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PROCEDE POUR L'EPURATION DES SOLUTIONS AQUEUSES.
La présente invention se réfère au traitement des solu- tions aqueuses d'électrolytes en vue d'éliminer ces derniers par passages successifs à travers un échangeur de cations et un éliminateur d'acide, ces deux dispositifsétant régénérés de temps à autre et de préférence après le premier passage et avant le dernier.
Lt.un des procédés les plus récents de purification d'une solution aqueuse renfermant des électrolytes consiste à utiliser deux substances régénérables différentes dont on se sert suc- cessivement pour déminéraliser la solution. Celle-ci est tout d'abord passée à travers une couche d'un échangeur de cations granulaire, chargé d'ions hydrogène, puis à travers une couche d'un échangeur d'anions ou éliminateur d'acide chargé d'ions hydroxyle. L'échangeur de cations échange les cations métalli- ques des sels contenus dans la solution à traiter contre des ions hydrogène, de telle sorte que la solution traitée renferme alors des acides minéraux libres tels que les acides chlorhydrique,
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sulfurique, carbonique ou autres formés avec les anions présents dans la solution.
Quand cette solution ucide pusse ensuite à travers la couche d'échangeur d'anions, les ucides minéraux libres sont éliminés. L'acide carbonique, qui n'est absorbé par l'échangeur d'anions que dans une mesure très faible, peut être ensuite éliminé par une simple aération si le Co2 est indé- sirable dans l'application à laquelle la solution traitée est destinée.
La meilleure méthode pour la mise en oeuvre de ce procé- dé de déminéralisation est de disposer une couche filtrante de chacune des substances échangeuses dans un récipient pourvu des tubulures et robinets voulus.
Après un'certain temps d'usage, les substances échan- geuses s'épuisent et doivent alors être rechargées par des ions du genre approprié. L'échangeur de cations est régénéré par un acide dilue, tel que l'acide chlorhydrique ou sulfurique, tandis que l'échangeur d'unions est régénéré par une solution diluée d'un alcali tel que la soude caustique, le carbonate de soude, le bicarbonate de soude, l'ammoniaque ou autre. Après régéné- ration, les substances sont débarrassées de l'excès de régéné- rant par rinçage.
Dns beaucoup d'applications, telle que le traitement de l'eau pour divers procèdes industriels ou l'alimentation des chaudières à haute pression, il est désirable que la solution traitée ne contienne pas plus que quelques parties par million d'électrolytes dissous au total. uand la solution à traiter renferme de grandes quantités de sulfates et de chlorures, il est impossible d'obtenir normalement par le simple passage de celle-ci à travers les substances d'échange de cations et d'anions, un effluent remplissant des conditions aussi rigoureu- ses ; tout au plus peut-on en obtenir de très faibles quantités.
Pour tenter de résoudre ce problème, il a été suggéré, dans le brevet américain N 2,267,841 au nom de RILEY, de faire repasser
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dans le cycle de traitement une partie de la solution déminéru- lisée sortant de l'échangeur d'anions en marche normale, en la mélangeant ainsi avec la solution brute amenée à l'échangeur de cations. On obtient de cette manière une élimination des éleotrolytes plus complète que par une opération à pussage uni- que, car ce renvoi au cycle dilue Ici solution brute avec une solution dont la plus grande partie des électrolytes dissous a déjà été éliminée, de telle sorte que la solution que reçoit finalement l'échangeur de cations présente une teneur en éleotro- lytes nettement plus basse que celle de la solution brute.
Bien que ce procédé améliore considérablement les choses, il ne consti- tue pas cependant une solution entièrement satisfaisante du pro- blème parce qu'il ne permet pas d'utiliser toute la capacité disponible des échangeurs de cations et d'anions, puisqu'on doit interrompre la marche et régénérer les substances dès que la concentration d'électrolytes dans l'effluent dépasse une limite prédéterminée. En outre, pour satisfaire à des conditions parti- culièrement rigoureuses, on est amené à renvoyer au cycle la plus grande partie de l'effluent, ce qui conduit à des appareils relativement encombrants et coûteux.
L'invention u pour objet un procédé et un appareil pour la déminéralisation d'une solution dans une mesure assez par- faite pour satisfaire aux exigences les plus rigoureuses, quelle que soit la concentration des électrolytes dans la solution brute. L'invention vise encore à utiliser au maximum la capa- oité disponible des substances actives, à assurer des économies dans le régénération et à permettre l'emploi d'appareils rela- tivement petits et fonctionnant sans surveillance particulière.
