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ADOUCISSEUR D'EAU A DOSAGE DE SEL, PROCEDE
D'ACTIONNEMENT DUDIT ADOUCISSEUR ET PROCEDE DE
REGENERATION
DUDIT ADOUCISSEUR
La présente invention se rapporte au domaine de systèmes adoucisseurs d'eau. L'invention concerne, plus particulièrement, un adoucisseur et des procédés respectifs d'actionnement et de régénération de ce dernier, autorisant une utilisation efficace de chlorure de potassium en tant que régénérant.
Un certain nombre de procédés et systèmes différents sont connus dans le domaine de l'adoucissement d'eau. Le processus d'adoucissement de l'eau implique le remplacement d'ions "durs", tels que des ions calcium et magnésium, par des ions "doux" tels que des ions sodium et potassium. De l'eau adoucie est fréquemment souhaitable étant donné qu'elle est moins susceptible de laisser subsister des dépôts dans des installations de plomberie.
Pour adoucir l'eau, des adoucisseurs d'eau ont typiquement recours à une substance échangeuse d'ions se présentant, typiquement, comme un lit de résine. Au cours du processus d'adoucissement d'eau, de l'eau non traitée est mise en contact avec le lit de résine dans lequel des ions "durs" sont remplacés par des ions "doux", de manière à fournir une source d'eau adoucie.
Toutefois, après contact prolongé avec de l'eau non traitée, le lit de résine perd sa capacité à adoucir l'eau. Lorsque tel est le cas, le lit de résine peut être régénéré en l'imprégnant d'une solution saline renfermant les ions "doux" souhaités, ce processus rétablissant sa capacité à adoucir l'eau.
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La solution saline nécessaire à une régénération peut être formée en dissolvant, dans une certaine quantité d'eau, un sel régénérant présentant les ions "doux" recherchés. Des sels régénérants typiques sont le chlorure de sodium et le chlorure de potassium. Le type de sel régénérant employé détermine le type d'ions "doux" présent dans l'eau adoucie. En particulier, du chlorure de sodium se traduit par l'introduction d'ions sodium dans l'eau adoucie, et le chlorure de potassium se traduit par l'introduction d'ions potassium dans l'eau adoucie.
De nombreux adoucisseurs d'eau régénèrent automatiquement le lit de résine. Dans de tels systèmes, le lit de résine est en service pendant la majorité du temps d'adoucissement d'eau. Lorsque le système adoucisseur détermine qu'une régénération est requise, il cesse d'adoucir l'eau et régénère la résine, à la place, en l'imprégnant par la solution saline. Un certain nombre de procédés différents sont connus pour déterminer, automatiquement, l'instant auquel une régénération doit être entamée. Certains de ces procédés sont décrits dans les brevets US n 5 544 072 et 4 722 797, cités à titre de références dans le présent mémoire. Dans de tels procédés, des régénérations sont typiquement exécutées avant que le lit de résine soit complètement épuisé, en vue d'assurer que l'utilisateur ne soit pas en manque d'eau adoucie.
Outre une détermination de l'instant de la régénération, de nombreux systèmes sélectionnent automatiquement la quantité de régénérant devant être employée lors d'une étape de régénération. Le régénérant se présente fréquemment sous la forme d'un sel régénérant à l'état sec logé dans une cuve distincte du lit de résine, désignée par "réservoir de solution saline". Une quantité d'eau mesurée est introduite dans ledit réservoir pour dissoudre la quantité de régénérant
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souhaitée, formant ainsi une solution saline. Le débit selon lequel de l'eau pénètre dans le réservoir de solution saline, qualifié de "débit de remplissage", est typiquement fixe de façon telle que le temps de remplissage détermine la quantité d'eau introduite et, par conséquent, la quantité de sel régénérant dissoute.
La solution saline est ensuite transférée au lit de résine à partir du réservoir de solution saline, si bien que le lit de résine est imprégné, durant le processus de régénération, par une quantité de régénérant connue.
La solution saline utilisée est ensuite éliminée en tant que flux résiduaire.
Le chlorure de sodium (NaCl) représente le sel régénérant le plus couramment employé dans des adoucisseurs d'eau. L'utilisation de chlorure de potassium (KC1), en tant que régénérant, constitue néanmoins une variante attractive. Les ions potassium, ajoutés à l'eau adoucie par des adoucisseurs régénérés au KCl, sont moins nocifs à la santé humaine, et à la longévité de l'installation, que les ions sodium ajoutés à l'eau adoucie par des adoucisseurs régénérés au NaCl.
L'utilisation de KCl en tant que régénérant se traduit aussi, fréquemment, par une moindre quantité de chloru- res présente dans la solution saline rejetée, ce qui rend son élimination moins dommageable pour l'environnement.
Néanmoins, la plupart des adoucisseurs d'eau sont conçus pour du régénérant NaCl et sont dépourvus de la souplesse de fonctionnement adéquate si du KCl est utilisé, à la place, en tant que régénérant. En particulier, si du KCl est employé en tant que régénérant, le lit de résine peut s'épuiser prématurément, c'est-à-dire avant qu'il soit régénéré.
Cela impliquerait que l'utilisateur serait privé d'eau adoucie. Le problème devient encore plus aigu en fonction de la température de l'eau et de l'efficacité
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de l'adoucisseur, c'est-à-dire qu'un épuisement prématuré est d'autant plus susceptible de survenir que l'eau employée pour former la solution saline est froide, et que l'utilisation de sel régénérant par l'adoucisseur est efficace.
L'utilisation de KC1, en tant que régénérant, est de surcroît plus compliquée que l'utilisation de NaCl, pour un certain nombre de raisons. En premier lieu, dans certains modes opératoires, c'est-à-dire lorsque le lit de résine est utilisé avec rendement maximal, ce lit de résine réclame une quantité de KC1 supérieure à celle du NaCl en vue d'une régénération. En deuxième lieu, la solubilité du KCl dans l'eau est fortement tributaire de la température, à la différence du NaCl. En particulier, la solubilité du KCl dans de l'eau froide est grandement réduite vis-à-vis du NaCl. En conséquence, lorsque de l'eau froide est employée pour former la solution saline, une plus grande quantité d'eau est requise pour dissoudre le KCl.
En troisième lieu, la dissolution du KCl dans de l'eau est notablement endothermique, si bien que le KCl refroidit l'eau au fur et à mesure de sa dissolution, ce qui diminue davantage encore sa solubilité. Enfin, le KCl se dissout dans l'eau selon un régime plus lent que celui du NaCl.
Les brevets US n 5 544 072 et 4 722 797 exposent chacun un procédé et un appareil d'actionnement d'un adoucisseur d'eau. Ces documents cités stipulent également que du chlorure de potassium ou du chlorure de sodium peut être utilisé en tant que régénérant, mais ils ne suggèrent pas de quelconques modifications apportées au procédé ou à l'appareil d'adoucissement d'eau, selon qu'on utilise du NaCl ou du KCl. De telles modifications sont nécessaires, cependant, du fait des caractéristiques différentes de ces deux types de sels..
Ainsi, concrètement, des adoucisseurs d'eau conformes à ces documents cités sont dépourvus de l'ample faculté
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d'employer soit du NaCl, soit du KCl, à la discrétion de l'utilisateur. De surcroît, ces documents cités ne mentionnent aucune manière quelconque de prendre en considération les caractéristiques plus compliquées du KCl, telles que sa solubilité thermodépendante, en vue d'utiliser efficacement et fiablement du KCl en tant que régénérant.
