Brevet FR2222126A1 — publié le 19741018

a présente invention se rapporte à un dispositif échangeur d'ions rai convient pour la régénération à contre-courant ou canes le même sens, aussi bien pour une réalisation par le bas que par le haut. Bes dispositifs échangeurs d'ions connus jusqu9à maintenant et généralement utilisés sont principalement construits pour la régénération dans le serre sens Dans les dispositifs à sens identique , la régénération s'effectue dans le même sens que l'appauvrissement.Ceci présente toutefois l'inconvénient que le degré d'efficacité reste extrêmement bas Ce phénomène peut s'expliquer de plusieurs manières : 10.- La solution de régénération est mise en contact avec le contenu de ltéchangeur d'ions saturé au maximum d1ions adsorbés-, totalement épuisF, alors qu'elle se présente dans l'état dans lequel elle contient la concentration maximale de régénération, c'est-à-dire à son état le plus actif En conséquence, -s'il n'y a pas un surcroît suffisant d'agent de régénération, la partie du contenu de l'échangeur d'ions qui, lors de l'épuisement, devait assurer le dernier nettoyage, n'est pas totalement régénérée. 2 c- D'après des expériences pratiques, pour réaliser une régénération valable et de bonne qualité, il est nécessaire de disposer d'un surcroît d'agent de régénération d'au moins ?50 à 300goO 3 O- Même pour un surcroît d'agents de régénération de 250 à 300$, on n'est pas assuré dans tous les cas que le liquide à épurer passera,dans la dernière portion du processus d'échange d'ions,dans la matière assurant l'échange des ions régénérée au maximum de son efficacité, ciest-à-dire la plus active Cet inconvénient est particulièrement important pour les composés difficilement séparables tels que SiO2 ou pour les composés du fer ou d'autres composés complexes se présentant sous une forme organique On a donc essayé de réaliser une régénération à contre courant dans laquelle la solution de régénération-passe dans une direction opposée au sens d'écoulement du liquide d'épuisement Les avantages des opérations à contre-courant tels que le lavage sont déjà connus dans la technique.On pouvait donc supposer que pour une régératio à contre-courant des échangeurs d'ions, les inconvénients et conséquences non désirables de la régénération dans un courant de même sens pourraient être éliminés La régénération à contre-courant des échangeurs d'ions ne peut cependant, comme on le sait, pas être réalisée de manière satisfaisante en faisant simplement circuler à contre-courant la solution de régén4ration Be volume des échangeurs d'ions varie pendant leur épuisement ou régénération de 2 à 20% par rapport au volume initial Pour permettre cette variation de volume, les colonnes des échangeurs d'ions ne sont remplies qu > à 80-85% de leur contenance C'est ainsi que les grains des matières de remplissage sont remués, mélangés et déplacés par la solution de régénération introduite à contre-courant, lorsque leur vitesse d'écoulement n'est pas trop faible, ce qui entraîne une consommation inutile d'agent de régénérati9n Jusqu'à présent, aucune méthode n'était connue qui soit en mesure d'empêcher de manière efficace ce déplacement des matières de remplissage des colonnes provoqué par la variation de volume ou la vitesse d'écoulement. On connaît un dispositif échangeur d'ions à courant opposé qui se compose de rouleaux dont le diamètre va en diminuant vers le bas, dans lesquels/pour empêcher le déplacement des petits grains, on a prévu des plaques perforées horizontales. Un inconvénient de ce dispositif réside dans le fait qu'il ne peut fonctionner que dans un seul sens, c'est-à-dire de bas en haut. Il empêche le mélange des grains constituant les matières de remplissage, mais uniquement en partie, et nécessite par ailleurs des dépenses importantes. On connait également un tel dispositif par le brevet hongrois NO 149-516, dans lequel on a prévu, en bas, une couche filtrante composée d'un matériau granuleux, par exemple de pierraille, alors qu'à la partie supérieure les matières de remplissage de l'échangeur d'ions en matière synthétique sont délimitées par une couche formée de corps élastiques par exemple de billes de caoutchouc ou de mousse de matière synthétique qui se déposent plus lentement que les morceaux de pierraille Au-dessus de cette couche, on peut encore prévoir un volume fermé par une membrane se trouvant sous pression présentant un diamètre réduit La régénération ne peut s'effectuer que de bas en haut au moyen du courant