Brevet FR2018677A1 — publié le 19700626

La présente invention concerne un procédé destiné à indiquer l'état de charge d'une résine échangeuse d'ions et un appareil utilisable pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les résines échangeuses d'ions sont utilisées dans toutes les branches de l'industrie dans de nombreux processus dans lesquels on désire échanger un ion avec un autre, une des nombreuses applications de ces résines étant la purification de l'eau, l'eau de ville étant ainsi partiellement ou complètement désionisée par passage à travers une résine échangeuse de cations puis une résine échangeuse d'anions. Ces opérations d'échanges d'ions obligent à régénérer la ou les résines utilisées au moment de l'épuisement complet de la charge de résine, ou meme avant. Jusqu'ici, dans le but de déterminer l'état de charge d'une résine échangeuse d'ions de manière à indiquer. si la régénération de ladite résine était nécessaire, il était de pratique courante, soit de surveiller l'effluent de la résine, par exemple par des mesures de conductivité, soit d'incorporer dans la résine échangeuse d'ions une matière colorante qui change de couleur quand la résine s 'épuise et fournit ainsi une indication visuelle du déplacement du niveau d'épuisement à travers la masse de résine.Cependant, ces procédés se sont avérés en général peu satisfaisants du fait que, en particulier, la surveillance de l'effluent exige un équipement coûteux et est incapable d'indiquer un état de charge autre que celui qui fournit un effluent peu satisfaisant, alors que l'incorporation d'une matière colorante dans la résine n'est utilisable que quand on peut examiner visuellement la masse de résine. En fait, les inconvénients de ces procédés sont tels que lq plupart des résines échangeuses d'ions utilisées pour la purification de l'eau sont régénérées au bout d'une période donnée dite de sécurité, et on n'effectue aucune tentative pour déterminer état de charge de la résine. La présente invention fournit un procédé d'indication d'un changement de l'état de charge, d'un premier état à un second état, d'une résine échangeuse d'ions dimensionnellement variable (voir définition ci-après), qui comprend la détection du changement de volume d'une certaine quantité de résine dans le premier état de charge, passant d'un volume correspondant à cet état de charge à-un volume prédéterminé correspondant au second état de charge. L'expression "résine échangeuse d'ions dimensionnellement variable' utilisée dans le présent mémoire signifie une résine échangeuse d'ions qui subira un changement de volume en réponse à un changement de la nature ou de la concentration des ions absorbés par elle. Ce changement de volume peut être un retrait, comme dans les résines échangeuses d'ions à base de polystyrène au cours de la purification de l'eau, ou un gonflement,comme dans des résines échangeuses d'ions à base de polystyrène au cours de la régénation en vue de la purification de l'eau. On notera que les expressions "epuisement" et "régénération" utilisées dans le présent mémoire concernent les opérations d'échange d'ions dans lesquelles on- utilise ladite résine. L'invention fournit également un procédé d'échange d'ions en faisant passer un liquide contenant les ions à échanger à travers une résine échangeuse d'ions dimensionellement variable, dans lequel le passage de l'état de charge de la résine de l'état précédant le début de l'échange d'ions (dénommé ci-après "état chargé") à l'état pour lequel la régénération est considérée comme nécessaire (dénommé ci-après "état épuisé") est indiqué en détectant le changement de volume d'une certaine quantité de résine à l'état chargé, passant d'un volume correspondant à cet état à un volume prédéterminé correspondant à l'état épuisé. Les résinas échangeuses d ions sont en général utilisées dans des colonnes disposées verticalement dans lesquelles un liquide à traiter s'écoule de haut en bas à travers la résine. scoute variation du volume de cette résine aura donc pour conséquence un changement de la hauteur de la résine dans la colonne et, par conséquent, on observera des variations de cette hauteur qui pourront en général être mesurées de manière à fournir une indication sur l'état de charge de la résine. L'invention fournit également un appareil indica- L teur destiné