[Photo : Fig. 1.- Schéma d'une unité de déminéralisation.]
Le liquide à déminéraliser (de l'eau ou une solution aqueuse par exemple) traverse toute la colonne du bas vers le haut, comme il est de règle dans la technique d'épuisement ascendant développée par nos soins. La solution déminéralisée sort par l'extrémité supérieure du filtre et peut être envoyée à l'utilisation ou dans un finisseur.
La régénération de l'échangeur d'anions s’effectue de haut en bas comme le veut la technique du Schwebebett : le régénérat est prélevé sous le lit de résine anionique et évacué du filtre ; de l'eau de barrage est simultanément envoyée à travers l'échangeur de cations. Après rinçage de cette résine dans le même sens que la soude, on procède à la régénération de l'échangeur de cations en introduisant de l'acide sous le lit de résine anionique ; l'acide s'écoule de haut en bas à travers la résine cationique qui est ensuite rincée de la même façon. L'opération de l'ensemble est alors terminée et l'unité de déminéralisation peut à nouveau entrer en production.
Un réservoir séparé est nécessaire pour effectuer un éventuel lavage à contre-courant en vue de nettoyer les résines après une certaine durée d'exploitation. La résine anionique y est d’abord transportée et lavée. On contrôle le bidon de contre-lavage après retour de l'échangeur anionique dans son compartiment afin de vérifier qu'il n'y reste plus de billes d'échangeurs d'anions ; on procède alors au transfert et au lavage de l'échangeur de cations de la même façon.
Exemples d'application
Ce système est extrêmement flexible et permet le montage en série de différentes résines. Il est non seulement possible de superposer deux échangeurs mais également plus de deux, selon les nécessités du traitement. En voici quelques exemples :
– la régénération en série de résines cationiques faiblement ou fortement acides et d’échangeurs faiblement ou fortement basiques est réalisée avec un montage correspondant au double Schwebebett ;
– des résines adsorbantes peuvent être disposées en amont des compartiments de déminéralisation et être éluées avec leurs propres réactifs ou avec les excès de régénérant des échangeurs cationiques ou des échangeurs anioniques ;
– une résine tampon, un échangeur faiblement ou fortement acide par exemple, peuvent être installés en haut de la colonne (figure 2) ;
– un double fond doit être mis en place sous l'échangeur d’anions s’il est prévu d’éliminer le gaz carboni-
… que à l'aide d'un dégazeur atmosphérique dans lequel on envoie l'eau décationnée, laquelle est réintroduite après dégazage, sous la résine anionique (figure 2) ;
- la décarbonatation et l'adoucissement s'effectuent simultanément en installant la résine faiblement acide dans la chambre inférieure et la résine fortement acide dans la chambre supérieure. La régénération des deux échangeurs a également lieu simultanément en introduisant la solution de sel par la partie supérieure de la colonne et en la faisant s'écouler à travers le compartiment fortement acide, alors que l'acide est envoyé dans le même temps sous le plateau intermédiaire, c'est-à-dire au-dessus de la résine faiblement acide. Le rinçage s'effectue de haut en bas à travers toute la colonne.
Calcul d'une unité
Le calcul de la taille de l'installation, du volume des résines, des quantités de régénérant s'effectue comme pour les filtres à épuisement ascendant et régénération à contre-courant. La vitesse de filtration, et donc le diamètre du filtre, sont optimisés en fonction de l'échangeur dont la vitesse de réaction est la plus lente.
La hauteur de couche de chaque échangeur des filtres de travail est choisie en fonction du diamètre du filtre (la plus petite hauteur de couche admissible étant de 400 mm environ). Les volumes des diverses résines doivent être ajustés entre eux car toutes les chambres présentent le même diamètre. Les quantités de régénérant n'en sont pas considérablement modifiées car, avec nos techniques ascendantes, il est possible de sous-régénérer les échangeurs d'ions sans que la pureté de l'eau en soit amoindrie.
Le bord laissé libre au-dessus des lits des divers échangeurs d'ions est le même que celui existant dans les systèmes Schwebebett. Une quantité suffisante de résine inerte flotte au-dessus de ces espaces libres (figures 1 et 2).
Les avantages du procédé
- les unités d'échange d'ions doivent consommer le moins possible de produits chimiques au cours de leur régénération ; cette ligne directrice a déjà conduit à la mise au point de nos procédés de régénération à contre-courant Schwebebett puis Rinsebett et Liftbett ;
- les installations d'échange d'ions doivent présenter un encombrement au sol le plus faible possible. Les procédés mentionnés ci-dessus ont ainsi permis, pour produire de l'eau d'alimentation de chaudières, de passer de chaînes à quatre colonnes (voire cinq), à des chaînes ne comprenant plus que deux bidons. Avec le procédé Multi-Step, il a été possible de réduire encore plus la place occupée au sol par les échangeurs d'ions : il a permis en effet de regrouper en une seule colonne toutes les fonctions des échangeurs d'ions, … de la décarbonatation/adoucissement jusqu'à la déminéralisation totale et l'adsorption. Son montage est extrêmement simple du fait qu'il ne comprend qu'une colonne.
Un autre avantage est dû au fait qu'il constitue un système à saturation de bas en haut avec régénération s'effectuant totalement à contre-courant.
Enfin son exploitation est simple et économique et il ne nécessite qu'un investissement réduit.
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