FR2551989A1 - Separateur a membrane - Google Patents

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FR2551989A1 FR8414385A FR8414385A FR2551989A1 FR 2551989 A1 FR2551989 A1 FR 2551989A1 FR 8414385 A FR8414385 A FR 8414385A FR 8414385 A FR8414385 A FR 8414385A FR 2551989 A1 FR2551989 A1 FR 2551989A1
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Abstract

CE SEPARATEUR COMPORTE UNE POMPE 1 POUR METTRE SOUS PRESSION UNE SOLUTION D'ALIMENTATION, UNE VALVE DE REGULATION DE PRESSION 2 DISPOSEE DANS UN CONDUIT ENTRE LA POMPE 1 ET UNE MEMBRANE SEMI-PERMEABLE 4, ET DES MOYENS DE RECUPERATION D'ENERGIE DISPOSES EN AVAL DE LA MEMBRANE SEMI-PERMEABLE 4 DU COTE DE LA SOLUTION CONCENTREE. IL PERMET D'OBTENIR UNE SOLUTION DILUEE ET UNE SOLUTION CONCENTREE EN SEPARANT LE SOLUTE DE LA SOLUTION AU TRAVERS DE LA MEMBRANE SEMI-PERMEABLE 4. CE SEPARATEUR COMPORTE EN OUTRE UN APPAREIL DE REGLAGE DE DEBIT MUNI D'UN CIRCUIT DE COMMANDE QUI CALCULE L'ENERGIE MINIMALE REQUISE POUR UN DEBIT DE SOLUTION DILUEE OU CONCENTREE PREDETERMINE D'APRES DES COURBES DE PERFORMANCE DE LA POMPE A, ET DES MOYENS DE RECUPERATION D'ENERGIE, ET LA RELATION ENTRE LA CONCENTRATION DU SOLUTE DANS LA SOLUTION ET LA PRESSION OSMOTIQUE DE LA SOLUTION.

Description

La présente invention se rapporte à un fonctionnement économique en énergie d'un séparateur à membrane.
La partie essentielle d'un séparateur à membrane de l'art antérieur est agencée comme représenté dans le diagramme d'écoulement de la figure 1. Cette figure 1 montre un exemple de système de dessalement d'eau de mer. Dans la figure 1, l'eau de mer, qui a été admise à travers un appareil d'admission d'eau (non représenté) et pré-traitée, est aspirée dans une pompe centrifuge 1 à haute pression (désignée ci-après par "la pompe"). L'eau de mer est pompée par la pompe à une pression de sortie Po, le débit de sortie étant
Qo et la concentration Co. L'eau de mer ainsi pompée passe par une valve de régulation de pression 2 qui est commandée par un détecteur de pression 2a. L'eau de mer est ensuite en voyée sur un coté d'une membrane semi-perméable 4, en passant par un point de mesure de pression 2' situé en amont de la membrane 4.La pression de membrane PM développée à la surface de la membrane 4 fait passer l'eau pure à travers la membrane 4, malgré la pression osmotique, avec un débit Q1 L'eau pure est amenée à travers un débitmètre 5, à un réservoir d'eau 6. D'autre part, l'eau de mer est portée à une concentration C2 par la membrane, puis est amenée à une turbine 7 à une pression P2 et avec un débit QO Q1 QL. Une tuyère d'admission 7' de la turbine possède une ouverture qui est commandée par un mécanisme de commande 3. L'énergie fournie par la turbine 7 est utilisée pour coopérer à l'alimentation d'un moteur 8 d'entrainement de la pompe 8.
Dans l'agencement ci-dessus, la pression de sortie
Po de la pompe 1 est généralement de 50 kg/cm2 contre une pression osmotique d'environ 25 kg/cm2 pour l'eau de mer ayant une concentration ordinaire. Ainsi, 20 à 40% du débit de sortie ò de la pompe est dessalée à travers la membrane par osmose inverse.
Comme le montre l'exemple précédent, le séparateur à membrane dépend grandement dans son fonctionnement de l'é- nergie provenant de la pompe 1. Afin de récupérer une partie de l'énergie, on a récemment essayé de monter une turbine à récupération d'énergie 7, par exemple une roue de Pelton sur le conduit pour l'eau de mer concentrée provenant de la membrane. Cependant son fonctionnement s'est attaché uniquement à la récupération de la solution diluée. Ceci étant, une préoccupation a été de minimiser l'énergie axiale de la pompe 1 à la récupération maximale permise de la membrane semi-perméable 4.
