DE19538617A1 - Doppelinjektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor für den Transport und die Verdünnung einer konzentrierten Regeneriermittellösung, insbesondere mit definierter Konzentration, zur Regeneration einer Wasserbehandlungsanlage die Mittel zur Wasseraufbe­ reitung aufweist, mit einer Treibwasserdüse, durch die Treibwasser in eine mit der Regeneriermittellösung über einen Sauganschluß in Verbindung stehende Unterdruckkammer derart eingeleitet werden kann, daß Regeneriermittellösung angesaugt und mit dem Treibwasser zu Mischwasser vereinigt wird, sowie mit einer Fangdüse, durch die das Mischwasser den Mitteln zur Wasseraufbereitung zugeführt werden kann.

Ein solcher Injektor ist beispielsweise aus der DE 19 49 640 C3 bekannt.

Ionenaustauscheranlagen, wie z. B. Enthärtungsanlagen oder Anlagen zur Nitratverminderung, werden üblicherweise mit ei­ ner wäßrigen NaCl-Lösung regeneriert. Normalerweise wird in einem separaten Behälter, der mit festem Kochsalz in der Form von z. B. Salztabletten oder Salzblöcken gefüllt ist, als Regeneriermittellösung eine gesättigte Salzsole erzeugt, denn Frischwasser (häufig auch als Nachspeisewasser bezeich­ net), das in diesen Behälter gegeben wird, löst solange Kochsalz, bis die Sättigungskonzentration erreicht ist. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, fertige Salzsole aus einem Vorratstank als Regeneriermittellösung einzusetzen.

Dieses konzentrierte Regeneriermittel kann jedoch in der vorliegenden Form noch nicht zur Regeneration benutzt wer­ den. Es muß zum einen auf eine optimale Konzentration mit Wasser verdünnt und zum anderen zu dem zu regenerierenden Harz der Ionenaustauscherstufe hintransportiert werden. Die­ se beiden Funktionen, also die Verdünnung und der Transport, werden bei der bekannten Vorrichtung mit dem Injektor reali­ siert.

Die in der DE 19 49 640 C3 oder beispielsweise auch in der EP 0 207 208 A1 beschriebenen Injektoren haben eine Treib­ wasserzuführung, einen Mischwasserauslaß und einen Saugan­ schluß.

Ähnlich wie bei einer Wasserstrahlpumpe wird das Treibwasser in einer Düse beschleunigt. Hierdurch wird ein Unterdruck im Injektor erzeugt, der über den Sauganschluß die konzentrier­ te Regeneriermittellösung ansaugt. Diese mischt sich mit dem Treibwasser und wird mit diesem zusammen von einer Fangdüse aufgenommen und als Mischwasser über den Mischwasserauslaß dem zu regenerierenden Harz zugeführt.

Für die Regenerierung wichtig ist zum einen, daß der oben beschriebene Injektor zuverlässig saugt, das heißt also die konzentrierte Regeneriermittellösung fördert. Zum anderen läßt sich über das Mischungsverhältnis von Treibwasser- und Regeneriermittellösungsvolumenstrom die Mischwasserkonzen­ tration und bei einer bestimmten Menge an konzentrierter Regeneriermittellösung somit auch das Mischwasservolumen einstellen.

Die erste zu erfüllende Voraussetzung ist ein zuverlässiges Saugverhalten des Injektors. Bei einem Mischwasservolumen­ strom von ca. 10 l/h läßt sich dies mit Düsendurchmessern von 0,3-0,5 mm und einem Mischungsverhältnis von Treib­ wasser zu Regeneriermittellösung von 2 : 1 bis 3 : 1 reali­ sieren. Dies ist jedoch nicht immer die günstigste Misch­ wasserkonzentration für eine optimale Salzausnutzung. Je nach dem verwendeten Harztyp werden Mischungsverhältnisse von 2 : 1 bis 15 : 1 benötigt, um eine optimale Salzkonzen­ tration im Mischwasser einzustellen und/oder ein ent­ sprechend großes Mischwasservolumen zu erzeugen. Da bei spritztechnisch hergestellten Injektoren schon kleine Tole­ ranzen aufgrund der oben genannten Düsendurchmesser zu einer erheblichen Streuung des Mischungsverhältnisses und des Mischwasservolumenstromes führen, werden hier entweder recht aufwendige Konstruktionen, wie in DE 26 30 164 A1 und DE 31 21 336 A1 vorgeschlagen, erforderlich, um das gewünschte Mischungsverhältnis hinreichend genau einzustellen, oder aber die Salzausnutzung ist nicht optimal.

