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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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Ion exchange resins are used in filter vessels. Once exhausted, they must be regenerated. This article reviews various ion exchange column types, their combination, and how they are used and regenerated, with several examples of application in water treatment.
Auteur(s)
-
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
KEYWORDS
resins | filter vessels | water treatment | chemical industries | food industry | filtration | regeneration | purification
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1998 par François DE DARDEL
DOI (Digital Object Identifier)
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Mise en œuvre industrielle de l’échange d’ions
En anglais
6. Glossaire
Adoucissement ; Softening
C’est l’élimination des ions constituant la dureté (principalement calcium et magnésium).
Capacité d’échange ; Ion exchange capacity
Mesurée en équivalents par litre d’échangeur, la capacité (totale ou utile) indique la quantité d’ions qu’un échangeur peut fixer.
Charge ionique ; Ionic load
Mesurée en équivalents, c’est la quantité d’ions fixés par l’échangeur entre deux régénérations.
Charge volumique ; Specific flow rate
C’est le débit (en m3/h) divisé par le volume de résine (en m3).
Co- et contre-courant ; Co-flow and reverse flow
La régénération à cocourant s’effectue dans le même sens que la phase d’épuisement de la résine (de haut en bas) tandis que la régénération à contre-courant (à flux inversé) s’effectue dans l’autre sens : de bas en haut lorsque l’épuisement se fait de haut en bas, ou de haut en bas lorsque l’épuisement se fait de bas en haut.
Déminéralisation ; Demineralisation
C’est l’élimination de tous les ions contenus dans la solution.
Déplacement ; Slow or displacement rinse
Appelé aussi rinçage lent, c’est la deuxième étape de la régénération où le régénérant est remplacé, en général par de l’eau.
Détassage ; Backwash
Appelé aussi soulèvement, il consiste à passer un flux de bas en haut pour décompacter le lit de résine et éliminer les matières solides éventuellement accumulées à la surface du lit.
Dureté ; Hardness
La dureté de l’eau est la concentration en ions alcalino-terreux (principalement Ca++ et Mg++) exprimée en milli-équivalents par litre.
Expansion d’un lit ; Bed expansion
C’est la hauteur du lit fluidisé obtenue par soulèvement (voir détassage ). On l’exprime en pourcentage par rapport au lit au repos (après sédimentation).
Fuite ; Leakage
Concentration, dans le liquide traité, des ions qui n’ont pas été retenus par la...
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Glossaire
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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Aquatech (Amsterdam, Pays-Bas) : Salon professionnel international des technologies et de la gestion de l'eau.
Wasser Berlin (Berlin, Allemagne) : Salon international de l'industrie de l'eau.
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L’eau, l’industrie, les nuisances
Éditions Johanet, Paris http://www.revue-ein.com
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Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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