Comme cela est décrit dans le paragraphe précédent, la technique antérieure s'est attachée uniquement à la ré cupération de solution diluée de sorte que l'énergie axiale de la pompe soit réduite à la récupération maximale permise de la membrane semi-perméable, En conséquence, l'énergie récupérée par les moyens de récupération d'énergie n'a pas été prise en considération. Par suite,l'énergie dépensée ne pouvait pas être sensiblement diminuée.
L'objet de la présente invention est de réaliser un séparateur à membrane muni d'un dispositif de réglage de débit adapté pour réduire à un minimum la différence entre l'énergie requise par la pompe et l'énergie récupérée par les moyens de récupération d'énergie.
La présente invention a pour but de proposer un séparateur à membrane muni d'un dispositif de commande qui utilise les courbes de performance de la pompe et des moyens de récupération d'énergie pour réduire la différence entre l'énergie axiale et l'énergie récupérée, c'est-à-dire, l'énergie requise par le moteur, assurant ainsi l'efficacité maximale au dispositif à membrane semi-perméable le plus efficace.
La présente invention concerne un séparateur de substance utilisant une membrane semi-perméable, muni d'un dispositif de réglage de débit possèdant un circuit de commande afin de calculer l'énergie minimale requise pour un débit de solution diluée ou concentrée prédéterminé à partir d'une courbe de performance de la pompe et Aes moyens de récupération d'énergie, et de la relation existant entre la concentration du soluté dans la solution et la pression osmotique de la solution.
La présente invention se rapporte également à un séparateur à membrane comportant une pompe pour des solutions d'alimentation pressurisées, une valve de régulation de pression disposée dans un conduit entre la pompe et la membrane semi-perméable, cette membrane semi-perméable, et des moyens de récupération d'énergie disposés en aval de la membrane semi-perméable du côté de la solution concentrée, qui est adapté pour obtenir une solution diluée et une solution concentrée par séparation du soluté de la solution à travers la membrane semi-perméable, ce séparateur à membrane étant muni d'un dispositif de commande de débit possèdant un circuit de commande qui calcule l'énergie minimale requise pour une vitesse débit de solution diluée ou concentrée prédéterminée d'après une courbe de performance de pompe, une courbe de performance des moyens de récupération d'énergie, et la relation entre la concentration du soluté dans la solution et la pression osmotique de la solution.
Le calcul de l'énergie minimale requise permet la détermination sans équivoque comme par un système de commande, du débit de la solution d'alimentation, à un point de fonctionnement, pour ltenergie minimale requise, de la pression de la solution d'alimentation, du débit de la solution concentrée, de la pression de la solution concen trée, de l'ouverture d'une valve de régulation de pression définissant de tels débits et pressions, et de l'ouverture de la valve d'admission des moyens de récupération d'énergie, par exemple la turbine. En conséquence, lorsque la valve de régulation de pression et la valve d'admission de la turbine sont commandées de telle sorte que leur ouverture atteint les valeurs déterminées uniquement par le calcul, le fonctionnement du système peut être obtenue avec l'énergie minimale requise.Le séparateur à membrane de l'invention peut aussi être muni de moyens de détection de pression ou de débits tels que décrits ci-après de sorte que la valve de régulation de pression et les moyens de récupération d'énergie peuvent être réglés d'une manière telle que la valeur détectée par ces moyens de détection devient égale à la pression, ou au débit, théoriques dans le système.
Le séparateur à membrane selon l'invention peut aussi comprendre des moyens de détection de pression ou des moyens de détection de débit montés dans le conduit entre la pompe et la membrane semiperméable, et un circuit de commande afin de régler l'ouverture de la valve de régulation de pression et les moyens de récupération d'énergie, de telle sorte que la valeur indiquée par les moyens de détection de pression ou les moyens de détection de débit devienne égale à la valeur calculée de la pression, ou de débit, théoriques de la solution pour un point de fonc tionnement.
Le séparateur à membrane selon l'invention peut aussi comprendre des moyens de détection de la pression de la solution concentrée entre la membrane semi-perméable et les moyens de récupération d'énergie, et un circuit de commande afin de régler les moyens de récupération d'énergie ou la valve de régulation de pression, de telle sorte que la valeur indiquée par les moyens de détection de pression devienne égale à-la valeur calculée de la pression théorique de la solution concentrée.
Le séparateur à membrane selon l'invention peut aussi comprendre des moyens de détection de débit de la solution concentrée entre la membrane semiperméable et les moyens de récupération d'énergie, et un circuit de commande afin de régler les moyens de récupération d'énergie ou la valve de régulation de pression de telle sorte que la valeur indiquée par les moyens de détection de débit devienne égale à la valeur calculée de débit théorique de la solution concentrée.
