<Desc/Clms Page number 1>
" Perfectionnements aux procédés et systèmes pour la purification de fluides ".
La présente invention se réfère à un procédé et à un système pour la purification de fluides au moyen de matières actives contre les ions.
Les procèdes auxquels on a eu reoours jusqu'à mainte- nant pour purifier des fluides au moyen de matières actives contre les .ions n'ont eu qu'un succès modéré. Il a été diffi- pile d'obtenir des fluides tels que de l'eau, ayant un pH relativement constant au cours du cycle de purification.
Ainsi, par exemple, des fluides tels que de lteau ataient généralement une concentration relativement élevée en acide Carbonique et soutenaient, dans certains cas, des substances ammoniacales en dissolution. Pour éliminer l'acide carboni- que et autres impuretés volatiles, on a pris l'habitude, en
<Desc/Clms Page number 2>
général, d'aérer l'eau. Çela représente un désavantage très net car l'eau doit être repompée après avoir été aérée . De plus, le pH de l'eau au cours du cycle de pu- rification est généralement intermédiaire entre 10 et 4 environ.
Pour obtenir de l'eau sensiblement neutre par des procédés connus jusqu'à ce jour, il est nécessaire de re- jeter de grande volumes d'eau relativement pure au comnen- cement du cycle. De même le cycle doit être interrompu avant que la matière active à l'égard des ions soit com- plètement épuisée, sinon on obtiendrait de l'eau à faible pH, .
Une autre parte importante dans la production d'eau purifiée par les procédés utilisés jusqu'ici consiste dans l'eau de rinçage. Ainsi, si l'eau à purifier a une teneur élevée en produits minéraux, les couches de matière acti- ve à l'égard des ions doivent être rincées avec une par- tie de l'eau purifiée , après activation. Dans certains cas, il peut être nécessaire d'employer, pour le seul rinçage, tout le débit d'un élément particulier. En con- séquence, un élément ordinaire de matière échangeuse d'ions ne peut pas être utilisé pour produire, dans ces circons- tances, de l'eau purifiée.
Un autre désavantage des procédés antérieurs de purification des fluides est que le fluide purifié a une teneur relativement élevée en solides ionisables à éliminer si l'on fait fonctionner le système conformément aux pro- cédas économiques ordinaires. En d'autres termes, il ne seraitpas possible de produire un fluide très pur, tel que de l'eau, par un procédé antérieurement connu, sauf avec des systèmes tellement importants qu'ils seraient impraticables et non, économiques.
Les systèmes de purification des fluides employés jusqu'ici utilisent généralement une couche de matière active à l'égard des cations et une couche de matière
<Desc/Clms Page number 3>
active contre les anions. Vers la fin du cycle de purifi- cation, la matière active à l'égard des cations perd gra- duellement de son efficacité en .se qui concerne l'élimi- nation des Cations et ceux-ci passent à travers la coucha de matière active à l'égard des anions dans l'effluent supposa purifié. Oa ne connaît pas de procédé permettant de déterminer rapidement à quel moment ce fait se produit et, en conséquence, il n'est pas possible d'obtenir aisé- ment un produit uniforme.
La présente invention a pour objet de fournir un pro- céda et un système pour la purification des fluides,tels que l'eau et les solutions aqueuses, évitant sensiblement chacune des difficultés sus-mentionnées.
L'invention a spéoialement pour objet de produire des fluides purifiés à l'état sensiblement neutre.
Un autre objet particulier de l'invention est de produire des fluides sensiblement neutres non tamponnés.
L'invention vise également un procédé et un système pour la production d'eau à peu près exempte de catins s et d'anions.
Un autre objet particulier de la présente invention est de fournir un procédé de purifioation des fluides réduisant sensiblement la perte dteau de rinçage qui se produit normalement.
Le -dessin joint représente, à titre d'exemple, deux modes d'exécution de l'invention: la fig. 1 est un schéma de fabrication représentant un mode d'exécution du procédé ,
La fig 2 représente une variante du système employé pour réaliser le procédé .
La charge d'eau ou autre fluide à l'état brut ou non traité que l'on se propose de purifier passe à travers une couche de matière active à l'égard des Cations, C1 puis
<Desc/Clms Page number 4>
à travers une couche A1 de matière active à l'égard des anions. Le fluide qui s'écoule de la couche A1 passe dans une autre couche C2 de matière active à l'égard des cations; on peut aussi le faire passer à travers une ou plusieurs séries de couches de matière active à l'égard des cations et de matière activa à l'égard des anions,telles que les Couches C1 et A1 Ce fait est indiqué par la cou pure qui existe dans les lignes de circulation entre la couche A1 et la coucle C2 Le fluide s'écoulant dans la couche C2 doit avoir une faible teneur en solides ionisa- bles à éliminer.
L'effluent de la couche c2 passe à travers une couche, de matière active à l'égard des anions qui est ajustée ou tamponnée de telle manière que le pH du fluide qui s'en écoule soit voisin de 7,5 ou de toute au- tre valeur désirée . Le gaz, tel que CO2 qui peut être libéré au cours du processus de purification dans la cou- che de résine anionique tamponnée A2 peut être classé par ventilation à intervalles convenables;
une partie, ou, si on le veut, la totalité de l'effluent de la couche de résine tamponnée active à l'égard des anions traverse une Cellule d'essais E
La cellule d'essais oomporte un élément sensible à la présence de matières ionisables Elle peut contenir par exemple une électrode en verre et une électrode- de référence actionnant un pH mètre ou tout autre indica- teur 1 approprié tel qu'un indicateur gradué en teneurs approximatives en corps solides de l'eau ayant le Ph de l'effluent. Un autre type d'élénent pouvant être con- tenu dans la cellule d'essais sera une paire d'électrodes connectées à un pont de Wheatstone et à un potentiomètre, indiquant la conductance ou la résistivité de l'eau.
