Brevet FR2085290A1 — publié le 19711224

La présente invention concerne les installations de traitement d'un courant liquide par une masse de solide finement divisé, et perméable, susceptible de subir une expansion sans modification de structure, sous l'effet du passage de ce courant liquide. Elle vise notamment is installations de ce type, servant à la déminéralisation d'un courant d'eau par passage àtravers des lits superposés de résines échangeuses de cations et d'anions. On connaît maintenant depuis de nombreuses années des installations de déminéralisation d'eau faisant appel à des résines d'échange de cations et d'anions contenues dans des colonnes parcourues, dans un sens par l'eau à traiter, puis en sens inverse par des liquides régénérants, à savoir un acide pour les échangeurs de cations ou une base pour les échangeurs d'anions. Cette régénération, qui, par exemple dans le cas des échangeurs decations vise à remplacer par des ions hydrogène cédés par l'acide, les cations métalliques fixés par la résine, exige encore 200 à 250 % de la quantité stoechiométrique de l'acide régénérant pour être complète. Pour surmonter cet inconvénient, on a déjà proposé d'emplo- yer simultanément deux résines de même polarité, l'une forte et l'autre faible, superposées en deux lits de manière telle que 1' eau à traiter traverse d'abord la faible, qui fixe les ions forts, puis la forte, qui fixe les ions faibles restants, en achevant lépuisement de l'eau, la régénération s'effectuant à contre-courant par un acide (ou base) fort qui déplace d'abord les ions faibles fixés par la résine, à la partie inférieure, puis ensuite les ions forts fixés sur la résine située à la partie supérieure, achevant ainsi rationnellement la régénération. Malheureusement, cette alternance de courants de sens inverses a pour effet de provoquer un mélange des résines des lits superposés, que l'on ne peut pas séparer par une cloison perforée en raison de la finesse de leurs grains et des variations de volumes qui se produisent selon que la résine est saturée en ions retenus ou régénérés Pour résoudre ce nouveau problème, on a proposé plusieurs solutions, telles que l'introduction d'air comprimé exerçant sur la surface supérieure du lit de résine faible une pression supérieure à celle du fluide de régénération, ou d'un volume souple (par exemple en baudruche) gonflé, ou d'un autre corps inerte remplissant la tête de colonne non garnie de résine. Ces moyens ne sont pas satisfaisants, car les résines, surtout anioniques, ont tendance à gonfler quand elles deviennent saturées. C'est ce problème que l'invention se propose de résoudre, sur le plan général, par un procédé consistant à remplir complète ment la tête de colonne, au dessus de la couche de traitement, par des volumes inertes non poreux, tels que des sphères creuses en matière plastique, et à équiper les conduites d'arrivée du courant liquide à traiter et d'évacuation de liquide de lavage, respectivement d'un organe (par exemple un clapet) autorisant le passage contrôlé des sphères jusqu'à, la vanne d'alimentation pour l'une, et d'une grille permettant le passage du liquide en interdisant le passage des sphères creuses, pour l'autre. Afin de mieux faire comprendre l'invention, on va illustrer le déroulement d'un cycle complet de fonctionnement de l'installation, en se référant au dessin annexe, sur lequel Les figures 1, 2 et 3 représentent les trois phases du cycle, La figure 4 illustre plus précisémen une installation de déminéralisation d'eau et, La figure 5 est un détail agrandi de la figure 4. Si l'on se réfère tout d'abord aux figures 1 à 3, on voit que la colonne de traitement 1 est garnie d'un volume v de masse solide de traitement A, finement divisé, susceptible, au cours du cycle, de se dilater pour passer à un volume Vl, puis à un volume maximum v, Au dessus du lit de solide A, est disposé, selon l'invention un lit B de masse inerte, sous forme de volumes légers, tels que des sphères de matière plastique, dont le volume total V est constant. Le liquide à