CH394132A - Procédé de régénération électrolytique continu des résines échangeuses d'ions et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé - Google Patents

Description

  
 



   Procédé de régénération électrolytique continu
 des résines échangeuses d'ions et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé
 La présente invention est relative à un procédé de régénération électrolytique en   continu    en   équicourant    ou en contre-courant des résines échangeuses d'ions.



   La régénération électrolytique des résines échangeuses d'ions est connue. Le   taux    et l'efficacité de la régénération dépendent de plusieurs   facteurs:    la différence de potentiel, la quantité de courant, la distance séparant les   électrodes,    la forme des électrodes, la distance séparant la résine   de    l'électrode, la valence des ions fixés sur la résine.



   La régénération peut se faire dans lia cellule où a lieu, dans un premier temps, la   fixation    par la résine   d'un    ou plusieurs ions d'une solution dite solution à épurer. Ce procédé exige de posséder au moins deux cellules identiques, l'une   fonctionnant    en fixation pendant que l'autre fonctionne en régénération et inversement. Dans ces oellules la résine est emmagasinée et maintenue   statique    pendant les échanges ; ce procédé a de nombreux inconvénients. En effet, entre le fonctionnement en fixation et le fonctionnement en régénération, il existe un temps mort pendant lequel on   effectue    un rinçage de la cellule.

   Cette interruption du    fonctionnement entraîne, à la reprise ; du cycle sui-    vant, un autre temps   mort    pour arriver de nouveau en régime   stable.   



   La   régénération    peut aussi se faire dans une cellule d'électrolyse   distincte    de la cellule de fixation.



  Cette disposition exige une extraction de la résine de la cellule de fixation et, éventuellement, un stockage préalable, puis après la   régénération,    éventuellement, un second stockage et la remise en place de la résine régénérée dans la cellule de fixation. Ces opérations annexes, réalisées en discontinu,   entrainent    des pertes de matière et de temps et exigent, dans le cas de   fixa-    tion sur la résine échangeuse de corps radioactifs, l'emploi d'un coûteux matériel de transport et de   p,    tection.



   Le procédé de l'invention pallie ces inconvénients.



  Ce procédé est caractérisé en ce que, sur une partie au moins de son trajet, toute la résine chemine en continu au sein de la solution de   régénération,    parallèlement à l'une au moins des électrodes et à   proximité    immédiate de la surface   de    celle-ci sous forme d'une couche mince de faible épaisseur.



   En combinant ce procédé à un procédé continu de fixation, par une résine échangeuse d'ions,   d'un    ou plusieurs ions d'une solution à épurer, on peut obtenir une installation d'épuration fonctionnant en continu de manière automatique et pouvant être   télé-    commandée.

   En effet, une telle installation comprend trois   circuits      - un    circuit de fixation: la solution à épurer passe   
 à travers une cellule de fixation et en sort t privée   
 du ou des ions fixés par la résine échangeuse
 d'ions cheminant à   contre-courant;    - un circuit de résine échangeuse : cette résine qui
 vient de fixer le ou les ions est amenée à se
 déverser en lit compact et en continu dans la
 cellule de régénération électrolytique, à équicou
 rant ou à   contre-courant    d'une solution de régé
 nération à qui elle cède le ou les ions; la résine
 régénérée est ensuite recyclée dans la cellule de
 fixation; - un circuit de régénération:

   la solution de régé
 nération est introduite dans la cellule électrolyti
 que à   équicourant    ou à   contre-courant    de la ré  
 sine échangeuse   d'ions;    elle sort de cette cellule
 sous forme d'une solution du ou des sels du ou
 des ions.



   Une fois réglés les débits liquides   et    solides de ces trois oircuits, l'installation complète peut fonctionner d'une façon continue,   automatiqwe    et, si besoin est, télécommandée.



   Les inconvénients inhérents aux dispositifs antérieurs et en   particulier    les temps morts et les stockages, sont alors supprimés.



   Une autre particularité de ce procédé est que le cheminement d'un lit compact de la résine échangeuse permet d'obtenir un déplacement continu des variations de concentration de la résine en voie de régénération et de la solution de régénération.



   Une autre particularité de ce procédé est de réaliser   l'électrorégénération    dans les meilleures conditions de rendement, chaque grain de résine échangeuse d'ions passant à proximité   inunédiate    des électrodes.



