DE29920728U1 - Water softening reactor - Google Patents
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Description
RO/vo 990927GRO/vo 990927G
26. November 199926 November 1999
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum Enthärten von Wasser.The invention relates to a reactor for softening water.
Die Verringerung der Calcium- (Ca) und Hydrogencarbonat-Konzentration (HCO3), bekannt als Enthärtung und Entcarbonisierung, ist schon seit vielen Jahren Bestandteil des Aufbereitungsprozesses bei Wasserwerken. Seine einfache Wirkungsweise machte die chemische Enthärtung zu dem am häufigsten anzutreffenden Enthärtungsverfahren. Dabei unterscheidet der Fachmann die Langsam- von der Schnellenthärtung. Letztere unterliegt enger zu fassenden Randbedingungen, ausgehend von der Wasserbeschaffenheit, bietet aber den Vorteil des geringeren Raumbedarfes, der sich in kürzeren Aufenthaltszeiten und, damit einhergehend, höheren Durchflußgeschwindigkeiten ausdrückt. Dieses bedeutende Merkmal prägte die Bezeichnung des Verfahrens. Bei der Schnellentcarbonisierung fallen die Reststoffe vorwiegend in fester Form als Calciumcarbonat-Pellet an.The reduction of calcium (Ca) and hydrogen carbonate (HCO3) concentrations, known as softening and decarbonization, has been part of the treatment process in waterworks for many years. Its simple mode of action has made chemical softening the most common softening process. Experts distinguish between slow and rapid softening. The latter is subject to more stringent boundary conditions based on the water quality, but offers the advantage of requiring less space, which is reflected in shorter residence times and, as a result, higher flow rates. This important feature shaped the name of the process. With rapid decarbonization, the residual materials are mainly produced in solid form as calcium carbonate pellets.
Eine zunehmende Technisierung der Haushalte und insbesondere die Verwendung erwärmten Wassers verstärken den Wunsch nach einer Anpassung der Wassereigenschaften. Eine Vielzahl von Untersuchungen belegt sowohl den ökonomischen als auch ökologischen Sinn einer zentralen Enthärtung von Trinkwasser.Increasing mechanization of households and in particular the use of heated water are increasing the desire to adjust water properties. A large number of studies demonstrate both the economic and ecological benefits of central softening of drinking water.
Generell kann man die chemische Schnellenthärtung durch Zugabe einer Kalkhydratsuspension oder durch Natronlauge erreichen. Auch das Versetzen des Wassers mit einemIn general, chemical quick softening can be achieved by adding a lime hydrate suspension or caustic soda. Adding a
Kalkwasser (gelöstes Calciumhydroxid bis zu etwa 128 °dH Gesamthärte entspricht ca. 1700 g Ca(OH)2 je m3 ) bewirkt die Enthärtung, die Anwendung ist jedoch recht wartungsintensiv. Bei der Benutzung von Kalkhydratsuspensionen ging man in den vergangenen Jahren einen Weg, der aus der Entwicklung einer feindispersen und dadurch schnell reagierenden Calciumhydroxidsuspension (hochreaktive Kalkmilch genannt) folgte.Lime water (dissolved calcium hydroxide up to about 128 °dH total hardness corresponds to about 1700 g Ca(OH)2 per m 3 ) causes the softening, but its use is quite maintenance-intensive. In recent years, the use of hydrated lime suspensions has been a path that resulted from the development of a finely dispersed and therefore rapidly reacting calcium hydroxide suspension (called highly reactive milk of lime).
Aus Literatur und Praxis sind 3 verschiedene Bauformen von Enthärtungsreaktoren bekannt. Wie Fig. 1 zeigt, sind dies Spitzreaktoren vorwiegend konischer (a) oder zylindrischer (b) Form im deutschen Raum und im niederländischen Raum zylindrische (c) Reaktoren mit flachem Boden sowie konische (d) Reaktoren mit flachem Boden. Die im deutschen Raum als „zylindrischer Reaktor,, verbreitete Geometrie setzt sich aus einem unteren Konus, einem unteren zylindrischen Schuß, einem oberen Konus und einem oberen zylindrischen Schuß zusammen. Es kann auch auf den oberen zylindrischen Teil, den Klärbereich, verzichtet werden.Three different designs of softening reactors are known from literature and practice. As Fig. 1 shows, these are pointed reactors, predominantly conical (a) or cylindrical (b) in Germany and cylindrical (c) reactors with a flat bottom in the Netherlands, and conical (d) reactors with a flat bottom. The geometry known in Germany as a "cylindrical reactor" consists of a lower cone, a lower cylindrical section, an upper cone and an upper cylindrical section. The upper cylindrical part, the clarification section, can also be omitted.
Mit Etablierung des Schnellenthärtungsverfahrens ging im deutschen Raum eine Entwicklung vom konischen zum zylindrischen Reaktor vonstatten. Ausschlaggebender Grund für die Bevorzugung des zylindrischen Reaktors in jüngerer Vergangenheit war sicher die Tatsache, daß diese Geometrie kostengünstiger herzustellen ist. Dennoch besitzt der konische Reaktor einen Vorteil. Er verhilft dem Betrieb zu größerer Flexibilität. In beiden Reaktortypen entsteht durch am Reaktorfuß (vorwiegend tangential) einströmendes, zu enthärtendes Wasser eine aufwärtsgerichtete Strömungskomponente, die ein Pelletbett anheben und ausdehnen muß. Als Pellets werden mit Calciumcarbonat um-With the establishment of the rapid softening process, a development from the conical to the cylindrical reactor took place in Germany. The decisive reason for the preference for the cylindrical reactor in the recent past was certainly the fact that this geometry is cheaper to produce. Nevertheless, the conical reactor has an advantage. It helps to increase the flexibility of operation. In both types of reactor, the water to be softened flowing in at the base of the reactor (mainly tangentially) creates an upward flow component that has to raise and expand a pellet bed. The pellets are coated with calcium carbonate.
