DE29920728U1

DE29920728U1 - Reaktor zum Enthärten von Wasser

Info

Publication number: DE29920728U1
Application number: DE29920728U
Authority: DE
Original assignee: Wetzel & Partner Ingenieurgese
Current assignee: Wetzel & Partner Ingenieurgese
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2009-11-27

Description

RO/vo 990927G

26. November 1999

Reaktor zum Enthärten von Wasser

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum Enthärten von Wasser.

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.

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.

Generell kann man die chemische Schnellenthärtung durch Zugabe einer Kalkhydratsuspension oder durch Natronlauge erreichen. Auch das Versetzen des Wassers mit einem

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.

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 &ldquor;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.

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-

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.

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.

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.

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.

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.

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-

	•	•	•	•

•

fernt werden. In der Praxis wird der Pelletkornabzug aber in meist gleichen Zeitabständen durchgeführt.

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.

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.

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.

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 zeigen

Fig. la-d aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsformen verschiedener Reaktorgeometrien,

Fig. Ie eine erfindungsgemäße Reaktorgeometrie,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Reaktor in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten^

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Einströmtopf eines Reaktors im Querschnitt,

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Reaktorkopf mit einem doppelten Ablauftrichter,

Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Pelletabzug in einer Systemdarstellung .

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.

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.

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.

··;=:■ ·"■■ oq VM 7v;^::;

	I ·· ··
&phgr; · · <	» · · · ·
• · · ···· · ··· ·	I · · I · · · ··

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

•at·»· t t ·· ·

&ogr; · · · ) &igr; ttl <

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.

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.

Würden Pellets wegen ihres Übergewichtes unterhalb des Abzugsquerschnittes gelangen, fingen sie sich in einer Falle und würden vom turnusmäßigen Abzug nicht mehr erfaßt.

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.

Der obere Konus 6 endet dann, wenn der erreichte Durchmesser (bezeichnet als Klärdurchmesser) eine mittlere

- 10 -

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.

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 .

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.

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 Geometrie

• · · «

t « · · &Lgr;

&eegr; &eegr;

und der Abstand der Ablauftrichter 32 und 34 voneinander und zum Reaktorkopf im wesentlichen die Bedingung

A A

^¹RiHg im Ring, außerhalb Trichter

A A

innerer Trichter im Ring, unter Trichle

erfüllen, wobei gilt

ARing=, durchströmter Ringquerschnitt zwischen den Ablauftrichtern 32 und 34 an der engsten Stelle, Ainnerer Trichter= zentraler Öf fnungsquerschni11 des Ablauftrichters 34,

Aim Ring, außerhalb Trichter = durchströmte Querschnittsfläche im Reaktor am Ende des oberen Konus 6 außerhalb des Ablauftrichters 34 liegend und

Aim Ring, unter Trichter ⁼ durchströmte Quer schnitt s fläche im Reaktor am Ende des oberen Konus 6 unterhalb des Ablauftrichters 34 liegend.

Weiterhin sind Abstandhalter 36 vorgesehen, die den inneren Ablauftrichter 36 beabstandet zum äußeren Ablauftrichter 32 halten.

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-

	I · · · ·
*• · <**	> · ·
• · · ····· ····

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.

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.

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.

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-

keit des Bedienpersonals beschränkt sich auf Sichtkontrollen.

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.

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.

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.

Der automatische Pelletabzug befreit das Wasserwerkspersonal von einer Tätigkeit, die - obwohl sie für den Prozeßablauf äußerst dominierend ist - viel Gefühl und Engagement verlangt.

Der Reaktor weist in bevorzugter Weide die folgenden Merkmale auf, wie anhand der Fig. 5 nachzuvollziehen ist:

- 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.

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.

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.

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.

Der Abzugsvorgang läuft folgendermaßen ab, siehe auch 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.

Der Auffangbehälter 46 steht auf der Wägevorrichtung 52, die kontinuierlich das Gewicht ermitteln kann. Der Auf-

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.

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.

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.

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 dem

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 .

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.

Die zuvor beschriebene Pelletabzugsvorrichtung wird nur einmal für eine Enthärtungsanlage aufgestellt. Jeder einer Mehrzahl von Reaktoren 2 erhält dann einen entsprechenden Anschluß.