L'objet principal de la présente invention consiste à fournir un adoucisseur d'eau et un procédé d'actionnement de ce dernier, qui autorisent l'utilisation efficace et fiable de KCl en tant que sel régénérant.
Un autre objet de la présente invention consiste à fournir un tel adoucisseur et un tel procédé dotés de l'ample faculté d'employer du NaCl ou du KCl, en tant que sel régénérant, à la demande de l'utilisateur.
Un objet de la présente invention, encore différent, consiste à fournir un procédé et un appareillage de remplissage du réservoir de solution saline d'un adoucisseur d'eau, pour tenir compte de variations intervenant dans la température de la solution saline lors du déroulement du remplissage et, par conséquent, pour assurer une dissolution de la quantité de sel régénérant requise.
Conformément à la présente invention, un adoucisseur d'eau, et un procédé d'actionnement de celui-ci, sont ainsi proposés pour autoriser l'utilisation efficace et fiable de NaCl, ou de KCl, en tant que sel régénérant. Un interface d'utilisateur est prévu pour permettre à l'utilisateur d'indiquer, au micro-ordinateur commandant l'adoucisseur, si du NaCl ou du KCl est employé. L'unité de commande à micro- ordinateur ajuste le temps de remplissage et la phase solution saline en fonction du type de sel régénérant utilisé. La température de la solution saline est mesurée à intervalles réguliers au fur et à mesure que
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de l'eau est délivrée au réservoir de solution saline, pour dissoudre le KC1.
A chaque intervalle, le micro- ordinateur calcule la quantité d'eau nécessaire pour dissoudre la quantité de KCl requise, puis le remplissage s'achève lorsque la quantité d'eau ajoutée est approximativement égale à la quantité requise, cal- culée pendant l'intervalle de temps le plus récent.
De préférence, dans l'adoucisseur d'eau conforme à l'invention : - le moyen délivreur d'eau ajuste la seconde quantité d'eau de telle sorte qu'elle soit sensiblement égale à 2Q = 1Q + 1QRT, formule dans laquelle 2Q équivaut à la seconde quantité d'eau, 1Q équivaut à la première quantité d'eau, R équivaut à un débit d'ajustement par degré Fahrenheit de la solution saline, en deçà de 80 degrés Fahrenheit (26,70 C), et T équivaut à la température de la solution saline exprimée en degrés Fahrenheit, le débit d'ajustement étant situé dans la plage de 0,0054 à 0,0058 ; - le moyen d'ajustement ajuste la quantité d'eau à un débit sensiblement égal à - 0,0029 fois la température détectée ; - ledit moyen d'ajustement ajuste la quantité d'eau sensiblement en concordance avec - 0,0077 fois la température détectée ;
- ledit moyen d'ajustement ajuste la quantité d'eau selon un certain débit pour chaque degré de variation dans la température détectée, ledit débit équivalant pour l'essentiel à [quotient des solubilités - 1] divisé par 40, ledit quotient des solubilités étant égal à la solubilité à 80 F (26,70 C) du sel sélectionné, divisée par la solubilité à 40 F (4,40 C) du sel sélectionné.
L'invention vise, par ailleurs, à fournir un procédé de régénération de l'adoucisseur d'eau susmentionné.
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De préférence, le procédé de régénération conforme à l'invention peut en outre comprendre les étapes consistant à : - calculer la quantité d'eau additionnelle sensiblement égale à [6,91 - (0,029 température de la solution saline)] 10-1 (80 - température de la solution saline), sous la forme d'un pourcentage ; - calculer ladite quantité d'eau additionnelle sensible- ment égale à 74,9 + 0,0029 fois la température de la source d'eau élevée au carré - 1,309 fois la température de la source d'eau, sous la forme d'un pourcentage ;
- calculer ladite quantité d'eau additionnelle représen- tant une fonction de (quantité de sel souhaitée dans la solution saline - solubilité du sel à 80 F) [(solubilité du sel à 80 F ¯ solubilité du sel à la température déterminée) -1] ; et - calculer ladite quantité d'eau additionnelle sensible- ment égale à [6,91 - (0,029 température de la solution saline) ] 10-1 (80 - température de la solution saline), sous la forme d'un pourcentage.
L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un graphique illustrant des courbes représentatives de la capacité d'un lit de résine typique, en fonction du dosage de sel utilisé pour le régénérer.
La ligne en trait plein correspond à l'utilisation de NaCl en tant que régénérant, la ligne en pointillé correspondant à l'utilisation de KC1 ; la figure 2 est une représentation schématique d'un adoucisseur automatique d'eau conforme à la présente invention ; la figure 3 est une illustration schématique d'un interface d'utilisateur destiné à l'adoucisseur d'eau conforme à la présente invention ;
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la figure 4 est un graphique montrant la relation existant entre la température de la solution saline et l'équivalence du volume d'eau pour le KC1, vis-à-vis du NaCl ; et la figure 5 est un graphique illustrant la relation existant entre la température de la solution saline et le pourcentage d'ajustement du volume d'eau, pour obtenir des quantités équivalentes de KCl en solution.
La dureté de l'eau est typiquement exprimée en grains (1 grain = 0,0648 gramme) par gallon (1 gallon US = 3,785 litres), ce qui représente le poids de carbonate de calcium (CaC03), exprimé en grains, qui devrait être dissous dans un gallon d'eau pour atteindre ce degré de dureté. Ainsi, la capacité d'un lit de résine, représentant la quantité d'eau de dureté donnée que ladite résine peut adoucir avant épuisement, est exprimée en grains comme suit :
C = H x V, équation dans laquelle C = capacité du lit de résine, exprimée en grains, H = dureté de l'eau, exprimée en grains par gallon, et V = quantité d'eau présentant cette dureté, exprimée en gallons, pouvant être traitée par le lit de résine avant son épuisement.
Lorsque le lit de résine est épuisé, il peut être régénéré en l'imprégnant d'une solution saline renfermant une quantité de sel régénérant dissous dans de l'eau. Le dosage du sel dissous dans l'eau en tant que solution saline, nécessaire pour rétablir la capacité souhaitée, dépend de l'efficacité du lit de résine. L'efficacité (E) d'un lit de résine est définie comme suit :
E = C/D, équation dans laquelle D = dosage de sel régénérant délivré à un lit de résine, exprimé en pounds (1 pound =
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453,60 grammes), et C = capacité de la résine, exprimée en grains et résultant de ce dosage de sel.
Dans la mesure où il implique l'élimination d'ions calcium, le processus d'adoucissement de l'eau implique l'échange de deux ions Na+ ou de deux ions K+ pour un ion Ca2+. Etant donné que les poids moléculaires du CaC03, du KCl et du NaCl sont respectivement de 100,09,74,56 et 58,44, et du fait que 1 pound (lb) équivaut à 7 000 grains, l'efficacité théorique est de 5 995 grains/lb (388,48 g/unité de 453,60 g) lorsqu'on utilise du NaCl, et de 4 699 grains/lb (304,49 g/unité de 453,60 g) lorsqu'on utilise du KCl. En théorie, par conséquent, le NaCl présente une efficacité de 28 supérieure à celle du KCl, en tant que sel régénérant, si bien qu'une plus grande quantité de KCl serait nécessaire à la régénération, en vue d'obtenir la même capacité.