Le séparateur à membrane selon l'invention peut aussi comprendre des moyens de détection de débit en aval de la membrane semi-perméable du côté de la solution diluée, et un circuit de commande afin de régeler la valve de régulation de pression ou les moyens de récupération d'énergie de telle sorte que la valeur indiquée par les moyens de détection de débit devienne égale au débit théorique de la solution diluée dans le système
Le circuit de commande, pour calculer l'énergie minimale requise, peut comporter un appareil de réglage de taux de récupération permis, de telle sorte qu'il est capable de calculer le point de fonctionnement pour lequel l'énergie requise est minimale dans la gamme de valeurs inférieure au taux de récupération permise de la membrane semi-perméable.
Comme décrit ci-dessus, la présente invention a pour effet de permettre à un séparateur à membrane muni de moyens de récupération d'énergie et d'une valve de régulation de la pression de sortie de la pompe de diminuer l'énergie requise par la pompe à haute pression, qui absorbe la plus grande partie de l'énergie nécessaire à la séparation, en calculant le point de fonctionnement -à énergie requise minimale dans la gamme de fonctionnement du dispositif, d'après les courbes de performance de la pompe et des moyens de récupération d'énergie et la relation entre la concentration du soluté dans la solution et la pression osmotique de la solution.
Les formes de réalisation de l'invention sont munies de moyens de détection de pression ou de moyens de détection de débit, dans chaque conduit de solutions à traiter ou de solutions traitées, de telle sorte que la valve de régulation de pression ou les moyens de récupération de pression peuvent être réglés d'une manière telle que la valeur indiquée par les moyens de détection de pression ou les moyens de détection de débit devienne égale à la pression ou au débit théorique du système. Ainsi, la présente invention permet à un séparateur à membrane d'effectuer une commande simple, précise, en lui adjoignant uniquement des moyens de détection et de commande.
La figure 1 montre un diagramme d'écoulement d'un séparateur à membrane.
La figure 2 montre un diagramme illustrant la relation entre la pression et le débit du séparateur à membrane.
Les figures 3 à 5 montrent des courbes illustrant l'énergie requise et la perte d'énergie du séparateur à membrane.
La figure 6 est un schéma synoptique d'une forme de réalisation de la présente invention.
La figure 7 est un schéma d'un bloc de la figure 6.
La description des formes de réalisation de la présente invention sera précédée par celle de l'énergie d'un séparateur à membrane. r. L'énergie axiale de la pompe 1, l'énergie récupérée par la turbine 7 et l'énergie requise par le moteur 8 seront décrites dans ce qui suit.
L'énergie de la pompe Lp est donnée par l'équation suivante :
Figure img00070001

où p est le rendement de la pompe 1; et PL1 est la perte de pression le long du conduit situé entre la pompe 1 et la membrane 4 dans la valve de régulation de pression 2.
L'énergie LT récupérée par la turbine 7 est donnée par l'équation
Figure img00070002

où T est le rendement de la turbine 7; et PL2 est la perte de pression le long du conduit menant de la membrane 4 à la tuyère d'admission 7' de la turbine 7.
Conformément à cela, l'énergie L requise par le moteur est donnée par l'équation
Figure img00070003
La figure 2 montre un graphique illustrant la relation entre la perte de pression de valve dans la valve de régulation de pression, le débit et d'autres caractéristiques de la solution diluée (eau pure), la pression P étant en ordonnée et le débit en abcisse. La courbe A représente la courbe de performance (courbe Q - H) de la pompe 1. Les courbes B et C représentent chacune la relation entre la pression de membrane PM et le débit Q0 vers la membrane lorsque la valve de régulation de pression 2 est étranglée. La courbe C représente la relation lorsque la valve 2 est plus étranglée que dans le cas de la courbe B.
En ce qui concerne la relation entre le débit Q1 de la solution diluée et la pression de la membrane PM, les courbes correspondant aux courbes A, B et C sont données par les courbes respectives A', B' et C'. Si la pression du système est réduite en faisant fonctionner la valve de régulation de pression 2, le débit Q2 restànt constant, le point de fonctionnement de la pompe 1 se déplace dans l'ordre de a à b, c, d, e et f et le point de fonctionnement de la membrane se déplace dans l'ordre de a à b', c', d', e' et f.Par exemple , la différence d'ordonnée entre la pression de sortie P0 de la pompe 1 au point d de la courbe de performance de la pompe A et la pression de la membrane PM au point d' de la courbe C lorsque la valve de régulation de pression 2 est étranglée, représente la perte de pression dans la valve de régulation de pression 2. Cependant, aux points de fonctionnement a et f, la valve de régulation de pression 2 est complètement ouverte et ainsi il n'y a pas de perte en pression de valve.