à mettre en évidence un changement de l'état de charge d'une résine échangeuse d'ions dimensionnellamant variable, ledit appareil comprenant un moyen détecteur destiné à déceler le changement d'une dimension de ladite résine et un moyen indicateur se déplaçant par rapport à un repère, le montage étant tel que, en usage, un changement de la dimension de la résine est décelé par ledit moyen détecteur qui provoque ou permet un déplacement, en corrélation avec ce changement, dudit moyen indicateur par rapport audit repère. L'invention fournit de plus un appareil échangeur d'ions pour mettre en oeuvre le procédé d'échange d'ions selon l'invention, qui comprend un récipient dans lequel l'échange d'ions se produit ; un moyen pour faire passer un fluide à travers ledit récipient de façon qu'il passe à travers une résine échangeuse d'ions dimansionnellament variable contenue dans ledit récipient, et un appareil indicateur selon l'invention, la réalisation étant telle que, en usage, un passage de la résine de son état chargé à son état épuisé est indiqué par l'appareil indicateur. Ledit récipient peut etre une colonne classique d'échange d'ions. Le moyen détecteur peut être tel qu'il décèle simplement un changement de ladite dimension jusqu'à une valeur prédéterminée, par exemple la valeur correspondant à l'épui- sement de la charge de résina. Ce moyen peut, par exemple, être constitué par un interrupteur relié à un circuit électrique et monté par rapport à la résine de telle manière qu'il soit déclenché quand la dimension de la résine atteint ladite valeur prédéterminée. En variante, le moyen détecteur peut être réalisé de manière à déceler par paliers ou de manière continue un changement progressif de ladite dimension à partir d'une première valeur prédéterminée, par exemple la valeur correspondant à une résine chargée à fond, à une seconde valeur-prédéterminée, par exemple la valeur correspondant à l'épuisement de la charge de résine. Un moyen de ce genre peut, par exemple, comprendre un organe chargé de façon à venir en contact avec une surface de la résine qui est libre de se déplacer dans la direction de la dimension dont on doit déceler le changement, la réalisation étant telle que ledit organe suit le déplacement de ladite surface dans la direction de ladite dimension. Le moyen indicateur peut fournir une indication visuelle directe de l'état de charge de la résine en réalisant ledit indicateur de manière qu'au moins une partie de celui-ci soit visible pour l'utilisateur de l'appareil ; par exemple, cet indicateur peut comprendre un organe se déplaçant le long d'une échelle fixe en réponse au changement dimensionnel de la résine.Il n'est pas indispensable que ledit indicateur fournisse une indication visuelle directe et, en fait, il existe un grand nombre d'applications de l'indicateur ou de l'appareil échangeur d'ions dans lesquelles il est nécessaire qu'un changement de l'état de charge de la résine aboutissant à un état prédéterminé soit indiqué par un signal audible ou visuel, par exemple par la mise en action dune sonnerie ou d'un clignotant Si l'on désire émettre un signal de ce genre, l'indicateur peut fonctionner de façon à fermer un circuit électrique quand il s'est déplacé d'une quantité prédéterminée à partir de la position repère, et il est par conséquent sans importance que le déplacement dudit indicateur puisse être ou non observé par l'utilisateur de l'appareil. En plus, au lieu de donner une indication visuelle directe ou d'émettre un signal en réponse à un changement dimensionnel de la résine, l'appareil indicateur selon l'invention peut être réalisé de manière à régler le débit de fluide à travers la résine contenue dans l'appareil échangeur d'ions par l'incorporation d'un dispositif à soupape pour régler ledit débit, ce dispositif étant actionné par le déplacement du moyen indicateur. Dans un tel appareil échangeur d'ions, l'arrêt de l'écoulement du fluide à travers la résine est en lui-même une indication suffisante d'un changement de l'état de charge de la résine d'une importance telle que la régénération soit nécessaire et, par conséquent, il n'est pas nécessaire que l'utilisateur de l'appareil échangeur d'ions puisse examiner visuellement le moyen indicateur. Quand l'appareil échangeur d'ions selon l'invention incorpore un dispositif à