Dans la pratique cependant, des lits de résine avoisinent leurs efficacités théoriques uniquement lorsqu'on utilise de faibles dosages de sel. Cela tient au fait que la capacité ne peut pas être accrue de manière illimitée par augmentation du dosage de sel. En présence de dosages plus forts, la capacité qui en résulte stagne et se rapproche progressivement d'une valeur restrictive. En d'autres termes, lorsque le dosage de sel est augmenté, l'efficacité chute dé manière croissante en deçà de sa valeur théorique. Il s'est par ailleurs avéré que, pour des dosages de sel suffisamment élevés, la quantité de NaCl et de KCl nécessaire pour atteindre la même capacité devient pour l'essentiel identique.
Cette tendance générale est illustrée schématiquement sur la figure 1, qui est un graphique de la capacité d'un lit de résine typique, exprimée en grains, en fonction du dosage de NaCl et de KCl exprimé en pounds. La courbe du NaCl est symbolisée par un trait
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plein et la courbe du KC1 est tracée en pointillé. Comme représenté sur ce graphique, lorsque de faibles dosages de sel sont utilisés, le NaCl se traduit par une capacité supérieure à celle du même dosage de KCl.
Néanmoins, lorsque les dosages de sel sont plus grands, la capacité qui en résulte devient quasiment indé- pendante du type de sel employé.
De nombreux adoucisseurs d'eau ont un mode opératoire fondé sur une efficacité quasiment identique pour le NaCl et le KCl. Toutefois, une utilisation plus efficace de sel régénérant est obtenue en recourant à des dosages de sel moindres, encore que la contrepartie exigée soit une régénération plus fréquente. Dans ce mode opératoire, l'efficacité du KCl, inférieure en comparaison de celle du NaCl, doit ensuite être compensée en augmentant le dosage de KCl lors de la régénération.
Des courbes de KCl et de NaCl, telles que celles de la figure 1, sont de préférence tracées pour chaque lit de résine, afin de déterminer le dosage de sel requis pour atteindre les capacités souhaitées. De telles données sont typiquement obtenues par épuisement du lit de résine jusqu'à ce que l'eau évacuée présente une dureté d'un grain par gallon. Le lit de résine est ensuite régénéré à l'aide d'une solution saline régénérante ayant un dosage de sel sélectionné. De l'eau de dureté connue est mise en circulation à travers le lit de résine, jusqu'à ce que l'eau évacuée atteigne une dureté d'un grain par gallon. La quantité d'eau ayant traversé le lit de résine est mesurée, et la capacité dudit lit peut être calculée sur la base de cette quantité.
Ce processus est ensuite répété pour divers dosages de sel, afin de tracer la courbe de capacité vis-à-vis du dosage de sel, comme sur la figure 1.
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Un adoucisseur automatique d'eau 10, conçu pour utiliser du chlorure de potassium conformément à la présente invention, est illustré schématiquement sur la figure 2. Lorsque l'adoucisseur 10 est "en service", il est destiné à traiter de l'eau dure pour fournir une source d'eau adoucie. De façon périodique, l'adoucisseur 10 se met automatiquement hors fonction en interrompant ainsi l'adoucissement d'eau, et amorce un "cycle de régénération" visant à régénérer son aptitude à adoucir l'eau.
Comme l'atteste une observation de la figure 2 à laquelle il convient de se référer, l'adoucisseur d'eau 10 comprend de préférence un conduit d'alimentation 12 raccordé à une source 14 d'eau dure ; un conduit de consommation 16 raccordé à un appareil consommateur 18 destiné à utiliser l'eau adoucie ; et un conduit de vidange 20 raccordé à une purge 22. Les conduits 12,16 et 20 sont également reliés à une vanne de commande 24.
Un lit de résine 26, de préférence constitué par des particules de résine échangeuse d'ions, est disposé dans un réservoir 28 de résine. Un conduit 30 et un conduit 32 raccordent ledit réservoir 28 à la vanne de commande 24. Un réservoir 34 de solution saline renferme une quantité de sel régénérant 36, typiquement du NaCl ou du KCl, et est raccordé à une vanne d'aspiration 38 par un conduit 40. Ledit conduit 40 présente une vanne 42 à solution saline. Des conduits 44 et 46 raccordent la vanne d'aspiration 38 à la vanne de commande 24. Ladite vanne 24 peut être agencée de manière à assurer le raccordement mutuel des conduits 12,16, 20,30, 32,44 et 46 selon un certain nombre de modes différents, décrits ci-après.
L'adoucisseur d'eau 10 englobe de préférence une unité de commande 48 à micro-ordinateur, présentant un interface d'utilisateur 50. Ledit interface 50, illustré schématiquement sur la figure 3, comprend
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préférentiellement un affichage 60 à diodes électroluminescentes et diverses touches telles qu'une touche "SELECTION" 62, une touche "DEFILEMENT PROGRESSIF" 64 et une touche "DEFILEMENT REGRESSIF" 66, pour permettre sélectivement à l'utilisateur d'observer et d'obtenir des informations. Une minuterie 52 est prévue pour permettre à l'unité de commande 48 de mesurer des durées. Un débitmètre d'eau 54 est intégré soit dans le conduit 30, soit dans le conduit 32, pour permettre à ladite unité 48 de mesurer la quantité d'eau circulant à travers le réservoir 28 de résine.
Une sonde thermométrique 56 est préférentiellement logée dans le réservoir 34 de solution saline, pour permettre à l'unité 48 de mesurer la température régnant dans ledit réservoir. Ladite sonde 56 se présente, de préférence, comme un thermocouple ou un dispositif semi-conducteur.
L'unité 48 règle la configuration de la vanne de commande 24.
En service, de l'eau dure provenant de la source 14 parcourt le conduit d'alimentation 12 et parvient à la vanne de commande 24, laquelle est agencée de façon que l'eau dure emprunte ensuite le conduit 30, jusqu'au réservoir 28 de résine. Dans ledit réservoir 28, l'eau dure traverse le lit de résine 26 dans lequel elle est adoucie par un processus d'échange d'ions. L'eau adoucie sort du réservoir 28 par le conduit 32, pour gagner la vanne de commande 24. Ladite vanne 24 est agencée pour diriger l'eau adoucie, provenant du conduit 32, vers le conduit 16 dans lequel elle est guidée vers son appareil consommateur 18.
Lorsque le lit de résine 26 perd sa capacité à adoucir efficacement l'eau qui le traverse, une régénération est nécessaire. Le cycle de régénération comprend de préférence les étapes suivantes : (1) remplissage ; (2) extraction de solution saline ; (3) rinçage lent ; (4) lavage à contre-courant ; et (5)
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rinçage rapide. Durant l'étape de remplissage, une quantité d'eau afflue dans le réservoir 34 de solution saline pour dissoudre une quantité du sel 36 qui s'y trouve, en vue de procurer la quantité de solution saline nécessaire à la régénération. La vanne de commande 24 est spécifiquement agencée de telle sorte que de l'eau dure, émanant de la source 14, parcoure le conduit 12 jusqu'au conduit 30 menant au réservoir 28 de résine.
L'eau dure traverse le lit de résine 26 et sort par le conduit 32, jusqu'à la vanne de commande 24.
