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PERFECTIONNEMENTS A DES APPAREILS POUR L'AGGLOMERATION DE PARTICULES A SUPPORT GAZEUX, AVANT LEUR SEPARATION ET LEUR CAPTAGE.
La présente invention est relative à l'agglomération de parti- cules à support gazeux de matière solide ou liquide, avant leur séparation et leur captage. Les particules peuvent avoir des dimensions s'étendant sur une large gamme de grandeurs particulaires, à partir de quelques unités Ang- ström jusqu'à plusieurs millimètres. On sait qu'il est difficile de capter de très petites particules au moyen de dispositifs ou appareils collecteurs mécaniques, tels que les cyclones, qui sont utilisés le plus efficacement pour la séparation et le captage de particules ayant un diamètre moyen non inférieur à 20 microns.
L'invention prévoit un appareil destiné à agglomérer les par- ticules à support gazeux, de façon à former des particules plus grandes, qui puissent être captées plus facilement par le dispositif collecteur, le cou- rant gazeux contenant les particules en suspension étant envoyé à travers un venturi, grâce à un courant, à grande vitesse, de fluide constitué par un aérosol ou un micro-brouillard de particules liquides produites par un générateur à aéro-jet, alimenté en air comprimé et en liquide d'humidifi- cation.
L'appareil conforme à l'invention se caractérise par le fait que le générateur à aéro-jet comprend un corps, un chapeau fixé à l'une des extrémités dudit corps et une tuyère distributrice engagée dans ledit corps et verrouillée par ledit chapeau, ledit corps présentant des conduits pour l'air comprimé amené par un tuyau externe pour passer extérieurement à la- dite tuyère et se diriger vers un trou prévu au centre dudit chapeau, et la tuyère présentant un passage axial se terminant par un orifice pour la dé- charge, par le trou précité, de liquide d'humidification fourni par un au- tre tuyau externe menant à l'autre extrémité dudit passage.
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Cet appareil est particulièrement efficient lorsque le fluide secondaire (l'aérosol ou micro-brouillard) a un rapport de distribution di- mension de particule/fréquence semblable à celui du fluide primaire ou commandé (la suspension gazeuse) et est injecté en une concentration légèrement supérieure à celle du fluide primaire (voir brevet belge n 489.018 -dû.- 14- mai 1949). A cet effet, le générateur à aéro-jet est prévu pour fournir des dispersions ayant une gamme variable de dimensions de particules et und dis- tribution dimension/fréquence qui puisse être réglée par une simple' soupape à air, en liaison avec un dispositif à manomètre, selon la finesse et-la' - courbe de distribution dimension/fréquence des particules dans la suspension introduite dans le venturi.
Cet appareil est d'un intérêt spécial dans le cas où l'on désire agglomérer des particules aux noeuds d'un système d'ondes stationnaires ultra-sonores. Il est connu que, dans ce cas, il est nécessai- re d'accroitre le diamètre statistique moyen de la particule type considérée, jusqu'à ce qu'un "mouvement de résonance" soit établi. Dans les milieux ga- zeux (comme dans les milieux liquides), il existe une relation précise entre la fréquence de vibration et la dimension et la masse dès particules, pour l'obtention du "mouvement de résanance".
Grâce à l'appareil faisant l'objet de la présente invention, on peut obtenir avec facilité des conditions optimum d'agglomération, en réglant l'alimentation en air comprimé vers le générateur à aéro-jet, au moyen de la soupape à air.
L'invention sera décrite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique de l'appareil suivant une forme de réalisation préférée, montrant les moyens destinés à l'alimentation en air comprimé et en liquides d'humidification de même que les moyens de production d'un champ électrique destiné à charger ou à ioniser les particu- les de l'aérosol ou micro-brouillard.
La figure 2 est une vue perspective, à plus grande échelle, d'un générateur à aéro-jet.
La figure 3 est une vue perspective d'une paire de collecteurs de cyclone destinés à capter les particules, vue qui montre les moyens des- tinés à faire monter en crête les ondes stationnaires dans les courants ga- zeux entrants et à y produire des jets d'air additionnels.
La figure 4 est une vue en coupe, à plus grande échelle, du générateur à aéro-jet visible à la figure 2.
La figure 5 est une vue en coupe, à plus petite échelle, du dispositif à venturi alimenté par le générateur à aéro-jet.
La figure 6 est une vue, partiellement en coupe, d'une sirène ultra-sonique destinée à créer des ondes stationnaires dans le courant ga- zeux.
La figure 7 est une vue, en coupe, de la sirène, à plus gran- de échelle.