hüllte Sandkörner bezeichnet. Sie befinden sich in verschiedenen Reifezuständen und schichten sich mit anwachsendem Durchmesser nach unten ab. Während im zylindrischen Spitzreaktor die Aufwärtsströmungsgeschwindigkeit im unteren zylindrischen Schuß nur durch das Bett selbst verändert wird, weist der konische Spitzreaktor durch seine Querschnittsaufweitung eine nach oben zunehmende durchströmte Querschnittsfläche auf, die nach der Kontinuitätsgleichung ( Q= &ngr; * A ) eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit bewirkt. Das Pelletbett verlagert sich bei einer Änderung des Durchflusses. Beim zylindrischen Reaktor reagiert das Pelletbett bei Durchsatzänderungen mit unterschiedlichen Ausdehnungen. Dieses Verhalten spielt beim konischen Reaktor eine zweitrangige Rolle. coated sand grains. They are in different states of maturity and are layered downwards with increasing diameter. While in the cylindrical pointed reactor the upward flow speed in the lower cylindrical section is only changed by the bed itself, the conical pointed reactor has an upwardly increasing cross-sectional area through which the flow increases due to its cross-sectional expansion, which causes a reduction in the flow speed according to the continuity equation (Q= ν * A). The pellet bed shifts when the flow changes. In the cylindrical reactor, the pellet bed reacts to changes in throughput with different expansions. This behavior plays a secondary role in the conical reactor.
Die Entwicklung der flachen Böden in den Niederlanden resultierte aus der Anstrengung, über eine Vielzahl von Eintragspunkten sowohl für das zu enthärtende Wasser als auch für die Lauge [Ca (OH)2 oder NaOH] eine gute Einmischung zu realisieren. Ein Effekt der konstruktiven Lösung ist die geringere Bauhöhe eines Reaktors. Für die Dimensionierung eines Enthärtungsreaktors spielt neben Durchströmungsverteilungen und -geschwindigkeiten auch die Aufenthaltszeit eine Rolle. Bei Verwendung eines flachen Bodens entsteht somit eine geringere Bauhöhe bei gleichen Reaktionszeiten gegenüber einem Spitzreaktor. Gerade aber die Bauhöhe dieser Reaktoren bestimmt die Höhe des einhüllenden Bauwerkes und drückt sich als Baukosten aus. Wird ein konischer Reaktor verwendet, dann sollte der Winkel der Erweiterung idealer Weise dem eines Diffusors entsprechen, der keine wesentlichen Ablösungserscheinungen der Strömung von der Wandung verursacht.The development of flat bottoms in the Netherlands resulted from the effort to achieve good mixing at a large number of entry points for both the water to be softened and the alkali [Ca (OH)2 or NaOH]. One effect of the design solution is the lower construction height of a reactor. In addition to flow distributions and velocities, the residence time also plays a role in the dimensioning of a softening reactor. Using a flat bottom therefore results in a lower construction height with the same reaction times as a pointed reactor. However, it is precisely the construction height of these reactors that determines the height of the enclosing structure and is expressed in construction costs. If a conical reactor is used, the angle of the extension should ideally correspond to that of a diffuser, which does not cause any significant separation of the flow from the wall.
Zahlreiche Betriebsergebnisse mit Spitzreaktoren zeigen, daß diese technisch weniger aufwendige Bauform ebenfalls ausgezeichnete Wirkungen erzielt. Dabei fällt auf, daß die weit verbreitete tangentiale Einleitung des zu enthärtenden Wassers mit der daraus resultierenden Wirbelströmung im Reaktor weder Voraussetzung noch Garantie für eine einwandfreie Funktion sind. Auch die axiale Einleitung von unten ist über viele Jahre praxiserprobt. Sie bewirkt eine Pfropfenströmung, deren Strömungsenergie zum Anheben des Pelletbettes effektiver genutzt wird. Hier sind auch Parallelen zu der Funktion des Flachbodenreaktors zu finden.Numerous operating results with pointed reactors show that this technically less complex design also achieves excellent results. It is noticeable that the widespread tangential introduction of the water to be softened with the resulting vortex flow in the reactor is neither a prerequisite nor a guarantee for perfect functioning. The axial introduction from below has also been tried and tested over many years. It causes a plug flow, the flow energy of which is used more effectively to raise the pellet bed. Parallels can also be found here with the function of the flat-bottom reactor.
Die Korngrößenverteilung der Pellets spielt für die Ermittlung der Pelletabzugsmenge eine Rolle. Sie hängt aber wiederum von der Betriebsweise des Reaktors ab. Damit wird dem Bedienungspersonal eine schwierige Aufgabe übertragen. Es muß versuchen, die Volumenschwankung der Pellets um das Optimum recht gering zu halten.The grain size distribution of the pellets plays a role in determining the amount of pellets removed. However, this in turn depends on the mode of operation of the reactor. This gives the operating personnel a difficult task. They must try to keep the volume fluctuation of the pellets as low as possible around the optimum.
Ein zu großes Pelletvolumen wirkt sich hydraulisch negativ aus. Das Material sinkt in tiefere Bereiche. Im Extremfall sinken Pellets so weit ab, daß sich eine Bettsetzung ergibt. Drückt eine Pumpe einen durchflußgeregelten Volumenstrom in den Reaktor, kommt es zu Pulsationserscheinungen, die deutliche Trübungsanstiege des Reaktorablaufes nach sich ziehen.A pellet volume that is too large has a negative hydraulic effect. The material sinks into deeper areas. In extreme cases, pellets sink so far that bed settling occurs. If a pump pushes a flow-controlled volume flow into the reactor, pulsation phenomena occur, which result in a significant increase in the turbidity of the reactor outlet.