Le procédé de l'invention consiste essentiellement à .prélever une quantité déterminée de solution brute, puis à la faire passer plusieurs fois successives sur des substances d'échange de cations et d'anions jusqu'à ce que la teneur en
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électrolytes de la masse de la solution traitée ait atteint la valeur qu'on s'est fixée, lesdites substances étant régénérées en, tre deux passages successifs de la masse de la solution en cours de traitement, quand elles sont épuisées.
la régénération des substances d'échange s'effectue préférablement en synchronisme avec le changement de la quan- tité de solution traitée en ce sens qu'on prévoit les quantités de substances d'échange telles qu'elles soient régénérées uti- lement soit pour chaque masse de solution traitée, soit chaque fois qu'on a traité successivement un certain nombre de masses de solution. Cette régénération peut être en phase avec le traitement, en ce sens qu'elle est effectuée quand une masse de solution vient d'être traitée et avant le traitement de la sivante, ou bien elle peut être déphasée, en ce sens qu'elle est effectuée au cours du traitement d'une masse de solution, entre deux passages successifs de celle-ci sur les échangeurs.
L'appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention peut comporter deux réservoirs distincts servant à tour de rôle pour recueillir l'effluent de l'échangeur, ou bien il peut être pourvu d'un réservoir unique muni de moyens pour que l'effluent des échangeurs qui y arrive ne se mélange pas de façon notable avec le liquide qui s'y trouve déjà recueilli.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer.
Fig. 1 est une vue schématique avec coupe partielle d'un appareil suivant l'invention.
Fig.2 montre une variante de certaines parties de l'appareil suivant Fig. 1.
Fig. 3 indique une autre variante.
En Fig. 1 le dispositif pour l'échange des cations
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comprend un réservoir 10 renfermant une couche 11 de substance granulaire d'échange de cations. Un réservoir 12 renfermant une solution de régénération telle que l'acide sulfurique dilué est adjoint au réservoir 10. La solution à traiter arrive par un tuyau 13 pourvu d'une vanne'14 et qui communique avec un tuyau 15 débouchant au sommet du réservoir 10, ledit tuyau 15 possédant une vanne 16, Au tuyau 15 est reliée une evacuation
17 pour le levage à contre-courant, laquelle est pourvue d'une vanne 18. Un tuyau 19 avec une vanne z0 va du tuyau 13 au fond du réservoir 10 et communique également avec une conduite de rinçage 21 munie d'une vanne 22.
Un injecteur 23 communique avec le tuyau d'amenée 13 par un tuyau 24 avec une vanne 25, tandis que son tuyau d'aspiration 6 pourvu d'une vanne 27 plonge dans le réservoir 12, le tuyau de refoulement 28 du dit injecteur débouchant dans le réservoir 10 au dessus de la couche 11.
Le dispositif pour l'élimination des acides comprend un réservoir 30 renfermant une couche 31 de substance granulai- re échangeuse d'anions, laquelle peut être une matière organi- que belle qu'une résine synthétique ou une matière inerte imprégnée d'une telle résine. Un réservoir auxiliaire 32 ren- ferment une solution alcaline telle que soude caustique, car- bonate de soude, bicarbonate de soude, ammoniaque ou autre, est adjoint au réservoir 30. Le tuyau d'amenée 33 est relié au tuyau 19 sus-décrit et il communique avec un tuyau 35, qui, à travers une vanne 36, mène au sommet du réservoir 30.
Un tuyau 34 va du tuyau 13 sus-décrit à un tuyau 39 relié au bas du réservoir 30, ledit tuyau 34 étant pourvu d'une vnne
409 Un tuyau 37, formant vidange pour le lavage à contre- courant, communique avec le tuyau 33, ledit tuyau 37 possédant une vanne 38. Le réservoir 30 comporte encore une sortie de rinçage 41 avec une vanne 42 branchée sur le tuyau 39.
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Enfin un injecteur 43 est alimenté par un tuyau 44 avec vanne 45 et qui se branche sur le tuyau d'amenée 33, tandis que son aspiration 46, pourvue d'une vanne 47, plonge dans le réservoir 32 et que son refoulement 48 débouche dans le réservoir 30 au dessus de la couche 31.
Un appareil 50 pour déterminer la conductivité élec- trique de la solution traitée est relié au tuyau 39 par un tuyau 51, tandis que la solution essayée est vidangée par un tuyau 52, qui peut, bien entendu, revenir au tuyau 39.
Le tuyau 39 possède deux branchements de vidange 54 et 55 pourvus de vannes 56 et 57 respectivement, de manière à débiter dans l'un ou l'autre de deux réservoirs 58 et 59, comme montre. Ces réservoirs collecteurs 58 et 59 sont pourvus de tuyaux de sortie 65 et 66 avec vannes 67 et 68 respectivement.