soupape comme indiqué ci-dessus, ledit dispositif peut commander non seulement le débit du fluide à soumettre à l'échange d'ions, mais également commander le débit du fluide pour une opération de régénération. Par exemple, un dispositif à soupape peut, en même temps, arrêter l'écoulement du fluide à traiter et provoquer le passage du fluide en vue de l'opération de régénération. De plus, la disposition du dispositif à soupape peut être telle que l'opération de régénération soit arrêtée et que l'opération d'échange ions / remise en route en réponse à un changement de dimension de la résine au cours de la régénération, la ramenant à la valeur correspondant à son état chargé. Par conséquent, le procédé et l'appareil selon l'invention permettent de réaliser une opération d'échange d'ions entièrement automatique.Par exemple, on peut réaliser des opérations de purification de l'eau avecdeux ou plusieurs--appareils branchés en parallèle de purification-de lleau par échange d'ions, un desdits appareils réalisant ia purification de l'eau tandis que l'autre est soumis à une régénération, la commande dudit appareillage étant réalisée par un dispositif à soupape commandé par le moyen indicateur et le moyen détecteur en réponse aux changements de dimension de la résine. La description qui va suivre en regard du -dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure unique du dessin est une vue latérale en coupe de l'appareil échangeur d'ions. Un appareil indicateur 1 selon la présente invention comprend une plaque couvercle annulaire 2 placée horizontalement, de diamètre extérieur à peu près égal au diamètre extérieur d'une colonne 3 à laquelle l'appareil indicateur doit être associé. La surface latérale intérieure de la plaque 2 converge vers le bas pour former une ouverture ayant sensiblement la forme d'un tronc de cône d'axe vertical et qui constitue un siège 2' de soupape. Ladite plaque s'étend de bas en haut jusqu'à l'extrémité supérieure de ladite ouverture sous la forme d'une collerette cylindrique filetée 4 dont l'axe coïncide avec celui de ladite ouverture.Une bille 5 est placée dans le passage délimité par la collerette et la plaque annulaire, ladite bille 5 ayant un diamètre choisi de manière à agir en liaison avec le siège 2' de soupape pour empêcher l'écoulement de haut en bas du liquide à travers ledit passage. La bille 5 est déplacée verticalement dans ledit passage par une tige 6 dont l'axe vertical passe par l'extrémité inférieure du passage. Cette tige 6 comporte une cavité 7 ménagée dans sa partie supérieure de manière à recevoir une partie de la surface de la bille et est fixée rigidement à son extrémité inférieure à une plaque distributrice 8 dans un plan perpendiculaire à l'axe de la tige 6. La plaque distributrice 8, dans laquelle on a ménagé un grand nombre de trous verticaux 9 pour permettra le passage de l'eau, a un diamètre à peine inférieur au diamètre intérieur de la colonne 3.L'appareil indicateur est complété par une pièce cylindrique 10 en mousse de latex et disposée autour de la tige entre la plaque couvercle et la plaque -distributrice 8 et ayant un diamètre extérieur égal à celui de la plaque distributrice. L'appareil indicateur 1 est fixé à l'extrémité supérieure dyne colonne 3 échangeuse d'ions de type classique contenant une masse 12 de perles de résine échangeuse d'ions à base de polystyrène et complètement chargée, destinée à la purification de l'eau, ladite résine subissant, comme on le sait, un retrait pendant l'opération de purification de l'eau, et ayant été soumise à un.degré prédéterminé de compression dans la colonne. La résine repose à la partie inférieure de la colonne 3 sur un support distributeur 13 dont la surface supérieure est recouverte d'une toile filtrante 14 d'entrée. Lorsqu'elle est mise en place, la plaque distributrice 8 est poussée par la mousse de latex 10 de manière à venir en contact avec la surface supérieure de la résine et la plaque couvercle 2 repose sur la partie supérieure de la colonne 3 et la recouvre, la réalisation étant telle que, dans ladite position, la tige 6 maintient la bille 5 au-dessus du siège de soupape 2' avec un écart en hauteur égal à la différence préalablement déterminée de hauteur de la résine entre les états chargé et épuisé de celle-ci. Un tuyau d'arrivée 11 est vissé à une extrémité