Da ständig Calciumcarbonat ausgefällt wird, wächst das Pelletvolumen stetig an. Nach der Hypothese eines optimalen spezifischen Pelletvolumens sollte dieses als Idealzustand immer im Reaktor vorherrschen. Es müßten kontinuierlich die zu großen Pelletkörner aus dem Reaktor ent-Since calcium carbonate is constantly precipitated, the pellet volume increases steadily. According to the hypothesis of an optimal specific pellet volume, this should always prevail in the reactor as an ideal state. The pellet grains that are too large should be continuously removed from the reactor.
fernt werden. In der Praxis wird der Pelletkornabzug aber in meist gleichen Zeitabständen durchgeführt.In practice, however, the pellet grain removal is usually carried out at regular intervals.
Die Beobachtung einiger Aufbereitungsanlagen mit solchen Reaktoren zeigte, daß zumeist sehr engagiertes Personal sich in einer langwierigen Einfahrphase das notwendige Gefühl zum ordnungsgemäßen Betrieb angeeignet hat. Ändern sich allerdings Betriebsverhältnisse oder fehlen diese Personen, folgen Fehleinschätzungen der Pelletabzugsmengen, des optimalen Kontaktvolumens und der erforderlichen äquivalenten Sandmenge. Geschieht dies über längere Zeit, verändert sich auch die Klassierung des Pelletbettes und die hydraulischen Verhältnisse wechseln.Observation of some processing plants with such reactors showed that, in most cases, very dedicated personnel have acquired the necessary feeling for proper operation during a lengthy start-up phase. However, if operating conditions change or these people are missing, incorrect assessments of the pellet discharge quantities, the optimal contact volume and the required equivalent sand quantity follow. If this happens over a longer period of time, the classification of the pellet bed also changes and the hydraulic conditions change.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, den aus dem Stand der Technik bekannten Reaktor zum Enthärten von Wasser so weiterzubilden und auszugestalten, daß ein zuverlässigerer Betrieb gewährleistet wird.The invention is therefore based on the technical problem of further developing and designing the reactor for softening water known from the prior art in such a way that more reliable operation is ensured.
Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird gemäß der Lehren der Ansprüche 1, 5, 12 und 14 jeweils für sich gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche zeigen verbesserte Ausführungsformen auf.The technical problem outlined above is solved according to the teachings of claims 1, 5, 12 and 14. The respective subclaims show improved embodiments.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei neben dem Aufbau der Reaktoren auch deren Eigenschaften und Vorteile dargestellt werden. In der Zeichnung zeigenIn the following, the invention is explained in more detail using exemplary embodiments, in which the structure of the reactors as well as their properties and advantages are presented. The drawing shows
Fig. la-d aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsformen verschiedener Reaktorgeometrien,Fig. la-d embodiments of various reactor geometries known from the prior art,
Fig. Ie eine erfindungsgemäße Reaktorgeometrie,Fig. Ie a reactor geometry according to the invention,
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Reaktor in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten^Fig. 2 a reactor according to the invention in a side view, partially sectioned^
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Einströmtopf eines Reaktors im Querschnitt,Fig. 3 shows an inlet pot of a reactor according to the invention in cross section,
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Reaktorkopf mit einem doppelten Ablauftrichter,Fig. 4 a reactor head according to the invention with a double discharge funnel,
Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Pelletabzug in einer Systemdarstellung .Fig. 5 shows a pellet extractor according to the invention in a system representation.
Eine erste Lehre der Erfindung betrifft einen Reaktor 2 zum Enthärten von Wasser mit einem unteren Konus 4 und mit einem oberen Konus 6, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der obere Konus 6 direkt an den unteren Konus 4 angrenzt und daß der obere Konus 6 einen kleineren Aufweitungswinkel als der untere Konus 4 aufweist. Somit geht der untere Konus 4 direkt in einen weiteren oberen Konus 6 über, wobei der Aufweitungswinkel an der Grenze zwischen beiden Konen 4 und 6 von unten nach oben spitzer wird.A first teaching of the invention relates to a reactor 2 for softening water with a lower cone 4 and with an upper cone 6, which is characterized in that the upper cone 6 directly adjoins the lower cone 4 and that the upper cone 6 has a smaller expansion angle than the lower cone 4. The lower cone 4 thus merges directly into another upper cone 6, with the expansion angle becoming more acute from bottom to top at the boundary between the two cones 4 and 6.
In bevorzugter Weise ist ein Reaktorkopf 8 vorgesehen, der sich direkt an den oberen Konus 6 anschließt und in dem der Auslaß 10 realisiert ist.Preferably, a reactor head 8 is provided which is directly connected to the upper cone 6 and in which the outlet 10 is realized.
In bevorzugter Weise weist der untere Konus 4 einen Aufweitungswinkel zur Lotrechten im Bereich von 10° bis 20°, vorzugsweise von 12° bis 18° und insbesondere von 14° bis 16° auf. Daneben weist der obere Konus 6 in bevorzugter Weise einen Aufweitungswinkel im Bereich von 2° bis 10°, vorzugsweise von 4° bis 8° und insbesondere von 5° bis 7° auf.The lower cone 4 preferably has an expansion angle to the vertical in the range from 10° to 20°, preferably from 12° to 18° and in particular from 14° to 16°. In addition, the upper cone 6 preferably has an expansion angle in the range from 2° to 10°, preferably from 4° to 8° and in particular from 5° to 7°.
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Der zuvor beschriebene Reaktor 2 verbraucht durch seine Dimensionierungsgrundlagen weniger Raumhöhe. Die Materialeinsparung beim Reaktor 2 selbst wiegt den Mehraufwand der konischen Form mehr als auf. Der Reaktor 2 ist also günstiger zu beschaffen als ein zylindrischer. Außerdem kann die Gebäudehülle deutlich kleiner ausfallen. Dies spart Baukosten.The previously described reactor 2 uses less room height due to its dimensioning principles. The material savings in reactor 2 itself more than outweigh the additional cost of the conical shape. Reactor 2 is therefore cheaper to purchase than a cylindrical one. In addition, the building shell can be significantly smaller. This saves construction costs.
