Brevet FR2543978A1 — publié le 19841012

La présente invention concerne d'une manière générale les procédés de traitement d'articles dans un bain de traitement. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un procédé de traitement électrolytique du genre zingage, cadmiage ou autre, dans lequel les articles sont introduits dans un bain de traitement suivi d'au moins un bain de rinçage. La présente invention se rapporte également à une installation de traitement d'articles mettant en oeuvre le procédé. D'une manière générale, on sait que les installations de bain de traitement électrolytique, par exemple de zingage, présentent des inconvénients parmi lesquels on peut citer ceux de: - rejet des bains épuisés et de l'eau de rinçage dans 1' environnement avec un risque certain de pollution; - consommation importante d'eau de rinçage; - refroidissement de certains types de bains tels que ceux d'électrolyte de zinc cyanuré, consommant une importante quantité d'énergie. On connais notamment par le brevet français N 78.14 548, un procédé et une installation de traitement d'articles dans un bain qui contient des produits polluants palliant l'inconvénient de pollution de l'environnement rappelé ci-dessus. Selon ce procédé le liquide du ou des bains de rinçage est le même que celui du ou des bains de traitement, c'est-d-dire de l'eau, un même débit donné de liquide circulant en continu dans le ou les bains de rinçage et dans le ou les bains de traitement, tandis qu'une fraction du bain de traitement est recyclée dans ce bain après évaporation d'une partie du liquide. Selon ce procédé, on met le liquide vaporisé en présence d'un flux d'air et on rejette dans l'atmosEhère de la vapeur d'eau. Bien entendu, les débits respectifs de circulation de liquide dans les divers bains et de recyclage du bain de traitement sont déterminés de manière à conserver constants les niveaux dans les divers bains et la concentration des produits de traitement dans le bain de traitement. Ce procédé, dans la mesure ou le recyclage du bain de traitement, par évaporation d'une partie de l'eau contenue dans ce bain, se fait avec un rendement optimum, permet de pallier ainsi l'inconvénient précité de pollution de l'environnement par rejet dans l'environnement de vapeur d'eau tandis que le produit polluant de traitement est récupéré. I1 n'en reste pas moins que ce procédé implique une importante consommation d'eau et que son rendement énergétique est parti culièrement faible. En effet, l'eau rejetée dans l'atmosphère est d ce fait perdue et la quantité d'eau perdue est d'autant plus importante que le débit précité de circulation de liquide dans le ou les bains de rinçage et dans le ou les bains de traitement est important. De plus, il faut continuellement réfrigérer le débit de liquide précité dans le ou les bains de rinçage et le ou les bains de traitement. Comme ces frigories sont apportées dans un débit de liquide qui, in fine, est rejeté dans l'atmosphère, ces frigories sont également perdues. On notera aussi que les calories,obtenues lors du cycle de réfrigération des divers bains, ne sont pas récupérées pour d'autres usages tels que le chauffage. La présente invention vise un procédé du type précité doté d'une consommation de liquide minime et d'un rendement énergétique élevé. Suivant l'invention,le procédé est notamment caractérisé en ce qu'on récupère par condensation la partie de liquide soumise à évaporation et on la renvoie dans le bain de rinçage. Selon deux autres caractéristiques particulièrement avantageuses, l'évaporation s'opère sous pression réduite tandis que la concentration s'opère par refroidissement. Gracie à ces dispositions, le débit de liquide dans les divers bains, n'est pas rejeté et par conséquent, perdu dans l'atmosphère, ce qui rend pratiquement nulle la consommation en eau du procédé puisque l'eau évaporée est condensée et renvoyée dans le bain de rinçage. De plus, la puissance de réfrigération est limitée à la quantité de liquide circulant en circuit fermé dans l'installation, l'énergie utilisée pour condenser, et par conséquent récupérer l'eau, servant également au refroidissement des divers bains. L'homme de l'art appréciera que, grâce à ce système "bouclé", un équilibre calorifique s'établit et qu'une relativement faible quantité d'énergie est nécessaire pour le maintenir. Avantageusement, les calories obtenues lors du cycle de réfrigération du condenseur