Eine deutliche Reduzierung dieser Problematik wird durch den in DE 42 21 013 C1 beschriebenen Bypass-Injektor erreicht, der parallel zum eigentlichen Injektor eine Bypass-Düse auf­ weist, mit deren Hilfe die Regeneriermittelverdünnung vom Regeneriermitteltransport entkoppelt wird. Nachteilig bei dieser Erfindung, die erstmalig eine starke, definierte Ver­ dünnung der Regeneriermittellösung auch bei kleinen Misch­ wasservolumenströmen ermöglicht, ist die Absenkung des Differenzdruckes am Injektor durch den Wasservolumenstrom, der durch die Bypass-Düse geht. Dies führt dazu, daß der By­ pass-Injektor in seiner Funktion nicht ganz unabhängig ist vom Druckverlust der ihm nachgeschalteten Komponenten, wie z. B. dem zu regenerierenden Harzbett.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen In­ jektor der eingangs genannten Art mit optimalem Transport- und Saugverhalten für den Transport und die Verdünnung von Regeneriermittellösung vorzustellen, der darüber hinaus un­ empfindlich ist gegenüber unterschiedlichen Drücken auf der Ausgangsseite des Injektors.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auf ebenso überraschend einfache wie zuverlässig wirkende Weise dadurch gelöst, daß zwei Injektoren an dieselbe Treibwasserleitung angeschlossen sind, wobei der Mischwasserausgang des ersten Injektors, der die Regeneriermittellösung ansaugt, an den Sauganschluß des zweiten Injektors angeschlossen ist, so daß erst das Misch­ wasser, das der zweite Injektor produziert, das eigentliche für die Regeneration eingesetzte Mischwasser darstellt.

Das erreichbare Mischungsverhältnis von Regeneriermittel­ lösung zum Verdünnungswasser als Summe der beiden Treib­ wasservolumenströme wird durch die Verhältnisse der Düsen­ durchmesser der Injektoren bestimmt. Der Mischwasservolumen­ strom, der den zweiten Injektor verläßt, ist proportional zur freien Querschnittsfläche der Düsen.

Diese einfache Anordnung kann für einen bestimmten An­ wendungsfall (gewünschte Mischwasserkonzentration sowie Mischwasservolumenstrom nach dem zweiten Injektor) optimiert und in der Serienproduktion gefertigt werden. Für jeden An­ wendungsfall, also z. B. in Abhängigkeit vom verwendeten Harztyp oder der Anlagengröße, gibt es daher eine optimierte Anordnung. Um nicht für jede derartig optimierte Anordnung ein eigenes, teures Spritzwerkzeug herstellen zu müssen, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Treibwasserdüsen und die Fangdüsen als Einsätze ausge­ führt, die dann mit den jeweils optimalen Düsendurchmessern in die Injektorgehäuse hineingesteckt oder geschraubt wer­ den.

Bei Weiterbildungen dieser Ausführungsform kann auch ein ganzes Set von Düseneinsätzen mit unterschiedlichen, insbe­ sondere genormt abgestuften Düsendurchmessern bereitgehalten werden, um den Injektor auf die jeweils gewünschten Be­ triebsbedingungen umzustellen.

Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen der Erfindung, bei denen das Verhältnis der Querschnittsflächen der Fangdüsen zu der Querschnittsfläche der jeweils zugehörigen Treibwasserdüse etwa 2 : 1 ist, und bei denen die Treibwasserdüse des zweiten Injektors etwa die gleiche Querschnittsfläche hat wie die Fangdüse des ersten Injektors. Damit lassen sich besonders gute Ergebnisse erzielen.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung können auch drei oder mehr Injektoren auf die oben beschriebene Art hintereinandergeschaltet werden. Damit läßt sich die Regeniermittellösung besonders feinfühlig einstellen.

Bei Ausführungsformen der Erfindung ist die Regenerier­ mittellösung eine gesättigte oder verdünnte Salzsole, insbe­ sondere eine wäßrige NaCl-Lösung. Bei anderen Ausführungs­ formen kann die Regeneriermittellösung jedoch auch aus ge­ sättigter oder verdünnter Säure oder Lauge bestehen.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung des oben beschriebe­ nen erfindungsgemäßen Injektors in einer Wasserbehandlungs­ anlage, insbesondere einer Ionenaustauscheranlage für die Hauswasser- oder Industriewasserbehandlung, mit Mitteln zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere einer ein Harzbett enthaltenden Ionenaustauscherstufe, mit einem Vorratsgefäß für die Bereitstellung einer Regeneriermittellösung zum Regenerieren der Mittel zur Wasseraufbereitung, insbesondere einem Salzsolebehälter. Damit wird erreicht, daß sowohl das Mischungsverhältnis zwischen Regeneriermittellösung und Treibwasser als auch der Volumenstrom des zu erzeugenden Mischwassers trotz fertigungsbedingter Toleranzen der Düsen­ durchmesser und unabhängig vom sich einstellenden Druckver­ lust in den nachfolgend von fertig verdünntem Regenerier­ mittel (Mischwasser aus dem zweiten Injektor) durchströmten Komponenten (z. B. Harzbett) im Injektor mit hoher Genauig­ keit eingestellt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und er­ läutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu ent­ nehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln, für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Insbesondere können auch drei oder mehr Injektoren auf die beschriebene Art hintereinander geschaltet werden.

Die Figur zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Doppelinjektors.

Beispiel 1

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Doppelinjektor 1 dargestellt. Er besteht aus einer ersten Injektoreinheit I und aus einer zweiten Injektoreinheit II. Das Treibwasser aus einer Treibwasserleitung 2 steht unter einem Druck P₁ und teilt sich in zwei Volumenströme ₁ und ₂ auf. ₁ dient dem ersten Injektor I als Treibwasser. Dieses gelangt über eine Leitung 8 und eine Treibwasserdüse 3 in die Unterdruck- bzw. Mischkammer 4 des ersten Injektors I. Hierdurch wird in der Mischkammer 4 ein Unterdruck erzeugt und über eine Sole­ saugleitung 5 konzentrierte Regeneriermittellösung mit einem Volumenstrom ₃ und unter einem Druck P₃ angesaugt. Das Mischwasser verläßt den ersten Injektor I über eine Fangdüse 6 und gelangt in eine Leitung 7 unter einem Druck P₄ und mit einem Volumenstrom ₄.

₂ dient dem zweiten Injektor II als Treibwasser. Dieses ge­ langt über eine Leitung 9 und eine Treibwasserdüse 10 in die Unterdruck- bzw. Mischkammer 11 des zweiten Injektors II. Hierdurch wird in der Mischkammer 11 ein Unterdruck erzeugt und über die Saugleitung 7 das Mischwasser des ersten Injek­ tors I angesaugt. Das Mischwasser des zweiten Injektors II verläßt diesen über eine Fangdüse 12 und gelangt als fertig verdünntes Regeneriermittel in eine Leitung 13 mit einem Volumenstrom ₅ und unter einem Druck P₅.