Eine zweite Lehre der Erfindung betrifft einen Reaktor 2 zum Enthärten von Wasser mit einem Einlaßstutzen 12 und mit einem unteren Konus 4 dadurch gelöst, daß ein Mischtopf 14 vorgesehen ist, der den Einlaßstutzen 12 mit dem unteren Konus 4 verbindet und daß der Mischtopf 14 einen größeren Durchmesser als der Einlaßstutzen 12 aufweist und an der Verbindungsstelle zwischen Einlaßstutzen 12 und Mischtopf 14 einen Durchmessersprung hervorruft. Siehe dazu die Fig. 2 und 3.A second teaching of the invention relates to a reactor 2 for softening water with an inlet nozzle 12 and with a lower cone 4, solved by providing a mixing pot 14 which connects the inlet nozzle 12 to the lower cone 4 and by the mixing pot 14 having a larger diameter than the inlet nozzle 12 and causing a jump in diameter at the connection point between the inlet nozzle 12 and the mixing pot 14. See Figs. 2 and 3.
Sowohl Natronlauge als auch hochreaktive, feinteilige Kalkmilch haben sehr kurze Reaktionszeiten, die im Bereich von einigen Sekunden liegen. Daher wird mit dem erfindungsgemäßen Aufbau des Mischtopfes 14 die Enthärtungslauge am richtigen Ort sowie sehr schnell und gleichmäßig eingemischt, was letztlich eine äquivalente Problemstellung zur Entwicklung des Flachbodenreaktors darstellt. Der Durchmessersprung zwischen Einlaßstutzen 12 und Mischtopf 14 ist für eine bestimmte Mischenergie, ausdrückbar als Fließwiderstand ausgelegt. Die plötzliche Querschnittserweiterung bewirkt eine starke Verwirbelung. Direkt in diesen Bereich hinein injiziert man über mehrere, vorzugsweise im Betrieb ziehbare, Lanzen (nicht dargestellt) die Enthärtungslauge.Both caustic soda and highly reactive, finely divided milk of lime have very short reaction times, which are in the range of a few seconds. Therefore, with the inventive design of the mixing pot 14, the softening lye is mixed in at the right place and very quickly and evenly, which ultimately represents an equivalent problem to the development of the flat-bottom reactor. The jump in diameter between the inlet nozzle 12 and the mixing pot 14 is designed for a certain mixing energy, which can be expressed as flow resistance. The sudden cross-sectional expansion causes strong turbulence. The softening lye is injected directly into this area via several lances (not shown), which can preferably be pulled out during operation.
Weiterhin ist vorzugsweise im Bereich der Verbindungsstelle zwischen dem Mischtopf 14 und dem unteren Konus 4 ein Prallkörper 18 angeordnet, wobei der Prallkörper 18 als Prallplatte ausgebildet ist. Dagegen kann der Prallkörper 18 auch als konischer Strömungskörper ausgebildet sein. Der Prallkörper 18 hat die Aufgabe, die zentrische Fließgeschwindigkeitsspitze im Strömungsprofil radial zu vergleichmäßigen.Furthermore, an impact body 18 is preferably arranged in the area of the connection point between the mixing pot 14 and the lower cone 4, the impact body 18 being designed as an impact plate. On the other hand, the impact body 18 can also be designed as a conical flow body. The impact body 18 has the task of radially equalizing the centric flow velocity peak in the flow profile.
Weiterhin sind Abstandhalter 20 vorgesehen, die den Prallkörper 18 im Bereich der Verbindungsstelle halten. Somit kann der Prallkörper 18 in der aufsteigenden Strömung gehalten und weitgehend allseitig umströmt werden.Furthermore, spacers 20 are provided which hold the impact body 18 in the area of the connection point. The impact body 18 can thus be held in the ascending flow and can be largely flowed around on all sides.
Im Vergleich mit einem aus dem Stand der Technik bekannten tangentialen Einströmtopf hat ein axialer Mischtopf 14 den Vorteil der besseren Pelletklassifizierung. Offenbar ist die bei tangentialer Einströmung auftretende Wirbelströmung ein Störfaktor bei der Klassifizierung. Eine gute Klassifizierung bewirkt, daß beim Pelletabzug mehr größere Pellets entnommen werden und dadurch eine günstigere Ausnutzung des Kontaktmaterials entsteht.In comparison with a tangential inflow pot known from the prior art, an axial mixing pot 14 has the advantage of better pellet classification. Apparently, the eddy current that occurs with tangential inflow is a disruptive factor in the classification. Good classification means that more larger pellets are removed during pellet extraction, thus resulting in more efficient use of the contact material.
Über dem Mischtopf 14 weitet sich der Reaktor 2 recht schnell auf. Die radiale Ablenkung und Aufweitung des einschießenden Wasserstrahles durch den Prallkörper 18 kompensiert den hydraulisch negativen Einfluß des recht großen Aufweitungswinkels. Der Durchmesser des Prallkörpers und der Aufweitungswinkel des Konus 4 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Potentiallinien sich hinter dem Prallkörper 18 wieder schließen, bevor sie das im unteren Konus 4 angeordnete Pelletbett 22 erreichen.The reactor 2 expands quite quickly above the mixing pot 14. The radial deflection and expansion of the incoming water jet by the impact body 18 compensates for the hydraulically negative influence of the relatively large expansion angle. The diameter of the impact body and the expansion angle of the cone 4 are coordinated in such a way that the potential lines close again behind the impact body 18 before they reach the pellet bed 22 arranged in the lower cone 4.
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Das zuvor beschriebene Reaktorelement des Konus 4 entspricht dem unteren Konus zahlreicher zylindrischer Spitzreaktoren. Es weitet den Fließquerschnitt schnell auf und reduziert damit die Fließgeschwindigkeit, so daß der Fließweg zum Aufenthaltsort erster Pellets kurz wird. Der Konus 4 endet mit Erreichen einer Durchströmfläche, die bei Minimaldurchsatz eine genügend große Fließgeschwindigkeit erzeugt, um das Pelletbett 22 in Schwebe zu halten.The reactor element of cone 4 described above corresponds to the lower cone of numerous cylindrical pointed reactors. It quickly widens the flow cross-section and thus reduces the flow velocity so that the flow path to the location of the first pellets becomes short. Cone 4 ends when it reaches a flow area which, at minimum throughput, generates a sufficiently high flow velocity to keep the pellet bed 22 in suspension.