Les tuyaux 65 et 66 sont reliés à une même conduite 69 formant aspiration d'une pom.pe 70. Le refoulement 71 de la pompe 70 possède un clapet d'arrêt 72 et il est relié à une canalisation de retour 74 qui, à travers une venue 75, aboutit au tuyau d'amenée 13. De la canalisation 74 part également un tuyau 76 pourvu d'une vanne 77 et qui aboutit à un réservoir supérieur 78 dont la sortie 79 va au point d'utilisation de l'eau traitée. la partie supérieure du réservoir 78 il est prévu un disposi- tif degazeur comprenant une tête 80 pourvue d'un certain nombre de tuyères 81 et d'une superposition de lattes espacees 8, Une soufflante 83 est reliée par un tuyau 84 avec l'espace situe au-dessous des lattes 82.
Le fonctionnement de l'appareil suivant Fig. 1 est le suivant : on supposera que la solution à braiter est une eau brute à forte teneur en électrolytes. Cette eau est amenée par le tuyau 13. @uand on met l'appareil en marche, on ouvre les vannes 14,16, 36 et 56, toutes les autres restant fermées.
!,'eau arrive alors au sommet du réservoir 10 par les tuyaux
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13 et 15, elle descend à travers la couche 11 d'échangeur de cations et de là, par les tuyaux 19, 33, et 35, arrive au sommet du réservoir 30 d'où elle traverse l'échangeur d'unions 31 et enfin parvient au réservoir 58 par les tuyaux 39 et 54.
Quand on'a ainsi recueilli une certaine quantité d'eau dans le réservoir 58, on arrête l'écoulement en fermant les vannes 14 et 56, on met en marche la pompe 70 et on ouvre les vannes 57, 67 et 75, seins toucher aux autres. L'eau est alors pompée du réservoir 58 et, par les tuyaux 65,69, 71 et 74, elle re- vient au tuyau d'amenée 13, passe une seconde fois à travers les deux échangeurs et arrive finalement par le tuyau 55 dans le réservoir 59. uand on a ainsi entièrement transféré l'eau du réservoir 58 dans le réservoir 59, on ferme les vannes 57 et 67 et on ouvre les vannes 56 et 68. L'eau est alors pompée du réservoir 59, repasse une troisième fois à travers les échangeurs de cations et d'anions et revient dans le réservoir 58.
Ces passages successifs sont répétés en alternant l'ouver- ture des vannes 57 et 67 d'une part, et 56 et 68 d'autre part, jusqu'à ce que l'appareil 50 montre que l'eau qui coule dans le tuyau 39 possède une résistance électrique correspondant à une teneur en électrolytes assez basse pour l'application envi- sagée. En supposant que lorsque ceci arrive la masse de l'eau se trouve dans le réservoir 58, alors les vannes 14, 16, 36, 57, 67 et 77 sont ouvertes, toutes les autres étant fermées (si la masse d'eau s'était trouvée dans le réservoir 59, ç'auraient été les vannes 56 et 68 qui auraient été ouvertes au lieu des vannes 57 et 67). L'eau traitée provenant du ré- servoir 58 est alors pompée par les tuyaux 65, 69,71 et 76 jusqu'au sommet du réservoir supérieur 78.
Elle est distribuée par les tuyères 81 et s'écoule en cascade sur les lattes 82 en rencontrant le contre-courant d'air soufflé par la soufflante
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83. Le CO2 dissous est ainsi éliminé de l'eau qui peut être évacuée du réservoir 78 par le tuyau 79 au fur et à mesure des besoins. En même temps que l'eau est pompée du réservoir 58, une nouvelle mbsse d'eau brute entre par le tuyau 13, passe successivement à travers les échangeurs de cations et d'anions et est recueillie dans le réservoir collecteur 59.
uand toute l'eau traitée a été pompée du réservoir 58, les vannes 67 et 77 sont fermées.Quand, de plus, une autre masse d'eau d'importance suffisante a été recueillie dans le réservoir 59, les vannes 14 et 57 sont fermées et on ouvre les vannes 56,58 et 75. La nouvelle quantité d'eau est ainsi transférée par pompage du réservoir 59 au réservoir 58 à travers les échangeurs de cations et d'anions. Ce passage est répète par le manoeuvre des vannes 56, 57, 67 et 68, comme ci-dessus décrit. Si l'on a prévu les quantités d'eau traitée relativement fortes, on trouve en observant l'appareil 50, qu'eprès 2 ou 3 passages la teneur en électrolytes de l'eau qui court dans le tuyau 39 n'a pas atteint une valeur suffi- samment basse et qu'elle ne s'abaisse plus même après des passages répétés.
Ceci indique que les échangeurs de cations et d'anions se sont épuisés et qu'il faut les régénérer.
Mvant de procéder à cette régénération, on ferme les vannes de l'appareil et on arrête la pompe 70, la masse d'esu partiellement traitée étant retenue dans l'un ou l'autre des réservoirs collecteurs 58 ou 59. Dans la description qui suit du processus de régénération, on se référera seulement aux vannes qui doivent être ouvertes et il devra être entendu que toutes les vannes non spécifiquement mentionnées sont fermées.