Si l'on se réfère aux figures 1 à 3, on voit que l'appareil comprend quatre groupes principaux d'éléments connectés :
1. Le dispositif à venturi, avec le générateur à aéro-jet;
2. Les dispositifs secondaires, destinés à l'agglomération poursuivie des particules;
3. Les moyens destinés à capter ou à recueillir, représentés sous forme de cyclones, et
4. Le système auxiliaire à échappement de gaz.
Le dispositif à venturi comprend une section convergente 11, un rétrécissement 12 et une section divergente 13, avec, par exemple, une longueur de 1,5 mètre et une surface de section transversale de 300 cm2 à @
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l'endroit du rétrécissement 12 ; ses extrémités opposées portent des colliers' solidaires 14 et 15, destinés au raccordement d'un conduit 16, transportant'- le courant gazeux, et d'un conduit 17, menant aux collecteurs.-A l'intérieur du conduit 16, comme il est montré aux figures 2 et 4, il est monté .un géné- rateur à aéro-jet 18, alimenté en air comprimé par un conduit 19, contrôlé par une soupape A, et en liquide de mouillage, par un conduit 20;
les deux conduits 19 et 20 sont représentés à la figure 1 comme s'étendant vers la droite, pour le raccordement à d'autres générateurs à aéro-jet si c'est né- cessaire. Le générateur 18 fournit un aérosol ou micro-brouillard du sommet virtuel de la section de cône divergent 13 et axialement par rapport au ven- turi 11-13, qui est de préférence équipé de cônes de mélange internes 21 et
22, soutenus par des supports 23, comme il est montré à la figure 5, pour diriger le courant gazeux entrant.dans l'aéro-jet, à partir du générateur'
18, et pour assurer un mélange complet et une densité élevée de chocs entre les particules.
Comme il est montré à la figure 4, le générateur 18 comprend un corps 24, présentant un trou fileté 25, à l'une de ses extrémités, pour sa fixation à un support 26, un chapeau 27, à son autre extrémité, fixé par un écrou moleté 28, et une tuyère distributrice 29, vissée dans le corps et verrouillée par le chapeau; les extrémités de la tuyère présentent des sur- faces tronconiques externes, les troncs de cônes ainsi formés allant en s'a- mincissant en des sens opposés. Ladite tuyère présente un passage axial 30, se terminant par un orifice 31, pour la décharge du liquide d'humidification reçu du conduit 20, par l'intermédiaire d'un conduit radial 32, dans le corps 24, et d'un conduit axial 33, en registre avec le passage 30.
L'air compri- mé fourni par le conduit 19 traverse un conduit oblique 34 du corps 24, pé- nètre dans une rainure circonférentielle 35 prévue extérieurement à la tuyère 29, rainure de laquelle il passe par un ou plusieurs conduits longitudinaux 36 de la tuyère, vers un espace 37, entourant l'orifice 31, de fagon à souf- fler le liquide sortant de ce dernier par un trou 38, prévu au centre du chapeau 27 ; produit un aérosol ou micro-brouillard de liquide d'humi- dification, traversant à grande vitesse les cônes de mélange 21 et 22 pour frapper les particules solides se trouvant en suspension dans le courant gazeux, le mélange des deux fluides atteignant une vitesse maximum au rétré- cissement 12 du dispositif à venturi.
Les particules en suspension dans le courant gazeux subissent donc une accélération violente, les impacts ou chocs se produisant entre les particules solides et liquides produisant l'agglomération des particules so- lides humidifiées, qui continuent à se combiner ou à adhérer entre elles jusqu'à ce qu'elles atteignent graduellement une dimension appropriée pour leur captage ou recueillement par des appareils de type standard.
L'agglomération des particules peut être facilitée par des dis- positifs secondaires, constitués par des moyens électriques destinés à ioni- ser le courant gazeux, des sirènes soniques ou ultra-soniques destinées à créer des ondes stationnaires dans ledit courant et des générateurs à aéro- jet additionnels destinés à accélérer le courant.
Selon la nature des particules qu'il y a lieu de recueillir, il peut être avantageux d'ioniser avec le signe approprié les particules dispersées par le générateur à aéro-jet 18. Dans ce but, une enveloppe cylin- drique ou grille 39, portée à un voltage élevé, est placée autour du généra- teur 18, forçant ainsi le jet qui sort de ce dernier à traverser les lignes de force du champ électrique à l'intérieur de l'enveloppe cylindrique, qui est supportée par un conducteur à haute tension isolé 40, porté par le con- duit 16, comme il est montré aux figures 2 à 4.
Le conducteur est garni d'un manchon isolant 41, son extrémité inférieure descendant à travers la paroi du conduit, au moyen de deux isolateurs en porcelaine 42, qui se vissent en- semble de façon à serrer une paire de rondelles de résine synthétique 43 contre l'intérieur et l'extérieur de la paroi.