Im unteren Konus 4 befinden sich ein Pelletentnahmestutzen 24, siehe Fig. 2. Die Anordnung dieses Stutzens 24 in seinem Höhenniveau ist ein wichtiger Funktionsparameter. Die größten Pelletkörner müssen sich bei voller Durchsatzleistung und entlastetem Pelletbett über dem Pelleentnahmestutzen 24 aufhalten.In the lower cone 4 there is a pellet removal nozzle 24, see Fig. 2. The arrangement of this nozzle 24 in terms of its height is an important functional parameter. The largest pellet grains must be above the pellet removal nozzle 24 at full throughput and with the pellet bed unloaded.
Würden Pellets wegen ihres Übergewichtes unterhalb des Abzugsquerschnittes gelangen, fingen sie sich in einer Falle und würden vom turnusmäßigen Abzug nicht mehr erfaßt. If pellets were to get below the cross-section of the trigger due to their excess weight, they would get caught in a trap and would no longer be caught by the regular trigger.
Dem unteren Konus 4 folgt - wie oben beschrieben - der obere Konus 6 kleineren Aufweitungswinkels. Er sorgt dafür, daß keine nennenswerten Rückströmungen direkt am Wandbereich zustande kommen. Solche Rückströmungen würden Pellets abwärts transportieren und dadurch eine vertikale Verwirbelung verursachen, die wiederum die Klassifizierung stört. Der Öffnungswinkel stellt einen Kompromiß zwischen den Bestrebungen, wenig Turbulenzen zu erzeugen und eine zügige Aufweitung zu erreichen, dar.The lower cone 4 is followed - as described above - by the upper cone 6 with a smaller expansion angle. This ensures that no significant backflow occurs directly at the wall area. Such backflow would transport pellets downwards and thereby cause vertical turbulence, which in turn disrupts the classification. The opening angle represents a compromise between the efforts to generate little turbulence and to achieve rapid expansion.
Der obere Konus 6 endet dann, wenn der erreichte Durchmesser (bezeichnet als Klärdurchmesser) eine mittlereThe upper cone 6 ends when the achieved diameter (referred to as the clearing diameter) is a medium
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Aufwärtsströmung bewirkt, die so gering ist, daß selbst die kleinsten Kontaktkörner nicht aufschwimmen. Mit Hilfe des Stoke'sehen Gesetzes kann überschläglich die Minimalgröße von Kontaktkörnern bestimmt werden. Überschläglich nur deshalb, weil Reynoldszahlen von ca. 20.000 vorliegen und über ca. 2000 von turbulenter Strömung gesprochen wird. Voraussetzung für die Anwendung des Stoke'sehen Gesetzes ist ein ungestörtes Absinken bzw. laminare Strömung. Die Praxis bestätigt jedoch weitgehend den Verbleib der benutzten Korngrößen bei darauf ausgerichteten Fließquerschnitten. Mit einem vorgegebenen Durchmesser D kann man eine Sinkgeschwindigkeit bestimmen, zu der die Aufwärtsströmung im Gleichgewicht stehen muß, soll sich das Korn in Schwebe halten. Die Pelletkörner selbst verlegen die durchströmte Querschnittsfläche und verursachen in großer Vielzahl somit eine Fließbeschleunigung.Upward flow is caused which is so small that even the smallest contact grains do not float. With the help of Stoke's law, the minimum size of contact grains can be roughly determined. Only roughly because Reynolds numbers of around 20,000 are available and above around 2000 turbulent flow is spoken of. The prerequisite for the application of Stoke's law is undisturbed sinking or laminar flow. In practice, however, the grain sizes used remain the same for flow cross-sections designed for this purpose. With a given diameter D, a sinking speed can be determined at which the upward flow must be in equilibrium if the grain is to remain suspended. The pellet grains themselves block the cross-sectional area through which the flow occurs and in large numbers thus cause a flow acceleration.
Am Ende des oberen Konus 6 befindet sich weiterhin ein .Entnahmestutzen 26. Dort fließt Meßwasser zu einer pH-Messung. Sie ist Regelgröße der Enthärtungslaugen-Dosierung .At the end of the upper cone 6 there is also a withdrawal nozzle 26. Measuring water flows there for a pH measurement. This is the control variable for the softening solution dosage.
Über die Höhe des oberen Konus 6 verteilen sich eine Reihe von Entnahmestutzen 28 für Proben. Sie sind verrohrt und führen zu einem nicht dargestellten Probenahmetisch. Dort kann eine Probe gezogen und bezüglich der Pellets beurteilt werden.A series of sampling nozzles 28 for samples are distributed over the height of the upper cone 6. They are piped and lead to a sampling table (not shown). A sample can be taken there and assessed with regard to the pellets.
