FR2581561A1 - System for suction and dispersion of gases, solids or liquids, or mixtures of the three, into one or more liquids, using a turbine - Google Patents

Abstract

System for suction and dispersion of gases, solids or liquids, or mixtures of the three, into one or more liquids, using a turbine. The system comprises devices which allow adjustment of the flow rates of products or compounds sucked in or injected, stabilisation of these flow rates, as well as the possibility of preventing or correcting the possible clogging of the turbine by solids contained in the mixture. One characteristic application of the method is the physicochemical removal of pollution by flotation, or degreasing of urban or industrial waste water.

Description

L'invention concerne un dispositif pour disperser et mélanger un ou plusieurs gaz dans un liquide ou un mélange de liquides miscibles ou non miscibles. The invention relates to a device for dispersing and mixing one or more gases in a liquid or a mixture of miscible or immiscible liquids.

Elle est destinée à permettre le mélange et la réaction éventuelle entre le ou les gaz, et le ou les liquides, mais elle permet également la séparation par flottation des solides contenus dans le ou les liquides, ainsi que la séparation simultanée de liquides de densités légèrement différentes, et non miscibles, compris en présence de solides
L'invention concerne également un procédé pour disperser un plusieurs liquides dans un ou plusieurs liquides, en assurant le brassage et le mélange des liquides ainsi en présence, soit en vue de leur homo génisation, soit en vue de leur réaction chimique.It is intended to allow the mixing and the possible reaction between the gas (es), and the liquid (s), but it also allows the separation by flotation of the solids contained in the liquid (s), as well as the simultaneous separation of liquids of slightly densities different, and immiscible, understood in the presence of solids
The invention also relates to a method for dispersing a plurality of liquids in one or more liquids, by ensuring the mixing and mixing of the liquids thus present, either with a view to their homogenization, or with a view to their chemical reaction.

L'invention concerne également un procédé pour la dispersion simultanée d'un ou plusieurs gaz et d'un ou plusieurs solides dans un mélange de liquides. en vue d'une homogènisation ou d'une réaction physique ou chimique entre les composés en présence. The invention also relates to a method for the simultaneous dispersion of one or more gases and one or more solids in a mixture of liquids. with a view to homogenization or a physical or chemical reaction between the compounds present.

En plus de cette dispersion des gaz, liquides ou solides dans un ou des liquides, le procédé assure l'aspiration de ces corps ou composés, sans utilisation d'autres systèmes, tels que pompes, appareils sous
pression, réservoirs en sur-élévation par rapport à la cuve de mélange, et d'une façon générale, tout dispositif mécanique ou électro-mécanique pour alimenter la cuve de réaction ou de mélange.In addition to this dispersion of gases, liquids or solids in one or more liquids, the process ensures the suction of these bodies or compounds, without the use of other systems, such as pumps, apparatus under
pressure, tanks raised above the mixing tank, and in general, any mechanical or electro-mechanical device for feeding the reaction or mixing tank.

L'invention permet également le règlage des quantités, volumes ou masses, de corps ou composés introduits dans la cuve de réaction ou de mélange. The invention also allows the adjustment of the quantities, volumes or masses, of bodies or compounds introduced into the reaction or mixing tank.

Les débouchés de l'invention et ses utilisations, sont les industries chimiques, biochimiques, biolo giques, minières, en particulier les réactions de fermentation, de polymérisation, ou de séparation, ainsi que l'industrie d'épuration des eaux usées en général, et en particulier l'aération des bassins tampons en tète de station, ainsi que les traitements dits primaires d'élimination par flottation des graisses, particules en suspensions, liquides plus légers que l'eau, en particulier les huiles, et d'une façon générale, tout liquide non miscible, et tout solide non soluble dont cherche l'élimination ou la récupération. The outlets for the invention and its uses are the chemical, biochemical, biological and mining industries, in particular fermentation, polymerization or separation reactions, as well as the wastewater treatment industry in general, and in particular the aeration of the buffer basins at the head of the station, as well as the so-called primary elimination treatments by flotation of fats, suspended particles, liquids lighter than water, in particular oils, and in a way general, any immiscible liquid, and any non-soluble solid whose elimination or recovery seeks.