   Dans une première réalisation de l'invention, la cellule électrolytique est constituée par une colonne verticale. Dans cette colonne, la résine échangeuse d'ions chemine en continu, du haut en bas, tandis que la solution de régénération circule de bas en haut.



  Le réglage du débit de résine peut être réalisé par un dispositif tel que celui faisant l'objet du brevet fran  çais    No 1176525 du 5 juin 1957. Le débit d'une telle colonne étant assez faible, on peut avantageusement employer, par exemple, une batterie de colonnes identiques pour adapter   b    débit du circuit de régénération au débit du circuit de fixation.



   Dans une   seconde    réalisation de l'invention, la cellule électrolytique est constituée par un caisson monté autour d'un double tapis roulant poreux, la solution de régénération s'écoulant à équicourant ou    à contre-courant t d'une couche monograin de résine    échangeuse   d'ions,    incluse entre les deux bandes du double tapis roulant. Cette cellule comporte deux électrodes dont l'une est une plaque perforée appliquée contre la bande   (anode    pour les cations, cathode pour les anions) et dont l'autre est une plaque identique située, de l'autre côté de la bande, à quelques centimètres de   celleci;    des chicanes obligent la solution de régénération à rester en contact avec la résine échangeuse.



   En se référant aux figures   schématiques    1 à 3 cijointes, on va décrire ci-après deux exemples de mise en   oeuvre    de la régénération électrolytique continue des résines échangeuses d'ions, objet de l'invention.



   La fig. 1 représente une vue schématique en coupe de la première réalisation.



   La fig. 2 représente une vue schématique en coupe de la seconde réalisation.



   La fig. 3 représente une vue schématique en coupe   suivant t AA' de la fig. 2.   



   On voit sur la fig.   l    la cellule électrolytique formée par la colonne 1 et les électrodes 2 et 3.



   La colonne 1 comporte à sa partie inférieure une buse 4 d'étranglement, à son sommet une goulotte circulaire 5 munie d'une tubulure d'évacuation 6, et au-dessus de la buse 4 un dispositif 7 d'introduction de la solution de régénération; l'introduction de la résine se fait en 8 au sommet de la colonne 1, et sa sortie   plar    la tubulure 9.



   L'électrode 2 est une plaque perforée ayant la forme d'une   couronne    tronconique et constituant la base d'une pièce tronconique 10 munie en 10a d'une sortie pour les gaz (hydrogène et oxygène) résultant de la régénération ; l'électrode 3, située au sommet de la colonne 1, est aussi une plaque ayant la forme   d'une    couronne   tronconique;    elle est protégée du contact de la résine par une pièce tronconique 11 perforée ou poreuse.



   Le réglage du débit de la résine est réalisé par le dispositif faisant l'objet du brevet français No 1176525 du 5 juin 1957 (fig. 2 dudit brevet) et comprenant la buse 4 et la pompe de reprise 12 alimentée par la solution de régénération à partir de la pièce tronconique 10 et refoulant dans la partie de la colonne 1 située sous la buse 4.



   L'angle formé par l'électrode 2 avec l'horizontale   est t sensiblement égal à l'angle formé par le cône natu-    rel d'éboulis de la résine échangeuse au sein de la solution de régénération avec l'horizontale. Dans le cas, par exemple, de grains connus sous le nom    d'   Amberiite IRC 120  (résine du type polystyrène    sulfoné) dont la granulométrie est comprise entre 0,1 et 0,3 mm, cet angle est voisin de   35°w.    Le réglage préliminaire de la distance séparant la buse 4 de l'électrode 2   conditionne    le contact du cône d'éboulis avec l'électrode 2 ; ainsi tous les grains de résine échangeuse d'ions viennent, tour à tour, au voisinage immédiat de cette électrode.

   Dans une variante de cette réalisation, et   pour    rendre cette colonne de régénération d'un emploi universel, une pièce en forme de tronc de cône, ou en forme de double tronc de cône telle que 13 oblige les grains de résine échangeuse   d'ions    à   venir    au   voisinage    immédiat de   ltélec-    trode 2; cette variante permet en outre de ne plus assujettir la distance séparant la buse 4 de l'électrode 2 à l'emploi d'une résine d'un type déterminé dans une solution de régénération déterminée.



