The vertical column has a top, tangential injector for the liq. The injector causes the liq. to rotate round the axis of the column as it flows downwards along a helical path. The height (H) of the column is at least five times its dia. (D). On the bottom end of the column is a tangential extn. pipe (I) for the suspension. Pipe (I) is aligned at 90 deg. w.r.t. the axis of the column, and forms an angle of min. 90 deg. with the direction of flow of the suspension just before the latter enters pipe (I). Pipe (I) thus causes an abrupt change in the direction of flow of the liq. Esp. used when treating a liq. contg. ore particles in suspension. When a gas, e.g. O2, CO2, or air, is also present in the liq., cavitation erosion can occur in pumps used to transport the liq. The invention removes the gas to prevent damage to the pumps.

Description

La présente invention concerne un dispositif assurant l'extraction du gaz présent dans un liquide contenant également des particules solides en suspension. The present invention relates to a device for extracting the gas present in a liquid also containing solid particles in suspension.

Lors du traitement d'un minerai on est parfois conduit à produire un fluide comportant un liquide dans lequel de fines particules de minerai sont en suspension. Ce fluide peut comporter de petites bulles de gaz (oxygène, gaz carbonique, air, par exemple) dont la présence pose des problèmes qui se manifestent par des phénomènes de cavitation du matériel de pompage utilisé, quand le rapport volumétrique gaz-liquide dépasse une valeur limite représentant le rapport maximum admissible par la pompe. Cette valeur limite est généralement faible, de l'ordre de quelques centièmes. During the treatment of an ore, it is sometimes necessary to produce a fluid comprising a liquid in which fine particles of ore are in suspension. This fluid may comprise small gas bubbles (oxygen, carbon dioxide, air, for example), the presence of which causes problems which are manifested by cavitation phenomena of the pumping equipment used, when the volumetric ratio gas-liquid exceeds a value limit representing the maximum admissible ratio by the pump. This limit value is generally low, of the order of a few hundredths.

Pour éviter les phénomènes de cavitation il faut extraire la plus grande partie du ou des gaz avant le passage du fluide dans ltorgane de pompage, tout en conservant un mélange homogène liquide-particules de minerai. To avoid the phenomena of cavitation it is necessary to extract most of the gas or gases before the passage of the fluid in the pumping organ, while maintaining a homogeneous liquid-ore particles mixture.

On connais des dispositifs fonctionnant sur le principe de lthydrocyclone pour assurer la séparation d'un mélange gaz-liquide. Ces dispositifs comportent un injecteur tangentiel qui soumet le fluide à un mouvement de rotation dans un plan perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide. Sous l'action de la force centrifuge qui s'axe ce sur les composants du fluide de densités différentes, le gaz 5 t accu- mule dans la partie centrale de l'ecoulement. L'injecteur est prolongé par une trompe conique convergente ou divergente selon les modes de réalisation. Le gaz est par exemple recueilli à la partie supérieure de l'ensemble injecteur-trompe tandis que le liquide épuré de gaz est évacue à la partie inférieure de la trompe. Devices operating on the principle of the hydrocyclone are known for separating a gas-liquid mixture. These devices comprise a tangential injector which subjects the fluid to a rotational movement in a plane perpendicular to the direction of flow of the fluid. Under the action of the centrifugal force which focuses on the fluid components of different densities, the gas accumulates in the central part of the flow. The injector is extended by a conical or divergent conical horn according to the embodiments. The gas is for example collected at the upper part of the injector-horn assembly while the purified liquid gas is discharged to the lower part of the horn.

Un tel dispositif n'est pas directement utilisable lorsqu'on veut extraire uniquement le gaz d'une solution contenant des particules solides en suspension, car la force centrifuge s'exerce également sur les particules solides-dont la densité est différente de celle du liquide.  Such a device is not directly usable when it is desired to extract only the gas from a solution containing solid particles in suspension, because the centrifugal force is also exerted on the solid particles-whose density is different from that of the liquid .