autour de la collerette 4 et la colonne est incorporée dans une unité classique de purification de l'eau, en tant que colonne d'échange d'ions de celle-ci. Quand on a besoin d'eau désionisée, l'eau d'une distribution urbaine arrive à la colonne 3 par le tube d'entrée Il et passe à travers le passage entourant la bille 5 et ltex- trémité supérieure de la tige 6 pour arriver dans la masse 10 de mousse de latex et l'eau s'infiltre alors à travers lespores de la mousse de latex jusqu'à la plaque distributrice 8, pour aboutir de là par les trous 9 de celle-ci dans la résine 12 échangeuse d'ions. L'eau est désionisée dans la résine et sort par la partie inférieure de la colonne 3 sous forme d'un effluent d'eau désionisée. A mesure que la désionisation progresse, la résine tout en haut de la colonne 3 s'épuise la première et le niveau d'épuisement descend progressivement le long de la résine dans la colonne. A mesure que cet épuisement se produit, les perles de résine se contractent, permettant ainsi à la plaque distributrice 8, qui est poussée vers le bas par la mousse de latex 10, de se déplacer de haut en bas en restant en contact avec la surface supérieure de la résine 12. Ce mouvement descendant de la plaque distributrice 8 provoque un mouvement correspondant vers le bas de la tige 6 et de la bille 5 qu'elle supporte jusqu'à ce que la bille repose dans le siège de soupape 2', empêchant ainsi l'eau de la distribution urbaine de continuer à circuler à travers la colonne 3. Après l'arrêt de la purification de l'eau, les perles de résirepeuvent être régénérées de la manière habitu-elle pour être utilisées à nouveau. REVENDICATIONS 1 - Procédé indiquant un changement de l'état de charge, d'un premier état à un second état, d'une résine échangeuse d'ions dimensionnellemant variable (l'expression "résine échangeuse d'ions dimansionnellement variable" signifie une résine échangeuse d'ions qui subit un changement de volume en réponse à un changement de la nature ou de la concentration des ions absorbés par elle), caractérisé en ce qu'on détecte le changement de volume d'une certaine quantité de résine au premier état de charge, passant du volume correspondant à ce premier état à un volume prédéterminé correspondant au second état de charge. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine est placée dans une colonne disposée verticalement et que le changement de volume est mesuré par les changementS de hauteur de la résine dans la colonne. 3 - Appareil échangeur d'ions comportant un récipient dans lequel se produit l'échange d'ions ; un moyen pour faire passer à travers ledit récipient un fluide de manière qu'il traverse une résine échangeuse d'ions dimensionnellemant variable contenue dans ledit récipient ; et un appareil indicateur destiné à indiquer un changement de l'état de charge de la résine, caractérisé en ce que ledit appareil indicateur comprend un moyen de détection destiné à déceler le changement d'une dimension de la résine et un moyen indicateur se déplaçant par rapport à un repère, si bien qu'une variation de la dimension de la résine est décelée par le moyen de détection, ce qui provoqua ou permet un déplacement en corrélation dudit moyen indicateur par rapport audit repère. 4 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de détection comprend un interrupteur branché dans un circuit électrique et disposé par rapport à la résine de manière à être déclenché quand la dimension de la résine atteint une valeur prédéterminée. 5 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de mesure comprend un organe poussé de façon à être en contact avec une surface de la résine, qui est libre de se déplacer dans la direction de la dimension dont le changement est à déceler, si bien que ledit organe suit le déplacement de ladite surface dans la direction de ladite dimension. 5 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif à soupape pour régler le débit de fluide a travers le récipient en réponse au déplacenent du moyen indicateur. 7 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que des moyens sont incorporés de nanière à faire passer un fluide régénérateur à travers le récipient, et en ce que le dispositif à soupape commande également l'écoulenent du fluide régénérateur à travers la résine, en réponse au déplacement du moyen indicateur.