Tout d'abord on lave à contre-courant l'échangeur de cations en ouvrant les vannes 14, 18 et 20. L'eau brute provenant du tuyau 13 arrive au réservoir 10 par le tuyau 19,
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traverse la substance active 11 de bas en haut et s'évacue par les tuyaux 15 et 17. On prolonge cette opération pendant envi- ron 10 minutes, jusqu'à ce que l'eau sortant du tuyau 17 soit parfaitement claire.
En second lieu on régénère l'échangeur de cations en ouvrant les vannes 22, 25 et 27. L'eau brute du tuyau 13 crri- ve à l'injecteur 3 par le tuyau 24, aspire de l'acide du ré- servoir 12 par le tuyau 26 et arrive au sommet du réservoir 10 par le tuyau 8 sous forme d'une solution régénérante diluée, Elle traverse lu substance active de haut en bas et s'évacue par les tuyaux 19 et 21. On poursuit l'opération jusqu'à ce que l'on ait injecté une quantité suffisante de régénérant,
En troisième lieu on rince l'échangeur de cations en ouvrant les vannes 14,16 et 22. L'eau brute du tuyau 13 arrive au sommet du réservoir 10 par le tuyau 15, traverse de haut en bas la substance active 11 et s'évacue par les tuyaux 19 et 21.
On continue jusqu'à ce que l'appareil soit suffisam- ment débarrassé du régénérant épuisé ou en excès.
La quatrième opération consiste à laver l'échangeur de cations à contre-courant en ouvrant les vannes 38 et 40.
L'eau brute du tuyau 13 arrive au bas du réservoir 30 par les tuyaux 34 et 39 et s'écoule par les tuyaux 36 et 37. On conti- nue pendant quelques minutes, jusqu'à ce que l'eau sortant du tuyau 37 soit claire.
En cinquième lieu, on régénère l'échangeur d'anions en ouvrant les vannes 14, 16, 42, 45 et 47. L'eau brute du tuyau 13 s'écoule par le tuyau 15, la couche 11 d'échangeur de cations, les tuyaux 19, 33, ou 44 vers l'injecteur 43.
Elle entraîne de la solution alcaline du réservoir 32 par le
48 tuyau 46 et arrive au sommet du réservoir 30 par le tuyau/sous forme de régénérant dilué. Elle s'écoule de haut en bas à travers la couche 31 et s'évacue par les tuyaux 39 et 41.
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On continue l'opération jusqu'à ce que l'on ait injecté une quantité suffisante de régénèrent.
La sixième operation consiste à rincer l'échangeur d'anions en ouvrant les vannes 14,16, 36 et 42. L'eau brute du tuyau 13 passe alors par le tuyau 15, traverse la couche 11 d'échangeur de cations, pusse par les tuyaux 19, 33 et 35, arrive au sommet du réservoir 30 traverse de haut en bas la couche 31 d'échangeur d'anions et s'évacue par les tuyaux 39 et 41. On continue jusqu'à ce que l'eau sortant du tuyau 39 possède une teneur en électrolytes à peu près égale à celle de l'eau brute. cette eau, bien qu'elle ne soit pas convenû-- ble pour l'usage, peut être mélangée avec la quantité d'eau partiellement traitée déjà recueillie, puisque le mélange sera soumis à un traitement ultérieur, comme on le décrira ci- après.
Les six phases du processus de régénération sont mises en oeuvre successivement dans l'ordre sus-mentionné, sauf que la troisième (rinçage de l'échangeur de cations) et la quatrième (lavage à contre-courant de la substance élimi- natrice d'acides) peuvent s'exécuter en même temps, si on le désire.
Une fois terminée la régénération des deux appareils élémentaires, on reprend le traitement de la quantité d'eu partiellement traitée déjà recueillie, en actionnant la pompe 70 et les vannes 16, 33, 75, 56, 60, 57, 67, etc... jusqu'à ce que l'appareil 50 montre que l'on atteint la faible teneur en electrolytes désirée. La masse d'eau est alors ren- voyée au réservoir 78 tandis qu'on prélève une nouvelle quan- tité d'eau à partir du tuyau 13 pour la traiter comme ci- dessus, et ainsi de suite. On aboutit donc à une succession d'opérations avec insertion de cycles de régénération entre deux passages successifs d'une musse d'eau.
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Fig. 2 montre une variante de réalisation de certaines parties de l'appareil de Fig. 1. Le réservoir collecteur 58 est relié aux appareils d'utilisation par un tuyau 88 avec vanne 89 (il peut être prévu une pompe, un dégazificateur et un réservoir accumulateur surélevé, si on le désire). La pom- pe 70 est branchée de manière à aspirer dans le réservoir collecteur par un tuyau 85 et pour refouler dans le tuyau d'amenée 13 par un tuyau de retour 86. Le réservoir 59 ren- ferme une cloison ou auget 87 disposé sous le débouché du tuyau 55 pour empêcher autant que possible le liquide qui arrive de se mélanger à celui déjà contenu dans le réseroir 59.
