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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
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- Version archivée 1 de sept. 1998 par François DE DARDEL
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2. Construction des installations
2.1 Principes de base
La taille de l’installation, le nombre de colonnes, le choix des résines, les types et les quantités de régénérants sont déterminés principalement par :
-
le débit d’eau traitée requis ;
-
la qualité spécifiée pour l’eau traitée ;
-
le coût d’investissement de l’installation ;
-
le coût d’exploitation de l’installation.
Pour les installations de petite taille, on se préoccupe en général davantage de réduire le coût d’investissement, même si la consommation de régénérants est un peu élevée. C’est le cas des déminéraliseurs de laboratoire et des adoucisseurs domestiques.
Plus la taille de l’installation augmente, plus le coût de fonctionnement joue un rôle important dans le choix de la technologie. C’est pourquoi tous les postes de déminéralisation industriels sont aujourd’hui régénérés à contre-courant, et la plupart utilisent des combinaisons de résine faible et forte, au moins pour l’échangeur d’anions, permettant d’atteindre un rendement de régénération global (rapport de la capacité utile en éq/L à la quantité de régénérant en éq/L) de l’ordre de 90 %.
Par ailleurs, les technologies modernes permettent d’obtenir une très bonne qualité d’eau (conductivité toujours inférieure à 1 μS/cm) tout en réduisant au minimum la consommation de régénérants.
Nous examinons certains détails de construction des installations.
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Le diamètre des colonnes varie de quelques centimètres (au laboratoire) jusqu’à 5 m. La hauteur du lit de résine varie aussi de 10 cm à 3 m, parfois plus. Dans des installations industrielles classiques, la hauteur de couche de résine ne devrait pas être inférieure à 70 cm. La hauteur maximale dépend de la perte de charge tolérable. La plupart des installations ont des lits de résine de 1 à 2,5 m de hauteur. La difficulté principale à résoudre est l’homogénéité...
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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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Les évènements ci-dessous ont lieu tous les deux ans.
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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
Ultrapure (ex Ultrapure Water Journal) États-Unis
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