Ces possibilités s'appliquent a tous les types de mémanges, soit liquides/gaz, liquides/liquides, liquides/solides/gaz. These possibilities apply to all types of memories, either liquid / gas, liquid / liquid, liquid / solid / gas.

L'état de la technique permet d'obtenir un tel pompage et une telle dispersion par le moyen d'une turbine décrite dans le brevet français n" 2.495.494 de M. J P. DELOOF. The state of the art makes it possible to obtain such pumping and such dispersion by means of a turbine described in French patent No. 2,495,494 by M. J P. DELOOF.

La turbine décrite dans ce brevet apportait une grande amélioration par rapport aux inventions décrites dans les brevets des États Unis d'Amérique n" 1.984.366 par A.W. FAHRENWALD, et nO 3.327.851 par C.M. ANDERSON, ainsi que par rapport a l'invention décrite dans le français nO 2.232.356 par ONTKUMPU-OY., en ce qu'elle permet l'obtention de fines bulles, qui en eau claire, et sans additif chimique de quelque nature que ce soit. The turbine described in this patent brought a great improvement compared to the inventions described in the patents of the United States of America n "1,984,366 by AW FAHRENWALD, and nO 3,327,851 by CM ANDERSON, as well as compared to the invention described in French No. 2,232,356 by ONTKUMPU-OY., in that it allows fine bubbles to be obtained, which in clear water, and without chemical additives of any kind.

ont un diametre toujours inférieur a 1 mm.always have a diameter less than 1 mm.

Cependant le dispositif de cette turbine n'évite pas deux inconvénients majeurs : un risque important de colmatage, en particulier en présence de matieres fibreuses, et des phénomenes de cavitation dûs au dénoyage de la turbine, quelque soit la profondeur d'immersion. However, the device of this turbine does not avoid two major drawbacks: a significant risk of clogging, in particular in the presence of fibrous materials, and cavitation phenomena due to the dewatering of the turbine, whatever the depth of immersion.

Ce phénomène est entrainé par l'importance de la dépression crée par la turbine lors de sa mise en rotation, qui aspire instantanément un très important volume de gaz ayant pour conséquence de réduire instantanément cette dépression, ce qui arrête l'arrivée de gaz. This phenomenon is caused by the importance of the depression created by the turbine during its rotation, which instantly sucks up a very large volume of gas having the consequence of instantly reducing this depression, which stops the gas supply.

On observe donc un phénomène de fonctionnement très irrégulier, avec une arrivée massive de gaz qui est mal- dispersé, puis une période sans aucune arrivée de gaz. Ce phénomène est d'autant plus important que la vitesse linéaire du ou des liquides, et celle des gaz pompés, s'additionnent, ce qui se produit lorsque le pompage du liquide se fait de bas en haut, les gaz ayant en effet toujours tendance a remonter vers la surface du ou des liquides. We therefore observe a very irregular operating phenomenon, with a massive arrival of gas which is poorly dispersed, then a period without any gas arrival. This phenomenon is all the more important as the linear speed of the liquid (s), and that of the pumped gases, add up, which occurs when the pumping of the liquid is done from bottom to top, the gases having indeed always tendency to rise to the surface of the liquid (s).

On a également observé que cette disposition entrainait une très forte aspiration dans le turbine des matières déposées ou tendant a se déposer au fond du bassin, ce qui augmente considérablement le risque de colmatage de la turbine, en particulier en présence de matières fibreuses. It has also been observed that this arrangement results in a very strong suction in the turbine of the materials deposited or tending to be deposited at the bottom of the basin, which considerably increases the risk of clogging of the turbine, in particular in the presence of fibrous materials.

