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Régulation de la neutralisation des eaux


Il est fréquent d'avoir à neutraliser un liquide par addition d'acide ou de base. Ce peut être par exemple un effluent aqueux avant traîtement biologique ou rejet dans le milieux naturel, ou bien un flux procédé. L'objectif sera d'obtenir une valeur de pH proche de 7. L'addition d'acide abaissera le pH, tandis que l'addition de base l'augmentera. La neutralisation peut être faite de manière discontinue en batch, ou continue. La neutralisation discontinue pourra faire appel à toutes sortes de moyens de contrôle discontinus voire manuels. La neutralisation continue fera appel à un régulateur pour ajuster le débit de réactif.  Dans les procédés continus, le flux à neutraliser et le réactif sont introduits dans un mélangeur qui permet la réaction et assure un minimum de temps de séjour avant la mesure du pH résultant. Plus rarement le mélange et la réaction se font en ligne dans le tuyau véhiculant le flux à neutraliser.
Evolution du pH en cours de neutralisationLa difficulté de cette opération vient de la non linéarité de la courbe de neutralisation. L'évolution du pH est très lente loin du point de neutralisation mais très rapide à son approche. En conséquence il sera difficile d'atteindre un pH précis sans une grande maitrise des débits de réactif et de flux à neutraliser.


Régulation directe

Schéma de base d'une régulation de pHLe schéma de régulation le plus simple consiste à mesurer en continu le pH du flux en aval de l'addition de réactif (acide ou base), et faire commander la vanne réglant le débit d'injection par un régulateur dont le rôle sera de maintenir la valeur de pH mesurée égale à une consigne.
Ce schéma peut être satisfaisant si:
 - le débit et la pression du flux à neutraliser sont stables
 - la pression de réactif est stable
Si les débits de flux à neutraliser ou de réactif sont difficiles à maitriser, il faut envisager une régulation en ratio.

Régulation par ratio de débit

Schéma de régulation de neutralisation par ratioDes variations même faibles des débits de flux à neutraliser ou de réactif peuvent rapidement conduire à un résultat hors spécification. Il sera possible de s'affranchir de ces perturbations en régulant le ratio entre les deux flux. Pour cela il faudra mesurer les débits de flux à neutraliser et de réactif en plus de la valeur de pH. Le débit de réactif sera régulé en ajustant l'ouverture de la vanne d'injection, tandis que le débit de flux à neutraliser est subit ou fixé par ailleur dans le procédé. Le ratio entre les deux débits est régulé en agissant sur le point de consigne du régulateur de débit de réactif. Le pH est régulé en agissant sur le point de consigne du régulateur de ratio.

Régulation avec ajustement du gain

Evolution du gain du procédé de neutralisationUne autre difficulté rencontrée dans une régulation de pH lors d'une neutralisation, est la grande augmentation du gain du procédé au voisinage du point de neutralisation. Le gain du procédé est le rapport de la variation de la variable à régler (ici le pH) sur la variation de la variable réglante (ici le débit de réactif). Les régulateurs utilisent, dans leur algorithmes de calcul standard, une valeur de gain fixe. Pour permettre au régulateur de fonctionner efficacement, on considère généralement que le gain du procédé ne doit pas varier de plus d'un facteur 4 sur le domaine d'utilisation. On est généralement bien au delà dans le cas d'une neutralisation. Cela signifie que si le gain du régulateur est adapté au gain du procédé au voisinage de la neutralisation, il réagira trop peu  lorsque le procédé s'en éloignera.

Schéma de régulation de pH de neutralisation avec adaptation du gain Pour permettre au régulateur d'être aussi efficace sur tout le domaine d'utilisation il faut adapter le gain du régulateur au gain du procédé. Ceci se fait assez facilement avec les systèmes de conduite numériques. Il faut créer un bloc de calcul qui détermine le gain à appliquer au régulateur en fonction du pH mesuré. Ainsi si le pH est éloigné du point de neutralisation le gain appliqué sera élevé conduisant à une forte réaction du régulateur. Plus le pH se rapprochera de la valeur de neutralisation, plus le gain du régulateur sera faible.

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