Ladite vanne 24 est agencée pour diriger cette eau vers le conduit 44, puis vers le conduit 40, en traversant la vanne d'aspiration 38. La vanne 42 à solution saline s'ouvre en réponse à l'écoulement d'eau dans le conduit 40, permettant ainsi à l'eau de pénétrer dans le réservoir 34 de solution saline. L'eau remplissant ledit réservoir 34 dissout une quantité du sel 36 pour former une solution saline, de sorte que ladite solution saline est pour l'essentiel saturée. La sonde thermométrique 56 mesure de préférence les températures de l'eau et de la solution saline ainsi obtenue. La durée de l'étape de remplissage détermine la quantité d'eau pénétrant dans le réservoir 34 et, de ce fait, la quantité de sel régénérant dissous et disponible pour une régénération.
Au cours de l'étape d'extraction de solution saline, la vanne de commande 24 est agencée de façon que de l'eau dure provenant du conduit 12 soit dirigée vers le conduit 44, après quoi elle circule à travers la vanne d'aspiration 38 pour gagner le conduit 46. Ce flux traversant la vanne 38 crée une aspiration sur le conduit 40, par effet Venturi. La vanne 42 à solution saline est ouverte de telle sorte que l'aspiration, agissant sur le conduit 40, fasse monter dans ledit conduit 40 la solution saline qui s'est formée dans le réservoir 34, durant l'étape de remplissage, et qui traverse ensuite la vanne d'aspiration 38 jusqu'au
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conduit 46. La vanne de commande 24 est agencée de manière que l'eau et la solution saline, en provenance du conduit 46, soient dirigées vers le réservoir 28 de résine en empruntant le conduit 30.
La solution saline pénétrant dans ledit réservoir 28 circule à travers le lit de résine 26 avec effet régénérateur, puis sort par le conduit 32 sous la forme d'une eau résiduaire. L'eau résiduaire est dirigée vers la purge 22 par l'intermédiaire du conduit 20, en vue de son élimina- tion. La durée de l'étape d'extraction de solution saline est suffisamment longue pour extraire la totalité ou la quasi-totalité de ladite solution d'avec le réservoir 34. De préférence, la vanne 42 à solution saline se ferme automatiquement lorsque le niveau de solution chute, dans le réservoir 34, en deçà d'un point préétabli.
Lors de l'étape de rinçage lent, la vanne 42 à solution saline est fermée et de la solution saline cesse d'être extraite du réservoir 34. De l'eau continue néanmoins de circuler, comme durant l'étape d'extraction de solution saline. En particulier, la configuration de la vanne de commande 24 est la même que pour ladite étape d'extraction. La solution saline restante poursuit sa circulation à travers le lit de résine 26 jusqu'à ce qu'elle soit remplacée par de l'eau entrante, en vue d'obtenir un échange d'ions maximal, et pour continuer de chasser de quelconques substances minérales responsables de la dureté, voire un certain volume de solution saline subsistant éventuellement dans le réservoir 28 de résine.
Durant les étapes de lavage à contre-courant et de rinçage rapide, la vanne de commande 24 est agencée de façon que de l'eau dure provenant du conduit 12 soit dirigée vers le conduit 30, puis afflue dans le réservoir 28 de résine. L'eau sort dudit réservoir 28 en empruntant le conduit 32 et est dirigée vers la purge 22
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par l'intermédiaire du conduit 20. Au cours de l'étape de lavage à contre-courant, l'eau circule vers le haut à travers le lit de résine 26 avec effets de soulèvement et d'expansion dudit lit 26, chassant ainsi des minéraux ferreux, de la crasse, des dépôts, des substances minérales responsables de la dureté, et un quelconque volume résiduel de solution saline.
Lors de l'étape de rinçage rapide, une circulation d'eau rapide est dirigée de haut en bas à travers le lit 26, de manière à le compacter et à le rendre apte à l'utilisation.
L'unité de commande 48 détermine l'instant de la régénération du lit de résine 26, et la capacité recherchée. Divers procédés peuvent être appliqués pour ces déterminations, tels que ceux décrits dans les brevets US-5 544 072 et 4 722 797. En général, la capacité nécessaire dépend de la dureté de l'eau devant être traitée. C'est pourquoi l'interface d'utilisateur 50 renferme de préférence des moyens par lesquels l'utilisateur peut introduire, dans l'unité 48, la dureté de l'eau exprimée en grains par gallon. Pour autoriser l'utilisation de différents types de sels régénérants, l'interface 50 permet également à l'utilisateur de spécifier le type de sel employé, par exemple du NaCl ou du KC1.
Les paramètres réglables par l'utilisateur, comprenant typiquement la date de la régénération, la dureté de l'eau et le type de sel régénérant employé, sont de préférence visualisés sous la forme de divers "écrans", sur l'affichage 60, chaque paramètre présentant son propre écran. Sur chaque écran, l'utilisateur est en mesure d'opérer un défilement progressif et régressif au sein des valeurs disponibles pour le paramètre, en pressant respectivement la touche "DEFILEMENT PROGRESSIF" 64 et la touche "DEFILEMENT REGRESSIF" 66. L'utilisateur indique la valeur souhaitée du paramètre en pressant la touche "SELECTION" 62, après
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quoi ladite valeur est stockée par l'unité de commande 48 à micro-ordinateur et l'"écran" successif apparaît sur l'affichage 60.
De la sorte, l'utilisateur est à même de faire défiler les types de sels disponibles, tels que le NaCl et le KCl, et d'effectuer une sélection. Il serait également possible d'employer d'autres moyens pour indiquer le type de sel régénérant, par exemple d'autres types d'interfaces d'ordinateur ou de commutateurs mécaniques.
Sur la base de la capacité recherchée jusqu'à lquelle le lit de résine 26 doit être régénéré, la dose de sel requise peut être déterminée à partir des données empiriques telles que décrites ci-dessus. Les dosages (D) de sel, pour chaque capacité (C) régénérée souhaitée, sont programmés dans l'unité de commande 48 pour les divers types de sels destinés à être employés, tels que le NaCl et le KCl. Ainsi, sur la base du type de sel employé et de la capacité régénérée requise, l'unité 48 est apte à déterminer le dosage de sel D nécessaire à la régénération.
La valeur de D, représentant le dosage de sel, détermine la quantité d'eau devant être délivrée au réservoir 34 de solution saline au cours de l'étape de remplissage, sur la base de la solubilité de ce sel. De préférence, la quantité d'eau ajoutée durant l'étape de remplissage est déterminée par le temps de remplissage, le débit étant une grandeur fixe. Le temps de remplissage requis peut par conséquent être calculé comme suit :
F = D/(R x S), équation dans laquelle F = temps de remplissage, exprimé en minutes, D = dosage de sel exprimé en pounds, R = débit de remplissage exprimé en gallons par minute, et S = solubilité du sel, exprimée en pounds par gallon.
Toutefois, lorsque du KCl est employé en tant que sel régénérant, une complication supplémentaire survient
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étant donné que sa solubilité est fortement tributaire de la température dans la plage typique de températures d'eau se présentant, plus précisément comprises entre 34 F et 80 F (1,10 C à 26,70 C), tandis que la solubilité du NaCl est relativement constante dans cette plage. En particulier, les solubilités du NaCl et du KCl sont l'une et l'autre d'approximativement 2,99 lb/gal (1 356,26 g/unité de 3,785 litres) à 80 F (26,70 C). A des températures inférieures, la solubilité du KCl est notablement moindre que celle du NaCl, comme résumé au tableau 1.