Pour esposer le fonctionnement de la variante de Fig.
2 on ne décrira que les phases qui diffèrent de celles expo- sées en référence à la Fig. 1. Au départ, on ouvre les vannes 14 et 57 jusqu'à ce que l'on ait recueilli dans le réservoir 59 un volume d'eau déterminé. On ferme alors la vanne 14 et on met en marche la pompe 70 pour acheminer l'eau par les tuyaux 85 et 86 vers les appareils échangeurs de cations et d'anions d'où elle parvient au réservoir 59. On peut ainsi faire passer la masse d'eau de façon répétée à travers les deux échangeurs, autant de fois qu'on le désire, sans avoir à toucher les vannes. On régénère quand les matières actives sont épuisées, en interrompant momentanément le cycle.
Quand on a atteint la teneur en électrolytes désirée, on ferme la vanne 57 et on ouvre la vanne 56 de telle sorte que l'eau traitée s'écoule dans le réservoir 58,Lorsqu'on ainsi transféré toute la masse d'eau dans ce dernier, on arrête la pompe 70, on ferme la vanne 56 et on ouvre les vannes 14 et 57, ce qui a pour effet d'amener dans le réservoir 59 une nouvelle quantité d'eau donnant lieu à un nouveau cycle
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opératoire. renflent ce temps, l'eau du réservoir 58 est prélevée par le tuyau 88.
Dans la variante de Fig. 3, on utilise un réservoir collecteur unique 90. Le tuyau 39 peut débiter l'eau soit dans ce réservoir par une tuyère 91 et une vanne 92, soit au point d'utilisation par un tuyau 95 avec vanne 96. La pompe 70 son tuyau d'aspiration 93 relié-au réservoir 90 et son tuyau de refoulement 94 relié au tuyau d'amenée 13.
Une cloison ou auget 97 est disposé sous la tuyère 91, comme dans le cas de Fig.2 et dans le même but, Si l'on veut de plus un service d'eau continu sans interruption, il faut prévoir un réservoir accumulateur avec pompe de service.
On ouvre les vannes 14 et 92 pour amener de l'eau au réservoir 90 à travers les appareils de traitement. Quand on a ainsi recueilli une quantité d'eau déterminée, on ferme la vanne 14 et on met en marche la pompe 70. Cette masse d'eau est alors mise en circulation en circuit fermé par les tuyaux 93 et 94, les appareils de traitement, le tuyau 39 et la tuyère 91, aussi longtemps que nécessaire pour obtenir une eau de la qualité désirée.
On interrompt l'opération en fermant la vpnne 92 et en arrêtant la pompe 70, quand les matières actives sont épuisées et ont besoin d'être régéné- réas. quand le traitement de la masse d'eau est terminé, on ferme la vanne 92 et on ouvre la vanne 96, de telle sorte que l'eau est alors pompée vers les appareils d'utilisation à travers les échangeurs et le tuyau 95. Dès que le réser- voir 90 a ainsi été vidé, on répète le cycle des opérations.
On remarquera que dans les dispositifs de Fies. 2 et 3 on peut faire passer le solution à travers les appareils de traitement autant de fois qu'on le désire sans aucune surveillance, alors qu'avec le dispositif de Fig. 1, il faut
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manoeuvrer les vannes 56, 57, 67 et 68 chaque fois que la masse d'eau @ passé à travers les appareils de traitement.
Cet avantage apparent des dispositifsde Figs.2 et 3 est toutefois contrebalancé par l'inconvénient qu'il faut un plus grand nombre de passages que dans le cas de Fig. 1 pour obtenir une eau de qualité déterminée, parce qu'en dépit des cloisons ou augets 87 et 97, il se produit tou- jours un certain mélange entre la solution se trouvant dans le réservoir et celle ui y arrive. Avec le dispositif de Fig. 1 un tel mélange ne peut se produire, puisque l'eau est chaque fois puisée dans un réservoir et rejetée dans l'autre. Il en resulte que pour une dimension déterminée d'appareil, il faut plus longtemps, bien que moins de sur- veillance, pour traiter une quantité déterminée de solution avec les dispositions de Figs ou 3, par rapport à celle de Fig. 1.
En d'autres termes, les premières ont un débit d'eau plus faible que cette dernière. Par conséquent chaque type d'appareil a ses avantages et ses inconvénients comparatifs et le choix du plus approprié dépend des conditions de chaque installation.