Dans le cas de particules solides résultant du broyage d'un minerai dont la densité était deux à trois fois supérieure à celle du liquide, on a pu observer le long de la paroi de la trompe des accumulations de particules. Le mélange liquide-particules de minerai n'est plus homogène ce qui provoque des difficultés de fonctionnement.In the case of solid particles resulting from the grinding of an ore whose density was two to three times higher than that of the liquid, accumulations of particles have been observed along the wall of the tube. The liquid-ore particles mixture is no longer homogeneous, which causes difficulties in operation.

La présente invention propose donc un dispositif permettant d'extraire le gaz contenu dans une suspension de particules solides dans -un liquide, ne présentant pas les inconvénients indiqués plus haut. The present invention therefore provides a device for extracting the gas contained in a suspension of solid particles in a liquid, not having the disadvantages indicated above.

Le dispositif selon l'invention utilise l'action d'un hydrocyclone et il est conçu pour maintenir un mélange homogène des particules solides dans le liquide. The device according to the invention uses the action of a hydrocyclone and is designed to maintain a homogeneous mixture of solid particles in the liquid.

Plus précisément, le dispositif selon l'invention comporte un injecteur tangentiel provoquant la rotation du fluide dans un plan perpendiculaire à sa direction d'écoulement, une enceinte tubulaire verticale dont l'axe est sensiblement confondu avec la direction verticale dtécoulement du fluide, cette enceinte étant de forme cylindrique de dimensions déterminées, et comporte également des moyens d'extraction du fluide situés à un niveau inférieur à celui de l'injecteur, ces moyens assurant une brusque modification de la direction d'écoulement du fluide, la nouvelle direction d'écoulement du fluide étant sensiblement orthogonale à l'axe de enceinte tubulaire et faisant avec le vecteur-vitesse linéaire du fluide dans 11 enceinte , juste avant l'extraction de ce fluide, un angle au moins égal à 90~.  More specifically, the device according to the invention comprises a tangential injector causing rotation of the fluid in a plane perpendicular to its flow direction, a vertical tubular enclosure whose axis is substantially coincident with the vertical direction of flow of the fluid, this enclosure being of cylindrical shape of determined dimensions, and also comprises means for extracting the fluid located at a level lower than that of the injector, these means ensuring a sudden change in the direction of flow of the fluid, the new direction of flow of the fluid being substantially orthogonal to the tubular chamber axis and making with the vector-linear velocity of the fluid in the chamber, just before the extraction of this fluid, an angle at least equal to 90 ~.

L'invention pourra être bien comprise à la lecture de la description d'un mode particulier de réalisation illustrée par les figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement le dispositif selon l'in
vention,
- la figure 2 montre l'injecteur vu en coupe verticale selon la
ligne Il-Il de la figure 3,
- la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la
figure 2,
- la figure 4 illustre un mode de réalisation des moyens d'extrac
tion, et
- la figure 5 est une coupe selon la ligne V de la figure 4.The invention may be better understood on reading the description of a particular embodiment illustrated by the appended figures among which:
- Figure 1 shows schematically the device according to the in
vention,
FIG. 2 shows the injector seen in vertical section according to the
line II-II of FIG. 3,
FIG. 3 is a sectional view along line III-III of FIG.
figure 2,
FIG. 4 illustrates an embodiment of the extrac means
tion, and
- Figure 5 is a section along the line V of Figure 4.

Dans ce qui suit on se réfère, à titre d'exemple seulement, au traitement dun fluide composé d''un liquide tel que de l'eau dans lequel un minerai finement broyé est en suspension, ce fluide comportant des bulles de gaz, d'oxygène, d'air ou de gaz carbonique, par exemple. La quantité de gaz est supérieure à celle admissible par le matériel de pompage généralement employé pour assurer la circulation d'un tel fluide dans des canalisations, ce qui se traduit par des phono mènes de cavitation pouvant provoquer la destruction de la pompe. In what follows, reference is made, by way of example only, to the treatment of a fluid composed of a liquid such as water in which a finely ground ore is in suspension, this fluid comprising gas bubbles, d oxygen, air or carbon dioxide, for example. The amount of gas is greater than that allowed by the pumping equipment generally used to ensure the circulation of such a fluid in pipes, which results in cavitation phono-motors that can cause the destruction of the pump.