Les informations figurant dans le tableau 1 ont été obtenues à partir de données empiriques linéarisées dans la plage de 34 F à 80 F (1,10 C à 26,70 C), la solubilité du NaCl étant considérée comme constante à 2,99 lb/gal (1 356,26 g/unité de 3,785 litres). Les données du tableau 1 sont uniquement représentatives, étant donné que les résultats peuvent être affectés par les propriétés chimiques de l'eau dans l'application considérée.
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TABLEAU 1
EMI18.1
<tb> Temp. <SEP> Solubilité <SEP> du <SEP> KCl <SEP> (453,6 <SEP> g/ <SEP> Différence <SEP> KC1/NaCl
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<tb> ( F) <SEP> ( C) <SEP> unité <SEP> de <SEP> 3,785 <SEP> 1)
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<tb> 34 <SEP> 1,10 <SEP> 2,35 <SEP> 27,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 36 <SEP> 2,20 <SEP> 2,38 <SEP> 25,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 38 <SEP> 3,30 <SEP> 2,40 <SEP> 24,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 4,40 <SEP> 2,43 <SEP> 22,8 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 42 <SEP> 5,50 <SEP> 2,46 <SEP> 21,4 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 44 <SEP> 6,70 <SEP> 2,49 <SEP> 20,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 46 <SEP> 7,80 <SEP> 2,51 <SEP> 18,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 48 <SEP> 8,90 <SEP> 2,54 <SEP> 17,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 10 <SEP> 2,57 <SEP> 16,
2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 52 <SEP> 11,10 <SEP> 2,60 <SEP> 14,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 54 <SEP> 12,20 <SEP> 2,63 <SEP> 13,7 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 56 <SEP> 13,30 <SEP> 2,65 <SEP> 12,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 58 <SEP> 14,40 <SEP> 2,68 <SEP> 11,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 60 <SEP> 15,50 <SEP> 2,71 <SEP> 10,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 62 <SEP> 16,70 <SEP> 2,74 <SEP> 9,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 64 <SEP> 17,80 <SEP> 2,76 <SEP> 8,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 66 <SEP> 18,90 <SEP> 2,79 <SEP> 6,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 68 <SEP> 20 <SEP> 2,82 <SEP> 5,9 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 70 <SEP> 20,10 <SEP> 2,85 <SEP> 4,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 72 <SEP> 22,20 <SEP> 2,88 <SEP> 3,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 74 <SEP> 23,30 <SEP> 2,90 <SEP> 2,
8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 76 <SEP> 24,40 <SEP> 2,93 <SEP> 1,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 78 <SEP> 25,50 <SEP> 2,96 <SEP> 0,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 80 <SEP> 26,70 <SEP> 2,99 <SEP> 0,0
<tb>
Pour autoriser l'emploi du KCl, il conviendrait de régler les temps de remplissage sur la base de la température de l'eau, de manière à refléter la solubilité thermodépendante du KCl. L'approche la plus simple, pour prendre cet effet en considération, consiste non pas à mesurer la température effective de
<Desc/Clms Page number 19>
l'eau, mais à admettre tout simplement une température typique de l'eau et à accroître de façon correspondante le temps de remplissage, concernant le KCl, d'un pourcentage fixe par rapport au temps de remplissage qui serait nécessaire si l'on employait du NaCl.
Un accrois- sement de 25 % du temps de remplissage s'avère constituer une approximation raisonnablement adéquate pour les températures d'eau les plus typiques se présentant.
Un système plus précis est équipé de la sonde thermométrique 56, afin de permettre à l'unité de commande 48 de déterminer la température de l'eau délivrée au réservoir 34 de solution saline. Ladite sonde 56 est de préférence logée dans ledit réservoir 34 mais peut, en variante, être placée en amont, par exemple dans le conduit d'alimentation 12. L'unité de commande 48 est programmée avec les solubilités du KCl à diverses températures de l'eau, de telle sorte que, lorsque du KCl est employé en tant que sel régénérant, ladite unité 48 mesure la température de l'eau et règle, en conséquence, le temps de remplissage requis.
En variante, la température de l'eau peut être un paramètre réglable par l'utilisateur et introduit dans l'unité de commande 48 à micro-ordinateur au moyen de l'interface d'utilisateur 50, comme décrit ci-avant.
La température de la solution saline produite dans le réservoir 34 ne demeure pas constante pendant le déroulement du remplissage. Le tableau 2 illustre, sous une forme tabulaire, un exemple relatif à la manière dont la température de la solution saline varie au cours d'un remplissage lorsque du KCl est employé en tant que sel régénérant. Cette variation de température est provoquée par deux facteurs. En premier lieu, avant le début du remplissage, les températures de l'eau et du réservoir 34 de solution saline, dans lequel se trouve du sel régénérant 36 à l'état sec, ne sont en général
<Desc/Clms Page number 20>
pas égales, si bien que la température de la solution saline s'équilibre naturellement pendant le déroulement du remplissage. En second lieu, le processus de dissolution du sel modifie également la température de la solution saline.
En particulier, la dissolution du KCl est notablement endothermique, de sorte que le processus de dissolution proprement dit refroidit la solution saline.
La plage de température de la solution saline, lors du déroulement du remplissage, soulève ainsi une difficulté supplémentaire dans le cas du KCl, à cause de sa solubilité thermodépendante. De ce fait, il conviendrait que la sonde thermométrique 56 mesure de préférence à intervalles réguliers, par exemple toutes les minutes, la température régnant pendant le déroulement du remplissage. Des résultats typiques, d'après ce procédé, apparaissent dans les cases du tableau 2.
TABLEAU 2
EMI20.1
<tb> Temps <SEP> de <SEP> Temp. <SEP> de <SEP> Solubilité <SEP> Eau <SEP> de <SEP> Temps <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> remplissage <SEP> l'échantillon <SEP> (453,6 <SEP> g/ <SEP> remplissage <SEP> remplissage
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (min) <SEP> unité <SEP> de <SEP> requise <SEP> requis
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ( F) <SEP> ( C) <SEP> 3,785 <SEP> 1) <SEP> (gal) <SEP> (litres) <SEP> (min)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 60 <SEP> 15,50 <SEP> 2,7048 <SEP> 2,219 <SEP> 8,40 <SEP> 7,40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 56 <SEP> 13,30 <SEP> 2,6492 <SEP> 2,265 <SEP> 8,60 <SEP> 7,55
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 52 <SEP> 11,10 <SEP> 2,5937 <SEP> 2,3133 <SEP> 8,75 <SEP> 7,71
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 48 <SEP> 8,90 <SEP> 2,5381 <SEP> 2,3640 <SEP> 8,90 <SEP> 7,
88
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 46 <SEP> 7,80 <SEP> 2,5103 <SEP> 2,3902 <SEP> 9 <SEP> 7,97 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 44 <SEP> 6,70 <SEP> 2,4826 <SEP> 2,4168 <SEP> 9,15 <SEP> 8,06
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 42 <SEP> 5,50 <SEP> 2,4548 <SEP> 2,4442 <SEP> 9,25 <SEP> 8,15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> 41 <SEP> 5 <SEP> 2,4409 <SEP> 2,4581 <SEP> 9,30 <SEP> 8,19
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 40 <SEP> 4,40 <SEP> 2,4270 <SEP> 2,4722 <SEP> 9,35 <SEP> 8,24
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8,24--- <SEP> LIMITE <SEP> PLEIN
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> EXTREME
<tb>
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Le réglage du volume d'eau devant être ajouté au réservoir de solution saline,
pour tenir compte de la différence de solubilité du chlorure de potassium à différentes températures, se présente comme il ressort du tableau 1. Sur la base du tableau 1, la variation moyenne intervenant dans la solubilité (pounds de sel par gallon d'eau) du KC1 est de 0,014 pound (6,35 g) par gallon pour chaque degré Fahrenheit "négatif" sur la plage de 80 F à 34 F (26,70 C à 1,10 C). La solubilité du KCl, exprimée en pounds par gallon, est ainsi mise en relation avec la température de la solution saline, de la façon suivante :
solubilité du KCl = 2,99 - (80 - température de la solution saline) (0,014) [ou = 1 356,26 - (80 - température de la solution saline) (6,35)]
Pour déterminer l'équivalence du volume d'eau (c'est-à-dire les gallons d'eau devant être ajoutés pour obtenir une pound de KCl en solution, comparativement à la quantité d'eau nécessaire pour obtenir une pound de NaCl en solution, à une température donnée), la relation est "solubilité du NaCl . solubilité du KCl" à la température donnée. Ainsi, l'équivalence du volume d'eau pour le KCl est de 1,27234 à 34 F (1,10 C), de 1,23045 à 40 F (4,40 C), de 1,16342 à 50 F (10 C), de 1,10332 à 60 F (15,50 C), de 1,04912 à 70 F (20,10 C), et de 1,0000 à 80 F (26,70 C).