Le conducteur 40 est connecté au pôle négatif de l'alimentation à haute tension, le conduit 16 et la tuyère 18 étant connectés à la terre de façon qu'ils soient chargés positivement;
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une haute tension d'approximativement 12 Kv. peut être employée pour char- ger les particules du micro-brouillard, cette tension étant fournie par un transformateur élévateur de tension 44 et un redresseur 45, alimentés à par- tir d'une source en courant alternatif 46 (figure 1). @ @
Pour recueillir les particules solides dont le diamètre sta- tistique moyen a été fortement accru par l'agglomération, on emploie,' de pré- férence, deux séparateurs à cyclone 47, montés en parallèle comme il est montré à la figure 3, avec un ventilateur d'aspiration 48, en commun;
' ces' cyclones peuvent être construits de la manière habituelle, compte étant'te- nu du fait que le volume admis dans un séparateur à cyclone varie en géné- ral avec le carré de son diamètre.
Pour traiter de grands volumes de gaz, par exemple 18.000 à
30.000 mètres cubes par heure, chaque cyclone peut avoir un diamètre externe de 1,5 mètre, à sa partie supérieure cylindrique, une hauteur de 0,70 mètre pour la partie cylindrique et une hauteur totale de 3 mètres, le volume de gaz passant dans chaque cyclone étant en moyenne de 2,5 mètres cubes par se- conde; avec des appareils de cette capacité, on emploie, de préférence, deux sirènes ultra-soniques 49, comme il est montré aux figures 6 et 7, montées à la base des admissions vers les cyclones et alimentées en air comprimé à une pression de deux atmosphères.
Chaque rotor 50 peut tourner à environ' 20.000 tours par minute et développer une puissance acoustique de 2 Kw. pour une fréquence de 30 Kc., un moteur 51 de 1,5 H.P. étant prévu pour comman-' der le rotor ; sirène est équipée d'un pavillon exponentiel 52,'comme montré à la figure 6, fixé à la base de l'entrée de cyclone respective 53, si bien qu'il se crée un système d'ondes stationnaires ultra-sonores dans le courant gazeux.
Le rotor 50 de la sirène contrôle les orifices 54, espa- cés sur le pourtour de la plaque d'extrémité 55 du stator, comme on peut le voir à la figure 7, l'air comprimé étant fourni par un conduit 56 débouchant dans une rainure ou chambre annulaire 57, à la partie postérieure d'une pla- que de diffuseur 58, autour du bord de laquelle l'air passe'par des trous 59 du rotor, pour atteindre les orifices 54 de la sirène ; trous et ori-' fices sont en nombres différents et sont espacés de telle façon que le rotor démasque les orifices 54 sur les côtés opposés alternativement, donnant ain- si une très haute fréquence à l'onde stationnaire créée dans le courant ga- zeux.
Le réglage de l'espace compris entre le rotor 50 et la plaque d'extré- mité 55 peut être effectué par une vis de réglage 60, dont la pointe entre en engagement avec une cloche 61, pressant axialement, vers le bas, le palier
62 du rotor, à l'encontre de l'action d'un ressort (non représenté) qui sup- porte l'arbre 63 du rotor, à travers le palier, à son extrémité inférieure.
L'admission vers le cyclone est le point le plus convenable ' de l'appareil pour la création d'une telle onde stationnaire dans un espace fermé, sur une petite distance et à travers un écoulement laminaire. La flo- culation ultra-sonique est particulièrement convenable pour des particules dont la combinaison, dans le dispositif à venturi 11-13, avec l'aérosol au- xiliaire provenant du générateur 18 produit des particules agglomérées n'ex- cédant pas un diamètre moyen de 5 microns.
Pour des particules atteignant les cyclones 47, avec un diamètre encore insuffisant pour leur captage dyna- mique dans les conditions de travail, on peut ajouter, en 64 (figure 3), des générateurs à aéro-jet tangentiels,semblables au générateur 18 et ali- mentés par des ramifications des conduits 19 et 20, qui, par dispersion d'un micro-brouillard frais en direction des courants gazeux, peuvent encore aug- menter la masse moyenne des particules.
Le courant gazeux pénétrant dans les cyclones 47 ou autres dis- ¯positifs séparateurs de poussière peut contenir, par exemple, des,particules agglomérées de quartz, dont le diamètre géométrique moyen soit approximati- vement de 20 microns (densité, 2,6), la densité particulière étant d'environ
10.000 particules par centimètre cube. Le générateur à aéro-jet 18, délivrant axialement, en alignement avec le dispositif à venturi 11-13, disperse un micro-brouillard mouillant d'une activité superficielle d'approximativement
30 dynes par centimètre, le générateur à aéro-jet étant alimenté en air com- primé provenant du tuyau 19, à une pression de 6 Kg. par cm2.
La consommation
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de liquide tensio-actif peut atteindre 50 litres par heure pour un généra- teur à aéro-jet fournissant le brouillard à une vitesse supersonique, à sa sortie.