peuvent être récupérées dans un échangeur de chaleur et utilisées pour d'autres usages tels que le chauffage de bsstime ts. La présente invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé, comportant au moins un bain de traitement d'articles suivi d'au moinstun bain de rinçage, des moyens de circulation de liquide pour établir un débit donné de liquide en circulation en continu dans le ou les bains de rinçage et dans le ou les bains de traitement, des moyens de recyclage de bain de traitement comportant un évaporateur, avec une entrée de liquide, une sortie de vapeur et une sortie de liquide recyclé, la sortie de liquide recyclé de l'évaporateur étant raccordée à une entrée de bain de traitement, l'installation étant caractérisée en ce que la sortie de vapeur de l'évaporateur est raccordée.à un condenseur, une sortie de liquide de ce condenseur étant raccordée à un bain de rinçage. Suivant une autre caractéristique, l'instalation selon 1a présente invention comporte une pompe à vide raccordée au condenseur. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le condenseur est équipé de moyens de refroidissement associés à un échangeur de chaleur desservant une installation d'utilisation de la chaleur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, en regard du dessin annexé, représentant de façon schématique et simplifiée, une installation mettant en oeuvre le procédé selon la présente invention. Cette installation référencée d'une manière générale en 10, comporte un poste de traitement 11 suivi de quatre postes de rinçage 12, 13, 14, 15. Le poste de traitement et les postes de rinçage sont aussi appelés, par extension, bain de traitement et bains d rinçage. Le poste de traitement 11 comporte, dans ce mode de réalisation, une cuve électrolytique 16 contenant le bain de traitement proprement dit 11'. De manière bien connue de l'homme de l'art, le bain de traitement est constitué par un électrolyte ayant une concentration donnée en produit(s) de traitement. Le produit de traitement peut être par exemple du zinc concentré à 24 g/l. La cuve 16, d'une capacité de 9000 1, dans cet exemple, est munie de moyens d'alimentation en produit de traitement, de mise sous tension, et de contrôle de la température et du niveau du bain. Ces divers moyens, bien connus de l'homme de l'art, n'ont pas été représentés sur le dessin et, n' entrant pas dans le cadre de l'invention, ne seront pas décrits plus en détails ici. L'installation 10 comporte également un évaporateur représenté schématiquement en 18 dont une entrée de liquide 19 est raccordée à une sortie de liquide 20 du poste de traitement 11 par l'intermédiaire d'une première pompe de recyclage 40. Une sortie de liquide 21 de l'évaporateur 98 est raccordée, par l'intermédiaire d'une deuxième pompe de recyclage 22, à une entrée du bain de traitement schématisé par la flèche 23. Diverses dispositions peuvent être adoptées pour les bains de rinçage. Celle représentée à titre d'exemple, au dessin, montre les trois premiew bains, les bains 12, 13, 14, disposés de façon bien connue de l'homme de l'art, "en surverse en cascade", tandis que le dernier bain 15 est raccordé au bain 14 par l'intermédiaire d'un circuit 23 comportant une pompe de transfert 24. Le dernier bain dè rinçage 15 est alimenté en liquide de rinçage, ici de l'eau, par une alimentation schématisée par la flèche 25. Le premier bain de rinçage est raccordé au bain de traitement 11 par un circuit 26 comportant une pompe de transfert 27, elle-même raccordée à une sortie de liquide 28 da bain de rinçage 12. Suivant l'invention, la sortie vapeur 30 de l'évaporateur 18 est raccordée à un condenseur 31 et une sortie de liquide 32 de ce condenseur est raccordée à un bain de rinçage. Suivant la forme de réalisation représentée, la sortie de liquide 32 du condenseur est raccordée à l'alimentation en li quide de rinçage 25 du dernier bain de rinçage 15 par p 12tinter médiale d'un circuit 33 comportant une pompe de transfert 34. Dans la forme ds réalisation représentée suivant une autre caractéristique de l'invention, le condenseur 31 est raccordé à une pompe à vide 35, en sorte que l'évaporateur 18 et le condenseur 31 travaillent à basse pression, dans cet exemple 42mbars Suivant une autre caractéristique particulièrement avantageuse du mode de réalisation de l'invention représenté au dessins la condensation dans le condenseur 31 s'opère par réfrigération, le circuit