WO2004054694A1 - Dispositif d’agitation d’un liquide et d’injection d’un gaz dans ce liquide a engorgement limite - Google Patents

Dispositif d’agitation d’un liquide et d’injection d’un gaz dans ce liquide a engorgement limite Download PDF

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WO2004054694A1
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turbine
liquid
gas
mobile
axial flow
Prior art date
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PCT/FR2003/050151
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Inventor
Stéphane Melen
Martine Poux
Catherine Xuereb
Rodolphe Sardeing
Original Assignee
L'air Liquide Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Centre National De La Recherche Scientifique
Institut National Plytechnique De Toulouse
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/19—Stirrers with two or more mixing elements mounted in sequence on the same axis
    • B01F27/192—Stirrers with two or more mixing elements mounted in sequence on the same axis with dissimilar elements
    • 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
    • B01F23/233—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements
    • B01F23/2334—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements provided with stationary guiding means surrounding at least partially the stirrer
    • B01F23/23342—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements provided with stationary guiding means surrounding at least partially the stirrer the stirrer being of the centrifugal type, e.g. with a surrounding stator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/111—Centrifugal stirrers, i.e. stirrers with radial outlets; Stirrers of the turbine type, e.g. with means to guide the flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/113—Propeller-shaped stirrers for producing an axial flow, e.g. shaped like a ship or aircraft propeller

Definitions

  • the present invention relates to a device for agitating a liquid in a reactor and for injecting a gas in this liquid, using a self-aspirating turbine.
  • Document EP-A1-0 995 485 describes a device for agitating a liquid in a reactor and for injecting a gas into this liquid.
  • This device comprises a motor for driving a vertical shaft disposed above the reactor.
  • the motor shaft carries and drives at its lower end a propeller immersed in the liquid; it also carries and drives a self-aspirating turbine placed between the surface of the liquid and the propeller.
  • the self-aspirating turbine is connected to a source of gas, usually oxygenated gas, so that when driven by the motor shaft, it sucks both gas and the liquid in which it is immersed , thus forming a gas-liquid dispersion.
  • the gas-liquid dispersion generated by the self-aspirating turbine is directed towards the propeller using an annular box forming a deflector which envelops the self-aspirating turbine. It has been observed that, under certain conditions of use of this type of device of the prior art, the gas suction capacity in the turbine was limited due to the engorgement of gas of the volume defined by the turbine and the annular box.
  • the evacuation of the gas-liquid mixture from the annular box is difficult: on the one hand, there is no dispersion of the gas in the reactor, on the other hand, the gas present under the annular box attempts to s escape by the means of admission of the liquid into the turbine, which leads to an absence of transfer of the gas in the liquid and to a waste of the gas which rises to the surface without being used.
  • the object of the present invention is to provide a device of this type in which the gas suction capacity in the turbine is increased.
  • the invention relates to a device for agitating a liquid and injecting a gas into this liquid as defined above, in which the surface of the lower disc of the self-aspirating turbine is smaller. on the surface of the upper disc of said turbine.
  • FIGS. 1A and 1B are schematic views of a device according to the prior art
  • FIGS. 2 and 3 are schematic views of self-aspirating turbines usable in the device according to the invention
  • - Figure 4 shows the engorgement limit curves of different devices according to the invention and according to the prior art.
  • reactor means natural “basin” as well as “reservoir” with more or less close walls and with more or less closed skies.
  • the invention therefore relates to a device for agitating a liquid and injecting a gas into said liquid, comprising:
  • the output shaft being wrapped coaxially by a cylinder whose lower end opens into the self-aspirating turbine and whose upper end is linked in a manner tight to the drive device and is pierced with a gas injection opening in an annular interval delimited by the shaft and the cylinder, the turbine being made up of two superimposed discs and a set of radial blades disposed between the discs and fixed to them, the upper disc being pierced with a central hole into which penetrates the lower end of the cylinder which delimits with the edge of said hole an at least partially annular space through which liquid is drawn into the turbine, - means for directing towards the mobile with axial flow the gas-liquid dispersion expelled radially by the turbine, and in which the surface of the lower disc of the turbine e self-suction is less than the surface of the upper disc of said turbine.