Lors- que la conductance de l'eau devient supérieure à une va- leur donnée ou lorsque le PH de Peau devient inférieur ou supérieur à la valeur désirée, 9'est que ltune des souches
<Desc/Clms Page number 5>
de matière active à ltégard des ions du système de puri- ficatin requiert une régénération. Grâce àu système de la présente invention, la nécessité de régénérer une ou plu- sieurs Couches apparaît à l'opérateur dès que l'eau s'a- baisse au-dessous d'une spécification déterminée à l'a- vance.
La cellule d'essais peut comporter des éléments sensi- bles à la préseace de matières ionisables autres que ceux qui viennent d'être mentionnés. Par exemple un indicateur peut être ajouté à l'effluent. Une cellule photoélectri- que peut être placée dans la cellule d'essais, un rayon lumineux traversant lteffluent étant dirigé vers la cellu le photoélectrique . Quand l'indicateur change de couleur ou devient coloré, la cellule photoélectrique actionne l'in- dicateur et/ou les mécanismes de contrôle. On pourrait utiliser, dans la cellule d'essais, un autre type d'élé- ment qui serait actionné par une modification de la'capa- citance du fluide traversent la cellule. on pourrait enco- re employer un autre élément tel qu'un spectrophotomètre.
Au lieu de, ou en plus de l'indicateur actionné par un élément placé dans la cellule d'essais, on peut aussi prévoir im un élément de contrôle J, par exemple, une vanne actionnée par un solénoïde qui, à son tour, peut être commandé par des relais appropriés, ajustés de manière à fonctionner lorsque la conductance ou le pH de l'eau atteint une valeur fixée à l'avance, peut interrompre l'écoulement du fluide à travers le système purificateur, si on le désire, d'autres vannées peuvent être ensuite mi- ses en aotion pour régénérer une ou plusieurs des souches de matière active à l'égard des ions et, si on le veut, pour lava'!' aussi la solution régénératrice provenant des couches de résine;.
L"indicateur peut se présenter sous la forma; d'un aver- tisseur visuel . En d'autres termes, le mécanisme peut être
<Desc/Clms Page number 6>
arrangé de telle sorte qu'une lumière colorée apparaisse lorsque la conductance ou le PH de l'effluent traversant la cellule atteint une valeur fixée à l'avance . D'autres avertisseurs tels que des timorés ou des ronfleurs peu- vent être actionnés dans les mêmes conditions.
La fige 2 représente une variante du système décrit ci-dessus dans laquelle une partie de l'effluent du systè- ma purificateur connu du type à deux couches, c'est-à-dire de l'effluent s'écoulant de la couche Al active à l'égard des anions, est dérivée à travers une couche C2 relative- ment petite de matière active à l'égard des cations,
ac- tivée à l'hydrigne puis à travers une petite couche A2 de matière active à l'égard des xxx anions qui est ajus- tée ou tamponnée de telle manière que le pli de l'effluent qui en sort soit d'environ 6-8 ou ait toute autre valeur fixée à l'avance . L'effluent provenant de Cette petite couche A2 de manière active à l'égard des anions passe dans une cellule d'essai comprenant un élément qui Coopère avec le dit effluent et qui actionne des indicateurs ou des mécanismes de contrôle dans les conditions indiquées plus haut.
Le Courant de fluide traversant les petites couches de matière active à l'égard des ions C2 et A2 est réglé de façon telle que les dites couches agissent de la même manière que si la totalité de l'effluent de la couche A1 passait à trave les couches C2 etA2 ayant approximativement les mêmes dimensions que les Couches C1 et A1 comme dans le système qui a été décrit en réfé- rence à la fig 1.
En d'autres termes,le courant qui tra- verse les petites couches, Comparé au courant princi- pal sera à peu près en proportion des dimensions relati- ves des couches* cette proportion n'est cependant pas généralement la proportion tout à fait exacte en raison des différences que présente le régime de circulation, et notai;ment le cheminement, dans les petites couches et dans les grandes.
<Desc/Clms Page number 7>
Le système conforme à la présente invention convient spécialement à la production d'eau ayant la qualité de l'eau distillée ou d'une eau potable de qualité supérieure.
Le dit système présente un avantage important qui tient à la possibilité de déterminer immédiatement qu'une ou plusieurs des couches de matière active à l'égard des ions sont épuisées et, si on le désire,de Contrôler le fonctionnement du système grâce à un élément sensible, à la présence des matières ioniques qui apparaissent lorsque l'une ou plusieurs des oouehes viennent à s'épuiser.
Toute matière active à l'égard des cations pouvant être activée par l'hydrogène et que l'on peut désigm r par "zéolithes activées à l'hydrcgène", et toute résine ac- tive à l'égard des anions peuvent être employées dans le présent système.
Les buts de la présente invantion sont atteints en traitant un fluide tel que l'eau ou une solution aqueuse ayant une faible teneur en cations et en anions,par exem- ple, moins de 20 millionnièmes de solides ionisables à éliminer , avec une manière active à l'égard des cations et activée à l'hydrogène puis avec une matière active à l'égard des anions ayant été traitée par un réactif en vue de porter le pH des fluides affluents à toute valeur dési- rée . Ainsi, par exemple, si l'on désire une solution aqueu- se sensiblement neutre ou une eau sensiblement neutre,on tamponne la matière active à l'égard des anions avec un réactif de manière à amener le pH de l'eau effluente à environ 7,5 ou toute autre valeur comprise entre 6 et 8 environ.