Le ventilateur centrifuge auxiliaire 48 aspire les gaz puri- fiés du sommet des deux cyclones 47, ce ventilateur tournant à 1500 tours par minute et étant-commandé par un moteur 65, de 40 H.P. Les générateurs additionnels à aéro-jet 64, prévus près des entrées tangentielles vers-les cyclones, peuvent être alimentés en air comprimé à une pression de 6 Kg. par cm2 pendant le fonctionnement et avec du liquide à raison d'une quantité comprise entre 50 et 100 litres par heure, conformément aux dimensions de ces générateurs.
Comme il est montré à la figure 1, le liquide d'humidifica- tion fourni par les générateurs à aéro-jet peut être obtenu par passage d'un courant d'eau provenant d'un conduit d'alimentation 66, à travers deux cham- bres 67, contenant des cartouches d'une substance à basse solubilité et à forte activité superficielle, telles que les naphtalène-sulfonates, les al- kyl-sulfonates de soude, les alcoolates de l'acide sulfo-succinique, les savons d'acides gras supérieurs, les esters de l'acide oléique et analogues.
Les soupapes 68 permettent au courant d'eau de passer de l'une des chambres
67 à l'autre, pour permettre le remplacement d'une cartouche usée. La con- sommation de liquide peut être vérifiée par un appareil de mesure d'écoule- ment enregistreur 69,prévu survie conduit d'amenée d'eau, tandis que la' dimension particulaire du brouillard éjecté et son rapport de distribution dimension/fréquence, tel que réglé par la soupape à air simple A, peuvent être lus sur un manomètre 70, se trouvant sur le tuyau d'amenée d'air 71, ce manomètre étant gradué en unités appropriées.
Dans ces conditions de fonctionnement, la dimension granulaire de la suspension particulaire quittant le générateur à aéro-jet 18 est plus que doublée à la sortie du diffuseur à venturi 13 et il est possible d'enre- gistrer un coefficient de captage des particules de quartz précitées appro- chant de 99,9% en nombre de particules et en poids. S'il est introduit une poussière ayant un diamètre moyen inférieur à 5 microns, la mise en marche des dispositifs auxiliaires (grille à champ électrostatique 39, sirène ultra- sonique 49 et générateurs tangentiels à aéro-jet 64) permettre d'assurer le captage de particules de poussière variant entre 95 et 99% en nombre.
Les particules de poussière légèrement humidifiées peuvent être facilement dé- chargées par des trémies 72, à la base des cyclones, sans formation de boue visqueuse, tandis que le gaz purifié est aspiré par le ventilateur centrifu- ge 48 au sommet.
Le venturi à aéro-jet convient non seulement pour ce but par-. ticulier mais peut encore servir pour résoudre des problèmes ayant les carac- tères les plus variés dans les domaines d'enlèvement de poussière, récupéra- tion de fines particules et hygiène industrielle.
La fabrication de noir de charbon (ayant 80% de ses particules d'une dimension inférieure à un micron) par les procédés en ,canal ou en four nécessite un dispositif de captage très efficient, pour la récupération des particules de noir qui possèdent de hautes propriétés colloïdales. Un venturi à aéro-jet, tel que décrit plus haut, utilisant un brouillard à forte humi- dification ayant une dimension de particule convenable, permet d'augmenter . considérablement la quantité de charbon recueillie, avec un appareil peu coû- teux, de dimensions relativement petites.
Il est bien évident que, sans pour cela s'écarter du cadre de l'invention, il est possible de combiner plusieurs générateurs à aéro-jet travaillant avec des dimensions granulaires différen- tes et des rapports de distribution dimension/fréquence différents, en un agencement en série ou en parallèle. L'ouvrier peut en outre contrôler l'a- limentation en air comprimé, au moyen d'une soupape qui règle la densité du micro-brouillard en fonction de la densité particulaire du courant gazeux à traiter. A cet effet, il suffit de prévoir un servo-mécanisme lui-même con- trôlé par tout dispositif magnétique ou électroniques convenable (tel qu'une cellule opacimétrique ou une cellule photoélectrique par exemple).
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On peut également faire mention de la récupération de 1¯-'oxyde de fer des gaz de hauts fourneaux, des fumées de gâteaux de sel dans les u- sines de pâte à papier, des fibres et poussières dans l'industrie textile, du poussier de charbon dans les installations de tamisage des mines de char- bon, et de certaines substances pulvérulentes chimiques ou pharmaceutiques, telles que l'azobenzène et les accélérateurs de vulcanisation, de même que. de la séparation du poussier de boite à fumée dans les centrales électriques la réduction des fumées et analogues. Ainsi qu'il a déjà été explique'plus haut, le micro-brouillard émis par les générateurs à aéro-jet peut servir . à précipiter des brouillards liquides ou des fumées telles que celles de l'acide sulfurique par exemple.