  • FIGS 1A and 1B are used to characterize the device according to the prior art and which is improved by the present invention.
  • the device according to the invention comprises a drive device (1), for example a motor, arranged above the surface of the liquid (L), provided with a rotary outlet shaft (2) extending vertically and partially immersed in the liquid (L).
  • the shaft (2) carries at its lower end (3) a mobile with axial flow, preferably a propeller (4), immersed in the liquid.
  • the shaft (2) also carries, arranged between the propeller (4) and the surface of the liquid (L), a self-aspirating turbine (5) which is consequently immersed in the reactor and is driven by the output shaft (2) at the same speed as the propeller (4).
  • the output shaft (2) is coaxially wrapped by a cylinder (6) linked at its upper end (6b) to the drive device (1), with the interposition of a sealing device (7), and of which l 'lower end (6a) opens into the turbine (5) coaxially with the shaft (2).
  • a sealing device (7) In the upper end of the cylinder (6) is pierced an opening (14) for injecting a gas into the annular gap (15) delimited by the shaft (2) and by the cylinder (6).
  • the gas injection system in the orifice (14) is not shown.
  • the self-aspirating turbine (5) consists of two discs (8, 9) placed horizontally, and a set of radial vanes (11), placed between the discs (8, 9) and fixed to them.
  • the essential characteristic of the invention derives from the nature of the self-aspirating turbine used.
  • the surface of the lower disc (9) of the self-aspirating turbine (5) must be less than the surface of the upper disc (9) of said turbine. This characteristic can be obtained by the use of different types of turbine.
  • the lower disc (9) of the self-aspirating turbine (5) may have a diameter less than the diameter of the upper disc (8).
  • the diameter of the lower disc (9) is at least greater than or equal to the diameter of the at least partially annular space (13) through which the liquid is drawn into the turbine.
  • This type of turbine is illustrated in FIG. 2.
  • the lower disc (8) is at least partially hollowed out.
  • hollow out is meant removing part of the disc.
  • the lower disc (8) can be, for example, at least partially hollowed out in the form of a ring, that is to say a form of ring is removed from the lower disc.
  • FIG. 3 A turbine can also be used in which the entire center of the lower disc has been removed except for an outer ring. In the latter case, the lower disc is only composed of a metal crown.
  • the output shaft (2) passes axially through the discs (8, 9) of the turbine (5) while being fixed to the lower disc (9), so that when the drive device (1) is actuated, the shaft (2) drives the turbine (5) and the axial flow mobile (4) in rotation at the same speed.
  • the rotation of the turbine (5) creates the suction of the gas arriving through the orifice (14), via the cylinder (6), as well as the suction of part of the liquid which is introduced by the annular gap (13) left free between the turbine (5) and the cylinder (6).
  • the device according to the invention comprises means for directing towards the propeller (4) the gas-liquid dispersion expelled radially by the turbine (5) between its blades (11).
  • these means may comprise an annular box (16) forming a deflector, enveloping the turbine (5) and profiled in order to direct towards the mobile with axial flow (4) a flow coming radially from the turbine, pierced with two openings superimposed central units (17, 18) coaxial with the shaft (2).
  • the diameter of the lower opening (18) is greater than the diameter of the upper opening (17) and substantially equal to the diameter of the upper disc of the self-aspirating turbine (5).
  • the means for directing the gas-liquid dispersion towards the propeller (4) may also comprise a set of substantially vertical plates (19), forming counterblades, arranged radially around the deflector box (16) and fixed to it .
  • each counterblade (19) penetrates radially inside the deflector box (16), to which it is fixed by suitable means, for example welding or riveting.
  • the counter blades (19) can be arranged around the self-aspirating turbine (5) and the propeller (4) in an appropriate number at determined angular intervals.
  • a notch (21) In the inner edge of each counterblade (19) is formed, at the level of the propeller (4), a notch (21) into which the blades of the propeller blades (4) can penetrate.
