Analyse par utilisation de l'oxygène de différentes configurations d'un pilote ciblant la diffusion d'un gaz dans l'eau

Blackburn, Eric (2014). Analyse par utilisation de l'oxygène de différentes configurations d'un pilote ciblant la diffusion d'un gaz dans l'eau. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Il existe une multiplicité de système pour dissoudre un gaz suivant un objectif de traitement de contaminants dans l’eau. La finalité de ce travail est de développer une technologie de référence. L’objectif principal est de valider empiriquement l’intérêt technique de travailler sur la zone de diffusion du gaz dans l’eau. Pour ce faire, un pilote est construit et calibré. Une configuration de base du pilote est définie, le mode jet libre. Ensuite, différentes configurations (mode buse, mode mélangeurs statiques, mode avec anneaux de Rachig, mode LTCP) modifiant un aspect de diffusion du mode jet libre sont testées. L’oxygène est le gaz utilisé pour les essais de réoxygénation de l’eau suivant différents ratio G/L (v/v). Le sulfite de sodium est utilisé pour la désoxygénation et le suivi d’un traceur. Une caméra à capture rapide sert à la mesure de paramètres concernant les bulles de gaz. Il faut retenir principalement que l’augmentation du ratio G/L dans le mode jet libre augmente la capacité à oxygéner. En contrepartie, l’efficacité de transfert de la masse d’oxygène ajouté par litre d’eau traité diminue. La taille moyenne des bulles observées augmente avec le ratio G/L tout autant que leur irrégularité de forme. Pour une première étape de réoxygénation de l’eau d’essai à un ratio G/L de 0,08, la capacité à dissoudre par rapport à celle du bruit de fond montre que le mode jet libre est (19,0 ± 0,5) % plus performant suivi par le mode jet libre avec restriction sur le débit d’eau à (22 ± 2) %. L’ajout d’une buse fait passer ce pourcentage à (26 ± 1) % et l’ajout de mélangeurs statiques à (31 ± 2) %. Le mode avec anneaux de Rachig produit l’effet inverse et abaisse le pourcentage à (15 ± 2) % alors que le fait de raccourcir la zone de contact primaire (mode LTCP) maintient une performance autour de (18 ± 3) %. Autre observation pour cette même étape, l’efficacité de transfert de l’oxygène ajouté par litre d’eau traitée est de (7 ± 3) % pour le mode jet libre, de (16 ± 2) % pour le mode jet libre avec restriction, de (19 ± 1) % pour le mode buse, (23 ± 1) % pour le mode avec mélangeurs statiques, (11 ± 2) % pour le mode anneaux de Rachig et (13 ± 2) % pour le mode LTCP. Les essais de suivi d’un traceur montrent que le mode buse et celui des mélangeurs statiques favorisent le mélange et la capacité à interagir. Ces deux modes témoignent aussi de l’intérêt à distribuer uniformément la pression d’eau le long du circuit et d’augmenter la pression du gaz. Bref, il faut poursuivre le travail sur la zone de diffusion du gaz alors que la performance doit être évaluée suivant la combinaison optimale de multiples critères. Il est suggéré de tester le fait d’allonger la zone de contact primaire du pilote, de mesurer l’effet combiné de la buse et des mélangeurs statiques et de vérifier l’utilité de l’injecteur venturi lorsque le gaz est injecté sous pression. Le cas des anneaux de Rachig est à approfondir suivant l’hypothèse de rétention de l’oxygène à la surface des plaques tout autant que le travail amorcé à l’aide de la caméra à capture rapide comme outils de mesure de la distribution et de la taille des bulles dans la zone de contact secondaire.

Titre traduit

Analysis by using oxygen of different patterns of a pilot targeting the release of a gas in water

Résumé traduit

There is a plurality of system for dissolving a gas in a goal of water treatment. The purpose of this work is to develop a reference technology. The main objective is to empirically validate the technical interest to work on the area of diffusion of the gas in water. To do this, a pilot is built and calibrated. A basic configuration of the pilot is set, the free jet mode. Then different configurations (nozzle mode, static mixers mode, Rachig rings mode, LTCP mode) changing a diffusion aspect of the free jet mode are tested. The oxygen gas is used for testing the water reoxygenation at different G/L (v/v) ratio. The sodium sulfite is used for deoxygenation and the monitoring of a tracer. A fast capture camera served the measurement of parameters on the gas bubbles. It should be noted that the increase of the G/L ratio in the free jet mode increases the ability to oxygenate. In return, the transfer efficiency of the oxygen mass added per liter of treated water decreases. The average size of bubbles observed as well as their shape irregularity step up as the G/L ratio increase. At a first step of reoxygenation of the test water at G/L = 0.08, the ability to dissolve compared to the background noise indicates that the free jet mode is (19.0 ± 0 5) % more effective followed at (22 ± 2) % by the free jet mode with a restriction on water flow. Adding a nozzle makes that percentage passed to (26 ± 1) % and the addition of static mixers to (31 ± 2) %. Mode with Rachig rings has the opposite effect and lowers the percentage to (15 ± 2) % while shortening the primary contact area (LTCP mode) maintains a performance around (18 ± 3) %. Another observation at that step, the transfer efficiency of oxygen added per liter of treated water is of (7 ± 3) % for the free jet mode, of (16 ± 2) % in the free jet mode with restriction, of (19 ± 1) % for the nozzle mode, (23 ± 1) % for the mode with static mixers, (11 ± 2) % for Rachig rings mode and (13 ± 2) % for LTCP mode. The tracer monitoring indicates that the nozzle and the static mixers promote mixing and the ability to interact. These two modes also point the interest to evenly distribute the water pressure along the circuit and increase the gas pressure. Then we must continue to work on the diffusion area of the gas while performance must be evaluated according to an optimal combination of multiple criteria. It is suggested to test extend of the primary contact zone of the pilot, to measure the combined effect of the nozzle and the static mixers and to verify the usefulness of the venturi injector as the gas is injected under pressure. The case of the Rachig rings should be further on the assumption of oxygen retention in the surface of the plates as well as the work started using the fast capture camera as a tool for measuring the distribution and the bubble size.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for a master's degree with thesis in aerospace engineering". Bibliographie : pages 71-74.
Mots-clés libres:	Eau Gaz dissous Expériences. Eau Oxygène dissous. Eau Épuration. Eau Épuration Appareils et matériel. configuration, jet, libre, pilote, traitement de l’eau, diffusion d’un gaz, dissolution d’un gaz
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Hausler, Robert
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	28 sept. 2016 19:54
Dernière modification:	21 déc. 2016 16:36
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1284

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