existant Un inconvénient de ce dispositif réside dans le fait que pour une vitesse d'écoulement importante, aussi bien dans la portion d'épuisement que dans la portion de régénération, les corps formant délimitation élastiques - bien qu'ils se déposent plus lentement que les corps formant les matières de remplissage ne sont pas en mesure d'empecher totalement un mélange. G'est ainsi que les grains de la matière de remplissage ou leurs particules les plus petites s'introduisent plus ou moins rapidement entre les corps élastiques formant délimitation de sorte que toute la couche perd son homogénéité et que la matière de remplissage de l'échangeur d'ions est désordonnée. Par ailleurs, dans le cas de dispositifs éliminant complètement les sels et ne comportant pas de dispositif d'élimination des gaz, l'épuisement ne peut etre réalisé que par l'écoulement de haut en bas s bien qu'il se dégage librement dans la partie supérieure de la colonne de l/echangeur d'ions2 de l'oxyde de carbone et qu'il en resulte une diminution du nireau de liquide, la partie supérieure de la matière de remplissage restant totalement extérieure au processus Be produit de régénération ne peut que difficilement être enlevé par lavage des corps formant délimitation à pouvoir absorbant, par exemple des corpuscules en mousse de matière synthétique, Si bien que la qualité de l'eau dessalée ou adoucie ne s'améliore que très lentement La présente invention concerne également un dispositif échangeur d'ions pouvant fonctionner en direction opposee dont la matière de remplissage Pst fixes entre des membranes élastiques et dans lequel, les membranes se trouvent sous la pression du liquide d'épuisement, -c' est-à-dire de l'eau Par expérience, on sait que la matière de remplissage de l'échangeur d'ions se trouvant dans le volume cylindrique du dispositif, par exemple un échangeurd'ions en résine synthétique, est maintenue des deux côtés étroitement serrée entre deux membranes étanches à l'eau, avantageusement en caoutchouc, élastiques disposéesen haut et en bas Aux membranes, de leur côté se trouvant à l'extérieur par rapport à la matière de remplissage, fait respectivement suite de chaque côté une chambre primaire fermée deltextérieur qui est reliée par une conduite commune avec la canalisation amenant l'eau servant au lavage du fluide d'appauvrissement ou d'eau à dessaler.Ces chambres primaires peuvent être débranchées d'une manière quelconque de la canalisation commune Entre les deux membranes contenant la matière de remplissage sont prévus des éléments de filtrage, par exemple un filtre en céramique ou un tissu synthétique résistant aux produits chimiques, et les filtres sont reliés à la canalisation d'amenée ou de sortie au moyen d'organes de jonction mobiles, élastiques, passant par la chambre primaire appropriée, avantageusement à l'aide d'un tuyau de caoutchouc formant soufflet. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel - la figure unique représente le schéma de fonctionnement d'un dispositif pour le dessalage de l'eau se composant de colonnes d'échange de cations et de colonne d'échange d'anions montées en série. Dans le cylindre 1 avantageusement en matière synthétique et résistant aux produits chimiques, se trouve une matière de remplissage en échangeur de cations 2 sous la forme , alors que dans le cylindre 3 on a prévu une matière de remplissage en échangeur d'anions 4 sous la forme OH. Bes deux matières de remplissage 2 et 4 sont étroitement serrées entre les membranes en caoutchouc 5 qui sont prévues dans les colonnes 1 et 3 de chaque côté,en haut et en bas.Avantageusement, la surface des membranes 5 est lisse étant donné qu'une surface plissée ou striée pourrait retenir les grains de résine qui perdent alors leur accessibilité, du fait de l'irrégularité des surfaces l'es membranes 5 sont convexes, Tc matières de remplissage 2 et 4 sont concaves, ceci n'apparaissant pas sur les dessins. Chacune des membranes 5 contient respectivement six unités de filtrage, dans le cas présent en céramique, qui avec les membranes 5, de l'extérieur, au moyen d'un organe de jonction suivant les variations de volume de la matière de remplissage 2, au travers dola chambre primaire 7 séparée de l'extérieur, avantageusement au moyen d'un tuyau de caoutchouc en forme de soufflet, sont reliées aux canalisations d'amenée et de sortie Les chambres primaires 7 sont reliées à une canalisation commune ramifiée 9 à la canalisation 10 du liquide d'appauvrissement, de l'eau à dessaler Les