  • a device according to the invention makes it possible to push the congestion limit of a device of the same type according to the prior art.
  • a device according to the invention operates normally and will make it possible to inject the gas into the liquid and to stir the liquid, under conditions where the device according to the prior art is clogged with it.
  • An advantage of the device according to the invention is that at identical powers, the device according to the invention makes it possible to increase the flow rate of gas injected into the liquid compared to the device according to the prior art. This increase is at least 30%.
  • the device according to the invention has a simplified operation compared to the device of the prior art.
  • no additional stirring mobile is placed on the output shaft below the self-aspirating turbine, unlike the optimized version of the device according to the prior art.
  • FIG. 1 Devices as described in FIG. 1 have been equipped with different types of self-aspirating turbine.
  • a first series of turbine tested corresponds to the implementation of the first variant of the invention (surface of the lower disk of the turbine lower than the surface of the upper disk of the turbine).
  • the characteristics of these different turbines according to the first variant are defined in Table 1 below.
  • Impeller Disc diameter Lower upper disc diameter
  • the gas used is air at a pressure of 2 bar absolute.
  • the detection of engorgement is done visually by observing, on the one hand, the stopping of the dispersion of the gas in the reactor and, on the other hand, by the evacuation of the gas by the means of admission of the liquid in the turbine (annular space 13).
  • the curve of FIG. 4 represents for each device of FIG. 1 equipped with the turbines 0, 1, 2, 3 and 4 the gas flow rates (Q in l / h) observed during blockage for different values of rotation speed ( N in min "1 ). It can be seen that at identical speed, the congestion of the devices implementing the turbines 1 to 4 is obtained for much higher gas flow rates than for the device implementing the turbine 0.
  • N in min "1 ) the congestion of the devices implementing the turbines 1 to 4 is obtained for much higher gas flow rates than for the device implementing the turbine 0.
  • the depressions were characterized by the measurement of the Euler number and are collated in table 2. The Euler number reflects the capacity of the device to induce gas in the turbine: the higher it is, the more the turbine creates a depression important in the cylinder (6).
  • the device according to the invention equipped with the Turbine 1 makes it possible to push the congestion limit significantly, it has a low Euler number and therefore a low gas induction capacity.
  • the devices according to the invention equipped with Turbines 2 to 4 have a satisfactory Euler number while pushing the congestion limits of the device according to the prior art (Turbine 0).

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'agitation d'un liquide et d'injection d'un gaz dans ce liquide, comprenant un dispositif d'entraînement disposé au-dessus du réacteur, pourvu d'un arbre de sortie (2) vertical équipé à son extrémité d'une turbine auto-aspirante (15). La turbine est constituée de deux disques superposés (8,9) et la surface du disque inférieur (9) est inférieure à la surface du disque supérieure (8).

Description

Dispositif d'agitation d'un liquide et d'injection d'un gaz dans ce liquide à engorgement limité.
La présente invention concerne un dispositif d'agitation d'un liquide dans un réacteur et d'injection d'un gaz dans ce liquide, mettant en œuvre une turbine autoaspirante.
