Brevet FR2502510A1 — publié le 19821001

DISPOSITIF DE TRAITEMENT A CELLULOSES GREFFEES ECHANGEUSES D'IONS. L'invention est relative à un dispositif de traitement d'échange d'ions comprenant un empilage de plaques de cellulose greffée échangeuse d'ions, disposées transversalement sur le parcours de circulation du liquide à traiter, ledit empilage étant intercalé entre deux enceintes respec tivement d'amenée et d'évacuation du liquide. Les matériaux greffés sont des supports polymères sur lesquels sont fixées par greffage des chaines latérales appelées greffons qui contribuent à donner au produit fini des propriétés nouvelles. Une fonction échangeuse d'ions peut par exemple être obtenue par polymérisation sur une channe macromoléculaire cellulosique d'un monomère ionique par unf technique de greffage sans aucune réticulation, à la différence des résines classiques à matrice réticulée. Le substrat de cellulose hydrophile peut être d'une présentation quelconque, tels que papiers, cartons, fibres, fils, tissus Les médias greffés présentent l'avantage d'une cinétique d'échanges d'ions de 30 à 200 fois plus rapides que les résines traditionnelles permettant de ce fait des débits élevés de traitement dans des dispositifs ou appareillages compacts. Les appareils existants ne tirent pas entièrement profit des propriétés remarquables des celluloses greffées échangeuses d'ions et comportent notamment des volumes morts. La présente invention part de la constatation que l'échange d'ions ne produit aucune modification de structure du matériau et qu'une utilisation maximale des capacités nécessite une répartition uniforme du liquide à traiter. Le dispositif de traitement selon l'invention est caractérisé en ce que dans l'empilage desdites plaques échangeuses d'ions sont intercalés alternativement des éléments répartiteurs et des éléments collecteurs de même structure, les éléments répartiteurs communiquant par leur bord avec l'en- ceinte d'amenée de liquide, tandis que les éléments collecteurs communiquent par leur bord avec l'enceinte d'évacuation de façon que la perte de charge soit pratiquement indépendante du parcours emprunté par ledit liquide pour passer de l'enceinte d'amenée à l'enceinte d'évacuation et à éviter tout volume mort. Les éléments répartiteurs permettent une pénétration du liquide à l'intérieur de l'empilage, tandis que les éléments collecteurs collectent le liquide ayant traversé la couche de celluloses greffées intercalée entre deux éléments successifs. La perte de charge de 1' écoulement résulte d'une part du passage transversal précité et d'autre part du parcours dans l'élément répartiteur et dans l'élément collecteur, et il ressortira de l'expose qui va suivre que grâce à l'identité de structure de ces éléments cette perte de charge est indépendante du parcours. Cette répartition uniforme évite tout volume mort et est conservée dans le temps. L'épaisseur des éléments répartiteur et collecteur peut être très faible, par exemple voisine de 1 mm, tandis que l'espace entre deux éléments successifs, rempli de cellulose greffée, est supérieur à 5 mm. Ces éléments sont, selon l'un des modes de mise en oeuvre de l'invention, en forme de grilles, par exemple tissées, intercalées dans un empilage cylindrique pour des raisons de symétrie. Le matériau cellulosique est dans ce cas en forme de disques annulaires empilés confinant un conduit axial. L'empilage, qui peut constituer une cartouche interchangeable, est logé dans une enveloppe confinant avec le pourtour externe de l'empilage une enceinte d'amenée ou d'évacuation du liquide a' traiter, le conduit axial constituant l'enceinte conjuguée d'évacuation ou d'amenée.Les grilles annulaires affleurent, les unes le pourtour externe de l'empilage pour communiquer avec l'enceinte externe, tandis que les autres affleurent le pourtour interne pour communiquer avec l'en ceinte interne. Tout pontage entre les deux enceintes par les grilles est évité, soit par une zone périphérique pleine séparant la grille de l'enceinte correspondante, soit par suppression de la grille dans cette zone et remplissage par le matériau cellulosique des disques adjacents. Ce remplissaqe est favorisé par le gonflage des celluloses. Les qrilles sont en un matériau passif, par exemple en matière plastique. Selon un autre mode de réalisation, les disques répartiteurs et collecteurs sont en matière moulée présentant sur leurs faces un réseau de rainures ou de canaux radiaux et circulaires. Les rainures radiales des disques répartiteurs débouchent dans l'enceinte d'amenée du liquide et sont séparées de l'enceinte d'évacuation par une partie obturatrice pleine, tandis que les rainures des disques collecteurs débouchent dans l'enceinte d'évacuation et sont isolées de l'enceinte amenée. