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Verfahren zur Durchführung von Fällungsreaktionen in verdünnten Lösungen,
insbesondere bei der Wasseraufbereitung
Bei Wasseraufbereitungsanlagen, bei welchen
die Beseitigung der Carbonathärte durch Kalk vorgenommen wird, sind Schnellverfahren
bekanntgeworden, die gegenüber den früher gebräuchlichen Arbeitsweisen große Vorteile
aufweisen. Während man früher die Entkalkung derart vornahm, daß man durch Zusatz
von Kalk in Form von gesättigtem Kalkwasser oder von Kalkmilch Carbonathärtebildner
als amorphes Calciumcarbonat schlammförmig ausfällte, gelingt jetzt die Ausscheidung
in kristalliner Form, und zwar durch Einführung von Kristallisationskeimen. Dabei
wachsen die Kristalle zu runden harten Körnern, die jedoch erfahrungsgemäß nur eine
Größe von 4 bis 5 mm ¢) erreichen dürfen, um die Wirkung der Anlage nicht zu beeinträchtigen.
weben dem Vorteil einer geringeren Größenbemessung der Anlagen bedeutet der Fortfall
des Schlammanfalles eine erhebliche Erleichterung des Betriebes. Voraussetzung für
den gewünschten Ablauf einer solchen Arbeitsweise ist jedoch das Vorhandensein einer
ausreichenden Menge an Kristallisationskeimen in der Flüssigkeit, an die sich der
frisch ausgefällte kohlensaure Kalk anlagern kann. Deren Teilehengröße darf infolgedessen
auch ein bestimmtes Maß nicht überschreiten.
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Infolge des von unten beginnenden und nach oben hin fortschreitenden
Reaktionsablaufes werden sich in dem Reaktionsbehälter verschiedene Wasser-
schichten
bilden, welche, von unten nach oben betrachtet, größere, kleinere und kleinste Körner
bzw.
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Kristallisationskerne enthalten. Nach einer gewissen Betriebszeit
nimmt die Körnchengröße in den einzelnen Schichten zu, bis nach einiger Zeit ein
großer Teil des Reaktors, von unten her anfangend, mit ausgewachsenen Körnern angefüllt
ist, welche die Wirkung der Entkalkung beeinträchtigen, da mangels kleinerer Kristallisationskerne
die Ankristallisierung entfällt und eine Schlammbildung eintritt, ähnlich wie bei
den alten Entkalkungsanlagen.
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Man muß also rechtzeitig jetzt den Betrieb unterbrechen und die ausgewachsenen
CaCO3-Körner entfernen und neue Kristallisationskerne, z. B.
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Calciumcarbonatsplitter in die Anlage hineinbringen, wodurch Betriebsstörungen
eintreten. Diese Betriebsunterbrechungen dauern um so länger, je mehr man bemüht
ist, die einzelnen Betriebsperioden in die Länge zu ziehen, da es in diesem Falle
leicht zu einem Festbacken der Körner infolge ihrer Verschlammung durch die dann
einsetzende schlammartige Ausfällung des kdhlensauren Kalkes kommt. Man ist daher
gezwungen, um bei fortlaufendem Bedarf an entkalktem Wasser einen kontinuierlichen
Betrieb aufrechtzuerhalten, eine Reserveanlage bereitzustellen oder zumindestens
Reservewasserbehälter für die Aufspeicherung entkalkten Wassers für die Zeit der
Betriebsunterbrechung vorzusehen. Erfindungsgemäß werden diese Nachteile vermieden
und insbesondere ein fortlaufender Betrieb der neuen Schnellentkalkungsanlage dadurch
erreicht, daß die sich bildenden festen Reaktionskristalle, nachdem sie eine gewisse
Teilchengröße erreicht haben, im Reaktionsbehälter selber oder in einer dem Behälter
zugeordneten Nel>enschlußleitung zerkleinert werden und dann in dieser zerkleinerten
Form im ersteren Falle in dem Reaktionsraum verbleiben oder im zweiten Falle dem
Reaktionsbehälter zwangsläufig wieder zufließen und so als Kristallisationskeime
bei der Ausfällung neuer Mengen von kohlensaurem Kalk wieder dienen.