Le document EP-A1-0 995 485 décrit un dispositif d'agitation d'un liquide dans un réacteur et d'injection d'un gaz dans ce liquide. Ce dispositif comprend un moteur d'entraînement d'un arbre vertical disposé au-dessus du réacteur. L'arbre du moteur porte et entraîne à son extrémité inférieure une hélice immergée dans le liquide ; il porte et entraîne également une turbine auto-aspirante placée entre la surface du liquide et l'hélice. La turbine auto-aspirante est connectée à une source de gaz, généralement un gaz oxygéné, de manière à ce que lorsqu'elle est entraînée par l'arbre du moteur, elle aspire à la fois du gaz et du liquide dans lequel elle est immergée, formant ainsi une dispersion gaz -liquide. La dispersion gaz-liquide générée par la turbine auto-aspirante est dirigée vers l'hélice à l'aide d'un caisson annulaire formant déflecteur qui enveloppe la turbine auto-aspirante. On a pu constater que, dans certaines conditions d'utilisation de ce type de dispositif de l'art antérieur, la capacité d'aspiration du gaz dans la turbine était limitée du fait de l'engorgement en gaz du volume défini par la turbine et le caisson annulaire. Ainsi, l'évacuation du mélange gaz-liquide hors du caisson annulaire se fait difficilement : d'une part, il y a absence de dispersion du gaz dans le réacteur, d'autre part, le gaz présent sous le caisson annulaire tente de s'échapper par les moyens d'admission du liquide dans la turbine, ce qui conduit à une absence de transfert du gaz dans le liquide et à un gaspillage du gaz qui remonte à la surface sans être utilisé.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de ce type dans lequel la capacité d'aspiration du gaz dans la turbine est augmentée. Dans ce but, l'invention concerne un dispositif d'agitation d'un liquide et d'injection d'un gaz dans ce liquide tel que défini ci-dessus, dans lequel la surface du disque inférieur de la turbine auto-aspirante est inférieure à la surface du disque supérieur de ladite turbine.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Des formes et des modes de réalisation de l'invention sont donnés à titre d'exemples non limitatifs, illustrés par les dessins joints dans lesquels : - les figures 1A et 1B sont des vues schématiques d'un dispositif selon l'art antérieur,
- les figures 2 et 3 sont des vues schématiques de turbines auto-aspirantes utilisables dans le dispositif selon l'invention, - la figure 4 représente les courbes de limite d'engorgement de différents dispositifs selon l'invention et selon l'art antérieur.
Dans ce qui suit, le terme « réacteur » signifie « bassin » naturel ainsi que « réservoir » à parois plus ou moins proches et à ciel plus ou moins fermé.
L'invention concerne donc un dispositif d'agitation d'un liquide et d'injection d'un gaz dans ledit liquide, comprenant :
- un dispositif d'entraînement disposé au-dessus du liquide, pourvu d'un arbre de sortie vertical équipé :
. à son extrémité inférieure d'au moins un mobile à flux axial immergé dans le liquide, et . d'une turbine immergée dans le réacteur et entraînée par l'arbre de sortie, l'arbre de sortie étant enveloppé coaxialement par un cylindre dont l'extrémité inférieure débouche dans la turbine auto-aspirante et dont l'extrémité supérieure est liée de manière étanche au dispositif d'entraînement et est percée d'une ouverture d'injection d'un gaz dans un intervalle annulaire délimité par l'arbre et le cylindre, la turbine étant constituée de deux disques superposés et d'un ensemble d'aubes radiales disposées entre les disques et fixées à ceux-ci, le disque supérieur étant percé d'un trou central dans lequel pénètre l'extrémité inférieure du cylindre qui délimité avec le bord dudit trou un espace au moins partiellement annulaire par lequel du liquide est aspiré dans la turbine, - des moyens pour diriger vers le mobile à flux axial la dispersion gaz-liquide expulsée radialement par la turbine, et dans lequel la surface du disque inférieur de la turbine auto-aspirante est inférieure à la surface du disque supérieur de ladite turbine.
Les figures 1 A et 1B permettent de caractériser le dispositif selon l'art antérieur et qui est amélioré par la présente invention. Le dispositif selon l'invention comprend un dispositif d'entraînement (1 ), par exemple un moteur, disposé au-dessus de la surface du liquide (L), pourvu d'un arbre rotatif de sortie (2) s'étendant verticalement et partiellement immergé dans le liquide (L). L'arbre (2) porte à son extrémité inférieure (3) un mobile à flux axial, de préférence une hélice (4), immergé dans le liquide. L'arbre (2) porte également, disposée entre l'hélice (4) et la surface du liquide (L), une turbine autoaspirante (5) qui est par conséquent immergée dans le réacteur et est entraînée par l'arbre de sortie (2) à la même vitesse que l'hélice (4). L'arbre de sortie (2) est enveloppé coaxialement par un cylindre (6) lié à son extrémité supérieure (6b) au dispositif d'entraînement (1 ), avec interposition d'un dispositif d'étanchéité (7), et dont l'extrémité inférieure (6a) débouche dans la turbine (5) coaxialement à l'arbre (2). Dans l'extrémité supérieure du cylindre (6) est percée une ouverture (14) d'injection d'un gaz dans l'intervalle annulaire (15) délimité par l'arbre (2) et par le cylindre (6). Le système d'injection de gaz dans l'orifice (14) n'est pas représenté.