   Dans cette réalisation, les électrodes 2 et 3 sont en platine, la colonne 1 est en matériau non conducteur de l'électricité, par exemple en verre ou en matière plastique transparente ; le diamètre de la colonne est de deux centimètres et demi et la distance séparant les électrodes 2 et 3 de cinq centimètres.   I1    y a, en effet, intérêt à diminuer autant que possible la distance entre électrodes pour éviter l'échauffement par effet Joule et pour pouvoir effectuer l'électrolyse sous basse tension de façon à obtenir un bon rendement énergétique.  



   Par exemple, dans cet appareil et en employant comme résine échangeuse d'ions des grains d'   Amberlite IRC 120  , de granulométrie comprise entre   0,1    et 0,3 mm et ayant fixé des   ions    ammonium, la tension appliquée aux électrodes est de cinq volts pour un débit de résine de dix à cinquante   g/heulre    et un    débit t de solution de régénération, solution acétique ou    citrique à 5    /o,    de vingt à cent cinquante ml/heure.



  La résine sont de la colonne de régénération, régénérée à un taux   variant    de 40 à 50   O/o    en   H+.   



   Le fonctionnement de cette colonne de régénération est le suivant:
 La résine échangeuse d'ions, saturée du ou des ions qu'elle a fixés, est introduite d'une   manière    continue en 8 dans la colonne 1. Elle   chemine    vers le bas à la vitesse désirée et réglée par le dispositif constitué par la buse 4 et la pompe de reprise 12. Elle passe au voisinage immédiat de l'électrode 2 et sort régénérée par la tubulure 9. Durant ce trajet descendant elle baigne dans la solution de régénération introduite en 7 et qui, cheminant à contre-courant, sort, par débordement, dans la goulotte circulaire 5, puis la tubulure 6.



   On voit, sur la fig. 2, la cellule électrolytique formée par le caisson 14 et les deux   électrodes    15 et 16.



   Le caisson 14 comporte une   goulotte    17 d'entrée de la solution de régénération, et un collecteur 18 de sortie de celle-ci ;   oe    collecteur porte une tubulure de sortie 19. Ce caisson 14 entoure un double tapis roulant formé par le tapis roulant 20 poreux recouvert d'une couche monograin de résine échangeuse d'ions et par le tapis roulant 21 également poreux, qui, à l'entrée du caisson 14, vient s'appliquer sur la couche monograin de résine. Celle-ci parcourt donc le caisson 14 de régénération entre les   deux tapis    roulants 20 et 21, dans le sens de la flèche   F   dans le cas d'un fonctionnement à contre-courant, dans le sens inverse dans le cas de fonctionnement à équicourant.



   L'électrode 15 est une plaque perforée appliquée contre le tapis roulant 20 par les chicanes telles que 22. L'électrode 16 est une plaque perforée située à quelques centimètres du tapis foulant 21 et portée par les chicanes telles que 23. Les bords d'entrée et de sortie du caisson 14 sont munis de joints 25 et 26 très souples. Les chicanes telles que 23 portent des joints latéraux tels que 27 let 28 (voir fig. 3) et des joints transversaux tels que 29. Ces joints 25, 26, 27, 28, 29 et les chicanes 22 et 23 sont destinés à obliger la solution de régénération à circuler entre les deux tapis roulants et ainsi à assurer, au contact des   grains de    résine échangeuse, un équicourant ou un contre-courant efficace.

   Le frottement continu du tapis roulant 20 sur l'électrode perforée 15 permet un dégazage de   celle-ci,    les gaz produits étant évacués par l'orifice 24.



   La fig. 3 est une vue schématique en coupe suivant AA' de la fig. 2. Sur cette figure, on voit les tapis roulants 20 et 21, entre lesquels se trouvent les grains de résine à régénérer, les chicanes 22 et 23 et les deux électrodes 15 et 16 fixées au   caisson    14. Les chicanes 23 portent des lèvres élastiques latérales telles que 27 et 28 qui frottent sur les bords des tapis roulants 20 et 21, et une lèvre   élastique    transversale telle que 29 qui frotte   sur    le tapis roulant 21. Ces lèvres 27, 28 et 29 sont constituées par des joints très souples qui obligent les grains de résine à rester entre les deux tapis.



   Dans cette réalisation, les   électrodes    15 et 16 sont en platine et le caisson 14 ainsi que les chicanes 22 et 23 sont en matériau non conducteur   de    l'électricité, de préférence en chlorure de polyvinyle ou en polyéthylène.