La relation entre l'ouverture de la valve de régulation de pression 2 et l'énergie L requise par le moteur lorsque le débit Q1 de la solution diluée est maintenu constant est déterminée ci-dessous. L'énergie de dessalement LW requise pour la production d'eau pure prend une valeur importante aux alentours de la pression de détente de la pompe 1 (du fait que Q0 est petit le taux de récupération de la membrane 4 est élevé) car la pression de membrane PM est élevée et le rendement a p de la pompe 1 est faible dans cette région. Lorsque la pression de la pompe 1 est réduite, la pression de membrane P M devient plus faible et le rendement X p de la pompe 1 devient plus important, ce qui réduit l'énergie de dessalement Lw.Cependant, du fait que le rendement/9# de la pompe 1 a une valeur maximale et se réduit dans les régions de basse pression et de fort débit, l'énergie de dessalement augmente encore.
La résistance le long du conduit contribue beaucoup moins à l'énergie LVL, représentant la perte en pression le long du passage, que la résistance dans la valve de régulation de pression 2. La perte en pression due à la valve de régulation de pression 2 est nulle au voisinage de la pression de détente.
Lorsque la pression de la pompe augmente, la perte de pression de valve augmente puis elle diminue pour revenir à une valeur nulle. Ceci étant, la perte de pression de valve a un maximum.
La perte d'énergie LML due au rendement de la pompe 1 et de la turbine 7 est la combinaison des courbes de rendement caractéristiques du type de la pompe 1 et de la turbine 7. La perte d'énergie LML devient faible au voisinage du point de rendement maximal de la pompe 1 et de la turbine 7, et elle devient plus importante lorsque la pression devient plus haute ou plus basse qu'en ce point. Comme il est expliqué ci-dessus, ni lflénergie de dessalement Lw, ni l'énergie LVL représentant la perte en pression le long du passage, ni la perte d'énergie LML due au rendement de la pompe et de-la turbine ne sont en relation proportionnelle simple avec la pression (c'est à dire le taux de récupération). Quelques exemples sont montrés sur les figures 3,4 et 5. Sur ces figures, la pression est portée en abscisse et l'énergie en ordonnée.
Sur la figure 3, l'énergie L requise par le moteur 8 diminue à mesure que la pression de sortie P0 de la pompe 1 et le taux de récupération deviennent plus élevés.
Sur la figure 4, l'énergie L requise par le moteur 8 reste approximativement constante, indépendamment du taux de récupération
Sur la figure 5, lorsque le taux de récupération (c'est à dire la pression) devient plus petit, l'énergie L requise par le moteur 8 devient plus petite, économisant ainsi de l'énergie.
Comme le montrent les figures 3, 4 et 5, l'énergie de dessalement LW augmente dans la région de faible pression à débit élevé et dans la région de haute pression, et a ainsi un minimum pour un taux de récupération intermédiaire.
La perte d'énergie LVL représentant la perte de pression le long du passage augmente, et ensuite diminue lorsque la pression de sortie Po de la pompe 1 augmente, de telle sorte qu'elle a un point maximum.
La perte d'énergie LML due au rendement de la pompe 1 et de la turbine 7 tend à devenir plus faible, réduisant ainsi la perte, lors de la diminution de la pression de sortie de la pompe 1.
Une forme de réalisation de la présente invention sera décrite ci-après en se référant au bloc diagramme de commande de la Fig. 6.
Une solution diluée est injectée dans un appareil de réglage de débit de solution diluée 10, avec un débit Q1. Le taux de récupération permise maximal RMAX est déterminé par un appareil de#réglage de taux de récupération permise 11.
Le taux de récupération permise maximal RMAX, r représentant la sortie de l'appareil de réglage de taux de récupération permise Il, et le débit de solution diluée Q1 représentant la sortie de l'appareil de réglage de débit de solution diluée 10, sont entrés dans un calculateur d'alimentation minimale en solution 12, qui, à son tour, calcule l'alimentation en solution minimale QOMIN=Q1/RMAX QOMIN étant ainsi calculé est entré dans tin générateur de fonction 13 dans lequel la fonction de la courbe de performance de pompe A a précédemment été stockée.Le générateur de fonction 13 sort ensuite la pression de# sortie maxi- male PoMAX1 correspondant à l'alimentation minimale en solution QOMIN La pression de sortie maximale POMAXI est entrée dans un calculateur de pression maximale 14.
La pression de sortie maximale #0MAX2 correspondant au débit Q1 est déterminée d'après le débit de solution diluée (2 .On laissera ici de côté la Fig.
