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Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren von Teilmengen eines Nebenstromes,
die der Durchflußmenge je Zeiteinheit eines mit wechselnder Geschwindigkeit
fließenden Hauptstromes proportional sind Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Dosierung von Teilmengen eines Nebenstromes, die der Durchflußmenge je Zeiteinheit
eines mit wechselnder Geschwindigkeit fließenden Hauptstromes proportional sind
und Vorrichtungen zur Ausführung dieses Verfahrens.
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Um chemische Reaktionen kontinuierlich auszuführen, ist es bekanntlich
notwendig, die Reaktionsteilnehmer in den gegebenen Mengenverhältnissen gleichmäßig
in den Reaktionsraum einzuführen und die Endprodukte nach Maßgabe des Reaktionsverlaufes
aus dem Reaktionsraum zu entfernen.
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Das Zuteilen von Stoffmengen in irgendeinem Verhältnis in einen kontinuierlichen
Prozeß wird bekanntlich als Dosierung bezeichnet.
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Es ist bekannt, die jeweilige Durchflußmenge des Hauptstromes in der
Zufuhrleitung, z. B. mittels eines Zählwerkes oder ähnlicher bekannter Vorrichtungen
kontinuierlich zu messen und den jeweiligen Meßwert in einen Steuerwert für eine
Dosiervorrichtung im Nebenstrom umzuwandeln. Zählvorrichtung und Dosiervorrichtung
können mechanisch gekoppelt sein.
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Die meisten Verfahren und Vorrichtungen zum mengenverhältnisgleichen
Mischen zweier oder mehrerer strömender Medien, z. B. Flüssigkeitsströme, gehen
davon aus, daß aus dem kontinuierlichen Hauptstrom eine gewählte Menge abgemessen
wird, etwa mittels eines Durchflußmengenzählers, und daß dieser mit Erreichen des
vorgegebenen Mengenwertes die Ingangsetzung von Fördereinrichtungen, z. B. von Pumpen
für die ebenfalls vorgegebenen Mengen der zuzumischenden Nebenströme auslöst (deutsche
Patentschriften 605 769, 618 999, 623 889).
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Der gegebene Mengenwert kann in einen Zeitwert umgesetzt werden, welcher
die Laufdauer der Fördereinrichtungen der Nebenströme bestimmt (deutsche Patentschriften
598 864 und 856 062).
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Zur selbsttätigen Regelung des pI-I-Wertes oder anderer elektrisch
meßbarer Zustandsgrößen in strömenden Flüssigkeiten ist ein Verfahren bekannt, bei
dem Regelventile wegen ihrer Korrosionsanfälligkeit vermieden werden. Nach diesem
Verfahren werden beispielsweise bei kontinuierlichen Neutralisationsprozessen Teilmengen
der kontinuierlich zuströmenden, z. B. sauren Flüssigkeit mit Teilmengen des z.
B. basischen Zusatzmittels absatzweise miteinander vermischt, wobei entweder die
Menge der zuströmenden Flüssigkeit oder die Menge des Zusatzmittels für jeden Mischvorgang
von der Zustandsgröße des Gemisches abhängig gemacht wird.
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Bei dieser Anordnung mit geschlossenem Regelkreis kann die Zugabe
des Zusatzmittels nach dem Durchsatz einer gegebenen Menge im Hauptstrom erfolgen,
oder in gegebenen Zeitabständen in Ab-
hängigkeit von der in dieser Zeit im
Hauptstrom durchgeflossenen Menge (deutsche Patentschrift 877681).
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Die bekannten Verfahren setzen eine im wesentlichen gleichbleibende
Strömungsgeschwindigkeit im Hauptstrom voraus. Für Mischvorgänge, bei denen die
Komponenten aus Vorratsbehältern gefördert werden, ist diese Voraussetzung im allgemeinen
erfüllt.
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Bei großen und oder raschen Geschwindigkeitsschwankungen im Hauptstrom
kann die für die Zumessung der Nebenströme verfügbare Zeit zu lang oder zu kurz
sein, was in jedem Falle eine unregelmäßige Durchmischung zur Folge hat.
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Eine kontinuierliche, jedoch nur annähernd mengenproportionale Dosierung
ist möglich, wenn in kurzen, konstanten Schaltperioden ein Augenblickswert des kontinuierlichen
Zuflusses im Hauptstrom ermittelt und z. B. elektrisch auf ein Regelgetriebe zwischen
Antriebsmotor und Dosieraggregat übertragen wird, so daß die Dosierung dem gemessenen
Augenblickswert des Zuflusses folgt. Mengenschwankungen zwischen den periodischen
Meßwertabnahmen werden dabei jedoch nicht erfaßt, so daß eine streng mengenproportionale
Dosierung nicht erfolgt.
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Erfolgt die mengenproportionale Dosierung der Reaktionspartner in
kontinuierliche Prozesse intermittierend jeweils nach Durchgang einer definierten
Teilmenge
durch den Meßquerschnitt im Hauptstrom, dann ist zu berücksichtigen, daß bei zeitweilig
sehr kleinen Durchflußmengen je Zeiteinheit die Zuteilung von konstanten
Mengen aus dem Nebenstrom in großen Zeitabständen entsprechend den Schaltintervallen.
des Impulsgebers erfolgt. Dadurch erfahren dieKonzentrationsverhältnisse iinReaktionsraum
erhebliche zeitliche Änderungen, was bei kontinuierlichem Verfahren unerwünscht
oder gar hinderlich ist.