La turbine auto-aspirante (5) est constituée de deux disques (8, 9) placés horizontalement, et d'un ensemble d'aubes radiales (11), placées entre les disques (8, 9) et fixées à ceux-ci. La caractéristique essentielle de l'invention tient à la nature de la turbine auto-aspirante mise en oeuvre. Selon l'invention, la surface du disque inférieur (9) de la turbine auto-aspirante (5) doit être inférieure à la surface du disque supérieur (9) de ladite turbine. Cette caractéristique peut être obtenue par la mise en oeuvre de différents types de turbine. Selon une première variante du dispositif selon l'invention, le disque inférieur (9) de la turbine auto-aspirante (5) peut présenter un diamètre inférieur au diamètre du disque supérieur (8). De préférence, le diamètre du disque inférieur (9) est au moins supérieur ou égal au diamètre de l'espace au moins partiellement annulaire (13) par lequel le liquide est aspiré dans la turbine. Ce type de turbine est illustré par la figure 2. Selon une deuxième variante du dispositif selon l'invention, le disque inférieur (8) est au moins partiellement évidé. Par "évider", on entend le fait d'ôter une partie du disque. Le disque inférieur (8) peut être, par exemple, au moins partiellement évidé sous la forme d'un anneau, c'est-à-dire qu'une forme d'anneau est ôtée du disque inférieur. Ce type de turbine est illustré par la figure 3. On peut également utiliser une turbine dans laquelle on a ôté tout le centre du disque inférieur sauf une couronne extérieure. Dans ce dernier cas, le disque inférieur n'est plus composé que d'une couronne de métal. On peut aussi utiliser une turbine dans laquelle on a ôté au moins un secteur angulaire, de préférence plusieurs secteurs angulaires répartis symétriquement. Enfin, il est possible de combiner ces différentes variantes et d'utiliser des turbines dont le disque inférieur est partiellement évidé en combinant différentes formes d'évidement tel qu'un évidement par anneau et un évidement par secteur. Ainsi, on peut utiliser une turbine dont des secteurs angulaires d'anneaux sont évidés.
L'arbre de sortie (2) traverse axialement les disques (8, 9) de la turbine (5) en étant fixé au disque inférieur (9), de sorte que lorsque le dispositif d'entraînement (1 ) est actionné, l'arbre (2) entraîne la turbine (5) et le mobile à flux axial (4) en rotation à la même vitesse. La rotation de la turbine (5) crée l'aspiration du gaz arrivant par l'orifice (14), par l'intermédiaire du cylindre (6), ainsi que l'aspiration d'une partie du liquide qui s'introduit par l'intervalle annulaire (13) laissé libre entre la turbine (5) et le cylindre (6). Le dispositif selon l'invention comprend des moyens pour diriger vers l'hélice (4) la dispersion gaz-liquide expulsée radialement par la turbine (5) entre ses aubes (11). Selon le mode préféré, ces moyens peuvent comprendre un caisson annulaire (16) formant déflecteur, enveloppant la turbine (5) et profilé afin de diriger vers le mobile à flux axial (4) un flux issu radialement de la turbine, percé de deux ouvertures centrales superposées (17, 18) coaxiales à l'arbre (2). De préférence, le diamètre de l'ouverture inférieure (18) est supérieur au diamètre de l'ouverture supérieure (17) et sensiblement égal au diamètre du disque supérieur de la turbine auto-aspirante (5). Les moyens pour diriger vers l'hélice (4) la dispersion gaz-liquide peut également comprendre un ensemble de plaques (19) sensiblement verticales, formant des contre-pâles, disposées radialement autour du caisson déflecteur (16) et fixées à celui-ci. A cet effet, chaque contre-pâle (19) pénètre radialement à l'intérieur du caisson déflecteur (16), auquel elle est fixée par des moyens appropriés, par exemple soudure ou rivetage. Les contre- pâles (19) peuvent être disposées autour de la turbine auto-aspirante (5) et de l'hélice (4) en nombre approprié à des intervalles angulaires déterminés. Dans le bord intérieur de chaque contre-pâle (19) est ménagée, au niveau de l'hélice (4), une entaille (21) dans laquelle peuvent pénétrer des extrémités des pâles de l'hélice (4).