Comme exemples de réactifs appropriés,on peut citer l'acide carbonique une solution aqueuse d'un mélange formé par un carbonate d'un métal alcalino-terreux et d'un bicarbonate d'un métal alcalino-terreux D'autres réactifspeuvent être employés pour ajuster le pH à toute autre valeur désirée.
<Desc/Clms Page number 8>
Les exemples qui suivent, dans lesquels les propor- tions sont indiquées en parties en poids, sauf dans les cas où d'autres unités sont utilisées sont donnés à titre de renseignement et n'ont pas de caractère limitatif.
EXEMPLE 1 environ 56,6 dm3 d'une résine active à l'égard dees anions (par exemple d'une résine préparée conformément à l'exemple 1 du brevet délivré aux tats-Unis sous le n 2,285,750 sont emmagasinés dans chacune de deux colonnes ayant environ 35,4 cm de dia- mètre et environ.2,44 m de hauteur. D'une façon similaire, à peu près la même quantité d'une matière active à l'égard des cations (par exemple de la résine c est emmagasine en couches de mêmes dimensions. Les couches activesà l'égard des anions sont activées par traitement au moyen d'une solution acide. Si on la désire, la matière peut être traitée préalablement avec une solution diluée d'un sel d'un métal alcalin tel que du chlorure de sodium.
Un tel traitement préalable est préférable pour la réac- tivation des matières actives à ltégard des cations après que celles-ci ont été utilisées au cours d'un cycle antérieur, et cela afin d'éliminer les métaux alcalino-terreux, Une des couches A1 de résine active à l'égard des anions est activée d'une manière analogue par traitement avec une solution aqueuse diluée d'un alcali, par exemple de carbonate de sodium, de carbonate de po- tassium, d'hydrate de sodium, d'hydrate de potassium etc. On active la seconde résine A2 active à l'égard des anions de la même manière et on la soumet ensuite à un traitement spécial de telle manière que le pH de l'eau effluente de la couche soit d'environ 7,5.
Ce traitement peut être effectué de nanbreuses manières' On peut l'effectuer en traitant la couche activée au moyen
<Desc/Clms Page number 9>
d'acide carbonique , Ce traitement peut s'exécuter en fai- sant passer une quantité suffisante d'acide carbonique à travers la souche remplie d'eau de telle manière que le pH de l'effluent soit de 7,5 lorsque l'eau (à faible teneur en corps solides) traverse la couche . La couche peut être traitée par une solution diluée de bicarbonate de sodium mélangé avec de l'hydrate de sodium ou avec du carbonate de sodium ou autre base, de manière à ajuster le pH de l'eau effluente à environ 7,5. Les quatre couches sont reliées entre elles et avec l'alimentation en eau dans les conditions indiquées sur le schéma de fabrication représen- té au dessin.
L'eau d'alimentation pénètre dans la couche C1 et l'effluent qui en sort passe ensuite dans la couche A1 L'effluent de la couche A1 passe à travers la souche C2 puis à travers la couche A2
On fait passer une charge d'eau ayant la composition indiquée dans le tableau ci-après à travers un système tel que celui décrit plus haut, à la cadence d'environ 6,8 litres par minute , La conductivité de l'eau purifiée sor- entre tant de la dernière couche A2 varie environ 1 X 10-5 et environ 1-2 X 10-6 mhos par c3 Ce système peut fonction ner pendant environ six jours au cours desquels le pH de l'eau s'abaisse de 7,5 environ à 7 environ- Le pH tombe ensuite assez rapidement jusqu'à environ 6,5 - 6;
à ce moment, on arrête le fonctionnement et on réactive la matière active dans les Conditions décrites présente- ment * Le tableau, ci-après indique la composition et le pH de l'eau au début,pendant et après son passage à travers le système ,
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb> Total <SEP> Solides <SEP> CO2 <SEP> Silice <SEP> sous: <SEP> pH
<tb> des <SEP> soli- <SEP> :non <SEP> volatil <SEP> million- <SEP> forme <SEP> de
<tb>
EMI10.2
des mil- millioaniè- nièmes SiO lionniè- . mes millionnié-:
EMI10.3
<tb> mes <SEP> mes
<tb>
<tb> Eau <SEP> introduite <SEP> 50 <SEP> 37 <SEP> 14 <SEP> 5 <SEP> 6,6
<tb>
EMI10.4
lau après C1 Si 6 SO 315
EMI10.5
<tb> Eau <SEP> après <SEP> A1 <SEP> -- <SEP> 3,9 <SEP> 10,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> =au <SEP> après <SEP> C2 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 5 <SEP> @ <SEP> 4,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ,-au <SEP> après <SEP> A <SEP> 4 <SEP> 0,7 <SEP> 7,5-6
<tb>
Exemple 2
Une opération similaire à celle de l'exemple 1 est effectuée sur de l'eau de puits et donne les résultats ci- dessous :
EMI10.6
<tb> Total <SEP> Solides <SEP> non <SEP> Silice <SEP> sous <SEP> forme
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> des <SEP> soli- <SEP> :
<SEP> volatils <SEP> de <SEP> SiO2 <SEP> millionnièmes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> des <SEP> mil- <SEP> millionnièmes
<tb>
EMI10.7
liounièmes
EMI10.8
<tb>
<tb>
EMI10.9
au introduite 880 219 32 Eau apr ès A3 6 4 8,3 Pour la fonctionnement du système avec cette eau de puits, on a utilisé l'eau brute pour préparer les solutions d'acti- vation ainsi que comme eau de rinçage après que les couches ont été activées. On a rincé la couche C1 avec une quantité d'eau brute dont le volume était approximativement égal à celui de la dite couche et on a rejeté l'eau de rinçage . on a rincé la couche A1 avecun volume d'effluent de la couche C1 égal au volume de la couche A1 et cette eau a été rejetée.