6 pour décrire le procédé servant à déterminer la sortie Qo alimentant la membrane d'après le débit de solution diluée Q1 de la manière suivante
(1) la pression de sortie P0 de la pompe 1 est supposée avoir une certaine valeur. Une fois que la valeur de la pression Pg, de sortie de la pompe est ajustée, la sortie Q0 de la pompe 1 peut être déterminée d'après la courbe de performance de la pompe A.
(2) Du fait que Q2=Qo - Q1' Q2 peut être déterminée en soustrayant la valeur prédéterminée de
Q1 à Q0 déterminée dans la phase (1).
(3) La relation entre la pression osmotique et la concentration de l'eau de mer CM est sans équivoque. La concentration de la solution C M du côté de l'alimentation de la membrane 4 peut être déterminée approximativement par l'équation
CM = (Co+C2)/2 où C0 est la concentration de la solution à l'admission dans la chambre de la membrane et C2 est la concentration de la solution concentrée. C0 et C2 peuvent être appliquées à la relation ci-dessus à moins qu'un changement notable ne se produise à la récupération Q1/Q0. En conséquence, C0 et C2 peuvent être considérées comme constantes spécialement lorsque l'appareil est en fonctionnement normal.Cette relation permet de déterminer la pression osmotiquen
(4) Lorsque l'eau de mer fournie produit un changement de température remarquable, un détecteur de température, servant à détecter la température de la solution dans le conduit du côté de l'alimentation, est prévu, ce qui permet de calculer le coefficient K par l'équation
K = Ko(DW/T) où K:est une constante définie par le type de membrane
Dw:est le coefficient de diffusion de l'eau dans la
membrane
T:est la température de la solution d'alimentation.
Si le changement de température de la solution fournie est faible, K peut être considéré comme une constante.
(5) La pression PM du côté de l'alimentation de la membrane 4 est déterminée en soustrayant la perte de charge PLl , le long du conduit du côté alimentation de la membrane 4, qui porte la valve de régulation de pression de fluide 2, de la pression de sortie P0 de la pompe 1 établie à la phase (1). Du fait que la pression P1 du côté dilué de la membrane 4 est à peu près constante et que la concentration de la solution diluée peut être considérée comme constante, la pression osmotique #1 de la solution diluée peut également être déterminée pour être constante. Ceci permet de calculer la pression osmotique inverse tu comme suit #p = (pM-p1) - (#M-#1)
(6) le débit de la solution diluée al, si la surface de la membrane est AM, peut être représenté par équation
Q1 = A { P tI)
Le débit de solution diluée Q1 est une fonction linéaire telle que le débit du côté dilué de la membrane 4 est modifié par la pression A P au delà de la pression osmotique.Q1 calculé par l'équation (I) est défini comme étant Q1CALC
(7) La valeur prédéterminée de Q1 est comparée à 21CALS Si l'erreur est grande, le procédé est recommencé à la phase (1) où la pression de sortie de la pompe P0 est encore supposée avoir une certaine valeur. Le processus, de la phase (1) à la phase (7) est répété en continu jusqu'à ce que l'erreur entre Q1 et Q1CALC devienne égale à l'équation (I).
Spécifiquement, si la pression P0 supposée dans la phase (1) avoir une certaine valeur, fournit
Q1CALC -Q1 > 0 pour une gamme de pression plus petites que la pression de sortie P01 de la pompe 1 qui correspond au débit de solution diluée maximale
Q1MAX comme indiqué sur la Fig. 2, la valeur suivante supposée de P0 est réglée à une valeur inférieure à celle initialement supposée de P0. Si elle donne Q1 CALC - QOCO dans la même condition, la valeur suivante supposée de P0 est réglée à une valeur supérieure à la valeur initialement supposée de P0.
Si la pression de sortie P0 de la pompe 1 initialement supposée dans la phase (1) avoir une certaine valeur, donne Q1CALC - Q1 > 0 pour une gamme de pressions plus élevées g e la pression de sortie P01 de la pompe 1 correspondant au débit de solution diluée Q1MAX' la valeur suivante supposée de P0 est réglée à une valeur supérieure à celle initialement supposée de 0. Si elle donne QZCALC - Q1 < 0 dans la même condition, la valeur suiv#ante supposée de P0 est choisie inférieure à la valeur initialement supposée de P0.
(8) Si l'erreur calculée comme étant la différence entre la valeur prédéterminée du débit de solution diluée Q1 et la valeur de Q1CALC calculée dans les phases t1) à (7) est à l'intérieur de la tolérance, la valeur supposée de la pression de sortie de la pompe P0 est définie comme étant correcte. Si la valeur du débit de la solution diluée Q1 est prédéterminée, la relation entre la pression de sortie P0 de la pompe 1 et le débit de la solution diluée Q1 peut être déterminée sans équivoque car la courbe de performance de la pompe 1 est établie et la relation entre la concentration et la pression osmotique de la solution est déterminée par le type de la solution.