Il est également possible de traiter un aé- rosol liquide avec un autre aérosol liquide dans le cas où il est nécessai- re d'éliminer des globules liquides en suspension dans un courant gazeux; les cyclones 47 employés dans l'appareil décrit peuvent alors être rempla- cés par des séparateurs du type "scrubber".
Pour autant que l'appareil perfectionné présente une efficien- ce élevée sur une très large gamme de dimensions granulaires, il peut' être utilisé dansle but d'obtenir des résultats définis, tels que la suppression des poussières radio-actives ultra-fines, d'une dimension de particule moyen- ne de l'ordre de 1 micron ou moins, dans les usines et laboratoires spécia- lisés dans la question de l'énergie nucléaire. La facilité du réglage, auto- matique si on le désire, du micro-brouillard employé fait du venturi à aéro- jet un appareil de captage physique de grande efficacité et prévu pour des buts très variés ; les particularités énoncées plus haut de quelques possibi- lités d'application ne sont nullement exclusives.
L'appareil perfectionné- est le plus efficient lorsque les courbes de distribution dimension/fréquen- ce des particules à précipiter et du micro-brouillard éjecté du générateur à aéro-jet sont les mêmes.
Il est bien entendu que, selon les travaux industriels désirés et sans s'écarter de l'esprit de l'invention, on peut apporter des modifica- tions aux détails de structure de l'appareil, à la dimension et à la 'formé'-- des éléments (cônes à venturi convergent et divergent, générateur à aéro-jet, etc...) ou à leur disposition (déplacement de la sirène dans l'ouverture d'ad- mission du cyclone, par exemple); et que l'on peut remplacer certains éléments mécaniques par d'autres mécanismes ou moyens produisant des effets équiva- lents.
REVENDICATIONS.
1. Appareil pour l'agglomération de particules de matière so- lide ou liquide à support gazeux, avant leur séparation et leur captage, par passage du courant gazeux contenant les particules en suspension par un ven- turi, au moyen d'un courant à grande vitesse de fluide constitué par un aé- rosol ou micro-brouillard de particules liquides produit par un générateur à aéro-jet alimenté en air comprimé et en liquide d'humidification, caracté- risé par le fait que le générateur à aéro-jet comprend un corps, un chapeau fixé à l'une des extrémités dudit corps et une tuyère distributrice s'enga- geant dans ledit corps et verrouillée par ledit chapeau, ledit corps compre- nant des conduits pour l'air comprimé amené par un tuyau externe, pour passer extérieurement à ladite tuyère et se diriger vers un trou prévu au centre dudit chapeau,
ladite tuyère présentant un passage axial se terminant par un orifice pour la décharge, par ledit trou, du liquide d'humidification four- ni par un autre tuyau externe menant à l'autre extrémité dudit passage.
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IMPROVEMENTS TO APPARATUS FOR AGGLOMERATION OF GAS-BASED PARTICLES, BEFORE THEIR SEPARATION AND CAPTURE.
The present invention relates to the agglomeration of particles with a gaseous support of solid or liquid material, before their separation and their capture. The particles can have dimensions extending over a wide range of particle sizes, from a few Angstrom units up to several millimeters. It is known that it is difficult to capture very small particles by means of mechanical collecting devices or apparatus, such as cyclones, which are most effectively used for the separation and capture of particles having an average diameter of not less than 20 microns. .
The invention provides an apparatus for agglomerating the gaseous-supported particles, so as to form larger particles, which can be picked up more easily by the collecting device, the gas stream containing the particles in suspension being sent to it. through a venturi, thanks to a current, at high speed, of fluid consisting of an aerosol or a micro-mist of liquid particles produced by an aero-jet generator, supplied with compressed air and humidifying liquid.
The apparatus according to the invention is characterized in that the air-jet generator comprises a body, a cap fixed to one of the ends of said body and a dispensing nozzle engaged in said body and locked by said cap, said body having conduits for the compressed air supplied by an external pipe to pass externally to said nozzle and direct towards a hole provided in the center of said cap, and the nozzle having an axial passage terminating in an orifice for the discharge. charge, through the aforementioned hole, with humidifying liquid supplied by another external pipe leading to the other end of said passage.
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This apparatus is particularly efficient when the secondary fluid (aerosol or micro-mist) has a particle size / frequency distribution ratio similar to that of the primary or controlled fluid (the gaseous suspension) and is injected in a slightly concentrated concentration. greater than that of the primary fluid (see Belgian patent n.489.018 -du.- 14- May 1949). For this purpose, the aero-jet generator is intended to provide dispersions having a varying range of particle sizes and a size / frequency distribution which can be adjusted by a simple air valve, in conjunction with a control device. manometer, depending on the fineness and -the '- dimension / frequency distribution curve of the particles in the suspension introduced into the venturi.