Pour éviter ces inconvénients, le fluide qui circule dans une canalisation schématisée en 1 est introduit dans le dispositif selon l'invention désigné dans son ensemble par la référence 2. Le fluide est alors épuré de la quasi totalité du gaz qu'il contient avant d'être délivré dans une canalisation 3 et pompé par une pompe 4 adaptée à augmenter la pression d'un mélange de particules solides en suspension dans le liquide. Une telle pompe qui ne fait pas partie de l'invention est, par exemple, du type de celles utilisées dans le forage de puits pétrolier et dénommées pompes à boues. To avoid these drawbacks, the fluid that circulates in a pipe schematically in 1 is introduced into the device according to the invention generally designated by reference 2. The fluid is then purified of substantially all the gas it contains before to be delivered in a pipe 3 and pumped by a pump 4 adapted to increase the pressure of a mixture of solid particles suspended in the liquid. Such a pump which is not part of the invention is, for example, of the type used in the drilling of oil wells and called sludge pumps.

Le dispositif selon l'invention comporte une enceinte 5, un injecteur tangentiel 6 et des moyens 7 d'extraction du fluide épuré de gaz. The device according to the invention comprises an enclosure 5, a tangential injector 6 and means 7 for extracting the purified gas fluid.

Les auteurs de la présente invention ont trouvé que l'enceinte 5
doit ètre cylindrique, de diamètre intérieur D et de longueur H telle
que
H 5 fi. The authors of the present invention have found that the enclosure 5
must be cylindrical, of inner diameter D and of length H such
than
H, fi.

L'enceinte 5 est de préférence disposée verticalement. Le fluide y est introduit par l'injecteur tangentiel 6 fixé à l'extrémité supérieure de l'enceinte 5. par tout moyen connu, tel que vis, etc... The enclosure 5 is preferably arranged vertically. The fluid is introduced through the tangential injector 6 attached to the upper end of the enclosure 5 by any known means, such as screws, etc.

Une cheminée Sa ouverte à sa partie supérieure surmonte l'injecteur.A chimney Sa open at the top overcomes the injector.

Cette cheminée sert à l'évacuation des gaz extraits du fluide.This chimney is used to evacuate gases extracted from the fluid.

L'injecteur tangentiel peut être d'un type connu. Il comporte une canalisation 8 réunie à la canalisation 1, et assure la mise en rotation du fluide autour de l'axe vertical de l'enceinte 5 dans un plan sensiblement perpendiculaire à son axe vertical. The tangential injector may be of a known type. It comprises a pipe 8 joined to the pipe 1, and ensures the rotation of the fluid around the vertical axis of the enclosure 5 in a plane substantially perpendicular to its vertical axis.

L'injecteur est représenté en coupe verticale sur la figure 2 et en coupe selon la ligneIII-III sur la figure 3. Le dimensionnement de l'injecteur (diamètre intérieur D et dimension de la canalisation 8) est déterminé comme cela est connu du spécialiste pour que la vitesse tangentielle V du fluide àla sortie E de l'injecteur soit de l'ordre de 10 à 20 m/s. The injector is shown in vertical section in FIG. 2 and in section along line III-III in FIG. 3. The dimensioning of the injector (internal diameter D and dimension of the pipe 8) is determined as known to the specialist. so that the tangential velocity V of the fluid at the outlet E of the injector is of the order of 10 to 20 m / s.

Ainsi, lors de ltécoulement du fluide dans l'enceinte 5, le mouvement de rotation du fluide autour de l'axe vertical de l'enceinte crée, au centre de l'écoulement, un vortex dans lequel se rassemble la quasi totalité des bulles de gaz contenues dans le fluide. Le gaz ainsi séparé du fluide s'échappe par la partie supérieure de la cheminée Sa, tandis que le fluide épuré est extrait de l'enceinte 5 par des moyens d'extraction. Il a été trouvé que pour atteindre le résultat recherché ceux-ci doivent imprimer une brusque modification de la direction d'écoulement du fluide, la nouvelle direction # u d'écoulement du fluide doit être sensiblement orthogonale à l'axa de l'enceinte et faire avec le vecteur-vitesse linéaire 8 du fluide dans l'enceinte, juste avant son extraction, un angle eCau moins égal à 900. Thus, during the flow of the fluid in the chamber 5, the rotational movement of the fluid around the vertical axis of the enclosure creates, in the center of the flow, a vortex in which is assembled almost all the bubbles of gases contained in the fluid. The gas thus separated from the fluid escapes through the upper part of the chimney Sa, while the purified fluid is extracted from the chamber 5 by extraction means. It has been found that, in order to achieve the desired result, these must produce a sudden change in the fluid flow direction, the new fluid flow direction # u must be substantially orthogonal to the chamber axa and with the linear velocity vector 8 of the fluid in the chamber, just before its extraction, an angle eCau at least equal to 900.

