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RÉSUMÉ
Les résines échangeuses d’ions s’utilisent dans des colonnes filtrantes. Une fois saturées, les résines doivent être régénérées. Cet article présente différents types de colonnes, leur combinaison, les modes de régénération et de nombreux exemples d’applications en traitement d’eau.
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François de DARDEL : Ingénieur-chimiste de l’École polytechnique fédérale de Zürich - Ancien directeur technique chez Rohm and Haas à Paris, France
INTRODUCTION
Rappelons tout d’abord la définition du procédé unitaire d’échange d’ions. L’échange d’ions est un procédé chimique dans lequel les ions d’une certaine charge présents dans une solution sont éliminés de cette solution par adsorption sur un matériau généralement solide (rarement un liquide non miscible) pour être remplacés par une quantité équivalente d’autres ions de même charge provenant du matériau solide (l’échangeur d’ions).
À la lumière des considérations générales exposées dans l’article « Échange d’ions. Principes de base » [J 2 783], nous allons d’abord examiner comment, dans la pratique, les résines échangeuses d’ions sont mises en œuvre, avec en particulier les méthodes de régénération.
Nous verrons ensuite les différents types de colonnes utilisées en traitement d’eau et dans d’autres domaines, avec certains détails de construction : colonnes permettant le soulèvement périodique des résines, ou lits compacts qui améliorent le rendement de régénération et la qualité de la solution traitée (eau ou autre liquide) ; chaînages les plus courants en traitement d’eau ; colonnes de finition en lit mélangé, etc.
Un calcul complet de déminéralisation d’eau industrielle est proposé, avec les détails des capacités utiles des résines et des régénérants.
Les procédés spéciaux de traitement d’eau notamment l’élimination des matières organiques ou des nitrates, le traitement des eaux saumâtres ou des condensats font l’objet d’un troisième article [J 2 785], contenant également un vaste tour d’horizon des applications de l’échange d’ions en dehors du traitement de l’eau, avec plusieurs exemples.
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MOTS-CLÉS
Résine Colonnes filtrantes traitement de l'eau Industries chimiques Industrie alimentaire filtration Régénération Purification
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1998 par François DE DARDEL
DOI (Digital Object Identifier)
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5. Conclusion
Grâce à des techniques raffinées de construction et de régénération des installations et à une combinaison judicieuse de résines, l’échange d’ions permet de produire une eau déminéralisée d’une qualité très proche de l’eau chimiquement pure, meilleure que celle obtenue par distillation. Le rendement chimique de la régénération est proche, dans beaucoup de cas, de la valeur stœchiométrique.
La majorité des perfectionnements de structure des installations a été réalisée dans les années 1970-1980, et aujourd’hui ce sont surtout les systèmes d’asservissement et de contrôle par ordinateur qui sont améliorés.
Une fois admis le mode de fonctionnement discontinu, cyclique, inhérent au procédé unitaire de l’échange d’ions, le principal reproche que l’on puisse faire à ce procédé est la consommation des produits chimiques nécessaires à la régénération des résines. Cependant, étant donné que l’échange d’ions s’applique surtout au traitement de solutions diluées, conduisant donc à des cycles longs, cette consommation reste raisonnable, et il ne faut pas oublier que d’autres technologies, et notamment l’osmose inverse, consomme aussi des produits chimiques (antitartres, tensioactifs, produits de nettoyage) d’un coût unitaire bien plus élevé que le sel, les acides et la soude requis pour régénérer les échangeurs d’ions.
L’efficacité et la sélectivité de l’échange d’ions ont conduit à appliquer ce procédé dans de nombreuses applications en dehors du traitement de l’eau. Ces applications font l’objet d’un autre article [J 2 785].
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MARTINOLA (F.), SIEGERS (G.) - * - Farbenfabriken Bayer AG. Brevet DE 1 442 689 (1963).
-
(2) - PRUNAC (A.D.), DOBIAS (J.) - * - Rohm and Haas company. Brevet EP 0 142 359 A2 (1985).
-
(3) - BARRAQUÉ (C.), BURRIAT (J.), ROVEL (J.M.) - * - Degrémont. Brevet français 7 834 555 (1978).
-
(4) - EVANS (S.), HOOSTENS (J.H.), VAN EYCK (A.J.P.) - * - Esmil BV. Brevet GB 1 539 161 (1977).
-
(5) - SLATER (M.J.) - Recent industrial-scale applications of continuous resin ion exchange systems. - J. Separ. Proc. Technol., 2(3), p. 2 (1981).
-
(6) - Continuous ion exchange by the Asahi process. - Brochure Degrémont, n° 1297 B (1966).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Les principaux fabricants de résine ont créé des programmes de calcul des installations d’échange d’ions. Ces logiciels ne sont généralement accessibles qu’auprès des fabricants. On peut citer IXCalc de Rohm and Haas et Cadix de Dow Chemical, sachant que Lanxess et Purolite ont des programmes du même genre.
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