This apparatus is of special interest in the case where it is desired to agglomerate particles at the nodes of a system of ultrasonic standing waves. It is known that in this case it is necessary to increase the statistical mean diameter of the typical particle under consideration, until a "resonant motion" is established. In gaseous media (as in liquid media), there is a precise relationship between the frequency of vibration and the size and mass of the particles, in order to obtain "resanance motion".
Thanks to the apparatus which is the object of the present invention, optimum conditions of agglomeration can be easily obtained by adjusting the supply of compressed air to the aero-jet generator by means of the air valve.
The invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view of the apparatus according to a preferred embodiment, showing the means intended for the supply of compressed air and humidification liquids as well as means for producing an electric field intended to charge or ionize the particles of the aerosol or micro-mist.
FIG. 2 is a perspective view, on a larger scale, of an aero-jet generator.
Figure 3 is a perspective view of a pair of cyclone collectors for capturing particles, showing the means for peaking standing waves in the incoming gas streams and producing jets therein. additional air.
Figure 4 is a sectional view, on a larger scale, of the aero-jet generator visible in Figure 2.
FIG. 5 is a sectional view, on a smaller scale, of the venturi device supplied by the aero-jet generator.
FIG. 6 is a view, partially in section, of an ultrasonic siren intended to create standing waves in the gas stream.
FIG. 7 is a view, in section, of the siren, on a larger scale.
If we refer to Figures 1 to 3, we see that the apparatus comprises four main groups of connected elements:
1. The venturi device, with the aero-jet generator;
2. Secondary devices, intended for the continued agglomeration of particles;
3. Means intended to capture or collect, represented in the form of cyclones, and
4. The auxiliary gas exhaust system.
The venturi device includes a converging section 11, a constriction 12 and a diverging section 13, with, for example, a length of 1.5 meters and a cross-sectional area of 300 cm2 at @.
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the location of the narrowing 12; its opposite ends carry collars' integral with 14 and 15, intended for the connection of a duct 16, carrying the gas current, and of a duct 17, leading to the collectors.-Inside the duct 16, as it is shown in Figures 2 and 4, there is mounted an aero-jet generator 18, supplied with compressed air by a pipe 19, controlled by a valve A, and with wetting liquid, by a pipe 20;
the two conduits 19 and 20 are shown in FIG. 1 as extending to the right, for connection to other aero-jet generators if necessary. The generator 18 supplies an aerosol or micro-mist from the virtual apex of the diverging cone section 13 and axially to the vent 11-13, which is preferably equipped with internal mixing cones 21 and
22, supported by supports 23, as shown in figure 5, to direct the gas flow entering the aero-jet, from the generator.
18, and to ensure complete mixing and a high impact density between the particles.
As shown in Figure 4, the generator 18 comprises a body 24, having a threaded hole 25, at one of its ends, for its attachment to a support 26, a cap 27, at its other end, fixed by a knurled nut 28, and a dispensing nozzle 29, screwed into the body and locked by the cap; the ends of the nozzle have external frustoconical surfaces, the truncated cones thus formed going thinning in opposite directions. Said nozzle has an axial passage 30, terminating in an orifice 31, for the discharge of the humidifying liquid received from the duct 20, via a radial duct 32, in the body 24, and from an axial duct. 33, in register with passage 30.
The compressed air supplied by the duct 19 passes through an oblique duct 34 of the body 24, enters a circumferential groove 35 provided on the outside of the nozzle 29, from which groove it passes through one or more longitudinal ducts 36 of the nozzle. , towards a space 37, surrounding the orifice 31, so as to blow the liquid out of the latter through a hole 38, provided in the center of the cap 27; produces an aerosol or micro-mist of humidifying liquid, passing through the mixing cones 21 and 22 at high speed to strike the solid particles in suspension in the gas stream, the mixture of the two fluids reaching a maximum speed at narrowing 12 of the venturi device.
The particles in suspension in the gas stream therefore undergo a violent acceleration, the impacts or shocks occurring between the solid and liquid particles producing the agglomeration of the humidified solid particles, which continue to combine or adhere to each other until that they gradually reach an appropriate size for their capture or collection by standard type devices.
The agglomeration of the particles can be facilitated by secondary devices, consisting of electrical means intended to ionize the gas current, sonic or ultra-sonic sirens intended to create standing waves in said current and aero generators. - additional jets intended to accelerate the current.
Depending on the nature of the particles to be collected, it may be advantageous to ionize with the appropriate sign the particles dispersed by the aero-jet generator 18. For this purpose, a cylindrical envelope or grid 39, raised to a high voltage, is placed around the generator 18, thus forcing the jet which exits the latter to cross the lines of force of the electric field inside the cylindrical casing, which is supported by a conductor to high voltage insulated 40, carried by conduit 16, as shown in Figures 2 to 4.