Eine dritte Lehre der vorliegenden Erfindung betrifft Reaktor 2 zum Enthärten von Wasser mit einem Reaktorkopf 8 und mit einer Ablaufvorrichtung 30, wobei der Reaktor 2 dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ablaufvorrichtung 30 zwei Ablauftrichter 32 und 34 aufweist, daß die GeometrieA third teaching of the present invention relates to a reactor 2 for softening water with a reactor head 8 and with a discharge device 30, wherein the reactor 2 is characterized in that the discharge device 30 has two discharge funnels 32 and 34, that the geometry
&eegr; &eegr;&eegr;&eegr;
und der Abstand der Ablauftrichter 32 und 34 voneinander und zum Reaktorkopf im wesentlichen die Bedingungand the distance between the discharge funnels 32 and 34 from each other and from the reactor head essentially satisfies the condition
A AA A
^1RiHg im Ring, außerhalb Trichter^ 1 RiHg in the ring, outside the funnel
AA AA
innerer Trichter im Ring, unter Trichleinner funnel in the ring, under trichle
erfüllen, wobei giltfulfill, whereby
ARing=, durchströmter Ringquerschnitt zwischen den Ablauftrichtern 32 und 34 an der engsten Stelle, Ainnerer Trichter= zentraler Öf fnungsquerschni11 des Ablauftrichters 34,ARing=, flow-through ring cross-section between the discharge funnels 32 and 34 at the narrowest point, Ainner funnel= central opening cross-section of the discharge funnel 34,
Aim Ring, außerhalb Trichter = durchströmte Querschnittsfläche im Reaktor am Ende des oberen Konus 6 außerhalb des Ablauftrichters 34 liegend undAim Ring, outside funnel = flow-through cross-sectional area in the reactor at the end of the upper cone 6 outside the discharge funnel 34 and
Aim Ring, unter Trichter = durchströmte Quer schnitt s fläche im Reaktor am Ende des oberen Konus 6 unterhalb des Ablauftrichters 34 liegend.Aim ring, below funnel = cross-sectional area through which the fluid flows in the reactor at the end of the upper cone 6 below the discharge funnel 34.
Weiterhin sind Abstandhalter 36 vorgesehen, die den inneren Ablauftrichter 36 beabstandet zum äußeren Ablauftrichter 32 halten.Furthermore, spacers 36 are provided which keep the inner drain funnel 36 at a distance from the outer drain funnel 32.
Diese Ausführung des vorliegenden Reaktors zeigt eine unkonventionelle Konstruktion, die eine gute Ablaufsymmetrie, gepaart mit konstruktiver Einfachheit und guter Demontagemöglichkeit, vereint. Über dem oberen Konus 6 schließt ein als Klöpperboden ausgebildeter Reaktorkopf den Reaktor 2 ab. Sein Zentrum hat eine kreisrunde Öffnung, versehen mit einem Blockflansch 38. Darauf ist der Ablauftrichter 32 aufgesetzt. Innerhalb des Ablauftrichters 32 befindet sich der innere Ablauftrichter 34, siehe Fig. 4. Der Abstand der beiden Ablauftrichter 32 und 34 voneinander sowie die Größe der zentrischen Öffnung des inneren Ablauftrichters 34 sind für eine gute Vergleich-This version of the reactor in question shows an unconventional design that combines good discharge symmetry, coupled with structural simplicity and good disassembly options. Above the upper cone 6, a reactor head designed as a dished bottom closes off the reactor 2. Its center has a circular opening, provided with a block flange 38. The discharge funnel 32 is placed on top of this. The inner discharge funnel 34 is located inside the discharge funnel 32, see Fig. 4. The distance between the two discharge funnels 32 and 34 and the size of the central opening of the inner discharge funnel 34 are important for good comparison.
····· ········· ····
mäßigung des Strömungsprofiles im Reaktor verantwortlich. Siehe dazu die hypothetischen Strombahnen 40 und 42, die einerseits in den Bereich des inneren Ablauftrichters 34 und andererseits zwischen beiden Ablauftrichtern 32 und 34 verlaufen.responsible for moderating the flow profile in the reactor. See the hypothetical flow paths 40 and 42, which run on the one hand into the area of the inner discharge funnel 34 and on the other hand between the two discharge funnels 32 and 34.
Eine vierte Lehre der vorliegenden Erfindung betrifft einen Reaktor 2 zum Enthärten von Wasser mit einem Gehäuse 2, 4 und 6 und mit einem im unteren Bereich des Gehäuses 2, 4 und 6 angeschlossenen Abzugsrohr 44 zum Abziehen von Pellets, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Abzugsrohr 44 in einem Auffangbehälter 46 mündet, daß ein Entnahmerohr 48 zum Entnehmen von Pellets am unteren Ende des Auffangbehälters 46 angeordnet ist, daß eine Überlaufkante 50 zum Ablassen von Wasser im Auffangbehälter 46 angeordnet ist und daß der Auffangbehälter 46 auf einer Wägevorrichtung 52 zum Wiegen der in den Auffangbehälter 46 eingelassenen Pelletmenge angeordnet ist.A fourth teaching of the present invention relates to a reactor 2 for softening water with a housing 2, 4 and 6 and with an exhaust pipe 44 connected in the lower region of the housing 2, 4 and 6 for removing pellets, which is characterized in that the exhaust pipe 44 opens into a collecting container 46, that a removal pipe 48 for removing pellets is arranged at the lower end of the collecting container 46, that an overflow edge 50 for draining water is arranged in the collecting container 46 and that the collecting container 46 is arranged on a weighing device 52 for weighing the amount of pellets let into the collecting container 46.
Die Entwicklung des zuvor dargestellten automatischen Pelletabzuges versetzt das Wasserwerkspersonal in die Lage, eine automatische diskontinuierliche Pelletentnahme mit geringen Zeitabständen durchzuführen, so daß die Schwankung des Volumens um das Optimum gering bleibt. Außerdem wird dem Personal die Entscheidung abgenommen, wieviel Pellets abgezogen werden müssen und welche Sandmenge zuzugeben ist.The development of the automatic pellet removal system described above enables the waterworks staff to carry out automatic, discontinuous pellet removal at short intervals, so that the fluctuation in volume around the optimum remains small. In addition, the staff are no longer required to decide how many pellets need to be removed and how much sand needs to be added.
Die abzuziehende Pelletmenge kann man rechnerisch ermitteln. Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung arbeitet selbständig und vollautomatisch. Sie stellt immer einen Basiszustand wieder her, unabhängig von der zwischendurch abgeschiedenen Kalkmasse. Sie ermittelt eine äquivalente Sandmenge und führt sie dem Reaktor wieder zu. Die Tätig-The amount of pellets to be removed can be calculated. The device described below works independently and fully automatically. It always restores a basic state, regardless of the lime mass that has been deposited in the meantime. It determines an equivalent amount of sand and feeds it back into the reactor. The activity
keit des Bedienpersonals beschränkt sich auf Sichtkontrollen. The operator’s responsibility is limited to visual inspections.
