Brevet FR2413326A1 — publié le 19790727

La présente invention concerne des dispositifs pour l'épuration des liquides, et,plus précisément, des dispositifs pour l'obtention de l'eau hautement dessalée. Le dispositif réalisé conformément à la présente invention peut être utilisé avec le plus grand succès pour l'obtention de l'eau dessalée nécessaire pour la fabrication des articles dans l'électronique. L'invention peut aussi être utilisée dans les industries chimique pharmaceutique, alimentaire, dans la médecine et dans d'autres domaines de la technique Il est bien connu un dispositif pour l'obtention d'eau hautement dessalée ayant un corps réalisé en matière diélectrique. A chaque bout de ce corps est placée une électrode métallique plate reliée électr1quement-à# une source du courant continu. - A l'intérieur du corps sont montées des membranes d'échange plates ioniques de façon que les membranes cationiques alternent avec les mambranes anioniques. Toutes les membranes sont séparées les unes des autres par des joints en caoutchouc placés sur les périphéries des membranes. Chaque membrane, avec une membrane voisine à polarité opposée disposée d'un de ses ctés, forme une chambre pour la solution saline, tandis que cette première membrane, avec une membrane à polarité opposée disposée de l'autre côté, forme une chambre de dessalage. Les chambres de dessalage sont remplies des résines cationiques et anioniques servant pour l'absorption des ions des sels de l'eau traitée. La chambre pour la solution saline est destinée à assurer l'extraction des ions des sels par l'eau qui y circule. Dans le corps sont prévues une entrée pour l'eau à traiter et une sortie pour l'eau épurée. Il y a aussi une entrée et une sortie pour l'eau de refroidissement des électrodes et de rinçage des chambres pour la solution saline. L'eau saturée en ions des sels est évacuée hors de ces chambres. Lors du fonctionnement du dispositif, l'eau à traiter est amenée à travers le mélange des résines d'échange ionique remplissant les chambres de dessalage. Les ions des sels contenus dans l'eau sont absorbés par des résines correspondantes s les cations par la résine cationique et les anions par la résine anionique, ce qui a pour résultat l'épuration de l'eau des sels. Le processus d'épuration continue jusqu'à ce que les résines d'échange des ions commencent à se saturer en ions des sels extraits de l'eau, ce qui est indiqué par l'appareil servant à mesurer la conductibilité électrique spécifique de l'eau. Lorsqu'on atteint un point critique déterminé de saturation, on fait intervenir le courant pour la régénération des résines d'échange ionique. Sous l'action du courant éLectrique, les ions des sels retenus par le mélange des résines commencent la migration vers les électrodes à polarité opposée, mais en se heurtant sur leur trajet contre les membranes semi-perméables ioniques échangeuses d'ions et sortent dans les chambres pour la solution saline d'où ils sont évacués par l'eau courante. (Voir, par exemple, certificat d'auteur d'invention de l'union des républiques socialistes soviétiques n0 323958). L'inconvénient de ce dispositif connu réside dans son rendement insuffisamment élevé qui est conditionné par la distance assez grande séparant les électrodes, ce qui augmente sensiblement la résistance électrique du mélange des résines en rendant difficile le déroulement du processus électrochimique dans le dispositif. - On peut élever le rendement du dispositif connu en augmentant le nombre de chambres, ce qui entraîne ainsi l'accroissement de la distance séparant les électrodes et l-'augmentation considerable de l'encombrement du dispositif. L'autre inconvénient du dispositif connu consiste dans le fait que le dispositif est dangereux pour le personnel qui l'exploite Cela s'explique par le fait que les membranes d'échange ionique se trouvant sous tension sortent par leurs bouts plats sur la surface extérieure du corps du dispositif. Le but de l'invention est de mettre au point un dispositif pour l'obtention de l'eau hautement dessalée dont les électrodes et les membranes d'échange ionique seraient réalisées et disposées les unes par rapport aux autres de façon à assurer une élévation considérable du rendement du dispositif et à augmenter sa sécurité électrique en réduisant simultanément son encombrement. Le but visé est atteint du fait que dans le dispositif pour l'obtention de l'eau hautement dessalée, comprenant dans un corps diélectrique, ayant des entrées et des sorties pour l'eau, des électrodes refroidies placées parallèlement entre elles et des membranes d'échange ionique formant des chambres de dessalage destinées à absorber les ions des sels de l'eau à traiter et remplies de résines d'échange ionique, et des chambres pour la solution saline destinées à assurer l'élimination des ions des sels par l'eau circulant à travers ces chambres, selon l'invention, les électrodes sont des tiges parallèles entre elles placées aux sommets