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention; la figure 2 est une vue partielle, à échelle agrandie, de la fig. 1; la figure 3 est une vue analogue à celle de la fig. 2, illustrant une variante de réalisation; la figure 4 est une coupe partielle selon la ligne IV-IV de la fig. 3; la figure 5 est une coupe partielle selon la ligne V-V de de la fig. 3. Sur la fig. 1, une enveloppe cylindrique 10 est obturée à sa base par un fond tronconique 12 et au sommet par un couvercle amovible 14. Le fond 12 est traversé axialement d'une manière étanche par une tubulure 16 pénétrant partiellement à l'intérieur de l'enveloppe 10. Par la suite, la tubulure 16 sera considérée comme étant un conduit d'évacuation du liquide à traiter, un orifice 18 se raccordant à une conduite 20 étant le conduit d'amenée du liquide, mais il est clair que la disposition inverse est possible. Sur ltextrémité en forme.de bride 22 de la tubulure 16 est appliquée la plaque inférieure 23 d'un empilage 24, avantageusement en forme de cartouche amovible, comprimé par un ressort de compression 26 intercalé entre le couvercle 14 et la plaque supérieure 28 de l'empilage 24.La plaque inférieure 23 présente en regard de la tubulure 16 un orifice 30 faisant communiquer la tubulure 16 avec un canal axial ou enceinte d'évacuation 32 de l'empilage 24, obturé à son extrémité supérieure par la plaque supérieure -28. Entre les plaques 23 et 28 sont empilés des disques annulaires 34 en celluloses greffées échangeuses d'ions avec interposition périodique et alternée de disques annulaires répartiteurs 36 et de disques annulaires collecteurs 38. Le diamètre externe des disques répartiteurs 36 est égal au diamètre externe des disques 34 en celluloses, tandis que le diamètre intérieur des disques 36 est légèrement supérieur à celui des disques 34 de façon que les disques répartiteurs 36 affleurent le pourtour externe de la cartouche 24 en communiquant avec l'enceinte 42 d'amenée de liquide confiné par l'enveloppe 10, mais sans communiquer avec le canal axial 32. Ce canal axial 32 peut être gainé par un tube perforé 40. A l'inverse, les disques collecteurs 38 communiquent avec le canal 32, mais ont un diamètre externe inférieur à celui de la cartouche 24. En se référant plus particulièrement à la fig. 2, on voit que les disques 36, 38 sont constitués par des grilles en fils tissés ménageant des interstices de circulation du liquide à traiter entre les couches des disques 34 de cellulose greffée. Les grilles 36, 38 ne s'étendent, de la manière décrite ci-dessus, que sur une partie de la surface des disques 34, le bord périphérique adjacent étant, soit rempli par un anneau plein 44 de la manière représentée à la partie supérieure de la fig. 2, soit par les parties déformées 46, 48 des disques 34 adjacents. Le liquide dans l'enceinte d'amenée 42 peut pénétrer à l'intérieur de l'empilage 24 par les interstices ménagés par les grilles répartitrices 36. Le liquide traverse les disques 34 de cellulose greffée avec échange d'ions pour rejoindre les grilles collectrices 38 permettant une évacuation par le canal 32.Le parcours à travers les disques 34 correspond sensiblement à l'écartement entre deux grilles successives 36, 38, tandis que le parcours le long des grilles 36, 38 correspond à la distance entre l'enceinte 42 et le canal 32. Les grilles 36, 38 sont de même structure et la perte de charge est ainsi indépendante du trajet, voisin ou écarté de l'axe, emprunté par le liquide. La perte de charge constante évite tout volume mort et permet un fonctionnement optimal du dispositif. L'empilage 23, 24, 28 peut être solidarisé par un moyen quelconque pour former un ensemble ou cartouche facilement amovible et remplaçable. L'épaisseur des grilles 36, 38 peut être voisine d'un millimètre et il est clair que ces grilles peuvent être réalisées d'une manière quelconque et en tout matériau approprié. Les fig. 3 à 5 illustrent une variante de réalisation faisant usage d'éléments