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Andererseits ist im allgemeinen die Menge der im Reaktionsraum befindlichen
Reaktionsmischung groß gegenüber den je Zeiteinheit zugeführten Mengen der
Reaktionspartner und den je Zeiteinheiten entnommenen Reaktionsprodukten.
Eine periodische Zugabe einzelner oder mehrerer Reaktionspartner in kurzen Zeitabständen
ist deshalb ohne wesentliche Beeinflussung der Konzentrationsverhältnisse im Reaktionsraum
möglich, weil sowohl die Durchmischung der Komponenten im Reaktionsraum als auch
der Verlauf der Reaktion selbst einige Zeit beanspruchen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Dosieren von Teilmengen eines Nebenstromes, die der Durchflußmenge
je Zeiteinheit eines mit variabler Geschwindigkeit fließenden Hauptstromes
proportional sind, wobei die Hauptmenge in bestimmten Zeitintervallen integrierend
als Verstellung des Anzeigers eines Mengenmessers gemessen wird und in der Rückführungszeit
dieses Mengenanzeigers über den Verstellweg die jeweilige proportionale Teilmenge
dem Hauptstrom zugemischt wird, wobei die Mengenmessung und die Dosie-rung in gleich
langen Zeitintervallen erfolgt.
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Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die
Zeitintervalle unmittelbar aufeinanderfolgen und etwa ein bis zwei Minuten betragen
und daß der in dem Meßintervall erreichte Verstellweg durch einen mit gleichbleibender
Geschwindigkeit laufenden Motor im Dosierintervall rückgängig gemacht wird und daß
während der Dauer der Rückführung in bekannter Weise die zu dosierende Teihnenge
aus Fördergeräten mit vorgegebener konstanter Geschwindigkeit in die Hauptmenge
eingeführt wird.
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Die integrierende Durchflußmengenmessung und die Bemessung der Laufzeit
der Fördergeräte erfolgen vorzugsweise alternierend, indem im Zeitintervall der
Durchflußmengenmessung der im voraufgehenden Zeitintervall erhaltene Meßwert in
die Laufzeit der Fördergeräte umgewandelt wird.
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Im Verfahren mit der erfindungsgemäßen Kennzeichnung zur Dosierung
der Reaktionspartner für kontinuierlich ausgeführte Umsetzungen wird als Hauptstrom
vorzugsweise die mengenmäßig größte Komponente kontinuierlich in einem Reaktionsraum
eingeführt, wobei die Durchflußmenge in einem bestimmten kurzen Zeitintervall, z.
B. 1 Minute, integrierend gemessen wird. Der für die Durch:Rußmenge in einem
vorgegebenen kurzen Zeitintervall ermittelte Meßwert wird in ein lineares Längen-
oder Winkelmaß umgewandelt.
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Hierfür eignet sich jedes integrierende Meßwerk, beispielsweise ein
Flüssigkeitszähler. Eine für Fernsteuerungen besonders geeignete Anordnung, die
in dem neuen Verfahren bevorzugt zur Anwendung gelangt, besteht aus einer Meßblende
oder einem Venturirohr mit einem Radiziergerät, einem Meßwertwandler, der die Meßwerte
in elektrische Spannungs- oder Intensitätsschwankungen umwandelt, und aus einem
Meßmotor, der mit einer diesen Spannungs- oder Intensitätsschwankungen proportionalen
Geschwindigkeit aus einer Nullstellung vorwärts läuft. Die Laufzeit dieses Meßmotors
ist das Zeitintervall, in welchem die Durchflußmenge der kontinuierlich in den Reaktionsraum
eingeführten streng mengenproportionale Dosierung nicht erfolgt.
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Danach wird der Meßmotor vom Durchflußmesser ab und auf eine konstante
Stromquelle, umgeschaltet, und zwar derart, daß der Motor mit konstanter Drehzahl
in die Nullstellung zurückläuft. Während dieser Rücklaufzeit werden durch Schaltrelais
die mit definierter Förderleistung arbeitenden Dosiervorrichtungen eingeschaltet
und geben Stoffmengen ab, welche der Rücklaufzeit direkt proportional sind. Die
Rücklaufzeit ergibt sich aus der konstanten Drehzahl des Motors während des Rücklaufes
und aus der Laufstrecke. Diese Laufstrecke aber ist das Längen- oder Winkelmaß,
z. B. die Zahl der Umdrehungen, weiches der kontinuierlich gemessenen Durchflußmenge
im Zeitintervall der ununterbrochen zugeführten Komponente proportional ist.
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Die Förderleistung der periodisch betätigten Dosiervorrichtungen wird
zweckmäßig auf den im Meßintervall erforderlichen maximal möglichen Chemikalienbedarf
eingestellt.
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Außerdem wird die Rücklaufgeschwindigkeit des Meßmotors vorteilhaft
so hoch bemessen, daß sie etwas größer ist als die maximale Vorlaufgeschwindigkeit,
die der höchsten zu erwartenden Durchflußmenge je Zeiteinheit der kontiguierlich
zufließenden Komponente entspricht, um zwischen den beiden Arbeitsabschnitten des
Meßmotors eine Schaltpause zu gewinnen. Die Umschaltung des Meßmotors von einem
Arbeitsabschnitt auf den folgenden erfolgt mittels einer bekannten Schaltuhr in
konstanten Zeitabständen.
