Brevet FR2332046A1 — publié le 19770617

La présente invention concerne un procédé de conditionnement de résines broyées échangeuses d'anions et de cations pour filtres à précouche. Pour le traitement de l'eau d'alimentation des chaudières, c'est-à-dire essentiellement des condensats de turbines additionnés éventuellement d'eau ainsi que lors des vidanges des condenseurs d'eau de refroidissement dont la pureté doit satisfaire à des exigences élevées dans les installations de production de vapeurs nucléaires et classiques, on fait appel en particulier à des filtres à précouche revêtus de résines pulvérulentes échangeuses. On a ainsi la possibilité d'obtenir tant une filtration mécanique qutune purification par voie ionique. Le filtre est constitué généralement de bougies de filtres sur lesquelles on dépose les résines pulvérulentes échangeuses sous forme de couches de filtres. Mais il est difficile dtobtenir une couche de filtres uniforme sur toute la surface des bougies. Pendant i mélange des résines pulvérulentes catio- niques et anioniques dans l'eau les charges électriques superficielles (potentiel Zeta) s'attirent avec celles de signes contraires et il se forme à partir des deux résines des produits agglomérés et complexes sous forme de flocons dont le volume est de dix à vingt fois plus grand que la somme du volume de chacun des constituants résineux. Lors du précouchage il se forme donc un gâteau de filtres très poreux inégal présentant des épaisseurs et densités différentes.En particulier des flocons grossiers donnent de longues durées de précouchage et une forme conique au gateau de filtration. On a déjà essayé d'éliminer ces inconvénients en constituant le filtre par une opération de précouchage dosée. Dans ce procédé on met en circulation dans le filtre une grande quantité d'eau, tandis que l'on additionne la suspension de résines lentement dans le conduit d'aspiration de la pompe de mise en circulation, parexemple à l'aide d'une pompe doseuse de manière à diluer beaucoup la suspension. On parvient certes ainsi à diminuer les inconvénients précités et à une couche de filtre uniforme sans que cette solution soit cependant suffisamment satisfaisante. On a déSà proposé de prétraiter le mélange de produits échangeurs par une solution aqueuse d'un polyélectrolyte, comme par exemple l'acide polyacrylique. L'acide (la base) Joue le rtle d'un polyélectrolyte chargé négativement (positivement) et marque les charges superficielles positives (négatives) de la résine anionique (cationique). Dans un précouchage direct comme dans un précouchage dosé ce procédé améliore certes en général le pouvoir de déminéralisation du gâteau de filtre bien que le masquage d'une partie des charges superficielles positives de la résine anionique en diminue la capacité d'échange ionique ainsi que l'aptitude à fixer les c.ollordes-d'oxrydes de métaux chargés le plus souvent négativement.Il se produit en outre un retrait initial important qui est un inconvénient et qui tient au fait qu'une partie du polyélectolyte reste en solution ou y retourne par lavage. En outre le gâteau de résines pulvérulentes conditionné à l'aide d'un polydlectrolyte tend le plus souvent à adhérer fortement aux éléments de filtres et ne peut en être détaché ou rincé ensuite qu'avec beaucoup de difficulté. L'invention palie ces inconvénients précités et vise à soumettre les résines échangeuses d'ions à un conditionnement qui permet de précoucher une couche de filtres à pré couche uni foemeà des densités et épaisseurs uniformes. En outre, on évite en particulier tant le retrait initial élevé que un collage important sur les éléments de filtres. Suivant l'invention on soumet le mélange de résines à un traitement intensif par cisaillement. A cet effet on utilise avantageusement un mélangeur et de préférence une turbine de mélange constituée d'un rotor et d'un stator par exemple les produits du commerce Pentax,ou Ultra-Turax, à vitessoede rotation grandes et multiples, la turbine de mélange étant placée à l'in- térieur du récipient de mélange de la résine. Le traitement de cisaillement est effectué avantageusement directement avant le précouchage du filtre dans le procédé de précouchage par dosage. Tandis que pour la préparation de suspension de résines pulvérulentes échangeuses d'ions non-conditionnées il suffit d'une puissance de 0,2 à 0,5 KW par m3 de volume de suspension il faut mettre en oeuvre pour le conditionnement suivant l'invention une puissance d'au moins 3 KW et de préférence même de 5 à 15 KW par m3 de volume de suspension. En même temps l'apport d'énergie pour une puissance de mise en circulation totale définie meme relativement faible doit être limitée à un volume aussi faible que possible en faveur d'une plus grande concentration d'énergie pour ce qui concerne les effets de choc, de frottement et de cisaillement pour un nombre d'impulsions élevées. Les tôles radia les perturbatrices du stator servent également à éviter ltappa- rition de flottation (formation de trompe). D'autres recherches systématiques ont montré que l'on peut également utiliser le même effet de conditionnement de résines pulvérulentes par cisaillement sur des mélanges de résines échangeurs de