Par suite le déroulement ci-dessus des phases (1) à (7) peut être résumé dans une table numérique.
De plus, pour la même valeur du débit de la solution diluée Q1, deux types de valeurs de la pression de sortie P0 de la pompe 1 peuvent être déterminés, comme le montre la Fig. 2. La plus haute des deux valeurs est définie comme étant PANAX2 et la plus basse comme étant POTIN
Sur la Fig. 6, la sortie de l'appareil de réglage de débit de la solution diluée 10 est introduite dans un générateur 15 de fonction P0 - Q. Le générateur de fonction 15 stocke un diagramme ou une table numérique correspondante illustrant la courbe OH de la solution diluée comme représenté sur la Fig. 7, avec le débit de la solution diluée en abscisse et la pression de sortie P0 de la pompe 1 en ordonnée, de sorte que lorsque le débit de la solution diluée Q1 est entrée, il sort les pressions de sortie POUX2 et POTIN de la pompe 1. La pression de sortie de pompe maximale PoMAx2 est introduite dans le calculateur de pression maximale 14.La pression de sortie PoMAx1 de la pompe 1, déterminée d'après la courbe de performance ce de la pompe, est la pression maximale déterminée par les caractéristiques de la membrane 4, tandis que la pression de sortie POMAX2 de la pompe 1 déterminée d'après la relation entre le débit de la solution diluée Q1 et la sortie de la pompe 1 est celle déterminée par la performance de la pompe. Par conséquent, la pression maximale permise pour l'appareil est la plus petite des pressions P0MAx1 et POMAX2. Le calculateur de pression maximale 14 compare POMAX1 avec
POMAX2 et sort la plus petite comme étant POMAX.
La pression POMAX représentant la sortie du calculateur de pression maximale 14 et la pression POTIN représentant la sortie du générateur 15 de fonction #O - QI sont entrées dans un calculateur de pression de sortie 16. De plus, un intervalle de fonctionnement N prédéterminé par un appareil de réglage d'intervalle de fonctionnement 17 est entré dans le calculateur de pression de sortie 16 de telle sorte que POMIN - POMAX est divisé à intervalles réguliers (un intervalle : 1/N), et que les calculs suivants sont effectués
po(o) = (O/N)(POMAX - POMIN) + POMIN
PO(1) =(1/N) ( " ) + "
Po(N) = (N/N) ( H ) + POMIN
Ces résultats sont entrés dans un multiplexeur 18.Lorsqu'il reçoit Po(O) à P0 (N) sortant en séquence du multiplexeur 18, un générateur (19) de fonction courbe de performance de pompe/énergie de pompe délivre une sortie QQ=f (PO) correspondant aux pressions Po(O) à P(N) ainsi entrées et l'énergie requise Q0=f(P0) de la pompe 1 correspondant à la sortie de pompe Q0.
L'énergie de pompe Lp est entrée dans un calculateur d'énergie requise par le moteur 21. La sortie Q0 de la pompe 1 provenant du générateur l9 de fonction courbe de performance de pompe/énergie de pompe est entrée dans un calculateur de débit de solution concentrée 22.
Le calculateur de débit de solution concentrée 22 calcule le débit de solution concentrée Q2=Q0-Q1 d'après le débit de solution diluée Q1 entrée et provenant de l'appareil de réglage de débit de solution diluée 10, et délivre en sortie de débit de solution concentrée Q2 à un générateur 23 de fonction courbe de performance de la turbine 7 et à un calculateur de concentration 24.Le calculateur de concentration 24 reçoit comme entrée la sortie Q0 de la pompe 1 provenant du générateur 19 de fonction courbe de performance de pompe/courbe caractéristique d'énergie de sorte qu'il calcule la concentration de la solution concentrée C2=C0xQ0/Q2 afin de fournir comme sortie la concentration à la surface de la membrane CM=(CO+ C2) /2, qui est alors entrée dans un générateur de fonction de pression osmotique 25. Le générateur de fonction 25 calcule la pression osmotique 1T M d'après la fonction de pression osmotique ar M=f(C) et l'entre dans le calculateur de pression 26. Le calculateur de pression 26 reçoit en entrée le débit de solution concentrée Q2 provenant du calculateur de débit de solution concentrée 22 et le débit de solution diluée Ql provenant de l'ap- pareil de réglage de débit de solution diluée 10 afin de calculer la pression sur la membrane, comme suit: PM = Qî /AM R +
M
De plus, la perte de charge PL2 le long du conduit menant de la membrane 4 à la tuyère d'admission 7' de la turbine 7 est déterminée d'après l'équation:
L2 = al x (Q2 / où al : est une constante déterminée par le conduit.