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Bei geringen kurzzeitigen Schwankungen der Durchflußmenge im Hauptstrom,
d. h. bei zeitlich nahezu konstantem Durchfluß der kontinuierlich zufließenden
Komponente kann es genügen, die Durchflußmenge in einem kurzen Zeitintervall, z.
B. in 1 Minute, integrierend zu messen und in der folgenden Minute nach Unischaltung
durch die Dosiervorrichtungen den Chemikalienbedarf für z. B. 2 Minuten zu dosieren.
Dabei ist zwar die während der Dosierzeit kontinuierlich zufließende Komponente
ohne Einfluß auf die mengenproportionale Dosierung der übrigen Komponenten. Das
ist jedoch unerheblich, solange mit einem zeitlich nahezu konstanten Zufluß der
kontinuierlich zugeführten Komponente gerechnet werden darf. Auf einem wichtigen
Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Dosierverfahrens, der Wasserbehandlung und
Abwasserreinigung, ist jedoch oft mit kurzzeitigenSchwankun-"en 01 der Mengenzufuhr
des Rohwassers im Haupt strom zu rechnen. Diese dürfen jedoch in keinem Fall zu
Qualitätsschwankungen in behandelten Reinwasser führen. Deshalb soll zu keinem Zeitpunkt
eine Rohwassermenge in den Behandlungsraum eintreten, der nicht auch eine genau
dosierte Menge der zur Behandlung erforderlichen Chemikalien gegenübersteht. Die
bevorzugte Schaltanordnung zur Ausführung des neuen Dosierverfahrens sieht deshalb
zwei Meßmotoren vor, die von einer Schaltuhr wechselweise in die beiden Arbeitsabschnitte
der
integrierenden Messung und die Steuerung der Dosiergeräte eingeschaltet
werden.
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Während der eine der beiden Meßmotoren die in dem konstanten Zeitintervall
dem Reaktionsraum kontinuierlich zuström2r#de Menge integrierend mißt, bestimmt
der andere Meßmotor die Laufdauler der Dosiergeräte nach Maßgabe der Durchsatzmenge
der im voraufgegangenen Zeitintervall gemessenen Zulaufmenge. Dem Reaktionsraum
werden also alle Reaktionskomponenten in genauen proportionalen oder äquivalenten
Mengen zugeführt, wobei die nach der Durchflußmenge der kontinuierlich zufließenden
Komponente dosierten Komponenten um ein Zeitintervall verschoben in den Reaktions#raum
gelangen.
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Durch Anordnung der Meßstelle in ausreichender Entfernung von dem
Reaktionsraum kann in einfacher Weise erreicht werden, daß die dosierten Komponenten
gleichzeitig mit der kontinuierlich zufließenden Komponente in den Reaktionsraum
eintreten.
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Das neue Verfahren erlaubt eine genaue mengenproportionaleDosierung
vonZusatzstoffen aus einem oder mehreren Nebenströmen in einen kontinuierlich fließenden
Hauptstrom auch dann, wenn sich dessen Strömungsgeschwindigkeit erheblich und bzw.
oder rasch ändert.
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Die Genauigkeit beruht darauf, daß im Wechsel gleicher, kurzer, unmittelbar
aufeinanderfolgender Zeitintervalle ein exakter Durchflußmengenwert gemessen und
dieser gleich anschließend in die Laufdauer von Dosiergeräten mit konstanter Förderleistung
umgewandelt wird. Da die in den kurzen, unmittelbar aufeinanderfolgenden Zeitintervallen
in den Mischraum, z. B. ein Reaktionsbecken, eintretenden Mengen des Hauptstromes
und der Nebenströme gegenüber dem Inhalt dieses Mischraumes klein sind, werden örtliche
oder zeitliche Konzentrationsschwankungen im Mischraum vermieden. Eine Kontrolle
oder Korrektur der Dosierung nach einer Zustandsgröße des Gemisches oder Reaktionsproduktes
in einem geschlossenen Regelkreis ist nicht erforderlich.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung sind in den Zeichnungen Schaltanordnungen
von Vorrichtungen zur Ausführung des neuen Dosierverfahrens schematisch dargestellt.
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Abb. 1 zeigt die Schaltanordnung mit einem Meßmotor;
Ab b. 2 zeigt die Schaltanordnung mit zwei abwechselnd in den Meßvorgang
und in die Dosierung geschalteten Meßmotoren; Ab b. 3 ist ein Diagramm, das
zur Erläuterung des Beispiels dient, wobei auch der Austrag von Reaktionsprodukten
aus dem Reaktionsraum mit der Dosierung der Komponenten gekoppelt ist.
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Die elektrische Schaltungsanordnung gemäß A b b. 1 enthält
ein von der Strömungsgeschwindigkeit des kontinuierlich zufließenden Stoffes über
Mengenmesser und Radiziergerät gesteuerten Widerstand 1, einen Meßmotor 2
mit einer Schaltklinke 3
und einen Unterbrecherkontakt 4, eine Schaltuhr
5
mit einem Dreifachschalter 6 und einen Einstellwiderstand
7. Mit einem Schaltrelais 8 können eine oder mehrere Dosiervorrichtungen
und gegebenenfalls Vorrichtungen zum Materialaustrag betätigt werden. Als Stromquelle
dient eine Gleichstromquelle 9. An Stelle des Widerstandes 1 können
z. B. Meßgeräte treten, die einen der Strömungsgeschwindigkeit der kontinuierlich
zufließenden Komponente proportionalen Intensitäts- oder Gleichspannungswert abgeben.