au moins d'un hexagone régulier avec l'alternance de la polarité, tandis que chaque membrane est réalisée sous forme d'un tube et est placée concentriquement par rapport à une électrode correspondante et possède la même polarité que cette dernière, dans ce cas, chaque chambre pour la solution saline est limitée par une membrane correspondante et les chambres de dessalage formées par des membranes communiquent entre elles. Il est avantageux que les électrodes voisines soient disposées aux sommets des hexagones congruents de manière que les électrodes servent de faces communes de prismes adjacents imaginaires. Un tel dispositif possède un plus haut rendement grâce l'abaissement de la résistance électrique et, par conséquent, de la densité du courant par unité de surface dans l'espace intertubes. Le dispositif proposé permet d'obtenir un rendement assez élevé (pratiquement de toute valeur) en augmentant le nombre d'hexagones, tandis que l'encombrement du dispositif ne croît que faiblement. Une distance minimale constante, séparant les électrodes à l'intérieur des hexagones, permet de répartir uniformément la densité du-courant par unité de la surface des membranes d'échange ionique, ce qui influe sensiblement sur le rendement du dispositif. Cette disposition des électrodes et des membranes permet d'utiliser une plus grande quantité de résines dans le dispositif et d'obtenir, par conséquent, une plus grande quantité d'eau traitée. Le dispositif proposé présente une sécurité électrique suffisante grâce à la possibilité obtenue d'abaisser sensiblement la tension et du fait que les membranes d'échange ionique tubulaires ne sont pas exposées à l'extérieur du corps diélectrique Le dispositif réalisé selon l'invention a un faible encombrement et est commode en utilisation. L'invention ressortira mieux de la description d'un exemple de réalisation concret et en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement le dispositif pour l'obtention de l'eau hautement dessalée, vu en plan ; le couvercle supérieur, la cloison et les résines ne sont pas représentés ; et la figure 2 est une coupe suivant la ligne I-I de la figure 1. Le dispositif, selon la présente invention, comprend un corps 1 (figure 1) réalisé en matière diélectrique sous forme d'un tube de section transversale ronde, fermé du côté d'extrémité supérieure par une cloison 2 (figure 2). Dans le corps 1 est réalisé un trou d'entrée 3 pour l'eau à traiter. Dans le corps 1, sont montées verticalement et parallèlement entre elles des électrodes 4, qui se présentent sous forme de tiges reliées électriquement à une source 5 de courant continu. Les électrodes 4 ont des polarités de signes différents et sont montées aux sommets des hexagones réguliers et congruents avec l'alternance de la polarité telle que les électrodes 4 constituent des faces communes de prismes hexagonaux adjacents imaginaires. On appellera conventionnellement les faces d'about de ces prismes : cellules d'ionite électriques 6 (figure 1). La figure 1 montre conventionnellement, par des lignes en pointillé, une cellule d'ionique électrique 6. Le corps I possède des membranes d'échange ionique, c'est-à-dire des membranes cationiques et anioniques 7 réalisées sous forme de tubes. Les membranes 7 sont placées concentriquement par rapport aux électrodes correspondantes 4 ayant la meme polarité. Dans L'exemple décrit, les membranes 7 sont en pellicule à base des résines d'échange ionique et sont engagées sur des tubes perforés 8 (figure 2) qui rendent rigides ces membranes 7. - Les membranes 7 forment des chambres de dessalage 9 disposées entre les tubes et communiquant entre elles. Les chambres 9 de dessalage sont destinées à assurer l'absorztion des ions des sels à partir de l'eau à traiter circulant dans ces chambres, qui sont remplies de résines d'échange ionique 10 contenues dans le corps 1 et atteignent approximativement le niveau auquel est réalisé le trou d'entrée 3. Des chambres pour la solution saline 11 sont destinées à assurer l'élimination des ions des sels par l'eau circulant dans ces chambres. Chaque chambre pour la solution saline 11 est limitée par une membrane correspondante 7. Les chambres pour la solution saline 11 permettent aussi d'effectuer le refroidissement des électrodes 4 par l'eau traversant ces chambres. Dans la partie supérieure du corps 1 est fixé un couvercle 12 entre lequel et la cloison 2 est monté un joint annulaire 13 en caoutchouc. Le couvercle 12 est percé des trous 14, laissant sortir du corps 1 les extrémités borgnes, nnn perforées 8a des tubes 8, et des électrodes 4 fixées dans ces extrémités des tubes 8. Aux électrodes 4 sortant des tubes 8 sont reliées des barres 15 qui sont rigidement fixées aux électrodes 4 a l'aide des écrous 16. Les barres 15 servent à relier les électrodes 4 à la source de courant continu 5. Dans la partie supérieure des tubes 8 sont percés des trous 17 servant à assurer le passage de l'eau emportant les ions des sels