Un mode avantageux de réalisation de ces moyens d'extraction est représenté sur les figures 4 et 5. L'extracteur 7 comporte un corps tubulaire cylindrique de diamètre intérieur D égal à celui de l'enceinte 5.  An advantageous embodiment of these extraction means is shown in FIGS. 4 and 5. The extractor 7 comprises a cylindrical tubular body of internal diameter D equal to that of the enclosure 5.

Le corps de l'extracteur 7 est fixé dans le prolongement de l'enceinte 5 et son extrémité inférieure est obstruée, par exemple, par une plaque démontable 9. The body of the extractor 7 is fixed in the extension of the enclosure 5 and its lower end is obstructed, for example, by a removable plate 9.

Une canalisation d'extraction 10 débouche à l'intérieur de l'extracteur 7. Cette canalisation de diamètre intérieur d, a un axe sensiblement horizontal situé à une distance m de l'axe vertical du corps de l'extracteur. An extraction pipe 10 opens into the extractor 7. This pipe of internal diameter d has a substantially horizontal axis located at a distance m from the vertical axis of the body of the extractor.

Il a été trouvé que les valeurs de d et m définies ci-dessus doivent satisfaire aux relations suivantes
60 r < 2 d fi
et
d # 2 m 4 D-d dans lesquelles r représente la plus grande dimension des particules de minerai en suspension dans le liquide.It has been found that the values of d and m defined above must satisfy the following relationships
60 r <2 d fi
and
in which r represents the largest dimension of ore particles suspended in the liquid.

De plus, la canalisation 10 doit être disposée de telle sorte que, si l'on désigne par Vs la vitesse linéaire du fluide juste avant son introduction dans la canalisation 10 dans laquelle le fluide épuré s'écoule dans la direction Tt, l'angle ( us, 8) #,#) = ou doit etre au moins égal à 900.  In addition, the pipe 10 must be arranged in such a way that, if Vs denotes the linear velocity of the fluid just before it is introduced into the pipe 10 in which the purified fluid flows in the direction Tt, the angle (us, 8) #, #) = or must be at least 900.

Des essais ont été effectués sur un fluide composé d'un mélange d'eau et de particules d'un minerai de densité 2,7 dont la taille était inférieure à 200 microns, ce mélange comportant une quantité de gaz supérieure à celle admissible par les pompes utilisées. Tests were carried out on a fluid composed of a mixture of water and particles of a 2.7 density ore whose size was less than 200 microns, this mixture comprising a quantity of gas greater than that allowed by the pumps used.

Les caractéristiques du dispositif de séparation du gaz étaient les suivantes
H = 4 000 mm D = 225 mm d = 100 mm m = 62,5 mm
vitesse tangentielle du fluide à l'entrée de l'injecteur : 20,8 m/s
débit du fluide à l'entrée de l'injecteur : 105 m3/h
concentration du minerai : 1 kilogramme de minerai par litre d'eau.The characteristics of the gas separation device were as follows
H = 4000 mm D = 225 mm d = 100 mm m = 62.5 mm
tangential velocity of the fluid at the inlet of the injector: 20.8 m / s
flow rate of the fluid at the inlet of the injector: 105 m3 / h
ore concentration: 1 kilogram of ore per liter of water.

Les expériences de longues durées (plusieurs jours) n'ont pas permis de déceler d'accumulation de minerai dans l'enceinte 5, la sépia ration de gaz s'est avérée très efficace et la pompe a fonctionné sans phénomène de cavitation. The long-term experiments (several days) did not reveal any accumulation of ore in the chamber 5, gas sepia ration proved to be very effective and the pump operated without cavitation phenomenon.