Enfin le dispositif décrit dans le brevet DELOOF ne permet pas un contrôle et un réglage aisé de la quantité de gaz aspirée. En particulier, il est impossible avec ce dispositif de régler le débit de différents gaz lorsqu'on souhaite aspirer simultanément plusieurs gaz de nature différente, sans faire appel à des appareils ou des systèmes de contrôle ne figurant pas dans l'invention telle qu'elle est décrite. Finally, the device described in the DELOOF patent does not allow easy control and adjustment of the quantity of gas drawn. In particular, it is impossible with this device to regulate the flow rate of different gases when it is desired to simultaneously aspirate several gases of different nature, without using apparatus or control systems not included in the invention as it is described.

La présente invention reprend la construction de la turbine selon les formes et en accord avec les paramètres décrits dans le brevet français n 2.495.494 par M. J.P. DELOOF, cette invention pouvant être considérée comme l'état actuel de la technique. The present invention resumes the construction of the turbine according to the forms and in accordance with the parameters described in French patent No. 2,495,494 by M. J.P. DELOOF, this invention being able to be considered as the current state of the art.

La présente invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels
- les figures la et lb représentent le dispositif
dans son ensemble, en vues cavalière et profil,
les figures 2a à 2f représentent les dispositifs
destinés à la création de pertes de charge par
tôle perforée (2a-2b > , par poreux (2c-2d), et
par membrane élastique perforée (2e-2f).The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings in which
- Figures la and lb show the device
as a whole, in rider and profile views,
Figures 2a to 2f show the devices
intended for the creation of pressure drops by
perforated sheet (2a-2b>, by porous (2c-2d), and
by perforated elastic membrane (2e-2f).

La présente invention propose de placer la turbine 1 de telle sorte que le pompage du ou des liquides et celui des gaz se fasse de haut en bas. Dans ces conditions le gaz a tendance a remonter vers la surface de la masse liquide dans laquelle il est dispersé, et on évite les phénomènes de cavitation, en même temps que la quantité de gaz admise est auto régulée. Le gaz restant à la partie supérieure de la turbine 1, laquelle n'est jamais dénoyée par une trop importante quantité de gaz, on obtient une aspiration continue et non plus discontinue, ainsi qu'une dispersion régulière des gaz aspirés. The present invention proposes to place the turbine 1 so that the pumping of the liquid or liquids and that of the gases is done from top to bottom. Under these conditions, the gas tends to rise towards the surface of the liquid mass in which it is dispersed, and cavitation phenomena are avoided, at the same time as the quantity of gas admitted is self regulated. The gas remaining at the upper part of the turbine 1, which is never drained by too large a quantity of gas, a continuous and no longer discontinuous aspiration is obtained, as well as a regular dispersion of the aspirated gases.

Le ou les gaz sont amenés dans la turbine 1 au moyen d'un ou plusieurs tubes 3, comme cela est décrit figure la-lb, de telle sorte qu'il est possible de régler la position de chaque tube 3 par rapport à l'axe et par rapport au plan de la turbine 1, c'est à dire à la fois dans les plans horizontaux et verticaux. The gas or gases are brought into the turbine 1 by means of one or more tubes 3, as described in FIG. 1a-1b, so that it is possible to adjust the position of each tube 3 relative to the axis and relative to the plane of the turbine 1, that is to say both in the horizontal and vertical planes.

Il est ainsi possible en ajustant la position de chaque tube d'alimentation 3, en particulier dans le sens vertical, de contrôler le débit de chaque gaz, liquide, ou mélange gaz/liquide/solides, aspirés puis dispersés par la turbine 1. It is thus possible by adjusting the position of each supply tube 3, in particular in the vertical direction, to control the flow rate of each gas, liquid, or gas / liquid / solid mixture, sucked up and then dispersed by the turbine 1.

