Brevet FR2297669A1 — publié le 19760813

L'inventin, due a Laszlo SALLAY, Jozsef AGG, Karoly ARADI et Janos HOFFMANN, est relative a un appareil échangeur d'ions, dans lequel le remplissage est délimité d'un côté, avantageusement en haut, r > ar une membrane élastique tendue et qui comporte éventuellement une chambre auxiliaire, avoisinant directement la membrane et susceptible d'être mise sous pression. On connatt des appareils échanqeurs d'ions dans lesquels le remplissage est délimité d'un côté ou de chaque côté Par une couche élastique afin aue les particules de remplissage ne se déplacent pas à contre-courant. Par exemple, dans l'appareil décrit par le brevet hongrois nb 149 316, une couche de recouvrement composée de corps se déposant plus lentement que les particules de remplissage est disposée sur le remplissage. Cette couche de recouvrement peut par exemple être constituée de billes de caoutchouc mousse ou de chlorure de polyvinyle expansé . Cette couche élastique peut encore être délimitée en plus, sa partie supérieure, par une membrane élastique susceptible d'être mise sous pression.Selon une autre solution connue, on tente d'empêcher le désordre des particules l'aide d'un tuyau de caoutchouc ou de matière synthétique gonflable (brevet hongrois n0153.322). Le but recherché n'est toutefois atteint parfaitement par aucune des solutions précitées. Les particules de l'échangeur d'ions se délacent lentement entre les corps constituant la couche de recouvrement (par exemple des billes) ce aui se traduit finalement par un désordre des particules du remplissage. Le tuyau gonflable n'immobilise au'imparfaitement les particules de remplissage. Dans les deux cas, la couche élastique ou la membrane gonflable occupent un espace appréciable, inutilisable pour l'échange d'ions.Un autre inconvénient commun aux deux solutions mentionnées consiste en ce que l'épuisement du remplissage, c'est- -dire l'échange d'ions lui-mame, ne peut s'effectuer que par écoulement de haut en bas, une couche de gaz, par exemple une couche de dioxyde de carbone, se formant au-dessus du remplissage, ce qui exclut une partie du remplissage du processus d'épuisement. Pour éliminer les inconvénients des appareils connus, la demande de brevet hongrois nO RA-900 propose d'entourer étroitement le remplissage, de chaaue côté, c'est-a-dire en haut et en bas, d'une membrane élastique tendue (membrane de Silfon) et d'inclure les éléments filtrants dans la membrane. Avec cet agencement, les particules peuvent etre rigoureusement immobilisées et leur désor dre ou leur déplacement est évité. Les membranes suivent toute va riation de volume du remplissage sans que celui-ci s'ameublisse. I1 ne se produit pas d'espaces morts nuisibles. L'incorporation des éléments filtrants à la membrane entraine cependant des diffi cultés car elle demande un travail extrêmement précis et de légè- res détériorations peuvent se produire. L'invention a donc pour but de perfectionner cette solution connue. Conformément à l'invention, le remplissage de l'échangeur d'ions est délimité, à l'intérieur de la colonne contenant ce remplissage, d'un côté, avantageusement en haut, par une membrane élastique, avantageusement tendue, par exemple une membrane Silfon. A la partie inférieure, à 1'oppose de la membrane, de la colonne est prévu un filtre et, à l'extrémité d'un tube recourbé élastiquement est fixé un second filtre de telle manière que ce second filtre s'applique contre la surface intérieure de la membrane. L'un des filtres est raccordé à la canalisation d'arrivée de liquide, l'autre à la canalisation de départ de liquide. Le liquide à traiter ou le liquide régénérateur traverse le filtre pour pénétrer dans le remplissage ou pour en sortir et ceci dans le sens du courant du liquide à traiter ou à contre-courant, de haut en bas ou de bas en haut. Grâce à cette solution, le remplissage se trouve fermement enserré parla membrane élastique, ce qui empêche le déplacement de ses particules. Les variations de volume des particules ou du remplissage peuvent s'effectuer sans aucune restriction. Selon un mode de réalisation préfdrentiel de l'appareil conforme d l'invention,la membrane- est associée à une chambre auxiliaire ferme, susceptible d'être mise sous 'pression de l'extérieur, qui est raccordée à la canalisation du liquide à soumettre à l'échange d'ions. Dans ces conditions, tout le système se trouve sous la pression de ce liquide. L'appareil conforme à l'invention peut être composé d'une seule colonne, ou encore de plusieurs colonnes reliées l'une à l'autre, par exemple d'une colonne d'échange de cations et d'une colonne d'échange d'anions. L'appareil conforme à l'invention peut être relié à un système régénérateur séparé autonome connu. L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide d'un de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif en se référant à, la figure unique du dessin annexé, aui représente un appareil échanaeur d'ions à écoulement de haut en bas, composé d'une seule colonne et comportant une chambre auxiliaire suscentible d'etre mise sous pression. Le remnlissage 2, contenu dans la colonne 1, est fermement retenu par la membrane élastiaue tendue 3, réalisée par exemple en Silfon. A l'extérieur de la membrane 3 est disposée la chambre auxiliaire fermée 4 qui, par la dérivation 6 munie du robinet d'arrêt 7, est raccordée à la canalisation 5 