traiter entre en 2, et est recueilli en 3, par gravité. Le liquide de lavage ou de régénération passe à contre courant, de 3 en 4. Au début du cycle de traitement (figure 1), la somme (v + V) des volumes des lits A et B laisse une zone libre C en tête de la colonne. A mesure du déroulement du cycle (figure 2), le volume de A augmente jusqu'à v', v, de sorte que le volume total v' + V s'élève de h, la tête C diminuant progressivement, jus qu'à ce que, en fin de cycle (figure 3), la somme v" + V (v" étant la valeur maxiame de v) est supérieure au volume total de la colon ne. A ce moment, selon l'invention, l'excédent du produit inerte B peut s'échapper au-delà dela colonne 1 et remplir en partie ou complètement la conduite 2 d'arrivée de liquide à traiter, jusqu'à la vanne 5. On a représenté en 6 une grille interposée sur la conduite 4 par laquelle est évacué le liquide de lavage et qui interdit l'entraînement de la masse inerte.Ce liquide de lavage est introduit à ce moment par 3, A mesure de ce lavage, le produit A reprend son volume v initial, et on est ramené à la situation de la figure 1. Dans le cas plus particulier, illustré aux figures 4 et 5, de la déminéralisation de l'eau, le volume variable de produit A se compose lui-même de deux lits, al et a2 de résines d'échange a1 de cations ou d'anions, respectivement forte et faible, en vue d'un épuisement méthodique. L'eau à déminéraliser est introduite par 2, et recueillie en 3. A mesure du cycle d'échange,les résines al et a2 gonflent, ce qui favoriserait le mélange des deux lits, et au moment du lavage à contre courant, l'eau de lavage entrant par 3' et sortant en 4, ce mélange tendrait à s'aggraver, Le problème consistait donc à réaliser un blocage des couches al et a2 par un volume physicochimiquement inerte, déformable en fonction des variations de volume de ces couches. A cet effet, les lits al et a2 sont surmontés d'une masse B chimiquement inerte, non poreuse, divisée de manière à ne pas perturber ltécoulement hydraulique et même à favoriser la répartition du fluide devant être déionisé, par exemple des sphères de matière plastique, Lors de l'accroissement des volumes-al et a2 consécutif à la saturation des résines, le volume exédentaire de B est recueilli par la conduite 4, et vient s'accumuler dans la conduite 2 jusqu'à -la vanne 5, à travers un organe contrôleur 7, ne laissant passer les sphères qu'une par une, à travers unorifice 8 (figure 4), tandis qu'une grille 6 située sur la conduite 4 en aval de l'embranchement de la conduite 2, arrête les sphères en laissant passer le liquide de lavage évacué par 4. Le même procédé peut être adapté à toute autre installation faisant intervenir le traitement d'un liquide par un solide ou inversement, dès lors que ce solide tend à se dilater à mesure du traitement et que l'on souhaite en maintenir la structure et/ou la stratification. Un exemple d'une telle-application est le lavage à contre courant des filtres comportant des lits superposés de matériaux ayant des propriétés différentes et ne devant pas se mélanger. REVENDICATIONS 1) Installation de traitement d'un liquide par un solide du type comportant une colonne contenant des lits superposés de solides de propriétés différentes ainsi que des moyens pour maintenir ces lits sous pression ininterrompue pendant les cycles as ces dants et descendants, caractérisés en ce que lesdits moyens consis- tent en un ensemble de volumes de petites dimensions, plus légers que l'eau, et remplissant la tete de la colonne au-dessus des lits de solides. 2) Installation selon 1, dans laquelle lesdits volumes sont des sphères en matière plastique. 3) Installation selon 1 et 2, dans laquelle les solides sont des résines d'échange d'ions 4) Installation selon 1 et 2, dans laquelle les solides sont des matériaux filtrants, 5) Installation selon 1 et 2, dans laquelle les volumes de petites dimensions peuvent s'échapper d'une façon contrôlée dans une conduite de réserve alors que le liquide s'évacue séparément sans entraîner ces éléments de petites dimensions.