cation et d'anion broyés avec des polymères dits inertes, c'est-à-dire des polymères en grains fins ou en fibres fines non-actifs du point de vue ionique en vue d'élever la capacité mécanique des matières solides et de diminuer la formation de crevasses pendant le travail. On peut soumettre la résine inerte par contrainte au conditionnement tant en mélange avec la résine échangeuse d'ions que l'ajouter ensuite ou la pré coucher seulement ultérieurement. Enfin il s'est révélé que le conditionnement des résines pulvérulentes par cisaillement peut etre réalisé avec accord de l'apport de puissance et de la durée de séJour également à l'aide de mélangeurs dits en ligne à nouveau de préference du type à rotor et stator à fréquences multiples. Il s'est révélé d'une manière surprenante que par ce conditionnement par cisaillement on peut obtenir une diminution notable du volume des flocons dans ltensemble et également de chacun d'entres eux. Cet effet se produit après une période de traitement extrêmement brève qui suivant l'apport d'énergie peut aller de 2 minutes à 2 heures. On pense que cet effet repose sur la modification des charges superficielles électriques (potentiel Zeta) des particules, due au traitement par cisaillement. On pourrait également penser qu'il se forme d'une manière purement statistique des produits agglomérés secondaires (flocons) relativement petits neutres électriquement vers l'extérieur qui ne s'agglomèrent pas ou pratiquement pas entre eux et ne donnent donc pas un grossissement des flocons. Dans ce procédé suivant l'invention il est maintenant possible, sans agents de conditionnement supplémentairev d'obte- nir une diminution du volume des flocons de résines plus importante que- cela -n'était possible jusqu'ici. Il est particulièrement avantageux qu'il ne se produit pas de retrait initial après le procédé suivant l'invention comme cela est le cas lorsqu'on ajoute des polyélectrclytes. En outre, on évite également les collages connus des résines sur les éléments de filtres. L'avantage du procédé suivant l'invention par rapport à l'état de la technique apparait particulièrement au dessin annexé. A titre de comparaison on a représenté pour un précouchage par dosage en 30 minutes les courbes de charges d'électrolytes avec NaCl (sel de cuisine) pour le procédé suivant I'inven- tion ; pour le conditionnement à l'aide d'un polyélectrolyte et pour un procédé sans mise en oeuvre d'un agent de conditionnement. On voit que sans utiliser un agent de conditionnement (courbe en tireté) il se produit une augmentation presque constante de la conductivité électrique et que la valeur critique de 0,1 P s par cm est bientôt dépassée. Lorsque l'on utilise un polyélectrolyte (courbe en traits et points) on ne dépasse certes cette valeur critique que plus tard mais au début du précouchage il se produit un retrait initial élevé associé à un dépassement notable de la valeur critique. On obtient les valeurs les plus favorables par le procédé suivant l'invention. Sur la courbe en trait plein obtenue par le procédé suivant l'inventton, il ne se produit en particulier aucun retrait initial et la courbe est pratiquement rectiligne sans accroissement notable de la conductivité électrique. Elle dépasse la valeur limite de 0,1 bien plus tard que les autres et représente donc une courbe à peu près idéale. Il est donc clair que l'on peut exécuter par le procédé suivant l'invention un conditionnement de résines échangeuses d'ions qui conduit sans l'addition d'un agent de conditionnement particulier a un agencement optimal du filtre à précouche. Avantageusement on effectue le traitement par cisaillement dans un conduit tubulaire fermé. REVENDICATIONS 1) Procédé pour conditionner les résines échangeuses d'ions pour filtres à précouche suivant lequel on met les résines pulvérulentes échangeuses sous forme de couches de filtres sur les bougies de filtres caractérisé en ce qu'on soumet le mélange de résines directement avant le précouchage du filtre à un traitement de cisaillement intense. 2) Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'apport d'énergie est compris entre 0,2 et 15 KW par m3 de volume de suspension. 3) Procédé suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on effectue le traitement de cisaillement dans un dispositif de mélange. 4) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3 ca ractérisé en ce qu'on utilise pour le traitement de cisaillement une turbine de mélange à fréquence multiple à vitesse rapide constituée d'un rotor et d'un stator. 5) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'on effectue le traitement de cisaillement dans un récipient de mélange des résines. 6) Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on effectue le traitement de cisaillement dans un conduit tubulaire fermé. 7) Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce quton utilise les résines échangeuses d'ions en combinaison ou en association avec des matières de filtres n'ayant pas d'activitd ionique et de préférence polymères. 8) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on effectue le traitement de cisaillement directement avant le pré couchage du filtre suivant un procédé de précouchage par dosage.