Un dispositif selon l'invention permet de repousser la limite d'engorgement d'un appareil de même type selon l'art antérieur. Ainsi, un dispositif selon l'invention fonctionne normalement et permettra d'injecter le gaz dans le liquide et d'agiter le liquide, dans des conditions où le dispositif selon l'art antérieur est lui engorgé. Un avantage du dispositif selon l'invention est qu'à puissances identiques, le dispositif selon l'invention permet d'augmenter le débit de gaz injecté dans le liquide par rapport au dispositif selon l'art antérieur. Cette augmentation est d'au moins 30 %.
Un autre avantage est que le dispositif selon l'invention présente un fonctionnement simplifié par rapport au dispositif de l'art antérieur. Ainsi, aucun mobile d'agitation additionnel n'est placé sur l'arbre de sortie en dessous de la turbine autoaspirante, contrairement à la version optimisée du dispositif selon l'art antérieur.
Exemples de mise en œuyre du dispositif
Des dispositifs tels que décrits sur la figure 1 ont été équipés de différents types de turbine auto-aspirantes. Une première série de turbine testée correspond à la mise en œuvre de la première variante de l'invention (surface du disque inférieur de la turbine inférieur à la surface du disque supérieur de la turbine). Les caractéristiques de ces différentes turbines selon la première variante sont définies dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1
Turbine Diamètre du disque Diamètre du disque supérieur inférieur
Turbine 0 80 mm 80 mm
(art antérieur)
Turbine 1 80 mm 0
Turbine 2 80 mm 50 mm
Turbine 3 80 mm 60 mm
D'autres tests ont été réalisés avec une turbine correspondant à la mise en œuvre de la deuxième variante de l'invention (diamètre des deux disques identiques et disque inférieur de la turbine partiellement évidé). La turbine testée, dénommée Turbine 4, présente des disques de diamètre 80 mm et dans son disque inférieur, on a ôté un anneau de 5 mm de large à partir d'une distance de 25 mm du centre du disque. L'engorgement en gaz des dispositifs d'agitation selon la figure 1 équipés par les différentes turbines 1 à 4 a été comparé à l'engorgement du dispositif selon l'art antérieur équipé de la turbine 0 et d'un mobile d'agitation additionnel placé sur l'arbre de sortie en dessous de la turbine 0. Afin de détecter l'engorgement, le débit de gaz dans le dispositif a été augmenté tout en conservant la vitesse du dispositif d'entraînement constante. Le gaz employé est de l'air à une pression de 2 bars absolus. La détection de l'engorgement se fait visuellement par observation, d'une part, de l'arrêt de la dispersion du gaz dans le réacteur et, d'autre par, de l'évacuation du gaz par les moyens d'admission du liquide dans la turbine (espace annulaire 13).