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In der Zeichnung wird die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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In Al>l). I ist der Reaktionsraum in Form eines sogenannten Spitzreaktors
dargestellt und mit I bezeichnet. Diesem Behälter fließt das zu entkalkende Rohwasser
durch Leitung 2 zu. In diese Leitung 2 kann der zur Fällung benötigte Kalk z. B.
in Form von Kalkmilch durch Leitung 3 eingeleitet werden.
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Man kann auch durch eine besondere Leitung 3a von außen das Fällungreagens
zuführen. In dem Spitzreaktor I, dessen räumliche Abmessungen der jeweiligen Leistung
der Anlage angepaßt sind, reagiert infolge der Flüssigkeitswirbelung in der Reaktorspitze
der Kalk sehr schnell in der Gegenwart von Kristallisationskernen mit den Kalkhärtebildern
des Rohwassers, wobei sich die Calciumcarbonatkristalle an die Kerne anlagern und
zu Körnern wachsen. Nachdem eine Teilchengröße von 4 bis 5 mm # erreicht ist, sinken
die Kristalle ab und verlieren ihre Eigenschaften als Kristallisationskeime für
die weiteren noch auszuscheidenden Alengen an kohlensaurem Kalk. Um stets die Anwesenheit
ausreichender Mengen an geeigneten Kristallisationskernen ohne jede 13etriebsunterl)rechung
zu erzielen, wird erfindungsgemäß an geeigneter Stelle des Spitzreaktors I eine
Zerkleinerungsvorrichtung 4 eingebaut, die durch einen Antrieb 5 zeitweise oder
dauernd in Betrieb ist. Diese Zerkleinerungsvorrichtung zerbricht einen Teil der
voll ausgewachsenen Calciumcarbonatkörner in kleine Splitter, die als Kristallisationskerne
wieder benutzt werden. In Ahb. 2 ist eine Draufsicht auf eine geeignete Zerkleinerungsvorrichtung
gezeichnet.
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I ist ein Querschnitt durch den Spitzreaktorkonus, 4 das Walzenpaar,
das, wie gezeichnet, einen verhältnismäßig geringen Teil des Querschnittes im Reaktotkonus
einnimmt, und zwar um den Wasserstrom und damit die Reaktion in dem Reaktor nicht
zu beeinträchtigen und ferner um den ständigen Zuzug von neuen Kristallisationskernen
zu gewährleisten. Der Motor 5 nimmt eine Walze 4a und über die Zahnräder 6 und 7
kraftschlüssig eine zweite Welle 4b mit, die in entgegengesetzter Richtung zur Walze
4a umläuft. Hierdurch wird eine brecherartige Wirkung erzielt. Die Walzenoberfläche
wird man zweckmäßig derart ausbilden, daß man eine möglichst gute Zerkleinerungswirkung
erzielt. Die wasserdichte Durchführung der Wellen durch den Reaktorkonus geschieht
mittels entsprechender Stopfbuchsen 8 und 9. Die Arusl)ildungldes Granulators kann
auch in jeder anderen Weise geschehen.
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Man kann dabei auch die Einrichtung so treffen, daß der Abstand der
Brecherwalzen verstellhar ist, um die Korngröße der Kristallisationskeime nach Wunsch
und Bedarf einstellen zu können. Hahen die Körner in dem Reaktionsl>ellälter
eine bestimmte Hclhe erreicht, so wird an dieser Stelle ein Teilstrom über Leitung
1 1 zeitweilig oder auch kontiunierlich abgezogen. Um hierbei Wasserverluste zu
vermeiden, kann man sich vorteilhaft einer Schleuse hedienen. Das mit den J'eststoffen
mitgtführte Wasser kann nach seiner Ahtrennung von den Feststoffen dem Reaktionsl)ehcilter
wieder zugeführt werden, wie auch aus Abb. I ersichtlich ist. Danach werden die
abzuführenden Reaktionsprodukte über Leitung 11, Absperrvorrichtung 6, Auffangbehälter
7 mit Verschlüssen 8 und 9 für die Reinigung und die Leitung 12 ausgetragen. Im
normalen Betrieb sind die Öffnungen 8, g und die Leitung 12 verschlossen, so daß
die Flüssigkeit mit den Reaktionskörnern über Ahschlußvorrichtung 6 in den Behälter
7 strömt.