The conductor is lined with an insulating sleeve 41, its lower end descending through the wall of the conduit, by means of two porcelain insulators 42, which are screwed together so as to clamp a pair of synthetic resin washers 43 against. inside and outside the wall.
The conductor 40 is connected to the negative pole of the high voltage power supply, the conduit 16 and the nozzle 18 being connected to earth so that they are positively charged;
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a high voltage of approximately 12 Kv. can be used to charge the micro-mist particles, this voltage being supplied by a step-up transformer 44 and a rectifier 45, supplied from an AC source 46 (FIG. 1). @ @
In order to collect the solid particles whose mean statistical diameter has been greatly increased by agglomeration, two cyclone separators 47 are preferably employed, mounted in parallel as shown in FIG. 3, with a suction fan 48, in common;
These cyclones can be constructed in the usual manner, bearing in mind that the volume admitted to a cyclone separator generally varies with the square of its diameter.
To process large volumes of gas, for example 18,000 to
30,000 cubic meters per hour, each cyclone can have an external diameter of 1.5 meters, at its upper cylindrical part, a height of 0.70 meters for the cylindrical part and a total height of 3 meters, the volume of gas passing through each cyclone averaging 2.5 cubic meters per second; with devices of this capacity, one employs, preferably, two ultra-sonic sirens 49, as shown in figures 6 and 7, mounted at the base of the inlets to the cyclones and supplied with compressed air at a pressure of two atmospheres .
Each rotor 50 can rotate at about 20,000 revolutions per minute and develop an acoustic power of 2 Kw. for a frequency of 30 Kc., a motor 51 of 1.5 H.P. being provided to control the rotor; siren is equipped with an exponential horn 52, 'as shown in figure 6, fixed to the base of the respective cyclone inlet 53, so that a system of ultra-sonic standing waves is created in the current gaseous.
The rotor 50 of the siren controls the orifices 54, spaced around the periphery of the end plate 55 of the stator, as can be seen in FIG. 7, the compressed air being supplied by a duct 56 opening into a groove or annular chamber 57, at the rear part of a diffuser plate 58, around the edge of which the air passes through holes 59 of the rotor, to reach the holes 54 of the siren; The holes and orifices are of different numbers and are spaced so that the rotor unmasks the orifices 54 on the opposite sides alternately, thus giving a very high frequency to the standing wave created in the gas current.
The adjustment of the space between the rotor 50 and the end plate 55 can be effected by an adjusting screw 60, the point of which engages with a bell 61, pressing axially, downwards, the bearing.
62 of the rotor, against the action of a spring (not shown) which supports the rotor shaft 63, through the bearing, at its lower end.
The inlet to the cyclone is the most suitable point of the apparatus for the creation of such a standing wave in closed space, over a small distance and through laminar flow. Ultrasonic flocking is particularly suitable for particles whose combination, in the venturi device 11-13, with the auxiliary aerosol from the generator 18 produces agglomerated particles not exceeding an average diameter. of 5 microns.
For particles reaching the cyclones 47, with a diameter still insufficient for their dynamic capture under working conditions, we can add, at 64 (figure 3), tangential aero-jet generators, similar to generator 18 et al. - linked by ramifications of conduits 19 and 20, which, by dispersing a fresh micro-mist in the direction of the gas streams, can further increase the average mass of the particles.
The gas stream entering cyclones 47 or other dust separating devices may contain, for example, agglomerated particles of quartz, the mean geometric diameter of which is approximately 20 microns (density, 2.6), the specific density being about
10,000 particles per cubic centimeter. The air-jet generator 18, delivering axially, in alignment with the venturi device 11-13, disperses a wetting micro-mist with a surface activity of approximately
30 dynes per centimeter, the aero-jet generator being supplied with compressed air coming from the pipe 19, at a pressure of 6 kg. Per cm2.
The consumption
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of surfactant liquid can reach 50 liters per hour for an aero-jet generator supplying the fog at supersonic speed at its outlet.
The auxiliary centrifugal fan 48 sucks the purified gases from the top of the two cyclones 47, this fan rotating at 1500 revolutions per minute and being controlled by a motor 65, of 40 HP. The additional air-jet generators 64, provided near the tangential inlets towards the cyclones, can be supplied with compressed air at a pressure of 6 Kg. per cm2 during operation and with liquid at a rate of between 50 and 100 liters per hour, in accordance with the dimensions of these generators .
As shown in Figure 1, the humidifying liquid supplied by the air-jet generators can be obtained by passing a stream of water from a supply duct 66, through two chambers. - bres 67, containing cartridges of a substance with low solubility and high surface activity, such as naphthalenesulphonates, sodium alkyl sulphonates, alcoholates of sulphosuccinic acid, soaps of ' higher fatty acids, esters of oleic acid and the like.