Sur la base des considérations qui précèdent, le pourcentage d'ajustement de l'eau pour une température donnée, quelquefois désigné par "WARFT" [pourcentage additionnel d'eau requis pour un équivalent de KCl en solution, pour chaque degré en deçà de 80 F (26,70 C)], représente une surquantité d'eau de 0,592 % par degré dans la plage de température comprise entre 80 F (26,70 C) et 34 F (1,10 C), calculée par une variation du pourcentage d'équivalence de l'eau dans ladite plage
<Desc/Clms Page number 22>
de température, divisée par la différence de température, c'est-à-dire (1,27234 - 1,0000) . 46.
Des pourcentages d'ajustement additionnels dans différentes plages de températures, tels que déterminés à partir des données, sont de : 0,49 % pour la plage de 80 F (26,70 C) à 70 F (20,10 C) ; 0,52 % pour la plage de 80 F (26,70 C) à 60 F (15,50 C) ; 0,55 % pour la plage de 80 F (26,70 C) à 50 F (10 C) ; et 0,58 % pour la plage de 80 F (26,70 C) à 40 F (4,40 C). Chacun de ces pourcentages est le pourcentage d'augmentation d'eau nécessaire, c'est-à-dire que, en plus de l'eau déterminée pour une solution saline à 80 F (26,70 C), la température de ladite solution saline est inférieure à 80 F (26,70 C) pour chaque F.
De ce fait, de bons résultats sont censés être obtenus si le volume d'eau est ajusté à un pourcentage situé dans la gamme de 0,49 % à 0,59 % par différence de F, et la gamme préférentielle est comprise entre 0,55 % et 0,58 % par différence de F. De la sorte, si la température régnant dans le réservoir de solution saline est de 40 F (4,40 C), la quantité d'eau devant être ajoutée audit réservoir devrait être accrue d'environ 23,2 % [valeur déterminée par un pourcentage d'ajustement de + 0,58 %/ F, multiplié par une différence de température de 40 F (4,40 C)], en plus de la quantité d'eau qui serait ajoutée si la température était de 80 F (26,70 C).
De surcroît, les données du tableau 1 attestent que le pourcentage d'ajustement de l'eau pour des différences de température, concernant le chlorure de potassium, est pour l'essentiel linéaire dans la plage de température ordinairement escomptée pour la solution saline, et s'est révélé être en rapport direct avec la température de l'eau, comme suit : le pourcentage est égal à [0,488 + 0,0029 (70 - température de la solution saline)] -- 100, ce qui équivaut à (6,91 - 0,029 température de la solution saline) 10-3.
A titre
<Desc/Clms Page number 23>
d'exemple, si l'on utilise cette relation pour détermi- ner le pourcentage d'ajustement de l'eau pour une solution saline à 60 F (15,50 C), le pourcentage équivaut à [0,488 + 0,0029 (70 - 60)] . 100, c'est-à- dire un accroissement de 0,00517 par degré de différence de température de la solution saline à partir de 80 F (26,70 C) ; et, à 34 F (1,10 C), le pourcentage est [0,488 + 0,0029 (70 - 34)] ¯ 100 = accroissement de la quantité d'eau de 0,00592 par degré de différence de température de la solution saline à partir de 80 F (26,70 C).
Ces pourcentages peuvent être utilisés pour déterminer un facteur d'addition ou additionneur d'ajustement de l'eau, exprimé par WARFT multiplié par (80 - température de la solution saline), et un facteur de multiplication ou multiplicateur d'ajustement de l'eau qui est exprimé par 1 + additionneur d'ajustement de l'eau.
Ainsi, sur la base des relations précitées, les pourcentages et multiplicateurs d'ajustement de l'eau se présentent comme suit : Température de la Pourcentage Multiplicateur solution saline d'ajustement d'ajustement de l'eau de l'eau
34 F (1,10 C) 0,00592 1,27232
40 F (4,40 C) 0,00575 1,23000
50 F (10 C) 0,00546 1,16380
60 F (15,50 C) 0,00517 1,10340
70 F (20,10 C) 0,00488 1,04880
Si l'on se réfère à présent au tableau 2, le temps de remplissage requis est en rapport direct avec le volume d'eau souhaité. Dans l'exemple du tableau 2, le débit de remplissage est de 0,3 gallon (1,13 1) par minute. Dans le cas d'un débit de remplissage constant, le temps de remplissage de la solution saline détermine le volume d'eau ajouté au réservoir de solution saline, et la quantité du sel pouvant être en solution.
Le temps de remplissage peut être ajusté en conformité avec le
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même multiplicateur d'ajustement de l'eau que celui exposé ci-avant, pour obtenir la quantité d'eau souhaitée dans le réservoir de solution saline et une quantité souhaitée de KCl en solution, c'est-à-dire la solution saline qui est disponible pour être délivrée au lit de résine à des fins de régénération. Par exemple, si 6 pounds (2 721,6 g) de KCl devaient être délivrées au lit de résine en vue d'une régénération, le volume d'eau devant être délivré au réservoir de solution saline à 80 F (26,70 C) serait d'environ 2,00 gallons (7,57 1), et le temps de remplissage de la solution saline serait de 6,666 minutes à un débit de délivrance d'eau de 0,3 gallon (1,13 1) par minute.