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Durch die Siehvorrichtung 14 wird der Abfluß der Körner. verhindert,
nicht aber der Durchfluß der mitgerissenen Flüssigkeit, welche über Leitung I3 und
Fördervorrichtung 15 dem Reaktionsbehälter wieder zugeführt wird. Diese Vorrichtung
15 wirkt als Injektor, der seinen Antriel) durch die Flüssigkeitsleitung 2 erhält.
Sollen die Reaktionsprodukte entfernt werden, so wird man die Absperrvorrichtungen
6 und I6 verschließen und Absperrvorrichtung I7 in Leitung 12 öffnen und sich nötigenfalls
noch der Reinigungsmöglichkeiten durch die Verschlüsse 8 und 9 bedienen. Da dieses
Ausschleusen
der Reaktionskörner nur wenige Alinuten in Anspruch
nimmt, in welcher Zeit sich nur wenige neue abführfähige Körner gebildet haben,
die sich in dem Reaktorkonus speichern können, ist damit auch ein kontinuierlicher
Betrieb hinsichtlich der Abführung der sich bildenden Reaktionsprodukte gewährleistet.
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Wenn auch bereits durch die Bauart der Zerkleinenerungsvorrichtung,
wie sie in abb. 1 dargestellt wurde, für eine möglichst geringe Störung des Durchflusses
gesorgt wird, worauf in der Beschreibung bereits hingeweisen wurde, so kann es in
manchen Fällen doch zweckmäßig sein, diese Vorrichtung außerhalb des Reaktors anzuordnen.
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So wird nach Abb. 3 die Zerkleinerung der Körner in einer Nebenschlußleitung
18 vorgenommen, deren beide Enden in den Reaktionsbehälter 1 münden und in welcher
die in abb. 1 schon dargestellte Zerkleinerungsvoorrichtung 4 angeordnet ist. Die
Abführung der Reaktionsprodukte geschieht wieder durch Leitung 11 mit Absperrvorrichtung
6. In dieser Zeichnung ist die Verbesserung dieser Abführung durch eine schleuse
der einfachen Darstellung halber nicht mehr eingezeichnet. Es ist natürlich ohne
weiteres möglich, auch eine andere Fördervorrichtung für den Granulatorkreislauf,
z. B. eine Pumpe, zu verwenden. Auch kann als Zerklemerungsvorrichtung eine Zahnradpumpe
verwendet werden, die gleichzeitig fördert und zerkleinert. Es läßt sich auch unmittelbar
auf der Welle der Zerkleinerungsvorrichtung ein Föderrad im Wasserstrom liegend
anbringen.
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Zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit
kann man l)ei Unterbelastung einen Teil des ausreagierten Wassers im Kreislauf führen.
In Abb. 3 ist die Leitung für die ausreagierte Flüssigkeit mit 10 bezeichnet. Diese
Flüssigkeit fließt über Filter 20 und Leitung 21 der Verwendungsstelle zu. Der zum
Ausgleich der fehlenden Flüssigkeitsmenge bei Unterbelastung dienende rückgeführte
Teilstrom fließt über Leitung 22, Pumpe 23, der Rohrwasserleitung zu, wobei die
Menge des zurückfließenden Wassers in Abhängigkeit von dem Rohwasserhauptstrom von
der Regelvorrichtung 26 bestimmt wird, die ihrerseits wieder durch einen vom Rohwasserhauptstrom
abgängigen Impulsgeber 24 über Leitung 25 gesteuert wird. Es ist zweckmäßig, auch
die in der besonderen Auffangvorrichtung von den Feststoffen abgetrennten Wassermengen
über diese Kreislaufeinrichtung in den Reaktionsbehälter zurückzuführen.