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In der in der A b b. 1 dargestellten Schaltstellung ist der
Meßmotor auf die Durchflußmengenmessung geschaltet.
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Die Änderungen der Durchflußmenge je Zeiteinheit werden auf
den Widerstandsabgriff übertragen, wodurch die Mengenschwankungen in Spannungsänderungen
umgewandelt werden, denen die Drehzahl des Meßmotors proportional folgt. Dieser
Zusammenhang kommt in folgender Gleichung (1) zum Ausdruck: dw= c-
du. (1)
Darin bedeutet dw den Augenblickswert der Laufgeschwindigkeit
des Motors, du den entsprechenden Augenblickswert der elektrischen Spannung;
c ist eine Apparaturkonstante des Meßmotors.
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In einem konstanten Zeitintervallt,-t. werden alle den verschiedenen
Spannungswertendu entsprechenden Drehzahlen zu einem Laufweg s addiert. Das ist
ein Integrationsvorgang, der in der Gleichung
ausgedrückt ist.
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Das Zeitintervall t,-t, wird durch die Schaltuhr bemessen und beispielsweise
auf 1 Minute eingestellt. Der Wegs ist dann die Länge des Kreisbogens,
um den sich die Schaltklinke 3 von dem Unterbrechungskontakt 4 entfernt.
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Der Dreifachschalter der Schaltuhr enthält einen doppelpoligen Umschalter
mit den Kontakthebeln 6 a
und 6b und einen einfachen Unterbrechungsschalter
mit dem Kontakthebel 6 c.
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Bei Ablauf des Zeitintervalls tl-to schaltet die Uhr die Kontakthebel
6 a und 6 b von dem zugehörigen Kontakt 11 bzw. 1.3,
die im Stromkreis des Das neue Verfahren erlaubt eine genaue mengen-Potentiometers
liegen, auf den zugehörigen Kontakt 10 bzw. 1,2. Die Kontakte 10,
12 verbinden den Meßmotor mit vertauschten Polen praktisch unmittelbar mit der Stromquelle
9. Gleichzeitig wird der Kontakthebel 6 c mit seinem Kontakt 14 verbunden,
wodurch die zu steuernden Dosiergeräte über das Relais 8 in Gang gesetzt
werden.
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Auf Grund der Umschaltung liegt der Motor an konstanter Spannung und
läuft demgemäß mit konstanter Drehzahl von dem in der voraufgehenden Schaltstellung
erreichten Endpunkt zurück, bis die Schaltklinke 3 den Unterbrecherkontakt
4 erreicht und diesen öffnet. Dadurch kommt der Motor durch Unterbrechung des Stromkreises
9 +, 4, 7, 12, 10, 9 -
zum Stillstand. Außerdem wird auch das
Schaltrelais 8 der Dosiervorrichtung durch Unterbrechung des Stromkreises
9+, 4, 6c, 14, 8, 9- stromlos. Die Dosiervorrichtung ist somit während
einer Zeitspanne, die der Durchlaufmenge während des Zeitintervalls ti-t. im Meßquerschnitt
proportional ist, in Betrieb gewesen. Der Meßmotor befindet sich in der Ausgangsstellung
für die Aufnahme eines weiteren Meßwertes für die Durchflußmenge während eines weiteren
Zeitintervalls t,-t. im Meßquerschnitt.
Diese Aufnahme beginnt,
sobald die Schaltuhr die Kontakthebel 6a und 6b wieder auf die Kontakte
11 und 13 umlegt und den Kontakthebel 6 c
vom Kontakt
1.4 abhebt. Während dieser Zeit bleibt das Schaltrelais für die Dosiergeräte stromlos,
und der Meßmotor läuft im Uhrzeigerdrehsinn wi eder vorwärts, bis die Zeit t,
- t. verstrichen ist. Durch den Widerstand 7 wird die Drehzahl
des Meßmotors während des Rücklaufes auf einen Wert eingestellt, der so hoch ist,
daß die Rücklaufzeit auch für sehr lange Rücklaufwege nahezu gleich, vorzugsweise
etwas kürzer ist als das durch die Schaltuhr vorgeschriebene Zeitintervall, um eine
Zeitspanne für den Verlauf der Sch - altvorgänge verfügbar zu halten.
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Wie bereits oben bemerkt, eignet sich die Anordnung gemäß
Ab b. 1 mit nur einem Meßmotor für kontinuierliche Prozesse, in denen die
Durchflußmenge je Zeiteinheit der kontinuierlich zufließenden Komponente
keinen wesentlichen zeitlichen Änderungen, insbesondere keinen kurzzeitigen Schwankungen,
unterliegt.
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Die neue Schaltanordnung berücksichtigt langzeitige Durcbsatzschwankungen
im Durchsatz der Hauptkomponente selbsttätig und hat zudem den Vorteil, eine gewünschte
Änderung der Durchsatzleistung, also eine Erhöhung oder Verminderung so zu vereinfachen,
daß nur die Zufuhrmenge je Zeiteinheit der kontinuierlich zufließenden Komponente
neu eingestellt wird, während die Dosierung der übrigen Komponenten selbsttätig
folgt.