Il est également possible de régler le débit en ajustant la perte de charge, soit par l'utilisation de tubes d'alimentation 3 de faible diamètre, soit par la mise en place a une extrémité de ces tubes 3, dans le gaz aspiré ou dans le liquide brassé, d'un dispositif augmentant les pertes de charge, comme par exemple une plaque perforée d'au moins un trou, soit en bout de tube (2a), soit sur les flancs (2b), ou un embout en matière poreuse disposé de la même façon (2c-2d), ou un manchon élastique percé d'au moins un trou calibré, ou poreux, disposé également de la même façon (2e-2f).  It is also possible to adjust the flow rate by adjusting the pressure drop, either by using small diameter supply tubes 3, or by placing these tubes 3 at one end, in the aspirated gas or in the stirred liquid, of a device increasing the pressure losses, such as for example a plate perforated with at least one hole, either at the end of the tube (2a), or on the sides (2b), or a nozzle made of porous material arranged in the same way (2c-2d), or an elastic sleeve pierced with at least one calibrated, or porous hole, also arranged in the same way (2e-2f).

En cas d'utilisation d'embout ou manchon poreux, la hauteur du dispositif se situera entre 0 et 30 mm. When using a porous tip or sleeve, the height of the device will be between 0 and 30 mm.

Le règlage de l'immersion de la turbine constitue une autre possibilite pour contrôler la quantite de gaz aspirée. En effet plus le niveau liquide au dessus de la turbine est important, moins la quantité de gaz aspirée est grande. Another possibility to control the amount of gas drawn in is to regulate the immersion of the turbine. Indeed, the higher the liquid level above the turbine, the less the quantity of gas sucked.

Cette possibilité est également mise à profit pour économiser l'énergie lorsque le niveau liquide est variable. C'est en particulier le cas quand la turbine est mise en place dans un bassin tampon en tête d'une station d'épuration. Au niveau le plus bas le débit d'air aspiré est maximum et l'énergie absorbée minimum. Cette energie augmente avec le niveau du liquide et la diminution du débit de gaz dans des proportions de 0,6 à 1, tandis que la puissance de brassage, exprimée en watts par mètre cube, reste a peu prés constante. This possibility is also used to save energy when the liquid level is variable. This is particularly the case when the turbine is placed in a buffer tank at the head of a treatment plant. At the lowest level, the suction air flow is maximum and the energy absorbed minimum. This energy increases with the level of the liquid and the reduction in the gas flow in proportions of 0.6 to 1, while the stirring power, expressed in watts per cubic meter, remains more or less constant.

Pour éviter toute contrainte mécanique excessive sur la turbine 1 en cas d'aspiration d'un corps étranger, les tubes d'aspiration 3 ou au moins leur extrèmite située vers la turbine 1, sont d'une matière aisément cassable, le remplacement ne nécessitant qu'une intervention minime. To avoid excessive mechanical stress on the turbine 1 in the event of suction of a foreign body, the suction tubes 3 or at least their end situated towards the turbine 1, are of an easily breakable material, the replacement not requiring minimal intervention.

La disposition de la turbine 1 telle qu'elle est décrite ci-dessus, évite aussi une aspiration trop importante dans la turbine de matieres décantées au fond de la masse liquide, tout en assurant un bon brassage. En effet la composante d'aspiration est remplacée par une composante centrifuge qui a tendance à éloigner les matières de la turbine 1, et'ceci à une vitesse suffisante pour éviter tout dépôt, y compris à des puissances de brassage aussi faible que 5 watts par mètre cube. The arrangement of the turbine 1 as described above also avoids excessive suction in the turbine of materials decanted at the bottom of the liquid mass, while ensuring good mixing. Indeed the suction component is replaced by a centrifugal component which tends to move the materials away from the turbine 1, and this at a speed sufficient to avoid any deposit, including at stirring powers as low as 5 watts per cubic meter.

Cette disposition permet également de poser simplement l'ensemble de la turbine 1 de son moteur 2 et du support 6 des tubes 3 et 4, sur le fond plat du bassin. This arrangement also makes it possible to simply place the whole of the turbine 1 of its motor 2 and of the support 6 of the tubes 3 and 4, on the flat bottom of the basin.

