Brevet FR2014641A1 — publié le 19700417

La présente invention concerne un filtre échangeur d'ions à régénération à contre-courant, dans lequel la matière échangeuse est on relation avec une chambre de dilatation pour tenir compte de son gonflement variable. Â l'opposé des échangeurs d'ions à régénération dans le sens du courant utilisés couramment depuis des années, on voit stimpo- ser ces dernières années un mode de fonctionnement des échangeur s d'ions selon lequel l'élément régénérateur traverse le lit échangeur en sens contraire de l'eau à traiter. Les avantages du fonctionnement de l'échangeur suivant ce principe du contre-courant sont considérables, et parmi ceux-ci la consommation particulièrement réduite des produits chimiques et le degré de pureté élevé de l'eau traitée sont particulièrement frappants. Ltapplioation pratique du procédé à contre-courant suppose cependant que lton puisse éviter un changement des couches du lit échangeur, qui se produit facilement lorsque l'élément de régéné- ration remonte. Il faut en outre considérer le fait qu'au cours du fonctionnement cyclique le volume de la résine échangeuse varie considérablement, de sorte qu'on doit iixer le lit échangeur de façon élastique ou permettant son soulèvement. Pour tenir compte de ces exigences lorsque l'échangeur d'ions fonctionne à contre-courant, on a déjà fait une série de propositions. linsi, il est connu de fixer à l'aide dtenveloppes de caoutchouc de volume variable la charge d'échangeur pendant le courant de régénération opposé au fonctionnement. Pendant le cycle de fono- tionnement normal, l'enveloppe de caoutchouc remplit entièrement la chambre de dilatation, de sorte que ltcn évite l'échange des couche Pour le rinçage à contre-courant, le gonflement de la résine échangeuse détend l'enveloppe remplie d'air comprimé.Il s'est révélé que le fonctionnement de l'échangeur d'ions suivant ce procédé est extrêmement compliqué et que le prix de revient de 11 appareillage nécessaire est élevé L'invention a pour objet un filtre échangeur d'ions à régéné- ration à contre-courant, très simple et d'un fonctionnement très sûr, comportant des moyens simples d'éviter l'échange des couches et tenant compte de l'état de gonflement différent. Elle y parvient grâce à une disposition dans laquelle la cartouche du filtre comprend au-deasus de la masse échangeuse' 'me couche de matière granulée inerte, par exemple de matière plastique, dont le poids spécifique est inférieur à celui de la masse échangeuse. Cette masse granulée a pour tache de maintenir la masse échangeuse en position pendant le processus de régénération. Le poids propre de la matière échangeuse, qui maintient la masse échangeuse en position pendant le processus de régénération, permet à lui seul dtobtenir ce résultat. On peut augmenter la pression siexerçant sur la masse échangeuse en disposant au-dessus de la couche une plaque perforée chargée par un ressort. Selon une variante avantageuse, la couche peut être formée d'un corps cohérent, poreux et élastique fabriqué par exemple en agglomérant par frittage une matière granulée. L'élasticité de cè corps doit être au moins suffisante pour permettre l'absorption de la dilatation due au gonflement de la masse échangeuse. L'invention sera mieux comprise à laide de la description qui va suivre et des dessins annexés donnés surtout à titre d'e- xemples non limitatifs. Sur les dessins annexés t - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un filtre échan- geur durions selon l'invention - la figure 2 est une coupe longitudinale d'un filtre dchan- geur d'ions réalisé suivant une variante de l'invention ; - la figure 3 représente un filtre échangeur d'ions avec des conduites de connexion, à échelle réduite par rapport aux figures précédentes ; et - la figure 4 est une coupe partielle d'un filtre échangeur d'ions réalisé suivant une autre variante de l'invention. Dans le récipient représenté sur la figure l, il s'agit dtun dispositif échangeur d'ions fonctionnant suivant le principe du contre-courant, pour lequel l'eau à traiter circule de