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Durch die neue Schaltungsordnung kann auch eine Austragsvorrichtung
für die Reaktionsprodukte aus dem Reaktionsraum gesteuert werden, so daß die Reaktionsprodukte
in einer gewünschten Abhängigkeit von der Zufuhr der Reaktionspartner ent-nommen
werden.
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Die Anordnung gemäß Abb. 2 enthält einen Durch:flußmengenmesser
101, einen Einstellwiderstand 1,02 als Meßwertübertrager, Meßmotoren
103
und 104 mit Schaltklinken 105 und 106 und zugehörigen Unterbrechungskontakten
107 und 108, eine Schaltuhr 109 mit einem Mehrfachschalter
110, Einstellwiderstände 111: und 112 und ein Schaltrelais 124 zur Betätigung
der Dosiervorrichtungen.
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Von der in' Abb. 1 beschriebenen Steuervorrichtung unterscheidet
sich die Vorrichtung gemäß Abb. 2 durch einen weiteren Meßmotor und den entsprechend
erweiterten Mehrfachschalter 110. Dieser Schalter enthält zwei doppelpolige
und einen einpoligen Umschalter. Zu den doppelpoligen Umschaltern gehören die Kontakthebel
110 a, 110 b mit den Kontakten 113, 114, 115,
116, die Kontakthebel 110 c und 110 d mit den Kontakten
117, 118, 119,
120. An die Stelle des Unterbrecherschalters 6c,
14
der Ab b. 1 ist ein einpoliger Umschalter mit seinem Kontakthebel
110 e und Kontakten 121 und 122 getreten.
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Durch die beiden doppelpoligen Umschalter werden die, beiden Meßmotoren
abwechselnd, jeweils unter Umpolung in den Stromkreis des Meßwertübertragers 102
und unmittelbar auf die Stromquelle geschaltet. Der einpolige Umschalter verbindet
das Schaltrelais 124 jeweils mit dem Unterbrechungskontakt 107 bzw. ffl,
dessen Meßmotor in den Relaisstromkreis eintritt.
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In der Schaltstellung gemäß A b b. 2 befindet sich der Meßmotor
103 im Stromkreis des Meßwertübertragers 102, so daß er aus der durch die
Schaltklinke 105 und den Unterbrecherkontakt 107 gegebenen Ausgangsposition
vorwärtsläuft, beispielsweise ün Uhrzeigersinn. Während dieses Vorwärtslaufes ändert
sich die Umdrehungszahl proportional mit den vom Meßwertübertrager abgegebenen Spannungswerten.
Der nach Ablauf des von der Schaltuhr angegebenen Zeitintervalls von der SchaltIdinke
105 erreichte Ab-
stand im Winkelmaß vom Unterbrechungskontakt
107
ist das Maß für die im Zeitintervall durch den Meßquerschnitt des Durchflußmengenmessers
gegangene Flüssigkeitsmenge, das dann im Relaisstromkreis für die Einstellung der
Laufdauer der Dosiergeräte dient. Während sich der Meßmotor 103 auf die Durchflußmenge
in einem Zeitintervall einstellt, läuft der Meßmotor 104 aus der im voraufgehenden
Zeitintervall erreichten Endstellung, z. B. dem Uhrzeigerdrehsinn entgegengesetzt,
in'die Ausgangsposition zurück, in welcher die Schaltklinke 106 den Unterbrecherkontakt
108 öffnet. Während der Dauer dieses Rücklaufes setzt das Relais 124 ein
oder mehrere Dosiergeräte und gegebenenfalls eine Austragsvorrichtung am Reaktionsgefäß
in Gang.
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Wie im Falle der Schaltung gemäß Ab b. 1 ist auch hier die
Rücklaufgeschwindigkeit des. Meßmotors konstant und wird mittels des Widerstandes
112 auf eine solche Höhe eingestellt, daß die Schaltklinke auch bei langem Rücklaufweg
vor dem Ende der Schaltperiode die Ausgangsstellung wieder erreicht. Zum gleichen
Zweck ist dem Meßmotor 103
der Widerstand 111. zugeordnet. Beispiel
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll in Verbindung mit einem kontinuierlichen
Reinigungsprozeß für Oberflächenwasser durch Zusatz von Kalziumhydroxyd und Ferrichlorid
beispielsweise erläutert werden.
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Zur Aufbereitung werden je Kubikmeter Oberflächenwasser
100 g Kalziumhydroxyd und 10 g
Ferrichlorid zugesetzt. Das Kalkhydrat
wird trocken in Pulverform durch einen Dosierteller zugemessen, während das Ferrichlorid
in 10#%iger wäßriger Lösung zur Anwendung gelangt und durch eine Dosierpumpe zugemessen
wird.
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Bei maximaler Leistung der Anlage von 600 m3/h sind
je Minute also für 10 m3 Rohwasser 1000 g
Kalkhydrat und
11 der 10'3/oigen FeC13-Lösung zu dosieren.
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In die Rohwasserzuleitung ist eine Meßblende eingebaut, welche für
einen maximalen Wirkdruck von 3000 mm Wassersäule eingestellt ist. Das Anzeigegerät
1.01 zeigt nach der Radizierung linear die Durchflußmenge an. Mit dem Anzeigegerät
ist ein Drehpotentiometer gekoppelt und wandelt Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit
in elektrische Spannungsschwankungen um. Der maximalen Strömungsgeschwindigkeit
von 600 M3/h in der Zuflußleitung entsprechend bei den vorgesehenen konstanten
Widerständen 120 mA an den Anschlüssen des Meßmotors im Potentiometerstromkreis.