On a rincé la couche C2 avec l'effluent de la couche A1 un vo- lume étant rejeté, et la couche A2 avec l'effluent de la cou-
2 che C , ce rinçage étant poursuivi jusqu'à ce que l'eau ait les spécifications voulues. De la quantité d'eau sortant de
2
EMI10.10
la couche A on rejetteord1nairement un volume compris entre 1 et 6 fois le volume d'une couche de résine, après quoi l'eau est propre à la consommation. Cet exemple montre que le systè- me à quatre couches conforme à la présente invention permet. ;
<Desc/Clms Page number 11>
da produire une eau de bonne qualité à partir d'une eau de puits Contenant une forte proportion de matière minérale.
Il montre également que le système n'exige pas les grands volumes d'eau de rinçage habituellement nécessaires avec la'système ordinaire à deux couches.
Au cours du processus de purification, l'a9ide oarboni- que est éliminé par la dernière couche S2 active à l'égard des anions et une partie de cet acide carbonique se rassemble à La partie supérieure de la couche,. Il convient donc de prévoir un dispositif de ventilation au sommet de la couche en vue de permettre de chasser périodiquement l'acide carbo- nique gazeux.
On voit que, conformément au procédé de la présente in- vention, il est possible de produire unu eau purifiée ayant à peu près la même qualité que l'eau distillée et ne conte- nant pas la forte proportion de silice et d'acide carbonique caractérisant l'eau purifiée par d'autres procédés connus utilisant également des matières actives à l'égard des ions , .
Jusqu'à présent, la demanderesse n'a pas été en mesure de for- muler une explication exacte du mécanisme suivant lequel la dernière couche de résine active à l'égard des ions enlève l'acide carbonique de l'eau. Il semble essentiel que le pH de l'eau passant à travers la couche soit voisin de 7,5 après traitement par l'acide carbonique ou par une solution conte- nant un mélange d'un bicarbonate et d'une base telle que du carbonate de sodium ou de l'hydrate de. sodium, pour obtenir de bons résultats en ce qui concerne la qualité de l'eau.
Le procédé conforme à la présente invention peut être conduit de telle manière que le pH de l'effluent de la pre- mière couche de matière active à l'égard des cations soit com pris à peu près entre 3 et 5, que le pH de l'effluent de la première couche active à l'égard des anions soit compris entre 10 et b, xx que le pH de l'effluent de la seconde couche de matière active à l'égard des cations soit compris approximati;
<Desc/Clms Page number 12>
vement entre 5,5 et 5,5 et que le pH de l'effluent de la seconde coucha active à l'égard des anions soit compris approximativement entre 7,5 et 6,5 si on le désira, on peut faire fonctionner le système jusqu'à ce que le pH de l'effluent de la dernière couche de résine active à l'égard des anions s'abaisse jusqu'à 6 ou jusqu'à une va- leur voisine. exemple 3 Jn dilue avec de l'eau, jusqu'à obtenir une teneur en glucose de 25 une solution de glucose brut contenant environ 50 % de sucre et ayant un pH de 2,2 environ,un poids spécifique de 30 Bé et contenant environ % d'a- cide conrohydrique (calculé sur la teneur en glucose).
Dans chacune des deux colonnes, on emmagasine environ 25J cm3 d'une résine active à l'égard des anions (par exemple une résine préparée conformément à l'exemple 1 du brevet dé li- vré aux Etats-Unos sous le n 2,285,750 D'une manière similaire on emmagasine dans deux autres couches à peu près le même quantité d'une matière active à l'égard des cations (par exemple d'une résine C ON active, en les traitant par une solution acide,les deux couches actives à l'égard des cations* si on le désire,on peut traiter préalablement la matière avec une solution diluée d'un sel d'un métal alcalin tel que du chlorure de sodium.
Un traitement préalable de ce genre est recommandable pour réactiver xxx lasmatières actives à l'égard des cations après que celles-ci ont été utilisées au Cours d'un cycle antérieur, et cela, afin d'éliminer les métaux alcaline-terreux On active l'une des souches A1 de résine active à l'égard des anions, d'une manière connue, en la traitant avec une solution aqueuse diluée d'un alcali . La seconde couche A2 de résine active à l'égard des anions est activée de la même manière puis soumise à un traitement spécial afin que le pH de l'eau
<Desc/Clms Page number 13>
sortant de la couche soit de 6 environ ou ait une autre valeur désirée. Ce traitement peut être effectué d'un grand nombre de manières. De préférence on y arrive en traitant une couche activée par de l'acide carbonique .
Ce traitement peut être exécuté en faisant passer suffi- samment d'acide carbonique à travers la couche remplie d'eau pour que le pH de l'effluent soit de 6 environ lors- que l'eaa, ou une solution sucrée (à teneur faible en so- lides ionisables traverse la dite couche. La couche peut être traitée avec une solution diluée de bicarbonate de soude mélangée avec de l'hydrate de sodium ou du Carbonate de sodium ou une autre base, de telle manière que le pH de l'eau qui en sort soit de 6 environ. Les quatre couches sont reliées entre elles et à l'alimentation dans les con- ditions indiquées au schéma de fabrication représenté au dessin joint.
La solution de sucre pénètre, dans la touche C1 et l'effluent qui en sort pénètre dans la couche, A1 L'effluent de la couche A1 traverse la couche C2 puis la couche A2
On fait passer dans le système qui vient d'être dé- crit la solution diluée de glucose dont il a étéquestion.