Si la température de la solution saline était de 40 F (4,40 C), le pourcentage d'ajustement de l'eau re- présenterait un accroissement d'environ 0,00575 % pour chaque degré de différence de température à partir de 80 F (26,70 C), laquelle différence de température est de 40 F (4,40 C) ; ainsi, l'additionneur d'ajustement de l'eau est de 0,00232, c'est-à-dire 23,2 % pour un multiplicateur d'ajustement de l'eau de 1,23. Lorsqu'on utilise cet ajustement, le volume d'eau requis à 40 F (4,40 C) est d'environ 2,46 gal (9,31 1) [2,000 à 80 F (26,70 C) + 2,000 x 0,23] et le temps de remplissage de la solution saline est d'environ 8,2 minutes (6,666 + 6,666 x 0,23). Ces deux valeurs supportent favorablement la comparaison avec 2,4722 gal (9,35 1) et 8,24 minutes, comme illustré dans le tableau 2.
Le volume d'eau, pour le remplissage par une solution saline de KCl, peut être déterminé sur la base des relations suivantes : eau délivrée au réservoir sel (1 + WARFT x dT) de solution saline (gallons) = ############### solubilité du sel
De ce fait, les gallons d'eau nécessaires à une température BT de la solution saline sont les suivants :
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sel [[1 + [0,488 + 0,0029 (70 - BT)] (80 - BT) ]] 10-2 gallons d'eau = solubilité du sel, ce qui, pour le chlorure de potassium, équivaut à une quantité de sel de [519,2 - 3,086 BT + 9,6 (BT) 10-3] 10-3 et temps de remplissage du réservoir de solution saline (minutes) = sel (1 + WARFT x dT) solubilité du sel x WDR, ce qui, pour du chlorure de potassium, équivaut à sel [[519,2 - 3,086 BT + 9,6 [ (40) 2 10-3]]] 10-3
WDR
Dans ces équations :
sel = pounds de sel de KCl souhaitées pour une régénération du lit de résine solubilité du sel = solubilité à 80 F (26,70 C), équivalant à 2,99 lb/gal (1 356,26 g/unité de 3,785 1) pour le KCl WARFT = pourcentage d'ajustement de l'eau pour une température donnée [augmentation pour chaque degré en deçà de 80 F (26,70 C)] dT = différence de température entre la température de la solution saline et 80 F (26,70 C) WDR = débit de délivrance d'eau au réservoir de solution saline (gallons par minute) BT = température de la solution saline
En se fondant sur les résultats du tableau 2, l'on peut constater qu'une quantité d'eau additionnelle, dans le réservoir de solution saline, est nécessaire pour dissoudre des quantités équivalentes de chlorure de potassium, en fonction de la température de la solution saline,
cette quantité étant par exemple supérieure à
<Desc/Clms Page number 26>
environ 11 % à 60 F (15,50 C) (0,219 - 2,00), supérieure à environ 16 % à 52 F (11,10 C) (0,3133 . 2,00), et supérieure à environ 24 % à 40 F (4,40 C) (0,4722 .
2,00). Cette quantité d'eau accrue autorise la présence, dans la solution saline, d'une quantité de chlorure de potassium qui est sensiblement équivalente à la quantité de chlorure de sodium qui serait présente dans une quantité de solution saline ne renfermant pas l'eau additionnelle.
L'on fera également observer, à l'appui dû tableau 2, que la température finale de la solution saline est inférieure d'approximativement 20 F (- 6,70 C) à la température régnant au début du remplissage, c'est-à-dire que la température a débuté à 60 F (15,50 C) et s'est achevée à 40 F (4,40 C). Ainsi, la température sélectionnée pour déterminer le débit d'ajustement de l'eau et le facteur d'ajustement de l'eau devrait être inférieure, d'environ 20 F (- 6,70 C), à la température de l'eau admise dans le réservoir de solution saline.
Si la température de l'eau d'alimentation est utilisée pour déterminer le débit et le multiplicateur d'ajustement de l'eau, la relation exposée ci-avant serait réglée pour cette différence de température de 20 F (- 6,70 C), en remplaçant (température de l'eau d'alimentation - 20) par la température de la solution saline, ce qui se traduit par les relations suivantes :
WARFT = [6,91 - 0,029 (SWT - 20)] 10-3 = (7,49 - 0,029 SWT) 10-3, sachant que SWT = température de l'eau d'alimentation, et multiplicateur d'ajustement de l'eau = 1 + WARFT x dT = 1 + [[6,91 - [0,029 (SWT-20)]]] 10-3 (dT) = 1 + [7,49 - 0, 029 .(SWT)] 10-3 (100 - SWT) = 1 + [0, 749 + 2, 9 (SWT) 10-5-0,01039 SWT]
<Desc/Clms Page number 27>
L'équivalence du volume d'eau (WVE), pour le KCl, est fondée sur la solubilité du KCl exposée dans le tableau 1. L'équivalence du volume d'eau pour le KCl, à une température donnée de la solution saline, est le nombre de gallons d'eau nécessaire pour obtenir la quantité de KCl en solution, équivalant à une quantité de NaCl en solution.
Elle peut être déterminée sur la base du tableau 1, en divisant la solubilité du NaCl [2,99 pounds par gallon (1 356,26 g/unité de 3,785 1) d'eau] par la solubilité du KaCl (cf. 2ème colonne du tableau 1, pour la solubilité à différentes tempé- ratures). Ainsi, à 40 F (4,40 C), l'équivalence du volume d'eau pour le KCl est de 2,99 ¯ 2,43 = 1,230 gallon (4,65 1) d'eau afin d'obtenir la même quantité de KCl en solution que pour un gallon (3,785 1) de solution de NaCl.
En conséquence, à diverses températures, l'équivalence du volume d'eau pour le KCl se présente comme suit :
Température Equivalence du volume d'eau pour le KCl
34 F (1,10 C) 1,272
40 F (4,40 C) 1,230
50 F (10 C) 1,163
60 F (15,50 C) 1,103
70 F (20,10 C) 1,049
80 F (26,70 C) 1,000 , ces valeurs étant indiquées, ci-avant, comme les multiplicateurs d'ajustement de l'eau.
Les valeurs de l'équivalent d'eau, pour le KCl, peuvent être utilisées afin de déterminer le volume d'eau souhaité pour le KCl sur la base de la température de la solution saline. A cet effet, l'équivalent d'eau pour le KCl est tracé en regard de la température de la solution saline, comme illustré sur la figure 4.
L'équivalent KCl peut être déterminé, à chaque température, à partir de la relation existant entre
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l'équivalent KCl et la température de la solution saline, laquelle relation est déterminée en se fondant sur la pente de la courbe reliant les points ; cette relation est exprimée par "équivalence du volume d'eau pour le KCl" = 1,103 + 0,0065 [60 F (15,50 C) température de la solution saline] dans la plage de température comprise entre 60 F (15,50 C) et 34 F (1,10 C). Cette relation avoisine également de très près l'équivalence du volume d'eau pour le KCl dans d'autres plages de températures sélectionnées.
Ces relations peuvent aussi être exprimées en tant que formules comportant d'autres facteurs numériques pour différentes plages de températures, et en tant que "courbes" réputées être le meilleur "'reflet" des valeurs reportées.
Le débit d'ajustement d'eau (WAR) pour le KCl, tel qu'exposé ci-avant, est par ailleurs déterminé sur la base des données figurant dans le tableau 1 et dans le tableau 2. Le WAR est fondé sur la quantité d'eau additionnelle nécessaire pour mettre en solution des quantités de KCl égales, c'est-à-dire égales à la quantité de NaCl souhaitée si du NaCl devait être utilisé.