Mit dieser Stromstärke läuft der Meßmotor in dem von der Schaltuhr angegebenen Zeitintervall
von einer Minute aus der Ausgangsstellung um 3000 in Sinne der Uhrzeiger
nach vom. Bei einer Stromstärke von nur 60 mA würde sich die Drehung nur
über 150'
bewegen.
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Nach Ablauf des Zeitintervalls von 1 Minute wird der Meßmotor
aus dem Potentiometerstromkreis herau
. s und in den Relaisstromkreis
eingeschaltet. Hier liegen konstant 120mA an seinen Anschlüssen, je-
doch
mit umgekehrter Polung. Der Meßmotor läuft also in einer Minute zurück, bis er sich
beim Erreichen der Endstellung durch öffnen des Unterbrechungskontaktes mit Hilfe
der Schaltklinke selbst ausschaltet und zugleich den Relaisstrom unterbricht. Während
des Rücklaufes des Meßmotors ist das Relais geschlossen, und die Dosiervorrichtungen
laufen inzwischen mit einer eingestellten konstanten Abgabeleistung, die im vorliegenden
Falle auf die benötigten Maximalmengen 1 kg Kalkhydrat je Minute bzw.
11 FeC1.-Lösung je Minute eingestellt sind. Mit der öffnung des Unterbrechungskontaktes
wird die Dosierung beendet.
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Hat der Meßmotor im Potentiometerstromkreis infolge zeitweilig geringerer
Strömungsgeschwindigkeit im Meßquerschnitt die maximale Endstellung von
300' nicht erreicht, dann ist der Rücklauf des Motors im Relaisstromkreis
zeitiger beendet und auch die Laufzeit der Dosiergeräte wird entsprechend verkürzt,
und dadurch werden auch die von ihnen abgegebenen Stoffmengen proportional verkleinert.
Während der übrigen Zeit des Schaltintervalls stehen der Meßmotor und die Dosiergeräte
dann still, bis mit Beginn einer neuen Schaltperiode der Meßmotor wieder in den
Vorlauf geschaltet wird und die Dosiergeräte - infolge des Rücklaufes des
zweiten Meßmotors - erneut in Betrieb gesetzt werden.
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Bei der Reinigung von Wässern auf chemischem Wege durch Zusatz von
Fällungs- und bzw. oder Flockungsmitteln oder auf biologischem Wege in Gegenwart
von Aktivschlämmen od. dgl. benötigen die gebildeten festen Reaktionsprodukte eine
Absitzzeit, um sich in dem meist konischen Schlammsammelraum aus dem Zustand einer
dünnen Suspension anzureichern und zu einem konzentrierteren Schlamm zu verdichten.
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Um den Feststoffen ausreichend Zeit zum Ab-
sitzen zu bieten,
ist ein kontinuierlicher Schlammaustrag oft nicht möglich. Ein intermittierender
periodischer Schlammaustrag kann durch Kopplung mit der Schaltung der Dosiergeräte
für die Chemikalienzufuhr erreicht werden, wobei die Vorrichtung zur Austragung
des Schlammes mit der Schaltfrequenz der Dosiergeräte betätigt wird. Vorteilhaft
wird der Schlammaustrag jedoch in noch größeren Zeitabständen vorgenommen, um die
Absitzzeit im Sammelraum zu verlängern und den Schlamm in größeren Mengen abzuziehen.
Dann können Abschlammrohre mnd -ventile mit größerem Durchmesser verwendet werden,
wodurch die Verstopfungsgefahr bedeutend vermindert wird.
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Außerdem wird beim stoßweisen Abziehen größerer Schlammengen der Schlamm
im konischen Sammelraum zur Trichterspitze hingezogen, und bereits an den Wänden
abgesetzter Schlamm rutscht in gleicher Richtung nach.
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Um die Schlammentnahme bei vergrößerten Austragsintervallen mit der
Schaltung der Dosiergeräte koppeln zu können und die Mengenproportionalität in bezug
auf den Wasserdurchsatz und- die Chemikalienzugabe zu wahren, wird die Abschlammung
durch ein Zeitschaltwerk mit einer einstellbaren Umlaufzeit von z. B.
10 Minuten und einem Schalter, der während eines Umlaufes für ein ebenfalls
einstellbates Zeitintervall von z. B. 2 Minuten geschlossen wird und ein oder mehrere
Schlammaustragsvorrichtungen betätigt, gesteuert. Dieses Zeitschaltwerk wird von
dem Relais 124, das auch die Dosiergeräte ein-und ausschaltet, betätigt und ist
an eine eigene konstante Stromquelle angeschlossen.
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In der Ab b. 2 ist das Laufwerk dieses Zeitschaltwerkes mit
130 bezeichnet. Es betätigt den Schalter 131 für ein an diesem einstellbares
Schaltintervall. Bei Schließstellung dieses Schalters werden ein oder mehrere Magnetventile
oder ähnliche steuerbare Organe 133 geöffnet. Die Durchflußleistungen der
Ventile 133 ergeben sich aus ihrem Querschnitt und der öffnungsdauer.