Bien que la chose ne soit pas indispensable pour la mise en oeuvre de l'invention, il est fortement recommandable pour une marche pratique et efficace que les deux appareils d'échange de cations et d'anions soient équilibrés quant à leur capacité de manière à être épuisés et régénérés en même temps. Les échangeurs de cations éliminent les cations métal- liques, cependant que les échangeurs d'unions élimient les chlorures et sulfates, lesquels, en règle générale, se trou- vent en moindre quantité exprimée en termes de milliéquiva- lente.
Par conséquent le rapport de lu quantité de substance d'échange de cations à la quantité de substance éliminatrice d'acide est préférablement déterminé dans chaque cas parti-
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culier à correspondre approximativement au rapport'du total des cations métalliques au total des chlorures et sulfates dans la solution à traiter. Si au cours de la marche de l'installation ce rapport des cations aux anions de la solu- tion venait à augmenter ou à diminuer dans une.certaine mesu- re, on pourrait alors augmenter ou diminuer les quantités respectives de régénérant utilisées pour les deux substances.
De cette manière l'opérateur peut modifier le rppport des capacités des deux échangeurs, du moins dans certaines limi- tes, pour compenser la variation constatée dans la solution traitée.
Dans la mise en oeuvre de l'invention, il peut être avantageux de déterminer le volume de chaque musse d'eau trai- tée de telle manière qu'elle renferme une quantité d'électro- lytes égale à la capacité d'élimination de l'installation entre deux régénérations, ou à une fraction simple de cette capacité (la moitié, le tiers, etc...) c'est-à-dire à une fraction ayant'1'unité pour numérateur. Ce mode opératoire présente l'avantage que les moments où len matières actives sont épuisées et doivent être régénérées restent en synchro- nisme avec les moments où le traitement d'une masse d'eau est terminé et où celui d'une nouvelle msse d'eau va commen- cer.
Une telle coordination dans les phases opératoires rend la marche de l'installation plus ordonnée et plus pratique, et elle économise au maximum les produits régénérants.
Cette coordination peut toutefois se concevoir de deux façons différentes: les régénérations et les changements de masse d'eau traitée peuvent être déphasés, c'est-à-dire que la régénération peut s'effectuer entre deux passages suc- cessifs d'une même masse de liquide, comme on l'a supposé dans la description qui précède, ou bien au contraire ils peuvent être en physe, c'est-à-dire que la régénération
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s'effectue quand une msse de liquide vient d'être traitée et avant de procéder au traitement de la suivante.
Le procédé suivant l'invention peut être appelé démi- néralisation en plusieurs phases, en raison de sa caractéris - tique essentielle que chaque masse de solution est passée plu- sieurs fois dans les appareils de traitement. Ce terme s'ap- plique de quelque façon que s'opère la régénération : avec ou sans coordination et, dans le premier cas, en phase ou non.
Pour donner une image claire des avantages de la démi- néralisation en plusieurs phases conformément à l'invention, par rapport à la technique antérieure, on reproduira ci-après le résultat d'expériences comparatives conduites au labora- toire. La solution traitée était une eau brute qui donnait à l'analyse les résultats suivants, exprimés en parties par million de CaCO:
EMI15.1
<tb> Cations <SEP> Anions
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Calcium <SEP> 102 <SEP> ppm <SEP> Bicarbonates <SEP> 110 <SEP> ppm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Magnésium <SEP> 312- <SEP> Chlorures <SEP> 2 <SEP> 457 <SEP> --
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sodium <SEP> 2 <SEP> 368 <SEP> -- <SEP> Sulfates <SEP> 215 <SEP> --
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Total <SEP> 2 <SEP> 782 <SEP> -- <SEP> 2 <SEP> 782 <SEP> --
<tb>
Les lits filtrants de matières actives étaient adaptés à cette analyse de manière à être épuisés et régénérés environ en même temps. Le lit d'échangeur de cations avait un diamètre de 35 millimètres et consistait en 400 cm3 d'une matière granulaire (charbon sulfoné); le régénérant correspondant était constitué par 1 200 cm3 de SO4H2 à 0,403 N.
Le lit d'éliminateur d'acides avait un diamètre de 23 mm et consistait en 200 cm3 d'une résine synthétique granulaire, le régénérant utilisé étant une solution de CO2Na2 à 0,75 N. Dans tous les essais, les lits étaient lavés à contre-courant et rincés d'une manière uniforme et on prenait une demi-heure pour faire
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passer les quantités de régénérant sus-mentionnées. La teneur en électrolytes de l'eau traitée était déterminée par ,le .moyen d'un donductomètre et les résultats exprimés en partie par million de NaCl.
On expérimenta ainsi les six méthodes suivantes:
En premier lieu, la méthode de déminéralisation classique par passage unique de l'eau sur les échangeurs.
L'eau traitée était recueillie par portions de 500 cm3 chacune et on trouva que .la première portion renfermait encore 50 ppm d'électrolytes (exprimées en NaCl). La secon- de portion 24, la troisième 60 et la quatrième au moins 300.