est le débit spécifié du conduit
Ainsi, la pression de la solution concentrée P2=PM - #L2 est la pression de la solution fournie à la turbine 7. La pression de solution concentrée résultante P2 est délivrée par le calculateur de pression 26 et entrée dans le générateur de fonction de courbe de performance de turbine 23.Le générateur de fonction 23 calcule l'énergie engendrée par la turbine LT=f(Q2,P2), d'après la pression de solution concentrée P2 et le débit de solution concentrée i2 qui y a déjà été entré et la sort. L'énergie LT est entrée dans le calculateur d'énergie requise par le moteur 21 cité-ci-dessus.
Le calculateur d'énergie requise par le moteur,21, détermine l'énergie requise par le moteur 8 en soustrayant l'énergie LT récupérée par la turbine 7 de l'énergie Lp requise par la pompe 1, qui y a déjà été entrée, et l'envoie dans un calculateur d'énergie minimale 27. Le calculateur d'énergie minimale 27 stocke L (i):i=Q l;2. N qui y a été entré, envoie un signal sélectionné au multiplexeur 18 et détermine L (i+l) de la même manière que précédemment.
La série L(0) à L(N) d'énergie requise par le moteur est alors calculée pour déterminer l'énergie minimale
LMIN . L'opération est répétée (N+1) fois dans le bloc de commande 20, entouré par une ligne en pointillé jusqu a ce que l'énergie minimale LMIN soit déterminée.
La sortie Q0 et la pression de sortie P0 de la pompe 1, dont l'énergie minimale LMIN a ainsi été calculée par le calculateur d'énergie minimale 27, peuvent être déterminées par un calculateur d'ouverture de valve d'admission de membrane 28 en utilisant l'équation:
PL1 = Po - PM = PL1V LlP où PL1V : représente la perte de pression due à la valve de régulation de pression 2 PLlp: représente la perte de pression le long du passage.
Du fait que PLlP peut être déterminée par l'équation PL1P= a1 (QO/QR), où QR est le débit spécifié et al est une constante, PlLlV peut être déterminée par l'équation P@L1V = PL1 - PLlP Le coerfi- cient de débit Cv de la valve de régulation de pression 2 est déterminé par l'équation:
Figure img00190001

ou K': est une constante.
Du fait que Q0 a déjà été déterminée, l'ouverture de la valve de régulation de pression 2 peut être déterminée par l'équation:
Avî = f (Cv)
Une telle opération est réalisée de sorte que l'ouverture Avî soit une sortie, ce qui permet de régler la course de la valve par un servo-mécanisme non représenté.
Le calculateur d'ouverture de valve d'admis sion de turbine 29 détermine l'ouverture N 2 de la valve 3 d'admission de turbine d'après la pression
P2 et le débit Q2 de la solution concentrée correspondant à l'énergie minimale LMIN calculée par le calculateur d'énergie minimale 27 au moyen de l'équation:
Figure img00200001

où 4 : est une constante
g : est l'accélération due à la gravité.
Ainsi, RV est obtenue en sortie du calculateur d'ouverture de valve d'admission de turbine 29 afin de réguler la course de la valve de la tuyère 7' au moyen d'un servo-mécanisme non représenté.
Alors que selon la forme préférée de réalisation l'ouverture de valve Nl représentant la sortie du calculateur d'ouverture de valve d'admission de membrane 28 de la figure 6, est commandée en réglant la course de la valve de régulation de pression 2 au moyen d'un servo-mécanisme, la valve de régulation de pression 2 peut être commandée par le détecteur de pression 2a de sorte que la pression PM au point de mesure de pression 2' coïncide avac la valeur calculée.
De plus, bien que dans la forme préférée de réalisation la course de valve de la tuyère d'admission de turbine 7' soit réglée par l'ouverture de la valve N 2 représentant la sortie du calculateur d'ouverture de valve d'admission de turbine 29 de la figure 6, un détecteur de pression (non représenté) servant à détecter- la pression de la solution concentrée P2 peut être prévue entre la membrane 4 et les moyens de récu pération d'énergie. Avec un tel agencement, les moyens de récupération d'énergie peuvent être commandés par le détecteur de pression de telle sorte que la pression
P2 détectée par le détecteur de pression coincide avec la pression de solution concentrée pour l'énergie minimale 9 IN.