Eine vollautomatische oder halbautomatische Arbeitsweise ist möglich. Die Vollautoraatik kann zu voreingestellten Zeitpunkten die entstandene Pelletmasse ermitteln oder das Erreichen einer vorgegebenen, seit dem letzten Abzug neu entstandenen Pelletmasse registrieren und dann den Pelletabzug selbständig durchführen.A fully automatic or semi-automatic mode of operation is possible. The fully automatic system can determine the mass of pellets produced at preset times or register when a predetermined mass of pellets has been produced since the last extraction and then carry out the pellet extraction independently.
Die Halbautomatik überläßt dem Personal letztendlich die Entscheidung zum Starten des Abzugsvorganges. Dadurch behält dieses die Kontrolle. Dabei können ebenfalls verschiedene Kriterien zur Ermittlung der entstandenen Pelletmasse nach letzem Abzug Berücksichtigung finden: auf Anforderung oder ständig und Meldung nach Erreichen einer voreingestellten Zielgröße.The semi-automatic system ultimately leaves the decision to start the extraction process to the staff. This means that they retain control. Various criteria can also be taken into account to determine the pellet mass produced after the last extraction: on request or continuously and a report after a preset target size has been reached.
Eine automatische Pelletabzugsvorrichtung schließt die Lücke in der automatischen Betriebsführung der Schnellenthärtung. Sie stabilisiert die Klassifizierung des Pelletbettes und sorgt für ein optimales Kontaktvolumen. Auch dies erhöht die Qualität der Aufbereitung, denn Abweichungen von der optimalen Kontaktfläche quittiert der Prozeß mit dem Anstieg der Ablauftrübung.An automatic pellet extraction device closes the gap in the automatic operation of the rapid softening system. It stabilizes the classification of the pellet bed and ensures an optimal contact volume. This also increases the quality of the processing, because the process acknowledges deviations from the optimal contact area with an increase in the effluent turbidity.
Der automatische Pelletabzug befreit das Wasserwerkspersonal von einer Tätigkeit, die - obwohl sie für den Prozeßablauf äußerst dominierend ist - viel Gefühl und Engagement verlangt.The automatic pellet discharge relieves the waterworks staff of a task which - although it is extremely dominant for the process - requires a great deal of feeling and commitment.
Der Reaktor weist in bevorzugter Weide die folgenden Merkmale auf, wie anhand der Fig. 5 nachzuvollziehen ist:The reactor preferably has the following features, as can be seen from Fig. 5:
- 14 -- 14 -
Das Entnahmerohr 48 ist mit einem Pelletsilo 54 verbunden, insbesondere ist das Entnahmerohr 48 über einen mit einer Wasserleitung 56 verbundenen Injektor 58 mit dem Pelletsilo 54 verbunden.The extraction pipe 48 is connected to a pellet silo 54, in particular the extraction pipe 48 is connected to the pellet silo 54 via an injector 58 connected to a water pipe 56.
Ein Pumpenvorlagebehälter 60 ist über eine Leitung mit einer mit der Überlaufkante 50 verbundenen Rinne 62 verbunden. Weiterhin ist eine Pumpe 64 zum Pumpen des im Pumpenvorlagebehälter 60 angeordneten Wassers in den Behälter 4, 6 und 8 des Reaktors 2 vorgesehen.A pump reservoir 60 is connected via a line to a channel 62 connected to the overflow edge 50. Furthermore, a pump 64 is provided for pumping the water arranged in the pump reservoir 60 into the containers 4, 6 and 8 of the reactor 2.
Des weiteren ist ein Sandvorratsbehälter 66 vorgesehen, der auf einer Wägevorrichtung 68 angeordnet ist und über einen mit einer Wasserleitung 70 verbundenen Injektor 72 mit dem Behälter 4, 6 und 8 des Reaktors verbunden ist.Furthermore, a sand storage container 66 is provided, which is arranged on a weighing device 68 and is connected to the containers 4, 6 and 8 of the reactor via an injector 72 connected to a water line 70.
Schließlich ist eine Steuerung vorgesehen, die aus dem von der Wägevorrichtung 52 gemessenen Gewicht der Pellets über einen frei wählbaren Umrechnungsfaktor eine äquivalente Masse Sand berechnet, die aus dem Sandvorratsbehälter 66 in den Reaktor einzuführen ist.Finally, a control system is provided which calculates an equivalent mass of sand from the weight of the pellets measured by the weighing device 52 using a freely selectable conversion factor, which is to be introduced from the sand storage container 66 into the reactor.
Der Abzugsvorgang läuft folgendermaßen ab, siehe auch Fig. 5:The withdrawal process is as follows, see also Fig. 5:
Mit Hilfe des Abzugsrohrs 44 wird dem Reaktor 2 Kornmasse entnommen. Dabei verläßt neben dem Feststoffmaterial auch reichlich Wasser den Reaktor 2. Das 2-Phasen-Gemisch gelangt in einen Auffangbehälter 46. Das Abzugsrohr 44 weist keine mechanische Verbindung zum Auffangbehälter 4 auf.Grain mass is removed from the reactor 2 using the discharge pipe 44. In addition to the solid material, a large amount of water also leaves the reactor 2. The 2-phase mixture enters a collecting container 46. The discharge pipe 44 has no mechanical connection to the collecting container 4.