En d'autres termes, avec une eau brute renfermant une aussi forte quantité d'électrolytes que celle utilisée dans les essais, la méthode à passage unique ne peut donner une eau remplissant des conditions rigoureuses.
En second lieu on procéda avec renvoi eu cycle des trois quarts de l'effluent des échangeurs d'anions, suivant le méthode proposée dans le brevet américain Riley 2 267 841. l'eau traitée était recueillie par fractions de 100 cm3.
Huit fractions, soit 800 cm3 présentaient une teneur en électrolytes de 10 ppm ou moins, la moyenne étant de 6,6 ppm et la valeur minimum obtenue de 4,5 ppm.
En troisième lieu on reprit la méthode précédente, mais renvoyant au cycle les cinq sixièmes de l'effluent. On trouva que 900 cm3 présentaient une teneur en électrolytes de 10 ppm ou moins, la moyenne étant 4 ppm et le minimum 2,9 ppm.
En quatrième lieu on procéda à une déminéralisa bien en plusieurs phases conformément à la présente invention en faisant passer trois fois une masse d'eau de 2 000 cm3 à travers les échangeurs, la régénération et le changement de masse d'eau traitée étant en phase, L'eau traitée présen-
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tait une teneur en électrolytes de 3 ppm.
En cinquième lieu, on répéta la même méthode, mais en passant quatre fois une masse d'eau de 3 000 cm3 uvec régénération déphasée par, rapport au changement de masse d'eau en cours de traitement (régénération après trois pas- sages). L'eau traitée avait une teneur en électrolytes de 4,3 ppm.
Enfin en sixième lieu on répéta l'essai précédent, mais en faisant passer l'eau six fois de suite sur les échan- geurs. L'eau traitée avait une teneur en électrolytes infé- rieure à 1 ppm.
Le tableau ci-après résume les résultats de ces essais:
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EMI18.1
<tb> Essai <SEP> Méthode <SEP> employée: <SEP> quantité <SEP> d'eau: <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> électrolytes
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<tb> N <SEP> : <SEP> obtenue <SEP> avec <SEP> de <SEP> l'eau <SEP> traitée
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<tb> : <SEP> teneur <SEP> en <SEP> élect <SEP> --------------------------
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<tb> brolytes <SEP> infé-: <SEP> Moyenne <SEP> de <SEP> : <SEP> Minimum
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<tb> : <SEP> rieure <SEP> à <SEP> lOppm <SEP> la <SEP> quantité <SEP> : <SEP>
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<tb> : <SEP> précédente
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<tb> colonne: <SEP> colonne <SEP> colonne <SEP> colonne <SEP> colonne
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<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 4 <SEP> :
<SEP> 5
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<tb> 1 <SEP> Passage <SEP> unique <SEP> 0 <SEP> 24
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<tb> 2 <SEP> Avec <SEP> renvoi <SEP> au <SEP> 800 <SEP> cm3 <SEP> 6,6 <SEP> ppm <SEP> 4,5 <SEP> ppm
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<tb> cycle <SEP> des <SEP> 3/4 <SEP> de
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<tb>
<tb>
<tb> l'effluent
<tb>
EMI18.2
-------------------------------------------------------------------
EMI18.3
<tb> 3 <SEP> -vec <SEP> renvoi <SEP> au <SEP> 900 <SEP> 4 <SEP> 2,
9
<tb> cycle <SEP> des <SEP> 5/6
<tb> de <SEP> l'effluent
<tb>
<tb> -------------------------------------------------------------------
<tb>
<tb> 4 <SEP> Déminéralisation <SEP> 2 <SEP> 000 <SEP> 3 <SEP> 3
<tb> en <SEP> plusieurs
<tb> pnses, <SEP> régénération <SEP> en <SEP> phase
<tb> 3 <SEP> passages
<tb>
EMI18.4
-------------------------------------------------------------------
EMI18.5
<tb> 5 <SEP> Déminéralisation <SEP> 3 <SEP> 000 <SEP> 4,3 <SEP> 4,3
<tb>
<tb> en <SEP> plusieurs
<tb>
<tb> phases, <SEP> régéné-
<tb>
<tb> ration <SEP> déphasée,
<tb>
<tb> 4 <SEP> passages
<tb>
EMI18.6
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EMI18.7
<tb> 6 <SEP> Déminéralisation <SEP> 3 <SEP> 000 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> en <SEP> plusieurs
<tb> pbases, <SEP> régénération <SEP> déphasée,
<tb> 6 <SEP> passages.
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Les résultats montrent qu'en pratiquant la déminérali- sation en plusieurs phases conformément à l'invention (essais 4 à 6) on réalise des augmentations considérables tant en ce qui concerne la quantité d'eau satisfaisante obtenue que la qualité de celle-ci.