Le détecteur de pression 2a peut être monté dans le conduit d'alimentation en solution, ou un détecteur de pression (non représenté) peut être prévu dans le conduit de solution concentrée, de sorte que la valve de régulation de pression ou les moyens de récupération d'énergie soient commandés pour produire l'énergie ou le débit minimales. Ceci étant, le système de la présente invention peut être agencé de sorte qu'il comporte des moyens pour détecter le débit à travers le conduit menant de la pompe l à la membrane 4, grâce auxquels la valve de régulation de pression 2 et les moyens de récupération d'énergie sont réglés de telle façon que le débit de la solution d'alimentation, détecte par les moyens de détection de débit atteint la valeur correspondant à l'énergie minimale. En variante, le système de la présente invention peut comporter des moyens pour détecter le débit dans le conduit de solution concentrée menant de la membrane 4 aux moyens de récupération énergie, grâce auxquels la valve de régulation de pression 2 et les moyens de récupération d'énergie sont réglés de telle sorte que le débit de la solution concentrée détecté par les moyens de détection de débit atteint la valeur correspondant à l'énergie minimale.
Alors que la présente invention convient spécialement pour des utilisations nécessitant une énergie importante, telle que le dessalement de l'eau de mer, elle peut aussi être appliquée à la concentration de produits chimiques, alimentaires, etc.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Séparateur à membrane comportant une pompe (1) pour mettre sous pression une solution d'alimentation, une valve de régulation de pression (2) disposée dans un conduit entre la pompe (1) et une membrane semi-perméable (4), ladite membrane semi-perméable (4), et des moyens de récupération d'énergie disposés en aval de la membrane semi-perméable (4) du côté de la solution concentrée, qui est adapté pour fournir une solution diluée et une solution concentrée en séparant le soluté de la solution à travers la membrane semiperméable (4), caractérisé en ce qu'il comporte un appareil de commande de débit (10) muni d'un circuit de commande qui calcule l'énergie minimale requise pour un débit de solution diluée ou concentrée prédéterminé d'après une courbe de performance de la pompe (A), une courbe de performance des moyens de récupération d'énergie, et la relation entre la concentration du soluté dans la solution et la pression osmotique de la solution.
2. Séparateur à membrane selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection de pression dans le conduit entre la pompe (1) et la membrane semi-perméable (4) et un circuit de commande afin de régler l'ouverture de la valve de régulation de pression (2) et les moyens de récupérationd'#lergie d'une manière telle que la valeur indiquée par lesdits moyens de détection de pression devient égale à la valeur calculée de la pression théorique de la solution d'alimentation dans le système pour un point de fonctionnement.
3. Séparateur à membrane selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection de débit dans le conduit entre la pompe (1) et la membrane semiperméable (4) et un circuit de commande pour régler l'ouver- ture de la valve de régulation de pression (2) et des moyens de récupération d'énergie (7) d'une manière itelle que la valeur indiquée par les moyens de détection de débit devient égale à la valeur calculée du débit théorique de la solution d'alimentation dans le système pour un point de fonctionnement.
4. Séparateur à membrane selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (2a) de détection de pression de la solution concentrée entre la membrane semi-perméable (4) et les moyens de récupération d'énergie et un circuit de commande pour commander les moyens de récupération d'énergie ou la valve de régulation de pression (2) d'une manière telle que la valeur indiquée par les moyens de détection de pression devient égale à la valeur calculée de la pression théorique de la solution concentrée dans le système pour un point de fonctionnement.
5. Séparateur à membrane selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection de débit de solution concentrée entre la membrane semi-perméa- ble (4) et les moyens de récupération d'énergie (7) et un circuit de commande pour commander les moyens de récupération d'énergie ou la valve de régulation de-pression (2) d'une manière telle que la valeur indiquée par les moyens de détection de débit devient égale à la valeur calculée du débit théorique de la solution concentrée dans le systeme pour un point de fonctionnement.
6. Séparateur à membrane selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection de débit en aval de la membrane semi-perméable (4) du côté de la solution diluée et un circuit de commande pour commander la valve de régulation de pression (2) ou les moyens de récupération d'énergie (7) d'une manière telle que la valeur indiquée par les moyens de détection de débit devient égale à la valeur théorique calculée, du débit de la solution diluée dans un système pour un point de fonctionnement.
7. Séparateur à membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit de commande pour calculer l'énergie minimale requise comporte un appareil de réglage de taux de recupération permise (il) de sorte qu'il est capable de calculer le point de fonctionnement pour lequel l'énergie requise est minimale dans la gamme de valeurs inférieur au taux de récupération permise de la membrane semi-perméable (4).
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