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Wenn die Wasserreinigungsanlage auf Vollast läuft, dann sind die Dosiergeräte
dauernd in Betrieb, und dementsprechend ist auch das Zeitschaltwerk 130
131
ständig in Betrieb. -
Die kurzen Schaltpausen, die beim -oben beschriebenen
Austauschen der Meßmotoren zwischen den beiden Stromkreisen eintreten, können außer
Betracht bleiben.
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Wenn die Wasserreiniungsanlage mit halber Höchstleistung betrieben
wird, dann sind die Dosiergeräte und auch das Zeitschaltwerk für den Schlammaustrag
in jedem Schaltintervall nur zeitweilig in Betrieb.
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Das Laufwerk 130 addiert die Dosierzeiten der einzelnen Schaltintervalle,
und wenn deren Summe gleich der eingestellten Umlaufzeit des Laufwerkes ist, dann
wird auch die Abschlammvorrichtung für die Dauer des am Zeitschalter 131
eingestellten Schaltintervalls geöffnet.
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Diese Relation, die den Rohwasserverhältnissen, dem Chemikalienbedarf,
den Schlammeigenschaften u. dgl. beliebig angepaßt werden kann, bleibt bei allen
zeitlichen Schwankungen der Rohwassennenge konstant. Die verlangte Mengenproportionalität
des Schlammaustrages in bezug auf die Rohwassermenge und in der Schlammkonsistenz
angepaßten Zeitabständen ist damit erfüllt.
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Die mengenproportionale Abschlammung kann je-
doch auch derart
erfolgen, daß das Zeitschaltwerk während eines jeden Umlaufes eine Kontaktklinke
für die Dauer des gewählten Schaltintervalls schließt, z. B. mittels einer Nockenscheibe,
daß jedoch im gleichen Stromkreis ein Schaltschütz 134 angeordnet ist, der den Stromkreis
nur so lange geschlossen hält, wie das Laufwerk in Gang ist.
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Das Zeitintervall, währenddessen die Abschlammvorrichtung geöffnet
sein soll, kann z. B. durch einfaches Auswechseln der Schaltnocken variiert werden.
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Bei sehr geringen Rohwasserduirchsätzen wird der Schlammaustrag, der
im wesentlichen durch die Auslaufmenge und die öffnungsdauer der Austragsvorrichtung
gegeben ist, auf mehrere Schaltintervalle der Dosierung verteilt, so daß die Feststoffkonzentration
im Behandlungsraum gleichmäßiger gehalten und die durchschnittliche Absitzzeit verlängert
wird.
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Die Schaltvorgänge, die in der Wasserreinigungsanlage im Laufe von
z. B. 15 Minuten erfolgen, sind in Ab b. 3 in Form eines Diagramms
dargestellt.
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Dieses Diagramm hat drei Teile A, B, C.
Allen Teilen ist als Abszisse eine Zeitskala in Minuten gemeinsam. Im Diagramm
A ist als Ordinate der Rohwasserzulauf aufgetragen, wobei die Vollast von
600 m3/h mit 100 % eingesetzt ist. Im Diagramm B ist als Ordinate
die Nennleistung einer der Dosiervorrichtungen eingetragen, hier- beispielsweise
der
Eisenchloridzugabe. Die in Abhängigkeit vom Rohwasserzulauf
veränderlichen Dosiermengen erscheinen bei dieser Darstellung als Flächen konstanter
Höhe, aber veränderlicher Breite. Das Diagramm C enthält lediglich eine horizontale
Zeitskala. über dieser Zeitskala sind in der mit D bezeichneten Zeile durch
horizontale Marken die durch die Meßmotore 103 und 103 ausgelösten
Betriebszeiten der Dosierwerke eingetragen. Die oberen Marken gelten für den Meßmotor
104, die unteren für den Meßmotor 103.
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Unter der Zeit§kala sind in der mit A bezeichneten Zeile in
gleicher Weise durch dick gezeichnete Marken. die Betriebszeiten der Dosiergeräte,
in denen zugleich die Abschlammvorrichtung in Gang gesetzt wird, eingetragen. Auch
hier sind die oberen Marken dem Meßmotor 104 zugeordnet, die unteren dem Meßmotor
103.
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Aus diesem Diagramm ist folgendes abzulesen,> Teil A besagt,
daß in dem betrachteten Betriebsabschnitt in den ersten 2 Minuten je 5 m3
Rohwassßr in die Anlage fließen. Diese läuft dabei mit der halben Maximalleistung.
In der dritten und den folgenden Minuten fließen je 7,5 m3 zu. Die Anlage
läuft dann mit 75 D/o der Maximalleistung und nach 14 Minuten sind insgesamt
100 m3 Rohwasser zugeflossen.
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Die Anpassung der dosierten Zusatzmengen an den Rohwasserzufluß ist
aus dem Teil B des Diagramms ersichtlich. Für die in der ersten Minute des betrachteteii
Betriebsabschnittes zugeflossene - Rohwassermenge werden in der zweiten Minute
die proportionalen Stoffmengen, von denen hier nur eine Komponente dargestellt ist,
zugeführt. Mit Beginn der zweiten Minute werden die Dosiervorrichtungen für
30 Sekunden in Gang gesetzt, entsprechend der nur zu 50"/o ausgenutzten maximalen
Durchsatzleistung. Das gleiche wiederholt sich in der dritten Minute für den in
der zweiten Minute gemessenen Zuflußmengenwert. In der vierten Minute werden die
Dosiergeräte 45 Sekunden in Gang gehalten, nachdem in der dritten Minute die Zuflußmenge
auf 75"/o der maxi-Malen Durchsatzleistung, nämlich auf 7,5 m3/min gestiegen
ist. In -den folgenden Minuten sind die Dosiergeräte jeweils 45 Sekunden in Gang.