Une autre disposition pour éviter tout risque de bouchage de la turbine 1, y compris en présence de grandes quantités de matières fibreuses, consiste a inverser le sens de rotation de la turbine 1 a intervalles réguliers, pendant 30 secondes, à 24 heures. Another arrangement to avoid any risk of blockage of the turbine 1, including in the presence of large quantities of fibrous materials, consists in reversing the direction of rotation of the turbine 1 at regular intervals, for 30 seconds, to 24 hours.

Enfin la turbine peut étre placée dans un bassin comprenant des systèmes de stabilisation de flux, tels que des parois radiales ou concentriques par exemple de type "Clifford". Finally, the turbine can be placed in a basin comprising flow stabilization systems, such as radial or concentric walls, for example of the "Clifford" type.

Les divers réglages se font en particulier au moyen d'un tube 4, figure 1, mobile par rapport a l'axe de la turbine 1. Le tube 4 est fileté à une extremité, et solidaire à l'autre, par soudure, d'une plaque 5, située à la partie inférieure du dispositif. La plaque 7 et un écrou de serrage 9 permettent de bloquer le tube 4 sur des pattes 10. Ces pattes sont fixées par soudure sur un profilé en U 6, lui même solidaire du moteur 2 d'entrainement de la turbine 1. The various adjustments are made in particular by means of a tube 4, Figure 1, movable relative to the axis of the turbine 1. The tube 4 is threaded at one end, and secured to the other, by welding, d 'a plate 5, located at the bottom of the device. The plate 7 and a clamping nut 9 make it possible to block the tube 4 on legs 10. These legs are fixed by welding on a U-shaped section 6, itself integral with the motor 2 driving the turbine 1.

Le ou les tubes 3 permettant l'aspiration des gaz sont enfilés dans le tube 4 dans lequel ils peuvent coulisser. On regle la position de l'embout de ces tubes 3 par rapport à la turbine 1, à l'aide d'un système de blocage comme par exemple un serre-joint tubulaire type "SERFLEX", ou de tout autre dispositif. The tube or tubes 3 allowing the gases to be sucked are threaded into the tube 4 in which they can slide. We adjust the position of the tip of these tubes 3 relative to the turbine 1, using a blocking system such as a tubular clamp type "SERFLEX", or any other device.

Ces tubes peuvent être laissés en l'état, ou etre munis des dispositifs de perte de charge 2a-2b-2c-2d2e ou 2f. These tubes can be left as they are, or be fitted with pressure drop devices 2a-2b-2c-2d2e or 2f.