Der Auffangbehälter 46 steht auf der Wägevorrichtung 52, die kontinuierlich das Gewicht ermitteln kann. Der Auf-The collecting container 46 is placed on the weighing device 52, which can continuously determine the weight.
fangbehälter 46 besitzt am Tiefpunkt das Entnahmerohr 48. Die Überlaufkante 50 realisiert den maximalen Wasserspiegel. Tritt das Pellet-Wasser-Gemisch in den Auffangbehälter 46 ein, dann trennen sich gravitativ die Pellets ab und sinken nach unten. Das durch ihr Volumen verdrängte Wasser und das in den Auffangbehälter 46 eintretende Wasser füllen zunächst den Auffangbehälter 46, der dann über die Überlaufkante 50 in den Pumpenvorlagebehälter 60 überläuft.The collecting container 46 has the extraction pipe 48 at its lowest point. The overflow edge 50 creates the maximum water level. If the pellet-water mixture enters the collecting container 46, the pellets separate by gravity and sink downwards. The water displaced by their volume and the water entering the collecting container 46 initially fill the collecting container 46, which then overflows over the overflow edge 50 into the pump storage container 60.
Der nachgeschaltete Pumpenvorlagebehälter 60 dient der Pufferung. Er kann entfallen, wenn das überlaufende Wasser im Freispiegel abfließen soll. Er wird erforderlich als Pumpenvorlage zum Wiederaufnehmen und Wiedereinbringen des Wassers durch die Pumpe 64 in den Reaktor 2.The downstream pump reservoir 60 serves as a buffer. It can be omitted if the overflowing water is to flow away in the open air. It is required as a pump reservoir for collecting and reintroducing the water into the reactor 2 via the pump 64.
Zur Eichung wird die Wägevorrichtung 52 des Auffangbehälters 46 bei völliger Wasserfüllung auf Null gestellt. Dadurch wird nur das Gewicht der eingelagerten Pellets unter Auftrieb gemessen. Hat der Auffangbehälter 46 sein Maximalfassungsgewicht oder das vorgegebene Abzugsgewicht erreicht, schließt eine Armatur des zuführenden Abzugsrohrs 44. Danach öffnet das Entnahmerohr 48 für Kornmasse aus dem Auffangbehälter 46. Sie mündet in einen Injektor 58, welcher mit dem Öffnen des Entnahmerohrs 48 aktiv wird. Der Injektor 58 fördert den gesamten Inhalt des Auffangbehälters 46 in das Pelletsilo 54.For calibration, the weighing device 52 of the collecting container 46 is set to zero when it is completely filled with water. This means that only the weight of the stored pellets under buoyancy is measured. When the collecting container 46 has reached its maximum capacity or the specified discharge weight, a valve on the supply discharge pipe 44 closes. The extraction pipe 48 for grain mass from the collecting container 46 then opens. It flows into an injector 58, which is activated when the extraction pipe 48 is opened. The injector 58 conveys the entire contents of the collecting container 46 into the pellet silo 54.
Die steuernde Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ermittelt aus den Meßwerten der Wägevorrichtung 52 das tatsächliche Pelletgewicht. Über einen (frei verstellbaren) Umrechnungsfaktor kann eine äquivalente Masse Sand ermittelt werden, die als Kornersatz dem Reaktor 2 zugeführt werden soll. Der Umrechnungsfaktor resultiert aus demThe controlling programmable logic controller (PLC) determines the actual pellet weight from the measured values of the weighing device 52. Using a (freely adjustable) conversion factor, an equivalent mass of sand can be determined that is to be fed to reactor 2 as a grain replacement. The conversion factor results from the
durchschnittlichen Calciumcarbonatanteil eines Pelletkornes. Er muß durch eine Siebung bestimmt werden. Gerade die Pelletabzugsautomatik ist dann der Garant für die Beständigkeit der Pelletklassifizierung und des Umrechnungsfaktors .average calcium carbonate content of a pellet grain. It must be determined by sieving. The automatic pellet extraction system is then the guarantee for the consistency of the pellet classification and the conversion factor.
Der Sandvorratsbehälter 66 steht auf der Wägevorrichtung 68, so daß die gemessene Gewichtsabnahme dem entnommenen Sandgewicht entspricht. Das Sandentnahmerohr 69 läßt so lange Sand in einen fördernden Injektor 72 rieseln bis die Zielmasse erreicht wird. Dann wird das Sandentnahmerohr 69 geschlossen. Der Injektor 72 transportiert dann das ein Sand-Wasser-Gemisch in den Reaktor 2.The sand storage container 66 is placed on the weighing device 68 so that the measured weight loss corresponds to the weight of sand removed. The sand removal pipe 69 allows sand to trickle into a conveying injector 72 until the target mass is reached. The sand removal pipe 69 is then closed. The injector 72 then transports the sand-water mixture into the reactor 2.
Die zuvor beschriebene Pelletabzugsvorrichtung wird nur einmal für eine Enthärtungsanlage aufgestellt. Jeder einer Mehrzahl von Reaktoren 2 erhält dann einen entsprechenden Anschluß.The pellet extraction device described above is only installed once for a water softening system. Each of a plurality of reactors 2 then receives a corresponding connection.
Claims (18)
erfüllen, wobei gilt
ARing = durchströmter Ringquerschnitt an der engsten Stelle,
Ainnerer Trichter = zentraler Trichteröffnungsquerschnitt,
Aim Ring, außerhalb Trichter = durchströmte Querschnittsfläche im Reaktor am oberen Konusende außerhalb des Ablauftrichters liegend und
Aim Ring, unter Trichter = durchströmte Querschnittsfläche im Reaktor am oberen Konusende unterhalb des Ablauftrichters liegend.
fulfill, whereby
A Ring = ring cross-section through which the fluid flows at the narrowest point,
A inner funnel = central funnel opening cross-section,
A in the ring , outside the funnel = cross-sectional area through which the reactor flows at the upper end of the cone outside the discharge funnel and
A in the ring, below funnel = cross-sectional area through which the fluid flows in the reactor at the upper end of the cone below the discharge funnel.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE29920728U DE29920728U1 (en) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | Water softening reactor |
Applications Claiming Priority (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29920728U1 (en) |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20000330 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20030102 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20060220 |
|
| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20080603 |