Le WAR est le pourcentage d'augmentation d'eau pour chaque variation de température de la solution saline à partir de la température standard de 80 F (26,70 C) ; la valeur de 80 F (26,70 C) a été choisie du fait que la solubilité du KCl est sensiblement la même que la solubilité du NaCl à cette température, c'est-à- dire de 2,99 lb par gallon (1 356;26 g/unité de 3,785 1) (cf. tableau 1), et s'écarte ensuite de la solubilité du NaCl lorsque la température de la solution saline est inférieure à 80 F (26,70 C), comme représenté dans le tableau 1.
Si l'on prend pour exemple la valeur de 40 F (4,40 C), le WAR associé au KCl peut être déterminé en calculant l'eau additionnelle requise pour mettre en solution une quantité équi-valente de KCl à 40 F
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(4,40 C), ce qui représente l'équivalence du volume d'eau, pour le KCl, de 1,230 gallon (4,65 1) dont est retranchée la quantité d'eau pour du NaCl, qui est de 1,000 gallon (3,785 1). Il en résulte que 0,230 gallon (0,87 1) d'eau supplémentaire est nécessaire à 40 F (4,40 C). La différence de température est de 40 (c'est-à-dire 80 - 40 ) vis-à-vis de la norme.
Le WAR associé à la température de la solution saline, à 40 F (4,40 C), est donc de 0,230 gallon (0,87 1) -, 40 = 0,00575 gallon (0,021 1)/différence en degré par rapport à 80 , et ses unités expriment un pourcentage accru de volume d'eau pour chaque degré de température. Des WAR relatifs à d'autres températures choisies, déterminés de la même façon que ci-avant, se présentent comme suit :
Température de la Débit d'ajustement d'eau solution saline
34 F (1,10 C) 0,00592
40 F (4,40 C) 0,00575
50 F (10 C) 0,00546
60 F (15,50 C) 0,00517
70 F (20,10 C) 0,00488
80 F (26,70 C) - 0 -
Ces valeurs peuvent être reportées de la manière illustrée sur la figure 5.
La relation existant entre le WAR associé au KCl et la température de la solution saline peut être déterminée à partir de la courbe, par une analyse algébrique bien connue, pour représenter WAR pour du KCl = [0,488 + 0,0029 (70 - température de la solution saline)] 100, à des températures de la solution saline situées dans la plage de 60 F (15,50 C) et 34 F (1,10 C). Ainsi, la relation exposée ci-avant (c'est-à-dire le débit d'ajustement d'eau vis-à-vis de différences de température, pour du chlorure de potassium), est pour l'essentiel linéaire dans la plage de température ordinairement escomptée pour la solution saline, et s'est avérée être en rapport direct avec la
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température de l'eau, à savoir que le débit est égal à [0,488 + 0,0029 (70 - température de la solution saline)] 100,
ce qui équivaut à [6,91 - 0,029 température de la solution saline) 10-3],valeur dérivée du tableau 1.
La description ci-après porte sur le procédé préférentiel d'utilisation de KCl en tant que régénérant. A intervalles de temps réguliers, au cours du remplissage, la température est mesurée sur la sonde thermométrique 56. La solubilité du sel est calculée sur la base de cette température et, à partir de cette valeur, le volume nécessaire d'eau de remplissage et, en définitive, le temps de remplissage requis, peuvent être calculés comme illustré dans le tableau 2. Le remplissage se poursuit ensuite jusqu'à ce que le temps de remplissage requis soit approximativement égal au temps de remplissage effectif.
Même après l'achèvement du remplissage, l'on constate fréquemment que la température de la solution saline continue de chuter lorsqu'on utilise du KCl. Cela peut être dû au taux de dissolution du KCl, qui est inférieur à celui du NaCl. En d'autres termes, le KCl continue de se dissoudre même après que la circulation d'eau a cessé, refroidissant ainsi davantage encore la solution saline. L'on constate que la chute de température est assez modeste-- typiquement de 2 F. La chute de température diminue encore plus la solubilité du KCl, d'où il résulte que la solution saline renferme moins de KCl dissous. La manière de contrecarrer cet effet consiste à ajouter une plus grande quantité d'eau, durant l'étape de remplissage, en augmentant le temps de remplissage. Il suffit, typiquement, d'un accroissement de 1 % du temps de remplissage.
Lorsque le temps de remplissage est réglé, le temps d'extraction de la solution saline doit également être réglé afin d'assurer que la quantité nécessaire de
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solution saline soit extraite du réservoir 34.
Typiquement, le rapport entre le temps d'extraction de la solution saline et le temps de remplissage est une grandeur fixe, si bien que le temps d'extraction peut être considéré comme le temps de remplissage multiplié par cette grandeur. Le temps de rinçage lent est typiquement fixe. De préférence, l'unité de commande 48 calcule le temps d'extraction nécessaire sur la base du temps de remplissage effectivement utilisé. La "phase solution saline" totale représente ensuite la somme de ce temps d'extraction nécessaire et du temps de rinçage lent. L'unité 48 maintient la vanne de commande 24 dans la configuration "extraction de solution saline/rinçage lent", durant cette "phase solution saline", afin d'assurer que la quantité de solution saline requise soit extraite.
Dans le cas où le temps de remplissage affecté au KCl est augmenté de 25 % par rapport au NaCl, un accroissement correspondant de la "phase solution saline" pour le KCl, d'approximativement 12,5 % vis-à- vis du NaCl, est considéré comme suffisant.
Les formes de réalisation décrites ci-avant sont purement illustratives des caractéristiques et avantages de la présente invention. D'autres agencements peuvent par exemple être conçus par les spécialistes, sans s'écarter du cadre de la présente invention.
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Traduction des légendes des figures Figure 1 : CAPACITY (GRAINS) : CAPACITE (grains) SALT DOSAGE (LBS.) : DOSAGE DE SEL (pounds) Figure 2 : ASPIRATOR VALVE : VANNE D'ASPIRATION BRINE TANK : RESERVOIR DE SOLUTION SALINE CONTROL VALVE : VANNE DE COMMANDE MICRO COMPUTER CONTROL : UNITE DE COMMANDE A MICRO- ORDINATEUR RESIN TANK : RESERVOIR DE RESINE TIMER : MINUTERIE USER INTERFACE : INTERFACE D'UTILISATEUR WATER METER : DEBITMETRE D'EAU Figure 3 : DOWN : DEFILEMENT REGRESSIF SELECT .
SELECTION UP : DEFILEMENT PROGRESSIF Figure 4 : BRINE TEMPERATURE ( F) TEMPERATURE DE LA SOLUTION SALINE ( F) KC1 WATER VOLUME EQUIVALENCY (GAL) (GALLONS OF WATER TO GET KCl IN SOLUTION COMPARED TO 1 GALLON OF WATER FOR NaCl) : EQUIVALENCE DU VOLUME D'EAU POUR LE KCl (gal) (GALLONS D'EAU POUR METTRE LE KCl EN SOLUTION, COMPARATIVEMENT A 1 GALLON D'EAU POUR LE NaCl) KCl WATER VOLUME EQUIVALENCY : EQUIVALENCE DU VOLUME D'EAU POUR LE KCl Figure 5 : BRINE TEMPERATURE ( F) TEMPERATURE DE LA SOLUTION SALINE ( F) WATER ADJUSTMENT RATE FOR TEMPERATURE (% PER F) : POURCENTAGE D'AJUSTEMENT DE L'EAU EN FONCTION DE LA TEMPERATURE (% PAR F) * * *