   Le   fonctionnement    de ce caisson de régénération est le suivant
 La résine échangeuse en couche monograin circule entre les deux tapis   roulants    poreux 20 et 21 et se régénère au fur et à mesure de son   avancement    au contact de l'électrode 15. La solution de régénération introduite dans la goulotte 17 chemine à travers les tapis roulants 20 et 21 au contact de la couche monograin de résine, et sort par la tubulure 19. Les    chicanes 22 et 23 ont t pour but d'obtenir un gradient    de concentration de l'entrée à la sortie du dispositif.



   REVENDICATIONS
 1. Procédé de régénération électrolytique continu, en   équicourant    ou en contre-courant, des résines échangeuses d'ions, caractérisé en ce que, sur une partie au moins de son trajet, toute la résine chemine en continu, au sein de la solution de régénération, parallèlement à l'une au   moins    des électrodes et à proximité immédiate de la surface de   celle-ci,    sous forme   d'une    couche mince   de    faible épaisseur.
 



     II.    Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la   revertdication    I, comprenant un échangeur d'ions en grains, des électrodes de polarité opposée, entre lesquelles   est    appliquée une tension électrique continue et entre lesquelles sont placés les grains d'échangeurs à régénérer et   une    solution   éleotrolyti-    que, caractérisé par un   récipient    muni   d'une    entrée et d'une sortie pour les grains et d'une entrée et d'une sortie pour la solution, lesdites entrées et sorties étant situées de telle façon qu'au moins la majeure partie de l'espace intérieur du récipient soit remplie par les grains de la résine et la solution électrolytique,

   par une première électrode placée à l'intérieur du   réci-    pient dans le sens transversal, une région voisine de cette électrode étant adaptée à contenir des grains d'échangeurs d'ions, par une seconde électrode placée au-dessus de ladite région dans la partie supérieure du récipient   adaptée    à contenir la solution, les deux électrodes étant reliées à l'extérieur du récipient à des moyens pour appliquer entre elles une tension électrique continue. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.



   

Claims (1)

1. **ATTENTION** debut du champ CLMS peut contenir fin de DESC **.

   Par exemple, dans cet appareil et en employant comme résine échangeuse d'ions des grains d' Amberlite IRC 120 , de granulométrie comprise entre 0,1 et 0,3 mm et ayant fixé des ions ammonium, la tension appliquée aux électrodes est de cinq volts pour un débit de résine de dix à cinquante g/heulre et un débit t de solution de régénération, solution acétique ou citrique à 5 /o, de vingt à cent cinquante ml/heure.

   La résine sont de la colonne de régénération, régénérée à un taux variant de 40 à 50 O/o en H+.

   Le fonctionnement de cette colonne de régénération est le suivant: La résine échangeuse d'ions, saturée du ou des ions qu'elle a fixés, est introduite d'une manière continue en 8 dans la colonne 1. Elle chemine vers le bas à la vitesse désirée et réglée par le dispositif constitué par la buse 4 et la pompe de reprise 12. Elle passe au voisinage immédiat de l'électrode 2 et sort régénérée par la tubulure 9. Durant ce trajet descendant elle baigne dans la solution de régénération introduite en 7 et qui, cheminant à contre-courant, sort, par débordement, dans la goulotte circulaire 5, puis la tubulure 6.

   On voit, sur la fig. 2, la cellule électrolytique formée par le caisson 14 et les deux électrodes 15 et 16.

   Le caisson 14 comporte une goulotte 17 d'entrée de la solution de régénération, et un collecteur 18 de sortie de celle-ci ; oe collecteur porte une tubulure de sortie 19. Ce caisson 14 entoure un double tapis roulant formé par le tapis roulant 20 poreux recouvert d'une couche monograin de résine échangeuse d'ions et par le tapis roulant 21 également poreux, qui, à l'entrée du caisson 14, vient s'appliquer sur la couche monograin de résine. Celle-ci parcourt donc le caisson 14 de régénération entre les deux tapis roulants 20 et 21, dans le sens de la flèche F dans le cas d'un fonctionnement à contre-courant, dans le sens inverse dans le cas de fonctionnement à équicourant.