Au cours du passage d'environ 1000 cm3 de la solution,le pli de la solution s'écoulant de la première coucher de ma- tière active à l'égard des cations est d'environ 1,5-1,6; le pH de l'effluent de la première couche de matière acti ve à l'égard des anions estd'environ 8,5 au début et d'environ. 4,5 à la fin, tandis que le pH de l'effleut de la couche avtive à l'égard des cations passe de 2,7 en- viron à 2,2 environ, Le pH de l'effluent de la couche;
fina- le active à l'égard des anions est de 6 environ au début du cycle et de 6,1 environ à la fin, et l'effluent est clair comme de l'eau, L'analyse de la solution diluée ini- tiale indiquait une teneur en impuretés non organiques (eau- dres) d'environ 0,074 % alors qu'une analyse du produit in
<Desc/Clms Page number 14>
diquait une teneur en impuretés non organiques atteignant seulement 0.0049 environ.
On a fait passer une partie de la même solution diluée à travers un système à deux couches comprenant une couche de matière active à l'égard des cations et une couche de matière active à l'égard des anions, avec activation habi- tuelle comme décrit plus haut. Pendant le passade d'environ
3 1300 Cm de solution, le pli de l'effluent de la couche ac- tive à l'égard des cations s'est abaissé du 7,6 environ ;:.
4,2 environ après passage de 1000 cm3 et à 3,6 environ après passage de 1300 cm3 Le produit avait une teneur en impuretés non organiques (cendres) d'environ 0,011% et la coloration était citron pâle . on voit ainsi que le système à quatre couches conforme à la présente invention possède de nets avantages relativement au système à deux couches. En premier lieu, le pli du produit reste sensible- ment constant; en second lieu, on obtient, par le système à quatre couches , un produit clair comme de l'eau tandis que par le système à deux couches on obtenait un produit de coloration citron pâle . nfin, le système à quatre couches donne une solution contenanc notablement moins de la moi- tié des impuretés non organiques contenues dans le produit du système à deux couches.
Exemple 4 on prépare environ 10 litres d'une solution aqueuse contenant 50 % de sucre brut. solution est d'une coloration marron très foncé, tout à fait trouble et a un pH d'environ 6,5 . bi on le désire, on peut faire passer cette solution travers un filtre pour la débarrasser de la matière en suspension . De préférence, on chauffe la solution à 65 C environ afin d'en réduire la viscosité, on fait passer la solution à travers 1 litre environ de matiè- re active à l'égard des cations (par exemple de la résine qui forme une couche et qui est activée à la manière
<Desc/Clms Page number 15>
décrite dans l'exemple 1. L'effluent de cette couche a un pH d'environ 1,5, et celui-ci ne varie que peu du commence- ment à la fin du cycle .
On fait passer l'effluent de la couche active à l'égard des cations à travers 1 litre environ de résine active à l'égard des anions (par exem- ple une résine préparée conformément à l'exemple 1 du brevet délivré aux Etats-Unis sous le n 2.285,750
L'effluent de la résine active à l'égard des anions a un pH compris approximativement entre 10 et 8. Le premier 1/2 litre est clair comme de l'eau, le second 1/2 litre n'est que légèrement coloré et l'ensemble de l'ef- fluent a une coloration légèrement jaune citron.
On fait alors passer l'effluent de la couche de résine active à l'égard des anions obtenue conformément à la description qui précède, à travers une couche de résine ac- tive à l'égard des anions du type décrit plus haut, suis à travers une couche de résine active à l'égard des Cations et, finalement, à travers une couche de résine active à l'égard des anions ayant été traitée avec une solution de bicarbonate de sodium après activation au moyen d'une solu- tion d'hydrate de sodium, de manière à tamponner la solu- tion effluente de sucre à un pH d'environ 7. La solution de sucre obtenue après la couche finale de résine tamponnée, active à l'égard des anions, a un pH qui ne s'écarte que peu de 7.
L'effluent initial est clair comme de l'eau alors que l'ensemble de l'effluent a une colorationjaune citccn pâ- le.
L'analyse du sucre initial indique qu'il contenait environ 0,2% d'impuretés non organiques (cendres); l'ef- fluent de la première couche de résine active à l'égard de s anions oontenait environ 0,02% d'impuretés non organi- ques (cendres)(d'après la teneur en sucre ) tandis que l'ef- fluent de la couche finale de résine tamponnée active à
<Desc/Clms Page number 16>
l'égard des anions contenait seulement 0,004 % d'impurstés non organiques (cendres) (d'après la teneur un sucre).
La coloration résiduelle de l'effluent de la couc finale de résine s'élimine aisément au moyen d'un traite- ment au charon ae Dois, au noir animal ou autre matière décolorante.
Le procédé de la présente invention est applicabl: à la purification do maints fluides différents' ainsi il convient spécialement pour la purification de solutions de saccharose . De telles solutions peuvent s'obtenir en partant du sucre de panne ou du sucre de betteraves. De plus, le dit procédé peut être utilisé pour purifier des solutions de sucre obtenues en dissolvant du sucre brut dans de l'eau conformément à la pratique usuelle suivie pour le sucre de canne importé non raffiné et cristalli- sé.
La présente invention est également applicable à la purification de diverses sortes de sucres. Le procédé peut par exemple être employé pour purifier le sucre d'é- rable , le sucre interverti, le maltose, le lactose,le dextrose, le fructose, etc., ainsi que les mono-, di-, tri-, tétra-, et poly-saccharides naturelles et synthétiques.