Claims

1. Reaktor zum Enthärten von Wasser

1. mit einem unteren Konus (4) und

2. mit einem oberen Konus (6), dadurch gekennzeichnet,

3. daß der obere Konus (6) direkt an den unteren Konus (4) angrenzt und

4. daß der obere Konus (6) einen kleineren Aufweitungswinkel als der untere Konus (4) aufweist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktorkopf (8) vorgesehen ist, der sich direkt an den oberen Konus (6) anschließt.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Konus (4) einen Aufweitungswinkel im Bereich von 10° bis 20°, vorzugsweise von 12° bis 18° und insbesondere von 14° bis 16° aufweist.

4. Reaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Konus (6) einen Aufweitungswinkel im Bereich von 2° bis 10°, vorzugsweise von 4° bis 8° und insbesondere von 5° bis 7° aufweist.

5. Reaktor zum Enthärten von Wasser

1. mit einem Einlaßstutzen (12) und

2. mit einem unteren Konus (4), dadurch gekennzeichnet,

3. daß ein Mischtopf (14) vorgesehen ist, der den Einlaßstutzen (12) mit dem unteren Konus (4) verbindet und

4. 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.

6. Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Verbindungsstelle zwischen dem Mischtopf (14) und dem unteren Konus (4) ein Prallkörper (18) angeordnet ist.

7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (18) als eine Prallplatte ausgebildet ist.

8. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (18) als konischer Strömungskörper ausgebildet ist.

9. Reaktor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (18) einen maximalen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen dem Durchmesser des Einlaßstutzens (12) entspricht.

10. Reaktor zum Enthärten von Wasser

1. mit einem Reaktorkopf (8) und

2. mit einer Ablaufvorrichtung (30) dadurch gekennzeichnet,

3. daß die Ablaufvorrichtung (30) zwei Ablauftrichter (32, 34) aufweist,

4. daß die Geometrie und der Abstand der Ablauftrichter (32, 34) voneinander und zum Reaktorkopf (8) im wesentlichen die Bedingung

erfüllen, wobei gilt
A_Ring = durchströmter Ringquerschnitt an der engsten Stelle,
A_{innerer Trichter} = zentraler Trichteröffnungsquerschnitt,
A_{im Ring}, außerhalb Trichter = durchströmte Querschnittsfläche im Reaktor am oberen Konusende außerhalb des Ablauftrichters liegend und
A_{im Ring, unter Trichter} = durchströmte Querschnittsfläche im Reaktor am oberen Konusende unterhalb des Ablauftrichters liegend.

11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandhalter (36) vorgesehen sind, die den inneren Ablauftrichter (34) beabstandet zum äußeren Trichter (32) halten.

12. Reaktor zum Enthärten von Wasser

1. mit einem Gehäuse (4, 6, 8),

2. mit einem im unteren Bereich des Gehäuses (4, 6, 8) angeschlossenen Abzugsrohr (44) zum Abziehen von Pellets, dadurch gekennzeichnet,

3. daß das Abzugsrohr (44) in einem Auffangbehälter (46) mündet,

4. daß ein Entnahmerohr (48) zum Entnehmen von Pellets am unteren Ende des Auffangbehälters (46) angeordnet ist,

5. daß eine Überlaufkante (50) zum Ablassen von Wasser im Auffangbehälter (46) angeordnet ist und

6. daß der Auffangbehälter (46) auf einer Wägevorrichtung (52) zum Wiegen der in den Auffangbehälter (46) eingelassenen Pelletmenge angeordnet ist.

13. Reaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Entnahmerohr (48) mit einem Pelletsilo (54) verbunden ist.

14. Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Entnahmerohr (48) über einen mit einer Wasserleitung (56) verbundenen Injektor (58) mit dem Pelletsilo (54) verbunden ist.

15. Reaktor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpenvorlagebehälter (60) über eine Leitung mit einer mit der Überlaufkante (50) verbundenen Rinne (62) verbunden ist.

16. Reaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (64) zum Pumpen des im Pumpenvorlagebehälter (60) angeordneten Wassers in den Behälter (4, 6, 8) vorgesehen ist.

17. Reaktor nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sandvorratsbehälter (66) vorgesehen ist, der auf einer Wägevorrichtung (68) angeordnet ist und über einen mit einer Wasserleitung (70) verbundenen Injektor (72) mit dem Behälter (4, 6, 8) verbunden ist.

18. Reaktor nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung vorgesehen ist, 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.