différentes canalisations ou ramifications de canalisations peuvent être fermées au moyen de clapets 11 et hêtre branchées et débranchées à volonté La canalisation générale d'amenée 10 est reliée au tuyau d'entrée supérieur 12 du cylindre t alors que sa canalisation de sortie inférieure 13 est reliée à la canalisation d'entrée inférieure 12a du cylindre 3 par le tuyau 14. La canalisation 15 est utilisée pour liteau dessalée alors que les tuyaux 16 et 17 servent à la régénération par le bas. Pendant le fonctionnement, par la canalisation d'amenée 10, de l'eau arrive dans la chambre primaire 7 reliée à la canalisation 10,sous une pression égale à la pression de l'eau parvenant dans les cylindres et elle comprime les membranes 5 suivant la. pression de distribution étant donné que dans les cylindres la pression de l'eau diminue légèrement,et les membranes sont soumises à une tension préalable avec une pression légèrement plus importante que la pression de distribution , par rapport u, matières de remplissage 2 et 4, empêchant ainsi le mélange de leurs corpuscules La variation de la pression de fonctionne- ment entraine automatiquement des variations de la pression dans les ehar.)res primaires 7 Ainsi, lorsque la vitesse d'écoulement de l'eau augmente, la pression exercée sur les membranes 5 et l'effet de compression agissant sur les matières de remplissage augmentent également Pour régénérer les matières de remplissage épuisées, la solution de régénération est introduite à contre-courant par le tuyau 16 et évacuée par le tuyau 17 Pendant la régénération, il se produit généralement une rétraction des grains constituant les matières de rfemplissage des échangeurs ions. Pour compenser cette variation de volume qui s'élève par exemple dans le cas du produit connu sous la dénomination commerciale de "Varion L%T à 8-12% et pour maintenir fermement les matières de remplissage 2 et 4, les chambres primaires 7 sont soumises à une pression correspondante assurée par de l'eau amenée par la canalisation 9 ou d'une toute autre manière non représentée sur la figure, à l'aide d'une matière transmettant la pression à partir d'une unité génératrice de pression séparée, par exemple de l'air comprimé ou du gaz Le dispositif peut fonctionner également avec une matière de remplissage échangeuse d'ions quelconque variant de celle des exemples précités, par exemple une résine Les avantages du dispositif conforme à l'invention découlent de ce qui vient d'hêtre dit Ce dispositif peut fonctionner aussi bien dans le même sens qu à contre-courant sans provoquer un mélange quelconque des particules échangeuses d'ions et sans provoquer de désordre quelconque-dans les matières de remplissage Il en résulte que le surcroît généralement nécessaire d'agent de régénération peut être diminué dans le cas d'un échangeur à cations de75% et dans le cas d'un échangeur a anions de 100%. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens consti- tuant des équivalents techniques des moyens décrits ains que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent -RBVENDICAI0N- 1 - Dispositif échangeur d'ions pour la régénération à contre-courant, caractérisé en ce que les matières de remplissage échangeuses d'ions sont comprimées des deux côtés étroitement entre deux membranes élastiques, étanches à l'eau, avantageusement en caoutchouc, auxquelles se raccordent respectivement de chaque côté à l'extérieur une chambre primaire fermée, en ce que les canalisations d'entrée et de sortie dans les membranes sont reliées par l'intermédiaire d'un organe de jonction passant dans la chambre primaire correspondante, mobile et élastique, avantageusement un tuyau de caoutchouc en forme de soufflet, à des unités de filtrage en céramique ou encore formées d'un textile de filtrage synthétique, et en ce que les chambres primaires sont reliées de manière à ce que la communication puisse être interrompue, par un tuyau commune la canalisation générale d'amenée du liquide d'épuisement ou à un organe séparé amenant de la pression 2.- Dispositif échangeur d'ions selon la revendication 1, caracterisé en ce que les membranes contenant les matières de remplissage sont soumises à une tension préalable qui les rend convexes alors que les matière de remplissage précitées ssnt concaves. 30- Dispositif échangeur d'ions selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il se compose de colonnes remplies d'une matière échangeuse d'ions quelconque, lesdites colonnes étant disposées parallèlerent ou en série