Brevet FR2022384A1 — publié le 19700731

la présente invention concerne un procédé et un åppareiS permettant, l'extraction des impuretes conten-ues dans l1eau, sw vention selon laquelle on fait passer l'eau successivement a travers plusieurs couches de résines echangeuses d'ions cation ques et anioniques. La purification de l'eau par passage à travers des substn- ces échangeuses d'anion et de cation afin d'en enlever les ions respectifs est déjà bien connue. On peut citer à titre d'exemple le procédé décrit dans le brevet américain N 2.525.497. Les pro- cédés de ce type sont très efficaces. Néanmoins pour certaines applications, telles que la préparation de solutions réactives où-il est nécessaire d'employer une eau ayant un degré très élevé de pureté (dépassant parfois celui de il eau distillée}, en particulier dans le cas où lton désire utiliser des substances déioni- sées ayant des capacités élevées, les dispositifs en question ne donnent pas entièrement satisfaction. Par conséquent, l'objet de l'invention est de fournir unprocédé et un appareil permettant dtobtenir en grande quantité une eau extêmement pure, en faisant entrer en contact l'eau avec une succession de substances échangeuses de différents ions > arrangées dans un ordre particulier. Selon la présente invention, on a découvert que lorsque l'eau était traitée suivant une séquence particulière par une pluralité de substances échangeuses d Ions, classiques dans cette technique, on pouvait obtenir de très grandes quantités d'une eau très pure. En particulier, on peut réaliser une puri- fication extrêmement efficace en seLmettant l'eau successivement à au moins trois traitements séparés. Pour ce faire, l'eau est mise successivement en contact avec une substance échangeuse de cations acides forts, une substance echangeuse d'anions basiques faibles et un mélange d'une substance échangeuse d'anions basiques forts et d'une substance échangeuse de cations acides forts. Dans une forme préférée de réalisation, il est envisagé de mettre lteau en contact une seconde fois avec une substance échangeuse de cations acides forts et une substance échangeuse d'anions basiques faibles, puis une substance échangeuse d'anions basiques forts dans cet ordre, immédiatement avant de réaliser le contact avec le mélange précité. Les caractéristiques ei-dessus, ainsi que d'autres carac téristiques secondaires et les avantages qui en resultent, appas raitront de façon plus détaillée dans ia description ci-après d'une forme particulière de realisation, donnée à titre indicatif et non limitatif, en référence au des unique représentant une. coupe axiale des lits de résines échangeuses d'ions échangeuses d'ions correspondant à un dispositif particulier. Si lton se reporte à la figure, on voit que l'appareil se- lon l'invention comporte une enveloppe tubulaire en verre IO, contenant une pluralité de couches de substances échangeuses d'ions disposées entre deux plateaux extrêmes 12 et I4, forai nés, qui permettent le passage de l'eau à travers les différents lits de substances échangeuses d'ions, le ns de parcours de l'eau se faisant depuis le plateau I2 vers le plateau I4, comme il est indiqué par les flèches. Dès sa pénétration dans les lit se substances, l'eau ren 'contre la couche 16, formée par une résine échangeuse de cations acides forts, telle que la résine Amberlite IR-I20, sous forme hydrogénée, vendue par la Société ROHM et NAAS. Cette couche retire les cations dissous dans l'eau et transforme les sels dissous en leur acide correspondant. La réaction peut être repré sentée par l'équation RzG + WaGl = RzNa + HCl, où RzH représente la résine échangeuse d'ions. La couche I6 est séparée de la couche I8 par une cloison en mousse de polyuréthane 28. Cette cloison, que l'eau peut tra verser facilement, mais à travers laquelle ne peuvent passer les particules échangeuses d'ions, est comprime à environ I/8ème de son épaisseur initiale après qu'elle ait été placée dans le réci pient. La cloison n'empêche pas seulement le mélange des deux lits contigus de résines, ce qui se traduirait par une diminution de l'efficacité du lit absorbant. En effet, grâce à l'élasticité de la substance, il se produit en cours d'utilisation une dilata tion de la cloison, ce qui a pour résultat d'assurer le remplis sage de l'espace créé par le retrait de la résine échangeuse de cation acide fort du fait de la réaction avec les. impuretés con tenues dans l'eau.De façon analogue, les autres couches échan geuses d'ions sont séparées par des cloisons 30, 32, 34 et 36. Après traversée de la couche i6 et de la cloison 