Des modifications pourront être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, on pourra prévoir plusieurs canalisations d'extraction 10 pourvu que ces canalisations soient disposées comme indiquées précédemment. fie plus, ces canalisations pourront déboucher directement dans l'enceinte 5. Modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, it will be possible to provide several extraction pipes 10 provided that these pipes are arranged as indicated above. Moreover, these pipes can lead directly into the enclosure 5.

Le dispositif selon l'invention a également été utilisé avec succès pour traiter un mélange de moût de fermentation contenant une forte proportion de gaz. The device according to the invention has also been used successfully to treat a mixture of fermentation must containing a high proportion of gas.

De façon générale, les particules solides pourront être de nature variée (poudre solide, cristaux, protéines, etc...).  In general, the solid particles may be varied in nature (solid powder, crystals, proteins, etc.).

Claims (3)

REVENDICATIONS 1. - Dispositif pour extraire sélectivement le gaz contenu dans un fluide comprenant une suspension de particules solides dans un liquide, ce dispositif comportant une enceinte verticale (5) et un organe-injecteur (6) fixé à l'extrémité supérieure de l'enceinte (5) et adapté à introduire le fluide en lui imprimant une vitesse de rotation autour de l'axe de l'enceinte (5), caractérisé en ce que l'enceinte (5) a une forme cylindrique de longueur H et de diamètre intérieur D tels que H > 5D et en ce que le dispositif comporte, fixé à l'extrémité inférieure de l'enceinte (5) un organe d'extraction (7) assurant l'évacuation du fluide en lui imprimant une brusque modification de sa direction d'écoulement, la nouvelle direction d'écoulement ( t) étant sensiblement orthogonale à l'axe de l'en ceinte(5) et faisant avec le vecteur-vitesse linéaire ( VS) du fluide juste avant son extraction un angle (cX) au moins égal à 900.  1. - Device for selectively extracting the gas contained in a fluid comprising a suspension of solid particles in a liquid, this device comprising a vertical chamber (5) and an injector member (6) fixed to the upper end of the chamber (5) and adapted to introduce the fluid by printing a rotational speed about the axis of the enclosure (5), characterized in that the enclosure (5) has a cylindrical shape of length H and inner diameter Such as H> 5D and in that the device comprises, fixed to the lower end of the enclosure (5) an extraction member (7) ensuring the evacuation of the fluid by printing a sudden change in its direction flow, the new flow direction (t) being substantially orthogonal to the axis of the girdle (5) and making with the linear velocity vector (VS) fluid just before its extraction an angle (cX) at least 900. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'or- gane d'extraction (7) comporte un corps tubulaire de diamètre intérieur (D) égal à celui de l'enceinte (5), ce corps étant obturé à sa partie inférieure, et en ce qu'il comporte au moins une canalisation (10) débouchant à l'intérieur du corps de l'organe d'extraction (7), l'axe de cette canalisation étant sensiblement orthogonal à l'axe du corps et distant de ce dernier axe d'une longueur m définie par la relation d 42m #D-d dans laquelle d est le diamètre intérieur de la canalisation (10) qui satis fait à la relation 60 r 4 #2d 4 D ou r représente la plus grande dimension des particules solides en suspension dans le liquide. 2. - Device according to claim 1, characterized in that the extraction member (7) comprises a tubular body of inner diameter (D) equal to that of the enclosure (5), this body being closed at its lower part, and in that it comprises at least one pipe (10) opening into the body of the extraction member (7), the axis of this pipe being substantially orthogonal to the axis of the body and remote from this last axis of a length m defined by the relation d 42m #Dd in which d is the inside diameter of the pipe (10) which satisfies the relation 60 r 4 # 2d 4 D where r represents the larger size of the solid particles suspended in the liquid. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'injecteur de fluide(6)est surmonté d'une cheminée (5a) de collecte des gaz extraits du fluide.  3. - Device according to claim 2, characterized in that the fluid injector (6) is surmounted by a stack (5a) for collecting gases extracted from the fluid.
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