   L'électrode 15 est une plaque perforée appliquée contre le tapis roulant 20 par les chicanes telles que 22. L'électrode 16 est une plaque perforée située à quelques centimètres du tapis foulant 21 et portée par les chicanes telles que 23. Les bords d'entrée et de sortie du caisson 14 sont munis de joints 25 et 26 très souples. Les chicanes telles que 23 portent des joints latéraux tels que 27 let 28 (voir fig. 3) et des joints transversaux tels que 29. Ces joints 25, 26, 27, 28, 29 et les chicanes 22 et 23 sont destinés à obliger la solution de régénération à circuler entre les deux tapis roulants et ainsi à assurer, au contact des grains de résine échangeuse, un équicourant ou un contre-courant efficace.

   Le frottement continu du tapis roulant 20 sur l'électrode perforée 15 permet un dégazage de celle-ci, les gaz produits étant évacués par l'orifice 24.

   La fig. 3 est une vue schématique en coupe suivant AA' de la fig. 2. Sur cette figure, on voit les tapis roulants 20 et 21, entre lesquels se trouvent les grains de résine à régénérer, les chicanes 22 et 23 et les deux électrodes 15 et 16 fixées au caisson 14. Les chicanes 23 portent des lèvres élastiques latérales telles que 27 et 28 qui frottent sur les bords des tapis roulants 20 et 21, et une lèvre élastique transversale telle que 29 qui frotte sur le tapis roulant 21. Ces lèvres 27, 28 et 29 sont constituées par des joints très souples qui obligent les grains de résine à rester entre les deux tapis.

   Dans cette réalisation, les électrodes 15 et 16 sont en platine et le caisson 14 ainsi que les chicanes 22 et 23 sont en matériau non conducteur de l'électricité, de préférence en chlorure de polyvinyle ou en polyéthylène.

   Le fonctionnement de ce caisson de régénération est le suivant La résine échangeuse en couche monograin circule entre les deux tapis roulants poreux 20 et 21 et se régénère au fur et à mesure de son avancement au contact de l'électrode 15. La solution de régénération introduite dans la goulotte 17 chemine à travers les tapis roulants 20 et 21 au contact de la couche monograin de résine, et sort par la tubulure 19. Les chicanes 22 et 23 ont t pour but d'obtenir un gradient de concentration de l'entrée à la sortie du dispositif.

   REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération électrolytique continu, en équicourant ou en contre-courant, des résines échangeuses d'ions, caractérisé en ce que, sur une partie au moins de son trajet, toute la résine chemine en continu, au sein de la solution de régénération, parallèlement à l'une au moins des électrodes et à proximité immédiate de la surface de celle-ci, sous forme d'une couche mince de faible épaisseur.

   II. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revertdication I, comprenant un échangeur d'ions en grains, des électrodes de polarité opposée, entre lesquelles est appliquée une tension électrique continue et entre lesquelles sont placés les grains d'échangeurs à régénérer et une solution éleotrolyti- que, caractérisé par un récipient muni d'une entrée et d'une sortie pour les grains et d'une entrée et d'une sortie pour la solution, lesdites entrées et sorties étant situées de telle façon qu'au moins la majeure partie de l'espace intérieur du récipient soit remplie par les grains de la résine et la solution électrolytique,

   par une première électrode placée à l'intérieur du réci- pient dans le sens transversal, une région voisine de cette électrode étant adaptée à contenir des grains d'échangeurs d'ions, par une seconde électrode placée au-dessus de ladite région dans la partie supérieure du récipient adaptée à contenir la solution, les deux électrodes étant reliées à l'extérieur du récipient à des moyens pour appliquer entre elles une tension électrique continue.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication I, selon lequel l'électrode à proximité de laquelle chemine la résine est de forme tronconique, les grains de résine étant amenés à former un cône d'éboulis de faible épaisseur, au sein de la solution de régénération, ledit cône étant substantiellement au contact des parois de ladite électrode.

   2. Procédé suivant la sous-revendication 1, selon lequel une pièce tronconique est disposée axialemient à l'intérieur de la colonne de régénération et à proximité de ladite électrode tronconique, l'angle au sommet de cette pièce étant égal à celui du cône d'éboulis, des grains de résine, qui se forme en l'absence de ladite pièce tronconique.

   3. Procédé suivant la revendication I, selon lequel on fait circuler la résine en couche monograin au moyen de deux tapis se déplaçant dans un sens unique à la même vitesse, l'un de ces tapis étant extérieure ment au contact d'une électrode tandis que l'on fait circuler la solution de régénération entre les deux tapis.