de transfert de frigories étant schématisé en 36. Les frigories sont obtenues par un moyen de refroidissement associé à un échangeur de chaleur, cet ensemble étant schématisé en 37. Cet ensemble comporte en sortie, un circuit 38 de transfert de calories apte à desservir une installation d'utilisation de la chaleur. Le fonctionnement de l'installation va maintenant être décrit. Les articles à traiter sont disposés dans un système de transfert adapté à permettre l'immersion des articles dans le bain de traitement puis, successivement, dans les quatre bains de rinçage. N'entrant pas dans le cadre de la présente invention, ce dispositif de transfert n'est pas représenté sur le dessin et ne sera pas décrit plus en détails ici. L'alimentation en eau, schématisée en 25, a un débit prédéterminé (150 l/h dans cet exemple) qui est admis dans le dernier bain de rinçage 15. Ce dernier bain de rinçage étant raccordé, par l'intermédiaire du circuit 23 comportant la pompe de transfert 24, au dernier bain 14 de l'ensemble de trois bains disposés "en surverse en cascade", un même débit de liquide de rinçage est donc aimais à l'entrée de ce bain de rinçage 14. Par surverse, ce débit est admis dans les deux premiers bains de rinçage 12 et 13, puis repris dans le circuit 26 reliant le premier bain de rinçage au bain de traitement 11 pour être ainsi admis dans ce dernier. La première pompe de recyclage 40 reprend une fraction du bain de traitement 11 en vue du recyclage de cette fraction de bain dans ce dernier, Cette fraction de bain est évaporée dans l'évaporateur 18 travaillant à basse pression du fait de la pompe à vide 35. Après évaporation du liquide, c'est-à-dire de l'eau, il reste au fond de l'évaporateur une solution nettement plus concentrée, refroidie du fait de l'évaporation, qui est reprise par la deuxième pompe de recyclage 22 et réinjectée dans le bain de traitement à l'entrée 23 de ce dernier. Cette solution concentrée refroidie participe ainsi, non seulement à l'enrichissement du bain de traitement en produit de traitement, mais également à sa réfrigération. La vapeur. d'eau, issue de l'évaporation dans l'évaporateur 18, est aspiré à la sortie vapeur 30 de l'évaporateur par la pompe à vide 35 et vient au contait du circuit de frigories 36 du condenseur 31. La vapeur d'eau se condense alors et la phase liquide est récupérée à la sortie de liquide 32 du condenseur et réinjectée dans le dernier bain de rinçage 15, par l'alimentation 25. Le liquide récupéré se trouve réfrigéré par la con.densation, la chaleur de condensation ayant e-té ellemême absorbée par le medium réfrigérant du circuit de transfert de frigories 36. Ce liquide, qui se trouve réinjecté dans le dernier bain de rinçage participe donc, de ce fait, au refroidissement des bains de rinçage. Bien, entendu, le débit des divers éléments de l'installation est réglé de manière à maintenir cette dernière en équilibre. Le débit des pompes de transfert 24, 27 d'une part entre les bains de rinçage 14,15 et d'autre part entre le premier bain de rinçage 12 et le bain de traitement 11, correspond sensiblement au débit d'alimentation en eau à l'entrée 25. I1 doit en être de même, aux pertes de liquide près, pour le débit de la pompe de transfert 34 dans le 'circuit 33 reliant le condenseur 31 à l'alimentation 25. Ces pertes seront explicitées plus loin. Le débit de la première pompe de recyclage 40 correspond sensiblement à la somme des débits de la pompe de transfert 34 et la deuxième pompe de recyclage 22, ces débits étant déterminés: - pour ce qui concerne la pompe de transfert 34, par le débit de fluide que l'on souhaite faire circuler en continu dans les bains de rinçage et le bain de traitement, ce débit étant schématisé par les flèches 50 et est, dans cet exemple, de l'ordre de 150 l/h. - pour ce qui concerne la pompe de recyclage 22, par la concentration moyenne de produit de traitement dans le bain de traitement 11. Ce débit est schématisé par les flèches 51. I1 est clair que le rendement de l'évaporateur 18 du condenseur 31, qui détermine les quantités de liquide de traitement concentré et d'eau récupérées, est également un facteur à prendre en considération pour la détermination du débit des pompes 40, 22, 34. Dans l'exemple représenté, les caractéristiques de débit sont: - pour la première pompe de recyclage 40 : 24000 1 - pour la deuxième pompe de recyclage 22 : 23850 1 - pour la pompe de transfert 34 : 150 1 L'électrolyte admis dans l'évaporateur 18 est à une tempé- rature d'environ 34 qui est ramenée à 300 par l'évaporation sous la pression de 42mars, le concentré est retourné, par la pompe de recyclage 22 dans le bain de traitement 11, qui se trouve ainsi refroidi. Dans l'exemple représenté, les caractéristiques du-circuit de-frigories 36 sont, un débit de 6000 l,'h d'un medium réfrigérant qui, ici, est de l'eau, et une température de LOOC. La vapeur d'eau issue de l'évaporateur est donc condensée à environ IsOc. L'ensemblè de l'installation,et en particulier le bain de traitement, est donc refroidi une deuxième fois par cet apport d'un débit de 150 lAi à environ 10-120C. Comme indiqué plus haut, l'ensemble 37 comporte un échangeur de chaleur associé au moyen de refroidissement. On récupère ainsi, sous forme de chaleur dans le circuit de transfert de calories 38, une partie de l'énergie requise pour le refroidissement de l'installation. Cette chaleur peut, par exemple, entre utilisée pour le chauffage de bâtiments. L'économie d'énergie totale réalisé dans l'installation représentée par rapport à une installation équivalente de l'art antérieur, en circuit ouvert, est de l'ordre de 30 à 40%. Bien entendu, les pertes de liquide de rinçage et de liquL- de de bain de traitement ont lieu d'une part par évaporation et, d'autre part, pendant les opérations de zingage, une fraction de liquide étant amenée hors du bain de rinçage final 15 par les pièces traitées. Pour éviter un appauvrissement progressif des divers bains, une alimentation en eau additionnelle, non représentée, est couplée à l'alimentation 25, tandis que, comme expliqué plus haut, le bain de traitement est muni de moyens en alimentation de produits de traitement. Bien entenda, l'invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe toutes variantes d'exécution et/ou de réalisation. En particulier, on notera que dans l'installation detraitement représentée dans la figure unique, il n'y a qu'un seul poste de traitement I1 va de soi que plusieurs postes de traitement, ayant par exemple des concentrations en produit différentes, peuvent être couplés en série. L'installation peut également comporter un poste de pré-traitement disposé en amont du poste de traitement 11 par rapport au circuit des pièces à traiter. L'installation peut également comporter un ou plusieurs postes, dits de finition. I1 est bien entendu que le débit de fluide peut être admis dans ces divers postes de traitement ou pré-traitement et qu'une fraction des bains de ces divers postes peut être recyclée suivant le procédé qui vient d'être décrit. REVENDICATIONS 1- Procédé de traitement d'articles dans au moins un bain de traitement suivi d'au moins un bain de rinçage, un débit donné de liquide circulant en continu dans le ou les bains de rinçage et dans le ou les bains de traitement, une fraction du bain de traitement étant recyclée dans ce bain après évaporation d'une partie du liquide, caractérisé en ce que l'on récupère par condensation, la partie de liquide soumise à évaporation et on la renvoie dans le bain de rinçage. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évaporation s'opère sous pression réduite. 3- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la condensation s'opère par refroidissement. 4- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant au moins un bain de traitement d'articles suivi d'au moins un bain de rinçage, des moyens de circulation, de liquide pour établir un débit donné de liquide en circulation en continu dans le ou les bains de rinçage et dans le ou les bains de traitement, des moyens de recyclage de bain de traitement comportant un évaporateur, avec une entrée de liquide, une sortie de vapeur et une sortie de liquide recycle, la sortie de liquide recyclé de l'évaporateur étant raccordée à une entrée de bain de traitement, installation caractérisée en ce que la sortie de vapeur (30) de l'évaporateur (18) est raccordée à un condenseur (31), et en ce qu'une sortie de liquide (32) de ce condenseur est raccordée à un bain de rinçage (15). 5- Installation selon la revendication 4, caractérisée en ee qu'elle comporte une pompe à vide (35) raccordee au condenseur (31). 6- installation selon l'une des revendications 4, 5, caractérisée en ce que le condenseur (31) est équipé de moyens de refroidissement associés à un échangeur de chaleur desservant une installation d'utilisation de la chaleur.