parcourue par l'eau primaire au'il s'agit de débarrasser de sels. La canalisation primaire 5 est raccordée, par la dérivation 8 munie du robinet d'arrêt 9 à un tube 10 de métal ou de matière synthétique résistant aux produits chimiques, replié élastiquement et traversant le filtre 12 monté à la partie inférieure de la colonne ; à l'autre extrémité de ce tube est monté le filtre de tête 11 qui se trouve du côté intérieur de la membrane 3.Les filtres 11 et 12 peuvent chacun être construits d'une seule pièce, mais peuvent être constitués de plusieurs éléments. Le filtre 12 est raccordé à la canalisation de départ 13, munie du robinet d'arrêt 14, de laquelle part la tubulure 15 munie du robinet d'arrêt 16. De la dérivation 8 de la canalisation primaire 5 partent la tubulure 17 munie du robinet d'arrêt 18 et la tubulure 19 munie du robinet 20. A la mise en marche de l'appareil, le robinet 7 étant ouvert, l'eau arrivant par la canalisation primaire 5 applique sa pression à l'intérieur de la chambre auxiliaire 4. L'eau s'écoule par la dérivation 8 par le tube 10 et par le filtre de tête 11 et arrive dans le remplissage échangeur d'ions 2 qu'elle narcourt de haut en bas et dont elle sort par la canalisation de départ 13 aPrès avoir traversé le filtre 12 ; éventuellement, l'eau qui sort par la canalisation de départ 13 peut être diri gée vers une ou plusieurs autres colonnes d'échange d'ions non représentées sur la figure. La membrane 3 est soumise, de chaque côté, à la même pression, ceci quelles que soient les fluctuations de pression qui peuvent se produire. Au cours de la régénération, aui s'effectue à contre-courant, le liquide régénérateur arrive, par le robinet 16 de la canalisation 15, à travers le filtre 12, dans le remplissage 2 au'il traverse de bas en haut et sort de l'appareil par le filtre de tête 11, par le tube 10 et par la tubulure 17 ou 19, de la dérivation 8. Si la régénération doit s'effectuer en circuit fermé, les tubulures 15 et 17 sont raccor dées à l'ensemble réaénératsr. Si la réqénération ne s'effectue pas en circuit fermé, la chambre auxiliaire 4 est mise sous pression par fermeture de la dérivation 8 (à l'aide du robinet 9), à travers la dérivation 6 de la canalisation 5. Si on le désire, la régénération peut être effectuée dans le même sens que pour le fonctionnement normal de l'appareil en échangeur d'ions. Dans ce cas, le liquide régénérateur s'écoule par la tubulure 17, par le tube 10 et par le filtre 11, et arrive dans le remplissage 2 qu'il traverse de haut en bas pour sortir par le filtre 12 et la canalisation 15. Si le liquide soumis à l'échangeur d'ions doit traverser l'appareil de bas en haut, il y a lieu de raccorder la canalisation primaire 5 à la canalisation 13. Les avantages de l'invention peuvent être résumés de la ma niera suivante. Ltappa-reîI--êst-- construction simple et ne comporte pas de pièce compliquée ni susceptible de détériorations fréquentes. Le remplissage de l'échangeur d'ions est protégé à coup sûr de tout déplacement et de tout désordre des particules par la membrane tendue qui délimite le remplissage. Cette membrane ne contient aucune pièce incorporée. L'épuisement et la régénération du remplissage s'effectuent absolument régulièrement du fait que le filtre de tête s'applique directement contre la membrane et que le remplissage est traversé complètement et uniformément. I1 n'y a pas d'espaces morts et aucune couche de gaz ne peut se rassembler au-dessus du remplissage.Du fait qu'il n'y a pas d'espace mort et que la totalité de l'espace occupé par le remplissage sert à l'échange d'ions, le dispositif est de conception économique quant à l'utilisation des volumes. La chambre auxiliaire étant susceptible d'être mise sous pression, n'importe quelle pression de fonctionnement peut être maintenue dans tout le système. La charge et la sollicitation de la membrane sont pratiquement négligeables, car la même pression règne essentiellement sur les deux faces de celle-ci. La mise en place des filtres est simple et facile à effectuer. L'appareil peut fonctionner dans n'importe quel sens de circulation du liquide à traiter et peut être associé à volonté à d'autres dispositifs échangeurs d'ions ou à un ensemble régénérateur en circuit fermé. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATTONS 1 - Appareil échangeur d'ions comportant au moins une colonne (1) contenant le remplissage échangeur d'ions (2), une membrane élastique, avantageusement tendue (3), délimitant et retenant fermement d'un côté, par exemple en dessus, le remplissage (2), laquelle membrane peut par exemple être rdalisée en Silfon, et éventuellement une chambre auxiliaire fermée (4) avoisinant directement la membrane (3) et susceptible d'être mise sous pression, lequel appareil échangeur d'ions est caractérisé en ce que la colonne (1) comporte un filtre (12), simple oucom- posé de plusieurs éléments, disposé à la partie inférieure du remplissage, du côté opposé à la membrane (3) et un filtre de tête (11) fixé à une extrémité d'un tube (10) courbé élastiquement et s'appliquant contre la membrane (3), ce filtre (12) et ce filtre de tête (11) étant raccordés en sens contraires à la canalisation d'arrivée (8) et à la canalisation de départ (13). 2 - Appareil échangeur d'ions selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre auxiliaire (4) de la colonne (1) est raccordée à la canalisation primaire (5).