Ceci est d'autant plus remarquable que dans tous les cas on utilise les mêmes quantités de régénérant. quand on utilise pour le procédé classique en une phase les matières actives employées dans les essais ci-dessus, si l'eau brute n'a qu'une teneur en électrolytes de quelques cen- taines de parties par million (c'est-à-dire beaucoup moins que les 2 782 ppm de l'eau sur laquelle ont porté les essais ci- dessus) et si les conditions imposées à l'eau traitée ne sont pas trop rigoureuses, ces matières présentent des pouvoirs d'échange respectifs de 275 et 600 milliéquivalents par litre, respectivement. De tels pouvoirs ne peuvent se réaliser'pati- quement quand on déminéralise une eau à forte teneur en élec- trolytes.
Avec la déminéralisation en plusieurs phases confor- mément à l'invention et avec régénération en phase (essai N 4) on obtient des pouvoirs de 290 et 570. milliéquivalents par litre, c'est-à-dire des pouvoirs sensiblement égaux à ceux constatés dans les conditions usuelles de la méthode classique, en dépit des circonstances particulières de l'essai (teneur en électrolytes anormalement élevée). AVec la régénération dépha- sée (essais 5 et 6) le pouvoir d'échange atteignait des valeurs dtenviron 425 et 850 milliéquivalents par litre. En d'autres termes on a obtenu dans des conditions anormalement rigoureuses des pouvoirs d'échange pratiques supérieurs de 55 et 40% res- pectivement aux valeurs obtenues par la méthode classique dans des conditions normales.
La raison de cette amélioration surpre- nante de pouvoir d'échange peut s'expliquer si l'on considère les propriétés des échangeurs. Immédiatement après la régénéra- tion et l'évacuation du régénérant épuisé ou en excès, ces substances éliminent presque entièrement les ions de la solu- tion traitée, la teneur résiduelle en cations métalliques et
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on anions acides (acide carbonique excepté) respectivement étant très faible et voisine de zéro, au moins quand la teneur en électrolytes de l'eau brute n'est pas trop élevée. cette élimi- nation parfaite se poursuit pendant un certain temps.
Mais à mesure qu'on s'approche de la limite de capacité de la couche, l'échange devient de moins en moins parfait, la concentration résiduelle en ions de la solution traitée s'élève progressive- ment, d'abord lentement, puis de plus en plus vite. En service normal, quand cette teneur atteint la limite admissible dans le cas particulier envisagé, l'opération de traitement est ter- minée et on régénère la ma bière. Cela signifie, bien entendu, qu'une fraction notable du pouvoir d'échange reste inemployée et est perdue. C'est cette fraction normalement inutilisée qui est mise à profit dans la méthode avec régénération déphasée suivant l'invention.
Suivant cette méthode, en effet, on fait passer une masse d'eau brute à trevers des substances épuisées partiellement jusqu'$ ce que l'échange d'ions cesse pratiquement.
Le fait que l'échange réalisé soit incomplet n'a pas d'importan- ce car, aussitôt après la régénération, cette même masse de solution va passer à travers des substances fraîchement régéné- rées qui auront recouvré leur pleine faculté d'élimination des ions et qui, par conséquent, vont parfaire le traitement de la masse quelle qu'ait éte l'importance de l'élimination d'ions déjà effectuée. La fraction du pouvoir d'échange qu'on peut mettre en oeuvre avant que ne cesse l'échange d'ions à peu près intégral varie suivant les echangeurs. AVec la plupart d'entre eux il atteint jusqu'à environ 50% du pouvoir normalement utili- sable, ce qui explique l'accroissement de pouvoir d'échange obtenu dans les essais avec régénération déphasée par rapport aux valeurs relevées avec la régénération en phase.
Le procédé suivant l'invention exige une fréquente ma- noeuvre des diverses vannes de l'installation. Mais on peut aisément y remédier en prévoyant une commande automatique sous la dépendance d'un tambour ou analogue sur lequel un cycle
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complet d'opérations a été enregistré par un moyen quelconque (dents, trous, parties conductrices et isolées, etc...). Un tel tambour, associe à des compteurs columétriques ou à des flotteurs appropriés dans les divers réservoirs pour déceler la fin de chaque opération élémentaire, peut assurer automti- quement l'admission de la quantité voulue de solution brute, puis les passages successifs de celle-ci à travers les échan- geurs et enfin son envoi aux appareils ou réservoirs d'utilisa- tion. Le cycle de régénération peut y être prévu au moment voulu.
Le nombre de passages peut y être prédéterminé ou y être réglé par un conductomètre.
Il doit au surplus être entendu que la description qui précède ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution decrits par tous autres équivalents. D'autre part, ainsi qu'il va de soi, l'invention englobe non seulement le procédé sus-décrit d'épuration des solutions d'électrolytes, mais encore les ins- tallations et appareils propres à sa mise en oeuvre et plus particulièrement ceux du genre ci-dessus décrit.