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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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Construction des installations
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1. Mise en œuvre industrielle de l’échange d’ions
En utilisation industrielle, la solution à traiter percole au travers de la résine échangeuse d’ions placée dans une colonne d’échange, familièrement appelée bidon dans le jargon du métier. Dans la plupart des cas, la résine épuisée est régénérée et rincée avant de pouvoir être utilisée à nouveau. C’est ce que l’on appelle le cycle d’échange.
1.1 Description d’un cycle complet
Le cycle se décompose en plusieurs phases :
-
la saturation (ou production) ;
-
le détassage (ou soulèvement) ;
-
la régénération ;
-
le rinçage.
La figure 1 montre schématiquement ces quatre étapes.
Saturation. La solution à traiter passe à travers le lit de résine, en saturant cette dernière. Au moment où la quantité d’ions fixes atteint la capacité utile, c’est-à-dire au point de percement où la fuite ionique (ions non retenus) atteint une valeur limite fixée à l’avance, on arrête la phase de production.
Soulèvement. On détasse alors la résine pendant un quart d’heure environ par un courant d’eau ascendant, ce qui permet aussi d’éliminer les particules qui ont pu se déposer à la surface du lit ainsi que les éventuels débris de résine. L’expansion du lit doit être de 50 à 100 % en volume. On laisse ensuite décanter le lit.
Dans le cas d’une régénération à contre-courant (§ 1.2.1), le soulèvement n’est fait que tous les 20 à 50 cycles pour ne pas perturber l’agencement des couches de résine.
Régénération. On introduit alors la solution régénérante, généralement concentrée, en la faisant percoler lentement. La durée de cette opération, ou temps de contact du régénérant, varie de 15 à 60 min.
Rinçage. On déplace ensuite le régénérant par de l’eau, à faible débit, jusqu’à ce que le lit de...
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Mise en œuvre industrielle de l’échange d’ions
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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