28, l'eau passe à travers une résine échangeuse d'anions basiques faibles sous forme hydrogénée, telle que le produit désigné sous la ré férence XE-236, vendu par la Société ROHM ét HAAS. Ltacidité minérale produite par la couche i6 est ainsi enlevée, à l'exception de l'acide silicique et du bioxyde de carbone. La réaction peut être représentée par ltéquation : RzOH + HCl = RzCl + H20, où RzOH représente la résine échangeuse d'anion faible sous forme dthydroxyde. Après passage à travers la couche I8, I'eau traverse successivement les couches 20 et 22, qui sont respectivement identiques aux couches 16 et 18. Ces couches supplémentaires interviennent pour remédier à tout manque d'étanchéité, ou fuite de liquide insuffisamment traité, qui aurait pu se produire au niveau des couches I6 et I8. Après passage à travers les couches I6, I8, 20 et 22, l'eau contient quelques acides faibles qui niont pu entrer en réaction avec le produit échangeur d'ions actifs. Ces acides faibles sont extraits par passage de l'eau à travers une couche 24 constituée par une résine échangeuse d'anions forts sous forme hydrogénée, telle que celle référencée GPA-3I6, vendue par la Société DIAMOND ALCALI. Les acides faibles classiques, qui peuvent ainsi être extraits par passage à travers cette couche, sont C02, H2S, SiO2, et B03H3. Enfin,l'eau traverse une dernière couche 26, constituée par un mélange en quantité stoechiométrique d une résine échangeuse d'anions basiques forts, sous forme hydrogénée, et d'une résine échangeuse de cations acides forts, sous forme hydrogénée, tel que le mélange référencé MONOBED MB-I, vendu par la Société ROHM et HAAS. Cette couche extrait toutes les impuretés qui n'ont pas été retirées par les autres couches, et contribue énormément à la pureté de l'eau ainsi traitée. Pour assurer un pouvoir maximum par unité de volume de la résine échangeuse d'ions, les résines des couches I6 et I8 sont présentes dans des quantités stoechiométriques. Il en est de même pour les résines des couches 20 et 22. Au total, les couches I6, I8, 20 et 22, peuvent représenter de 50 à 90% du volume total des résines du lit de traitement, et de préférence 65% de ce lit. La couche 24 peut représenter de 2,5 à 20% du volume total des résines, et de préférence 7%. La couche 26 peut représenter de 2,5 à 50% du volume total des résines, et de préférence 28%. De nombreuses expériences ont montré que des couches, dont chacune contient un seul type de résine, telles que les couches I6, I8, 20, 22 et 24, contribuent à l'efficacité d'ensemble du lit pour l'extraction des impuretés, tandis que les mélanges de résines, tels que dans la couche 26, contribuent à l'obtentton du degré de pureté. C'est pour cette raison que le lit échangeurd'ions, selon la présente invention, contient ces différents types de couches. De façon générale, la présente invention concerne l'utili- sation d'un lit comportant une substance échangeuse de cations acides forts, une substance échangeuse d'anions basiques faibles, et un mélange de substances échangeuses de cations acides forts et d 'anions basiques forts. Une couche intermédiaire de substances échangeuses d'anions basiques forts, telle que la couche 24, bien quelle soit désirable, n'est pas un élément essentiel. De la même façon, la seconde couche de substances échangeuses de cations acides sorts et la seconde couche de substances échangeuses d'anions basiques faibles, telles que les couches 20 et 22, peuvent autre supprimées.Dans ces conditions, les épaisseurs des couches uniques de substances échangeuses de cations acides forts et de substances echangeuses d'anions basiques faibles doivent être doublées. Bien que l'omission des trois couches précites abaisse de IO% la capacité de production d'une eau ayant une résistivité supérieure à 50.000 Ohm-cm, la capacité de production diane eau ayant une résistivité supérieure à I.000.000 Ohm-cm se trouve augmentée de IO%. ar conséquent, lorsque la capacité totale est moins importante que le degré de pureté, on peut utiliser un tel arrangement. A titre lexemple de lits échangeurs diluons selon l'1nven- tison, on peut citer l'appareil suivant : On utilise un récipient IO, se presentant sous la forme d'un tube de verre dont le diamètre intérieur est de tordre de 90mm, dans lequel les couches I6, 18, 20, 22, 24 et 26, ont respectivement des épaisseurs de 75mm, 50mm, 75flb-, 50mm, 5mm et TIOmm. Considérant une eau du robinet ayant une dureté de 480, on peut en réaliser la purification de façon à ce qu'elle présente une résistivité supérieure à IO.000.000 Ohm-cm.On peut arriver à une