se dégageant de l'eau à traiter. Dans le couvercle 12 est aussi réalisé un trou 18 qui communique avec les chambres pour la solution saline 11 destiné à évacuer l'eau hors de la cavité du couvercle 12. Les tubes 8 avec les membranes 7 et Les électrodes 4 sont dégagés au-dehors du bord inférieur du corps 1. A la partie ouverte inférieure du corps 1 est fixé un corps intermédiaire 19 entre lequel et le corps 1 est introduit un joint annulaire 13 en caoutchouc. Au corps intermédiaire 19 est fixé d'en bas, aussi par l'inter miliaire d'un joint 13 en caoutchouc, un couvercle inférieur 20. Un trou 21 permettant l'entrée de l'eau, destinée à rincer les chambres pour la solution saline Il en vue d'éliminer les ions des sels de l'eau à traiter, est percé dans le corps intermédiaire 19. Dans le corps intermédiaire 19 au centre de chaque cellule d'ionite électrique 6 sont montés des tuyaux de drainage 22 (figure 1), dont les extrémités supérieures communiquent avec les chambres de dessalage 9, et les extrémités inférieures communiquent avec la cavité du couvercle inférieur 20 dans lequel est percé un trou de sortie 23 (figure 2) servant à assurer l'évacuation de l'eau traitée hors du dispositif. Les tuyaux de drainage 22 laissent passer l'eau épurée sans permettre aux fractions des résines d'échange ionique de s'échapper Le dispositif pour l'obtention de l'eau hautement dessalée, réalisé selon la présente invention, fonctionne de la façon suivante. On amène, à travers le trou 3 à la chambre 9, l'eau à traiter qui traverse, ensuite, le mélange des résines d'échange ionique 10. Dans ce cas, les ions des sels se trouvant dans l'eau passent aux résines 10. L'eau épurée traverse les tuyaux de drainage 22, atteint la cavité du couvercle 20 et arrive à l'usager par les trous de sortie 23. Simultanément avec l'admission de l'eau pour l'épuration a travers le trou 3, on amène l'eau a la cavité du couvercle 19 par le trou 21. L'eau traverse les chambres pour la solution saline 11, sort par les trous 17 des tubes 8 et arrive ensuite par le trou 18 à la pompe 24 (figure 2) pour son retour au trou 21 En cours de saturation, lorsque la saturation des résines d'échange ionique 10 en sels atteint un certain point critique de saturation, on amène par les barres 15 le courant aux électrodes 4. Sous l'action du courant les ions des sels, qui se sont déposés sur les résines 10, commencent à se déplacer vers les électrodes 4 à charges opposées. En se heurtant à leur trajet contre les membranes d'échange ionique 7 Les ions des sels passent à travers les membranes 7 et pénètrent dans l'eau passant par les chambres 11 en transformant cette eau en solution saline par suite de sa saturation en sels croissant toujours. De ce-fait, ont lieu le processus d'épuration de l'eau et la régénération simultanée des résines. La disposition des chambres pour la solution saline 11, dans la section transversale, aux sommets des hexagones réguliers, en forme de cellules d'abeille, assure une régénération uniforme et plus complète des résines d'échange ionique a une tension minimale du courant. Une telle construction du dispositif offre la possibilité d'augmenter de plusieurs fois son rendement avec un faible accroissement de l'encombrement du dispositif comparativement a celui déjà connu. Un modèle d'essais du dispositif pour l'obtention de l'eau hautement dessalée a subi les essais approfondis dont les résultats ont confirmé son haut rendement avec un encombrement relativement petit. Le dispositif se distingue par une sécurité de fonctionnement et 1' entretien commode. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient dlêtre décrit, uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour ltobtention d'eau hautement dessalée, comprenant dans un corps diélectrique ayant des entrées et des sorties pour l'eau, des électrodes refroidies placées parallèlement entre elles et des membranes d'échange ionique formant des chambres de dessalage destinées à l'absorption des ions des sels de l'eau å traiter et remplies de résines d'échange ionique, et des chambres pour la solution saline, destinées à assurer l'élimination des ions des sels par l'eau circulant à travers ces chambres, ce dispositif étant caractérisé en ce que les électrodes sont réalisées sous forme de tiges parallèles entre elles, placées aux sommets au moins d'un hexagone régulier avec alternance de la polarité, tandis que chaque membrane est réalisée sous forme d'un tube et est placée concentriquement à l'électrode correspondante et possède la même polarité que cette dernière, chaque chambre pour la solution saline étant délimitée par#une membrane correspondante, les chambres de dessalage formées par les membranes communiquant entre elles. 2. Dispositif seLon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes voisines sont disposées aux sommets des hexagones congruents de manière que lesdites électrodes constituent les faces communes de prismes hexagonaux adjacents imaginaires.