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In den ersten 14 Minuten des betrachteten Betriebsabschnittes sind
100 mg Rohwasser in die Anlage eingeführt worden. Das ist die Menge, für
die je-
weils die Abschlammung vorgenommen werden soll. Im Teil
C des Diagramms ist dieser Vorgang an den Anfang der Zeitskala gelegt
und gilt für die im voraufgegangenen Zeitabschnitt in die Anlage eingeführten
100 mg Rohwasser.
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Mit der Einschaltung der Dosiergeräte in der zweiten Minute des betrachteten
Betiiebsabschnittes wird auch die Abschlammung in Gang gesetzt und läuft zunächst
30 Sekunden, also ebensolange wie die Dosiergeräte. In der dritten
Minute wird die Abschlammvorrichtung nochmals für 30 Sekunden eingeschaltet.
Da in dieser Minute der Rohwasserzu-.lauf jedoch auf 7,5-!n3=75"/o der Maximalleistung
steigt, werden in -,der vierten Minute die Dosiergeräte für 45 Sekunden eingeschaltet.
Mit Beginn der fünften Minute ist die Abschlammung 1 Minute und 45'Sekunden
geöffnet gewesen. Der Meßmotor104 schaltet jetzt wieder die Dosiergeräte und die
Abschlammung ein. Während die ersteren 45 Sekunden in Gang gehalten werden, unterbricht
das Zeitschaltwerk 130,
131, das dem Schaltrelais 124 parallel -liegt,
den Stromkreis der Abschlammvorrichtuno nach 15 Sekunden, weil dann die eingestellte
Schlammaustragsdauer von 2 Minuten für 1600 m3 Rohwasserzufluß abgelaufen
ist. Von da ab läuft das Laufwerk 130 mit den Dosiergeräten - weiter
mit, oh - ne jedoch die Ab#-schlammventile über den Schalter131 einzuschalten.
Es addiert dabei jedoch die Laufzeiten der Dosierg - e räte in den einzelnen
Schaltintervallen und macht somit einen vollen Umlauf, wenn 100 m-3 Rohwasser
durch den Meßquerschnitt der Zuflußleitung geströmt sind. In der sechzehnten Minute
würde also bei sinngemäßer Fortsetzung des Diagramms derMeß-Motor
103 die Dosiergeräte und das Zeitschaltwerk für 45 Sekunden in Gang setzen,
und der letztere wird die Abschlammung für die gleiche Dauer einschalten. Bei unverändertem
Rohwasserzufluß von 7,5 ms/min erfolgt der gleiche Schaltvorgang noch einmal
durch den Meßmotor 104.
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In der achzehnten Minute werden vom Meßmotor wiederum die Dosiergeräte
und das Zeitschaltwerk 130, 131 für 45 Sekunden eingeschaltet, jedoch unterbricht
der letztere die Abschlammung bereits nach 30 Sekunden, weil dann die vorgesehene
Lauf' dauer von 2 Minuten verstrichen ist.
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Der Schlainmaustrag ist also über das Zeitschaltwerk 130, 131
und das Relais 124 mit dem durch die Meßmotorrn 103 und 104 und der Schaltuhr
109 gegebenen Schaltsystem gekoppelt, welches die im Meßquerschnitt der Zuflußleitung
101 gemessenen Durchflußnieng,en zunächst in proportionale Längen-oder Winkelmaße
und diese wiederum in proportionale Zeitabschnitte umwandelt. Demgemäß wird auch
für eine definierte Rohwassermenge eine proportionale Schlammenge entnommen. Bei
verringerter Zuflußmenge ist die Schlammbildung geringer und die erforderliche Absitzzeit
länger. Diese zeitliche Strekkung des Schlammaustrages in Abhängigkeit von der Zulaufgeschwindigkeit
sichert also gleichbleibende, Sedimentationsbedingungen.
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Wenn nur geringe zeitliche Schwankungen im Rohe wasserzufluß, zu erwarten
sin d, etwa dann, wenn das zu behandelnde Wasser aus einem größeren Vorrats# volumen
entnommen wird, dann gf,#niigt es, daß das Laufwerk 130 für jeden Umlauf
einem Zeitschalter 131, der auf die Abschlammdauer eingestellt ist, -einen
Schaltimpuls erteilt, und daß dieser Zeitschalter dUnn für -diese Zeitspanne, im
vorliegenden Fall 2 Minuten, die Abschlammung offen hält.
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Das neue Verfahren zur mengenproportionalen Dosierung von Reaktionskomponenten
in einen kontinuierlichen Prozeß ist für die Zumessung fester, flüssiger und gasförmiger
Stoffe anwendbar. Die Anpassung der Dosiergeräte an den jeweiligen Aggregatzustand
des zu dosierenden Stoffes gestaltet sich besonders einfach, da als solche die üblichen,
auf verschiedene, aber jeweils konstante Förderleistungen einstellbaren Fbrdergeräte
verwendet werden können,