Les jus sucrés ou les solutions sucrées sont habituel- lement traités à des températures comprises entre 40 c environ et 80 C environ, bien que la présente invention envisage la purification des solutions sucrées à des températures pouvant aller jusqu'à 20 c
Le traitement des sirops de sucre au moyen de matiè- res actives à l'égard des ions, conformément, au procède de la présente invention, est souvent suffisant pour purifier Complètement le sucre, mais le procédé peu être précédé ou suivi par d'autres traitements tels que la coagulation ou la floculation,le traitement au noir animal, le trai- tement par des terres diatomées,la bauxite, les agents oxy-
<Desc/Clms Page number 17>
dants, le charbon de bois décolorant, etc..
Si l'on doit faire passer des soluti'ons sucrées à tra- vers des filtres à noir animal ou à travers du charbon de bois décolorant, il peut être avantageux, dans certains cas, de faire passer les dites solutions à travers des matières actives à l'égard des ions, conformément à la présente invention, avant de les soumettre, à la décolora- tion . De cette manière, on obtient parfois des résultats meilleurs lors du passage dans les filtras à noir animal car, dans beaucoup de pas, les sels qui sont présents stabili- sent les matières colorantes colloïdales. Lorsque lessels sont éliminés,les matières colorantes sont, dans de tels Pas, bien plus faciles à enlever.
Si l'on désire un produit de très haute qualité, les solutions sucrées peuvent être traitées par le présent procède soit avant soit après leur passage à travers les matières déoolorantes,bien que cela ne soit généralement pas nécessaire,.
La présente invention vise également l'emploi d'un système de purification à deux couches avant ou après le traitement décolorant,tandis que le système à quatre couches oonforme à l'invention sera placé du côté opposé à celui occupé par le système à deux couches par rapport à la matière décolorante . Dans Certains Cas, il peut être dé- sirable de plaoer les colonnes de charbon de bois ou de noir animal utilisées pour la décoloration, entre la pre- mière couche de matière active contre les oations et la première couche de matière active à l'égard des anions du système à quatre couches ou entre la première couche, de matière active à l'égard des anions et la deuxième couches de matière active à l'égard des cations.
La prsente invention vise l'élimination à peu près complète de oations et d'anions des solutions qui, à l'état pur, sont sensiblement neutres. Dans beaucoup de/cas le
<Desc/Clms Page number 18>
procédé de purification conforme à la présente invention peut être appliqué à des solutions acides ou légèrement basiques telles que celles ayant un pH Compris entre 3 et 9 environ.
Les solutions aqueuses des substances ci-après ) peu- vent être purifiées conformément au présent procédé, gommes solubles dans l'eau (par exemple gomme de carouce mousse d'iriande alginates, agar-agar, gomme adragante gomme ara- bique, etc..), protéines soluoles dans l'eau (par exemple albumine de l'oeuf, sérum sallguin, gélatine, etc..), urée, peptine de pommes, sirop de maïs, teintures, acrylonitrile ne éthylène cyanhydrique alcools (par exemple, méthanol éthe- nol, n-propanol, isopropanol, outanols, alcool benzyli- que, éthylène glycol, glycérine, les éthers monoalcoyli- ques de l'éthylène glycol ou du diéthylene glycol, etc..), ainsi que plusieurs autres substances.
La présente invention convient, particulièrement pour la purification desesters, par exemple de l'oxalate, d'é- thyle et de méthyle , du monoacétate de glycol, de la triacétine du citrate d'éthyle, du gluconate d'éthyle,du mucate de méthyle, de l'hydracrylate d'éthyle, du glycola- te d'éthyle, du glycérinate de métnyle, etc.. Dans beaucoup de cas, le procédé de la présente invention évite tout ou partie de l'hydrolyse à laquelle on se heurte normalement dans la purification des esters au moyen des matières acti ves à l'égard des ions.
Le présent procéda peut être utilisé pour la purifica- tion des amino-acides et est particulierement adapté à la production de solutions d'amino-acides à leur point isolle trique sans impuretés salines ou autres. Four produire les amino-acides à leur point isoélectriqu? on tamponne la cou- che finale de résine active à l'égard des anions à un pH approximativement égal au point isoélectrique des amino- acides. On obtient ce résultat en choisissant un réactif
<Desc/Clms Page number 19>
EMI19.1
conformément aux principes Physioo-ohimiques. bien connus et en traitant la couche de résine active à l'égard des anions avec le réactif choisi de telle manière que l'ef- fluent de la oouche ait le pH approprié.
Comme exemples, des amino-acides susceptibles d'être purifiés, on peut ci
EMI19.2
ter; la glycf3.ne , l'alpha et la beta-alanine, l'acide guanidylaoétique, la glycoeyamine, la créatine, la eresti- nine, eto..
Les amines solubles dans l'eau, telles que le earbo- nate de triéthanolamine, les carbonates de méthyl-amine, etc.. peuvent être purifiées par le présent procédé. Dans ce cas, la couche, finale de résine active à l'égard des anions est tamponnée au pH de la solution d'amine qui, bien entendu, est très voisin de 7.
Grâce au procède conforme à la présente invention,on peut purifier des acides organiques solubles dans l'eau,par exemple , de l'acide citrique, de l'acide alpha-hydr oxy- isobutyrique, de l'acide lactique, de l'acide tartrique, de l'acide acétique etc.. Quand on purifie des matières à réaction acide, on tamponne du Côté acide la couche fi-
EMI19.3
nale de résine active àh'égarà des anious au moyen d'un réactif acide approprié qui donnera le pH convenable.Ce réactif est, de préférence, l'acide carbonique,l'acide que l'on purifie ou quelque autre acide ionisé à un degré aussi élevé ou plus élevé que l'acide soumis à purifica- tion.