La courbe de la figure 4 représente pour chaque dispositif de la figure 1 équipé des turbines 0, 1 , 2, 3 et 4 les débits de gaz (Q en l/h) observés à l'engorgement pour différentes valeurs de vitesse de rotation (N en min"1). On constate qu'à vitesse identique, l'engorgement des dispositifs mettant en œuvre les turbines 1 à 4 est obtenu pour des débits de gaz bien plus élevés que pour le dispositif mettant en œuvre la turbine 0. Par simulation numérique, on a également calculé les dépressions générées par chacune de ces turbines dans le cylindre (6) entourant l'arbre (2) et dans lequel circule le gaz. Les dépressions ont été caractérisées par la mesure du nombre d'Euler et sont rassemblées dans le tableau 2. Le nombre d'Euler traduit la capacité du dispositif à induire le gaz dans la turbine : plus il est élevé, plus la turbine crée une dépression importante dans le cylindre (6). Le nombre d'Euler est calculé de la manière suivante : Eu = ΔP/(pL(ND)2) où : ΔP est la dépression générée par la turbine dans le cylindre (6) exprimée en Pa, D est le diamètre définis par les pâles de la turbine exprimé en m, N est la vitesse de rotation de la turbine exprimé en s"1, et pL est la masse volumique du liquide exrpimé en kg/m"3. D a une valeur de 80 mm pour toutes les turbines testées.
Tableau 2
Turbine Nombre d'Euler Eu
Turbine 0 4,71
(art antérieur)
Turbine 1 1,30
Turbine 2 3,14
Turbine 3 3,97
Turbine 4 4,09
On observe que, bien que le dispositif selon l'invention équipé de la Turbine 1 permette de repousser la limite d'engorgement de manière importante, il présente un nombre d'Euler faible et donc une capacité d'induction du gaz faible. Les dispositifs selon l'invention équipés des Turbines 2 à 4 présentent un nombre d'Euler satisfaisant tout en repoussant les limites d'engorgement du dispositif selon l'art antérieur (Turbine 0).

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'agitation d'un liquide (L) dans un réacteur et d'injection d'un gaz dans un liquide, comprenant : - un dispositif d'entraînement (1 ) disposé au-dessus du récipient, pourvu
- d'un arbre de sortie (2) vertical équipé à son extrémité inférieure d'au moins un mobile à flux axial (4) immergé dans le liquide, et
- d'une turbine auto-aspirante (5) immergée dans le réacteur et pouvant être entraînée par l'arbre de sortie (2), l'arbre de sortie étant enveloppé coaxialement par un cylindre (6) dont l'extrémité inférieure (6a) débouche dans la turbine et dont l'extrémité supérieure (6b) est liée de manière étanche au dispositif d'entraînement (1) et est percée d'une ouverture (14) d'injection d'un gaz dans un intervalle annulaire (15) délimité par l'arbre et le cylindre, la turbine étant constituée de deux disques superposés (8, 9) et d'un ensemble d'aubes radiales (11) disposées entre les disques et fixées à ceux-ci, le disque supérieur (8) étant percé d'un trou central (12) dans lequel pénètre l'extrémité inférieure (6a) du cylindre (6) qui délimité avec le bord dudit trou un espace au moins partiellement annulaire (13) par lequel du liquide est aspiré dans la turbine, - des moyens pour diriger vers le mobile à flux axial (4) la dispersion gaz-liquide expulsée radialement par la turbine (5), caractérisé en ce que la surface du disque inférieur (9) de la turbine auto-aspirante (5) est inférieure à la surface du disque supérieur (9) de ladite turbine.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le disque inférieur (9) de la turbine auto-aspirante (5) présente un diamètre inférieur au diamètre du disque supérieur (8).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre du disque inférieur (9) est au moins supérieur ou égal au diamètre de l'espace au moins partiellement annulaire (13).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le disque inférieur (8) est au moins partiellement évidé.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le disque inférieur (8) est au moins partiellement évidé sous la forme d'un anneau.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mobile à flux axial (4) est une hélice.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour diriger vers le mobile à flux axial (4) la dispersion gaz-liquide expulsée radialement par la turbine (5) comprennent un caisson annulaire (16) formant déflecteur, enveloppant la turbine (5) et profilé afin de diriger vers le mobile à flux axial (4) un flux issu radialement de la turbine, percé de deux ouvertures centrales superposées (17, 18) coaxiales à l'arbre (2).
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'aucun mobile d'agitation additionnel n'est placé sur l'arbre de sortie en dessous du mobile à flux axial (4).
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