répartiteurs 36' et collecteurs 38' en forme de disques annulaires monobloc rainurés. Sur les figures, les dimensions des rainures sont exagérées pour des raisons de représentation. Les deux faces des disques collecteurs 38' présentent des rainures radiales 50 débouchant dans le canal 32 et obturées par une partie pleine 52 du côté de l'enceinte 42. A ces rainures radiales 50 se raccordent des rainures circulaires 54 permettant une évacuation uniforme du liquide. Les disques répartiteurs 36' comportent de la même manière des rainures radiales 56, une partie obturatrice centrale 58 et des rainures circulaires 60. Les disques 36', 38' peuvent être en matière plastique moulée d'une épaisseur comparable à celle des grilles 36, 38. Le fonctionnement est bien entendu identique, la perte de charge étant toujours indépendante du trajet suivi par le liquide. Cette perte de charge peut être adaptée en choisissant une épaisseur appropriée des couches 34 de cellulose greffée ent-re deux éléments intercalaires 36, 38 successifs. L'appareil est compact et permet un traitement a' débit élevé, la régénération étant également très rapide. L'appareil est avantageusement cylindrique et vertical, mais il est clair que d'autres formes ou dispositions sont concevables. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits. Revendications 1. Dispositif de traitement d'échange d'ions comprenant un empilage (24) de plaques (34) de cellulose greffée, disposées transversalement sur le parcours de circulation du liquide à traiter, ledit empilage (24) étant intercalé entre deux enceintes respectivement d'amenée (42) et d'évacuation (32) du liquide, caractérisé en ce que dans l'empilage (24) desdites plaques (34) échangeuses d'ions sont intercalés alternativement des éléments répartiteurs (36) et des éléments collecteurs (38) de même structure, les éléments répartiteurs (36) communiquant par leur bord avec l'enceinte d'amenée (42) de liquide, tandis que les éléments collecteurs (38) communiquent par leur bord avec l'enceinte d'évacuation (32) de façon que la perte de charge soit pratiquement indépendante du parcours emprunté par ledit liquide pour passer de l'enceinte d'amenée (42) à l'enceinte d'évacuation (32) et à éviter tout volume mort. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des plaques (34) de cellulose greffée échangeuses d'ions et des éléments répartiteurs (36) et collecteurs (38) de forme annulaire, lesdites enceintes (42, 32) disposées coaxialement confinant respectivement le pourtour externe et le pourtour interne de l'empilage (24). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur d'un élément répartiteur (36) ou collecteur (38) est inférieure au quart de l'épaisseur des plaques (34) intercalées entre deux desdits éléments successifs (36, 38). 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits éléments répartiteurs (36) et collecteurs (38) ont une structure de grille, les grilles répartitrices (36) communiquant par leur pourtour avec l'enceinte d'amenée (42) du liquide et les grilles collectrices (38) avec l'enceinte d'évacuation (32). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les grilles répartitrices (36) sont obturées sur leur pourtour adjacent à l'enceinte d'évacuation (32) par une partie obturatrice (46), les grilles collectrices (38) étant obturées par une partie obturatrice (44, 48) sur le pourtour opposé, adjacent à l'enceinte d'amenée (42). 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdites grilles (36, 38) sont en un matériau tissé. 7. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits éléments répartiteurs (36) et collecteurs (38) sont une pièce moulée de faible épaisseur présentant sur ses faces un réseau conjugué de rainures (50, 54; 56, 60) assurant une répartition et une collection à perte de charge égale du liquide sur les plaques (34) échangeuses d'ions. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit réseau comporte des rainures radiales (50, 56) auxquelles se raccordent des rainures circulaires (54,60). 9. Cartouche pour un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'elle est constituée par un bloc cylindrique (24) à canal axial (32), formé par l'empilage successif d'un élément répartiteur (36), d'une couche de plaques (34) de cellulose greffée, d'un élément collecteur (38), d'une couche de plaques (34) de cellulose greffée et ainsi de suite.