haut en bas et l'élément de régénération de bas en haut. Liteau brute pé nètre par une conduite 17 dans la cartouche du filtre de forme cylindrique, désignée dans son ensemble par la référence 10 et, après avoir traversé la masse échangeuse 11, quitte le récipient par la conduite 18. Sur la couche filtrante 11 repose une couche 12 de matière lâche, granulée, inerte, par exemple 'de granulés de matière plastique. Ceci doit être conçu de façon à ne pas céder d'impuretés à l'eau.Suivant cet exemple de réalisation, on dispose sur le granulé une plaque perforée mobile soumise à la pression d'une tige de piston 14 chargée-par un ressort. Le ressort 16 est introduit télescopiquement dans un manchon 15. Le rôle du ressort 16 est qu'une pression s'exerce sur la masse échangeuse 11 par l'intermédiaire de la couche de granulés 12, permettant aux grains échangeurs de garder une position fixe in dépendamment de leur état de gonflement. Lors du rinçage à contrecourant de la nasse filtrante 11, la couche 12 se dilate vers le haut, contre la pression du ressort 15, L'expérience a montré que la plaque perforée 13 chargée par un ressort n'est pas absolument nécessaire pour conserver la forme de la masse de granulés.Au contraire, même sans cette plaque, on peut obtenir la fixation voulue de la résine échangeuse 11 rien qutavec la couche de granulés 12. Pendant la charge, la couche 12 repose-pratiquement sans poids uniformément sur la masse échangeuse 11, de sorte que cette dernière ne supporte pas une surcharge importante.Pendant le processus de régénération, les éléments de régénération sont introduits par la conduite 19 et expulsés par la conduite 17, ou bien par un système de drainage non représenté à la figure 1 (voir la figure 2)o suivant lXexemple de réalisation représenté à la figure 2, la masse granulée permettant de conserver la forme et d'avoir un volume de configuration élastique est conformée en un corps cylindrique compact 220 I1 peut s'agir ici de- la même masse de granulés que dans l'exemple de réalisation précédent, transformée, par exemple par chauffage, par frittage en un corps synthétique. Un corps compact de ce type présente ltavantage d'éviter que l'eau qui le traverse creuse des canaux. On peut également prévoir des ressorts disposés à l'intérieur du corps pour augmenter son élasticité, ressorts dont la raideur est ajustée de façon à s'adapter à toutes les dilatations-pendant le fonctionnement, mais à maintenir le lit échangeur en position fixe pendant la régénération. Dans cet exemple de réalisation, suivant lequel lseau brute est admise par la conduite 25 et, après avoir traversé la masse échangeuse 21, est évacuée par le tuyau 26, les éléments de régénération sont évacués par la conduite 27 par l'intermédi- aire d'un système de drainage 23, manoeuvré à l'aide de la soupape 24. Le schéma représenté sur la figure 3 met en évidence le fonctionnement dtun filtre échangeur d'ions conforme à l'invention, convenant particulièrement aux cartouches de filtre destinées aux grosses et moyennes installations. A côté de la cartouche de filtre désignée globalement par la référence 30, se trouve une deu xième cartouche 51 qui remplit deux fonctions s d'une part le dosage des produits chimiques acides ou basiques destinés au processus de régénération et d'autre part la captation de la charge 490 La cartouche du filtre comporte un culot inférieur ainsi qu' un culot supérieur amovible 50. On décrira maintenant le fonction- nement de cet ensemble. Pendant le fonctionnement pour le traitement de lteau, l'eau brute s'écoule de haut en bas, traverse la conduite 39, franchit la soupape 32, traverse la masse échangeuse 31 et est dérivée par la soupape 33, sous forme d'eau traitée, vers l'échangeur suivant ou vers l'utilisation. Lorsque la résine est épuisée, le cycle de fonctionnement s'interrompt et des granulés de matière plastique inerte, dont les propriétés correspondent aux grains de matière plastique décrits en liaison avec les couches 12 et 22 pénètrent dans le récipient de régénération 51 et, gracie à un extracteur 47, dans la