Valves 68 allow the flow of water to pass from one of the chambers
67 to the other, to allow the replacement of a used cartridge. The liquid consumption can be checked by a recorder flow meter 69, provided with a survival water supply pipe, while the particle size of the ejected mist and its dimension / frequency distribution ratio, as set by the single air valve A, can be read on a pressure gauge 70, located on the air supply pipe 71, this pressure gauge being graduated in appropriate units.
Under these operating conditions, the granular size of the particulate slurry leaving the air-jet generator 18 is more than doubled at the exit of the venturi diffuser 13 and it is possible to record a coefficient of capture of the quartz particles. abovementioned approaching 99.9% by number of particles and by weight. If a dust having an average diameter of less than 5 microns is introduced, the activation of the auxiliary devices (electrostatic field grid 39, ultrasonic siren 49 and tangential air-jet generators 64) allow the capture to be ensured. dust particles varying between 95 and 99% in number.
Lightly moistened dust particles can be easily discharged by hoppers 72 at the base of the cyclones without forming a viscous sludge, while the purified gas is sucked by the centrifugal fan 48 at the top.
The aero-jet venturi is not only suitable for this purpose. t particular but can still be used to solve problems having the most varied characters in the fields of dust removal, recovery of fine particles and industrial hygiene.
The manufacture of carbon black (having 80% of its particles of a size less than one micron) by the processes in, channel or in furnace requires a very efficient capture device, for the recovery of the particles of black which have high colloidal properties. An aero-jet venturi, as described above, using a high-wetting mist having a suitable particle size, can increase. considerably the quantity of charcoal collected, with an inexpensive apparatus of relatively small dimensions.
It is obvious that, without thereby departing from the scope of the invention, it is possible to combine several aero-jet generators working with different granular dimensions and different dimension / frequency distribution ratios, in one. series or parallel arrangement. The worker can also control the supply of compressed air, by means of a valve which regulates the density of the micro-mist according to the particle density of the gas stream to be treated. For this purpose, it suffices to provide a servo-mechanism which is itself controlled by any suitable magnetic or electronic device (such as an opacimetric cell or a photoelectric cell for example).
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Mention may also be made of the recovery of iron oxide from blast furnace gases, salt cake fumes in pulp mills, fibers and dust in the textile industry, dust. coal in coal mine screening plants; and certain chemical or pharmaceutical powder substances, such as azobenzene and vulcanization accelerators, as well as. from the separation of smoke box dust in power plants to smoke reduction and the like. As has already been explained above, the micro-fog emitted by the aero-jet generators can be used. to precipitate liquid mists or fumes such as those of sulfuric acid for example.
It is also possible to treat a liquid aerosol with another liquid aerosol in the event that it is necessary to remove liquid globules suspended in a gas stream; the cyclones 47 used in the apparatus described can then be replaced by separators of the "scrubber" type.
As long as the improved apparatus exhibits high efficiency over a very wide range of granular sizes, it can be used for the purpose of obtaining defined results, such as the removal of ultra-fine radioactive dust, 'an average particle size of the order of 1 micron or less, in factories and laboratories specializing in nuclear energy. The ease of adjustment, automatic if desired, of the micro-fog employed makes the air-jet venturi a very efficient physical capture device designed for a wide variety of purposes; the peculiarities mentioned above of some application possibilities are in no way exclusive.
The improved apparatus is most efficient when the dimension / frequency distribution curves of the particles to be precipitated and of the micro-mist ejected from the aero-jet generator are the same.
It is of course understood that, depending on the industrial work desired and without departing from the spirit of the invention, modifications can be made to the structural details of the apparatus, to the size and to the shape. - elements (converging and diverging venturi cones, aero-jet generator, etc.) or at their disposal (movement of the siren in the cyclone inlet opening, for example); and that certain mechanical elements can be replaced by other mechanisms or means producing equivalent effects.
CLAIMS.
1. Apparatus for the agglomeration of particles of solid or liquid material with a gaseous carrier, before their separation and their capture, by passing the gas stream containing the particles in suspension through a vent, by means of a stream at high speed of fluid consisting of an aerosol or micro-mist of liquid particles produced by an aero-jet generator supplied with compressed air and humidification liquid, characterized in that the aero-jet generator comprises a body, a cap fixed to one of the ends of said body and a distributor nozzle engaging in said body and locked by said cap, said body comprising conduits for the compressed air supplied by an external pipe, to pass externally to said nozzle and move towards a hole provided in the center of said cap,
said nozzle having an axial passage terminating in an orifice for discharging, through said hole, the humidifying liquid supplied by another external pipe leading to the other end of said passage.