Les solutions aqueuses de formaldéhyde Constituent un autre groupe important de solutions susceptibles d'être purifiées Conformément au présent procédé. Il est désirable d'avoir des solutions neutres de formaldéhyde qui ne soient pas tamponnées et le procédé est spécialement adapté à la production de telles solutions. Toutefois, les solutions de formaldéhyde généralement produites en partant du mé- thanol ont un pH d'environ 3,2 à 3,5.
Si l'on désire pro- duire une formaldéhyde en partant de la formaldéhyde synthé-<
<Desc/Clms Page number 20>
tique ootenue par oxydation d'hydrocarbures ayant les mêmes caractéristiques et spécifications que la formaldé hyde produite en partant; du méthanol, on peut y arriver par le présent procède utilisant la couche finale de matiè- re active à l'égard des anions et tamponnée . Dans cu cas, la couune finale de résine active à l'égard des anions est tamponnée an moyen d'un réactif acide approprie de manière produire une solution de formaldénhyde au pH désiré.
Si la solution ou l'eau introduite dans le système contient une très grande proportion de corps solides, il peut être avantageux d'employer un groupe additionnel de matière active à l'égard des cations et de matière active à l'égard des anions avant de faire passer la solution à travers la dernière couche active à l'égard des cations et à travers la couche ta. pennée active à l'égard des anions.
-En général, le système conforme à la présente invention donne des résultats Complètement satisfaisants si les di- mensions de chacune des couches de matière active sont choi sies, pour toute eau ou pour tout fluide particulier' à traiter,d'après les principes bien connus dans cet art.
La résine active à l'égard des anions qui est employée dans les couches du système, à l'exception de celle de la dernière couche, est activée à la manière Connue,par trai- tement au moyen d'une solution diluée d'une matière alcali- ne, par exemple au moyen d'une solution d'hydrate de so- dium, de carbonate de sodium et des sels correspondants de potassium , de 0,1 à 10% On active d'abord de la même manière la couche tamponnée active à l'égard des anions et on la traite ensuite avec un réactif en vue de la tam- ponner à la valeur désirée, En d'autres termes, on choisit un réactif donnant une solution active sortant de la cou- che avec le pli- désiré, Si l'on désire un produit sensible- ment neutre, on peut ajuster la couche, de telle manière
<Desc/Clms Page number 21>
que le pH de l'affluent soit voisin de 7,
5 en faisant pas- ser suffisamment d'acide carbonique à travers la couche remplie d'eau ou en traitant la couche de résine avec une solution diluée de bicarbonate de sodium mélangée avec de l'hydrate de sodium ou du carbonate de sodium.
Comme exemples de résines actives à l'égard des anions pouvant être employées, on peut citer les produits de condensation aldéhydiques de la m-phénylène diamine, de la biguanide, de la g,uanyl urée, les guanidines substituées telles que la méthyl-guendine les biguanides substituées telles que)la phényl-biguanide les polyamines, de préfé- renoe les polyéthylène polyamines, etc.. De tels produits de condenssation sont, de préférence, des produits de con- densation de la formaldéhyde , bien que d'autres produits de condensation aldéhydiques puissent être utilisés si on le désire. Comme exemple$ d'autres aldéhydes, on peut ci- ter le furfurol, l'acroléine, la benzaldéhyde, etc..
Les résines actives, telles que celles préparées à partir de la guanidine, de la guanylurée, de la biguanide et autres s matières ne formant pas de produits de condensation suf- fisamment insolubles avec la formaldéhyde pour la plupart des besoins pratiques sont, de préférence, insolubilisées avec des matières appropriées réagissant sur la formaldé- hyde, par exemple l'urée, la thiourée, les amino-triazine (spécialement la mélamine et lesuanamines qui réagissant avec la formaldéhyde pour donner des produits insolubles), etc..
Les résines actives à l'égard des anions que l'on prépare à partir de la guanidine, de la guanylurëe, de la biguanide, etc.. peuvent être préparées de la même manière générale qui a été dêtrite dans les brevets délivrés aux Etats-Unis sous le n 2,251,234 ---------------------et sous le n 2,285,750 .
Ordinaire- ment il convient d'utiliser les sels des bases, mais les bases elles-mêmes peuvent aussi être employées, . titre
<Desc/Clms Page number 22>
d'exemple de celles utilisables pour la préparation de résines actives à -L'égard des anions on peut citer la car- bonate de guanidine , le sulfate de guanidine, la sulfite de biguanide, le nitrate de biguanide, le sulfate de guanyl urée, le nitrate de guanylurée, le carbonate de guanylurée, etc..
Préparation de la résine C
On agite environ 570 parties d'eau et environ 2,45 parties d'hydrate de sodium (97 %) dans un réservoir au moyen d'un agitateur mécanique de manière à former une so- lution ayantun pH de 11,5 environ. On ajoute lentement un mélange formé de 101,4 parties/environ d'acétone et de 188 parties de furfurol pendant une période d'une heure environ. Pendient ce temps on maintient la température à une valeur voisine de la température ambiante eton agite le mélange en réaction. On agite encore'le mélange en réac- tion pendant une heure supplémentaire après quoi on ajou- te une solution formée d'environ .5,06 parties d'acide sul- furique (99,5 % et 3,06 parties d'eau de manière à amener le pH à 7 environ.