Le dispositif peut par exemple dans le cas du traitement physico-chimique d'un effluent, comporter deux tubes d'aspiration 3, l'un pour l'air, l'autre pour un floculant contenu dans un réservoir, la dispersion du floc formé, allégé par la présence de fines bulles, se faisant à partir de la turbine 1.  The device can for example in the case of the physico-chemical treatment of an effluent, comprise two suction tubes 3, one for air, the other for a flocculant contained in a reservoir, the dispersion of the floc formed , lightened by the presence of fine bubbles, made from the turbine 1.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1. Dispositif pour aspirer, mélanger et disperser un ou plusieurs gaz, un ou plusieurs liquides, un ou plusieurs solides mélangés à un ou plusieurs gaz, ou un ou plusieurs liquides, dans un ou plusieurs liquides et qui permet le réglage des debits de ces gaz, solides ou liquides, caractérisé en ce qu'il est constitué par un tube 4 mobile par rapport au plan d'une turbine 1, fileté à une extrémité, et solidaire par soudure d'une plaque 5 située à sa partie inférieure, une plaque 7 et un écrou 9 permettant le serrage et l'immobilisation sur des pattes 10, soudées a un profil en 1. Device for sucking, mixing and dispersing one or more gases, one or more liquids, one or more solids mixed with one or more gases, or one or more liquids, in one or more liquids and which allows the adjustment of the flow rates of these gas, solid or liquid, characterized in that it consists of a tube 4 movable relative to the plane of a turbine 1, threaded at one end, and integral by welding with a plate 5 located at its lower part, a plate 7 and a nut 9 allowing tightening and immobilization on legs 10, welded to a profile in U 6, solidaire du moteur d'entrainement 2 de Ia turbine 1, et dans lequel coulisse au moins un tube 3 dont la hauteur de l'extrémité est reglable par rapport à la turbine 1 au moyen d'un système de blocage 8.U 6, integral with the drive motor 2 of the turbine 1, and in which slides at least one tube 3, the height of the end of which is adjustable relative to the turbine 1 by means of a locking system 8. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour la formation régulière de fines bulles. 2. Device according to claim 1 characterized in that it further comprises means for the regular formation of fine bubbles. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comprend un système de reglage et de stabilisation du débit des gaz, solides, ou liquides aspirés, par création d'une perte de charge. 3. Device according to claims 1 and 2 characterized in that it comprises a system for adjusting and stabilizing the flow of gases, solids, or liquids sucked in, by creating a pressure drop. 4. Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé par l'utilisation pour la création de pertes de charges, d'embouts disposés à l'une quelconque des extrémités des tubes d'aspiraton.  4. Device according to claims 1 to 3 characterized by the use for the creation of pressure drops, tips arranged at any one of the ends of the suction tubes. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ces embouts peuvent être soit en tôle perforée, soit en matiere élastique perforée ou poreuse, soit en matière poreuse, l'axe des perforations ou des pores se situant dans l'une quelconque des positions entre les axes verticaux et horizontaux, la hauteur cylindrique de répartition des pores ou perforations se situant entre O et 30 millimètres. 5. Device according to any one of claims 1 to 4 characterized in that these nozzles can be either of perforated sheet metal, or of perforated or porous elastic material, or of porous material, the axis of the perforations or pores being located in any of the positions between the vertical and horizontal axes, the cylindrical height of distribution of the pores or perforations being between 0 and 30 millimeters. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 a 5 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de réglage des débits des corps et composés aspirés, par ajustement de la hauteur d'immersion de la turbine dans le liquide. 6. Device according to any one of claims 1 to 5 characterized in that it further comprises a means for adjusting the flow rates of the bodies and compounds sucked in, by adjusting the immersion height of the turbine in the liquid. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de décolmatage de la turbine par des matières solides, en inversant régulièrement, et ' pendant une période courte par rapport au temps de fonctionnement, le sens de rotation de la turbine. 7. Device according to any one of claims 1 to 6 characterized in that it comprises a means for unclogging the turbine with solid materials, by regularly inverting, and 'for a short period relative to the operating time, the direction of rotation of the turbine. 8. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé en ce qu'il comporte la possibilité d'aspirer les liquides et corps ou composés quelconques, soit de bas en haut, soit de haut en bas par retournement de la position de la turbine et de son moteur. 8. Device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises the possibility of sucking up liquids and any body or compound, either from bottom to top, or from top to bottom by reversing the position of the turbine and its engine. 9. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour disperser un ou des gaz ou liquides, ou solides injectés sous pression, ou des mélanges de ces corps ou composés. 9. Device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises means for dispersing one or more gases or liquids, or solids injected under pressure, or mixtures of these bodies or compounds. 10. Application du dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 9des revendications 1 a 9, pour réaliser l'épuration physico-chimique par flottation d'une eau résiduaire, au moyen de deux tubes d'aspiration pour l'air et un floculant, en vue de former et de disperser un floc dans un bassin. 10. Application of the device according to any one of claims 1 to 9 of claims 1 to 9, for carrying out the physicochemical purification by flotation of waste water, by means of two suction tubes for air and a flocculant, in order to form and disperse a floc in a basin. 11. Dispositif selon l'une quelconque de revendications 1 a 10,- caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'économiser de l'énergie de brassage en cas de variation du niveau liquide au dessus de la turbine. 11. Device according to any one of claims 1 to 10, - characterized in that it comprises a means of saving stirring energy in the event of variation of the liquid level above the turbine. 12. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des tubes d'aspiration en matières plus fragiles que la turbine pour protéger cette dernière.  12. Device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it comprises suction tubes made of more fragile materials than the turbine to protect the latter.