résisçlvité de 3.000.000 Ohm-eml apres extraction de 5),0 gr./dm3 de résine. On peut obtenir une résistivité de I00.000 Ohm-cm après extraction de 58,7 gr./dm3 de résine, une résistivité de 50.000 Ohm-cm après extraction de 68 > 5 gr./dm3 de résine. Les purificateurs dteau utilisés jusqu'à présent permettent d'obtenir une eau ayant une résistivité de 50.000 Ohm-cm après extraction de seulement 41,6 gr./dm) environ de résine. Il est bien entendu que Iton peut effectuer des substitutions dans les résines particulières, données à titre d'exemple dans le mode de réalisation spécifique décrit plus haut. En effet, on peut utiliser à la place de celles-ci de nombreuses substances échangeuses d'anions ou de cations, sans sortir pour autant du cadre de la présente invention. - REVENDICATIONS I - Procédé d'extraction des impuretés contenues- dans 11 eau, caractérisé par le fait que l'on fait entrer l'eau en contact avec une première substance échangeuse de cations acides forts, puis une substance échangeuse d'anions basiques faibles et enfin avec un mélange de substances échangeuses de cations acides forts et anions basiques forts 2 - Procédé d'extraction selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'après contact avec ladite substance échangeuse d'anions basiques faibles on fait entrer liteau en contact avec une substance échangeuse de cations acides forts puis avec une substance échangeuse d'anions basiques faibles 3 - Procédé d'extraction selon la revendication 2, caractérisé par le fait qutil comporte une phase de contact de l'eau avec une substance échangeuse d'anlons fortement basiques après la seconde phase de contact de l'eau avec une substance échangeuse d'anions basiques faibles, immédiatement avant le contact avec le mélange de substances échangeuses de cations acides forts et d'anions basiques forts 4 - Dispositif d'extraction des impuretés contenues dans liteau, selon le procédé de la revendication I, caractérisé par la combinaison des moyens suivants a) un réservoir de configuration allongée b) une pièce foraminée, obturant chacune des extrémités du réservoir c) un lit de substanceséchangeus ditons, disposé à l'in térieur du réservoir, constitué par des couches poreu ses de substances échangeuses d'ions acide forte base faible et mélange d'acide fort et de base forte, dispo sées dans l'ordre d'énumération 5 - Dispositif d'extraction des impuretés contenues dans l'eau, selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu de placer, entre la couche de substance échangeuse d'anions basiques faibles et la couche mixte formée par un mélange de substances échangeuses de cations acides forts et d'anions ba- ques forts, une seconde couche poreuse de substance échangeuse de cations acides forts et entre ladite seconde couche et la couche poreuse mixte une seconde couche poreuse de substance échangeuse d'anisons basiques faibles -. 6 - Dispositif d'extraction des impuretés contenues dans liteau, selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il est prévu une couche de substance échangeuse d'anions basiques forts entre ladite seconde couche de substance échangeuse d'anions basiques faibles et ladite couche mixte 7. - Dispositif d'extraction des impuretés contenues dans l'eau, selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les substances constituant les premières couches échangeuses de cations acides forts et d'anions basiques faibles, sont présentes en quantitesstoechiométriques, et que les substances constituant les secondes couches échangeuses de cations acides forts et d'anions basiques faibles sont aussi présentes en quantités stoechiométriques 8 - Dispositif d'extraction des impuretés contenues dans l'eaux selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les substances constituant la couche mixte échangeuse de cations acides forts et d'anions basiques forts sont présentes en quantités stoechiométriques 9 - Dispositif d'extraction des impuretés contenues dans laeau, selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les substances échangeuses d'anions et de cations formant les couches sont à l'état de partieules et que des substances poreuses sont intercalées entre les couches IO - Dispositif d'extraction des impuretés contenues dans l'eau, selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les substances poreuses comprennent une matière élastique, et sont com- primées entre les couches de substances échangeuses d'ions pour permettre l'expansion desdites substances poreuses, e rn n de compenser le retrait desdites couches.-auicours du fonctionnement de l'appareil HUIT PAGES