On ajoute environ 189,2 parties de bisulfite de sodium et on chauffe le mélange an réaction à environ 95 c pendant 30 minutes environ. Il se produit une réaction exothermique qui fait monter la température à 100 c Apres que la réaction exothermique s'est apaisée, -Le mélange en réaction devient clair et on le chauffe alors à reflux pendant 1/2 rieure environ. On refroidit le produit à 50 environ et on ajoute une solution formée de 122,4 parties d'acide sulfurique et de 194 parties d'eau, après quoi on ajoute 271,8 parties de furfurol. On agite le mélange en réaction pendant 70 minutes environ en main- tenant la température, au cours de cette période,dans des limites de 50-55 c environ.
On verse la solution obtenue dans des moules où elle se prend en gelée au bout de 50 minutes environ. un laisse la gelée vieillir pendant 16
<Desc/Clms Page number 23>
18 heures, elle se met sous forge granuleuse et passe au tamis n 8. On étale la résine granuleuse sur des plateaux que l'on place dans un four maintenu à une température de 50 c pendant une période de 2-4 heures; on élève la tempé- rature entre 100 et 135 c environ en une heure et on la maintient dans ces mêmes limites pendant une période de 4 à 9 heures. Le produit a une Capacité d'absorption de cations équivalentes à environ 38.8 gr de carbonate de cal
3 cium par dm de résine et une densité apparente d'environ 380 à 430 gr par décimètre cube.
D'autres exemples de matières appropriées actives à l'égard des cations pouvant être utilisées suivant le cycle hydrogène sont les produits de condensation des polyphénols et de l'aldéhyde, tels que les produits de condensation d'un tanin oatéohique avec la formal;déhydr les produits de condensation d'uacide sulfonique aromatique avec la far- maldéhyde (ainsi qu'il est décrit dans le brevet délivré aux Etats-Unis sous le n 2,204-539 les zéolithes carbo- nées, c'est-à-dire, les matières carbonées sulfatées ou sulfonées telles que la houille,, la tourbe et le lignite, etc. On peut opérer avec l'une quelconque de ces matière suivant le cycle hydrogène; elles peuvent, en conséquence, être utilisées dans le cas de la présente invention.
D'une façon générale, ces substanoes peuvent être désignées sous les termes "zéolithes à l'hydrogène" . un dit que des ma- tières actives à l'égard des cations peuvent fonctionner suivant le cycle hydrogène ou l'on peut les dire "activées à l'hydrogène" lorsque les dites matières échangent l'ion hydrogène au cours du processus de purification.
On peut régénérer la matière active à l'égard des ca- tions en faisant passer, à travers la couche qu'elle, for- me, des solutions acides diluées, par exemple une solution d'acide chlorhydrique Qu d'acide sulfurique, etc.. de 0,1 à 10 5, et en lavant ensuite avec de l'eau jusqu'à ce que
<Desc/Clms Page number 24>
celle-ci soit à peu pres débarrassée de l'acide utilisé.
on dit alors que les résines actives à l'égard des cations sont "activées à l'hydrogene si l'eau ou autre fluide passant dans la coucheactive à l'égard des cations a une concentration élevée en calcium , il peut être desirable d'activer la couche avec une solution saline telle qu'une solution aqueuse de chlorure de sodium avant de l'activer avec l' acide , L'un des avantages les plus marquants do la présente invention est qu'il ne semblef pas y avoir de limite supéd rieure pour la concentration en corps solides de la solu- tion qu'on introduit dans la système en vue de le puri- fier.
Par exemple on peut appliquer le procède de l'inven- tion dans le cas de concentrations salines de 5 5 Ce fait est important pour la préparation d'eau potable dans les régions où l'eau que l'on a à sa disposition a une teneur extrêmement élevée en corps solides.
Le procédé est particulièrement propre à la produc tion d'eau ayant la qualité de l'eau distillée ou d'une eau potable de qualité élevée. Le système utilisé présente l'avantage important qu'une très petite quantité d'eau de rinçage est exigée dans le processus de régénération et que le dit système fournit, sans aération, une eau neutre sensiblement exempte de matières volatiles.
Bien qu'il soit généralement indiqué d'enlever les matières ionisables au moyen d'une couche de matière active à l'égard des cations et d'une couche de matière active à l'égard des anions, telles que les couches C1 et A1 on peut obtenir de l'eau ne contenant pas plus de 20 mil- lionnièmes environ de matière ionisable à éliminer en recourant à d'autres moyens. Par exemple ,on pourrait utiliser une simple distillation au lieu d'employer les deux premières couches de matières actives à l'égard des ions. D'une manière similaire, de l'eau de pluie, qui ne
<Desc/Clms Page number 25>
contient pas une quantité de matières ionisables en propor- tion supérieure à 20 millionnièmes pourrait être envoyée directement dans une couche active à l'égard des cations et de là dans la couche tamponnée active à l'égard des anions.
Les termes "solides ionisables" xx ou 'matières ionisables" sont employés comme s'appliquant aux'matières non organiques volatiles ou non volatiles. La majeure par- tie de ces Corps solides ne sont pas des substances organi- ques mais certaines substances organiques peuvent y être incluses. Ces "solides ionisables" sont des impuretés en ce sens qu'il n'est pas désirable qu'ils soient mélan- gés avec le fluide à purifier, bien qu'ils puissent en eux-mêmes être des matières utiles ou désirables. Il doit être entendu'que maintes modifications peuvent être appro et tées aux procédés sans que l'on s'écarte de l'esprit/de la portée de l'invention.
REVENDICATINS
1. Procédé pour la purification d'un fluide,caracté- risé en ce qu'on traite le dit fluide contenant moins de 20 millionnièmes environ de solides ionisables à éliminer, avec une matière active à l'égard des cations, activés à l'hydrogène, puis avec une matière active à l'égard des anions ayant été traitée au moyen d'un réactif en vue d'amener le pH du fluide offrent à une Valeur fixée à l'avance.