cartouche par une soupape 35 et une conduite 40 et sont entraSnés dans la masse échangeuse 31. Les eaux motrices se déversent par la soupape 48 dans le canal. AussitEt après, l'acide ou la lessive nécessaire pour la régénération du filtre échangeur d'ions se déverse dans le récipient de dosage 51 à l'aide de la soupape 46 et de la conduite 44 et pénètre, contre la pesanteur, à laide de l'extracteur 47, dans la cartouche de filtre par la soupape 36 montée dans la conduite 42 et est dérivée dans la conduite 41 par le système de drainage 38 et la soupape 34. À ce pro ces sus d'extraction s'ajoute le processus d'extraction par lavage, qui élimine les produits chimiques en excès de la masse échangeuse. L'extraction s'effectue par les soupapes 37 et 34. Enfin il faut de nouveau évacuer une partie de la masse de granulés de la cartouche de filtre. On effectue cette opération à l'aide d'un courant d'eau qui atteint par la soupape 57 les tuyaux de drainage 98 et ramène la masse par les conduites 40,43 et la soupape 45 dans le collecteur 51. Jusqu'à la prochaine regénération la natière reste stockée dans le collecteur 51. Le filtre convenant au procédé décrit en regard de la figure 3 peut comporter également, au lieu du culot 50, le fond 60 représenté sur la figure 4, dans lequel on a pratiqué une ouverture centrale en forme d'entonnoir pour laisser entrer et sortir la masse granulie 49. Dans une masse de remplissage 63 qui, par son action de filtrage, empêche la sortie de la matière granulée (échangeur, matière granulée inerte), sont disposés des tuyaux de drainage 61, auxquels est raccordée la conduite 39. La matière granulée servant de charge selon l'invention est de préférence constituée de matière plastique, dont on peut faire varier le poids spécifique par des additions (par exemple de sul- fate de baryum), et de fait par exemple dans l'ordre de grandeur d'environ 0d7 à 1,4. En outre, il faut choisir la densité de la charge de façon qu'elle soit inférieure à celle de la matière échangeuse. Les dispositifs décrits présentent li avantage qu1ils ne nécessitent pas de frais d'appareillage élevés. La tuyauterie, la robinetterie, et... sont les mimes que dans les appareils classiques. Les objets ou appareils additionnels, comme les enveloppes, les compensateurs, etc.. peuvent disparaître. L'invention permet, dans la construction d1un système de drainage, de faire fonctionner l'installation dans le procédé à contre-courant aussi bien que dans le procédé original suivant le sens du courant. REVENDICATIONS 1) Filtre échangeur d'ions à régénération à contre-courant, dans lequel la matière échangeuse est, en r aison de son gonflement variable au cours des différentes phases, en relation avec une chambre de dilatation, ledit filtre étant caractérisé par le fait que la cartouche du filtre contient au-dessus de la masse chan- geuse une couche de matière granulée inerte, par exemple de ma- tière plastique, dont le poids spécifique est inférieur à celui de la masse échangeuse. 2) Filtre échangeur d'ions suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la charge est oonstituée d'une matière granulée en vrac, dont le poids propre maintient la matière échan- gueuse en position pendant le processus de régénération. 3) Filtre échangeur d'ions suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche est constituée dius corps con pact, poreux et élastique, obtenu par exemple par frittage à partir de matière granulée 4) Filtre échangeur disions suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait qu'une plaque perforée est disposée au-dessus de la couche. 5) Filtre échangeur d'ions suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche comporte des additions de matière granulée inerte, par exemple de sulfate de baryum. 6) Procédé pour faire fonctionner un filtre échangeur d'ions, suivant le principe du contre-courant, caractérisé par le fait qu'avant la régénération du filtre échangeur d'ions une charge de matière granulée inerte est envoyée sur la masse échangeuse et ramenée dans un récipient extérieur après la régénération.