Beispiel 2

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Düsenquerschnittsverhältnis der Fangdüsen 6 bzw. 12 zu den Treibwasserdüsen 3 bzw. 10 jeweils ca. 2 zu 1 und das Fang­ düsenquerschnittsverhältnis des zweiten Injektors II zum er­ sten Injektor I ist ebenfalls ca. 2 zu 1. Bei einem Durch­ messer der Treibwasserdüse 3 beim ersten Injektor I von ca. 0,4 mm ergibt sich dann ein Regeneriermittelvolumenstrom ₅ von etwa 50 l/h und ein Mischungsverhältnis der konzentrier­ ten Regeneriermittellösung zum Verdünnungswasser von ca. 1 10.

Es ist leicht nachvollziehbar, daß eine Vergrößerung der Düsendurchmesser zu einer Vergrößerung von ₅ führt und eine Verkleinerung der Düsendurchmesser zu einer Verkleinerung von ₅ im entsprechenden Verhältnis.

Das Mischungsverhältnis des über die Leitung 13 den Doppel­ injektor mit Volumenstrom ₅ verlassenden Mischwassers ist durch eine Variation der verschiedenen Düsendurchmesser der Düsen 3, 6, 10, 12 etwa im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 20 (Verhältnis: konzentrierte Regeneriermittellösung zu Ver­ dünnungswasser mit ₀) möglich.

Beispiel 3

In einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform sind daher eine oder mehrere der Düsen 3, 6, 10, 12 als in die Injektoren I, II einsetzbare oder einschraubbare Düsenein­ sätze ausgeführt. Hiermit ist es möglich, mit einem Doppel­ injektorgehäuse mehrere verschiedene Doppelinjektoren herzu­ stellen, die ein unterschiedliches Mischungsverhältnis und/ oder unterschiedliche Volumenströme ₅ bzw. ₃ ermöglichen.

Claims (7)

1. Injektor für den Transport und die Verdünnung einer kon­ zentrierten Regeneriermittellösung, insbesondere mit de­ finierter Konzentration, zur Regeneration einer Wasserbe­ handlungsanlage, die Mittel zur Aufbereitung von Wasser aufweist, mit einer Treibwasserdüse, durch die Treib­ wasser in eine mit der Regeneriermittellösung über einen Sauganschluß in Verbindung stehende Unterdruckkammer der­ art eingeleitet werden kann, daß Regeneriermittellösung angesaugt und mit dem Treibwasser zu Mischwasser ver­ einigt wird, sowie mit einer Fangdüse, durch die das Mischwasser den Mitteln zur Wasseraufbereitung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Injektoren (I, II) an dieselbe Treibwasser­ leitung (2) angeschlossen sind, wobei der Mischwasseraus­ gang (6, 7) des ersten Injektors (I), der die Regenerier­ mittellösung ansaugt, an den Sauganschluß des zweiten In­ jektors (II) angeschlossen ist, so daß erst das Misch­ wasser, das der zweite Injektor (II) produziert, das eigentliche für die Regenerierung eingesetzte Mischwasser darstellt.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest ein Teil der erforderlichen Düsen (3, 6, 10, 12) als in das Injektorgehäuse einsetzbare und/oder ein­ schraubbare Düseneinsätze ausgeführt sind.

3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Düseneinsätze mit unterschiedlichen, insbesondere genormt abgestuften Düsendurchmessern vorgesehen sind.

4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Quer­ schnittsflächen der Fangdüsen (6, 12) zu der Quer­ schnittsfläche der jeweils dazugehörigen Treibwasserdüse (3, 10) etwa 2 zu 1 ist.

5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibwasserdüse (19) des zweiten Injektors (II) etwa die gleiche Querschnittsfläche hat wie die Fangdüse (6) des ersten Injektors (I).

6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder mehr Injektoren hinterein­ andergeschaltet sind.

7. Verwendung des Injektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Wasserbehandlungsanlage, insbesondere einer Ionenaustauscheranlage, mit Mitteln zur Aufbe­ reitung von Wasser, insbesondere einer ein Harzbett ent­ haltenden Ionenaustauscherstufe, mit einem Vorratsgefäß für die Bereitstellung einer Regeneriermittellösung zum Regenerieren der Mittel zur Wasseraufbereitung, insbe­ sondere einem Salzsolebehälter.