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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung
von Ballastwasser mit Acrolein
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Es
ist bereits bekannt, dass Ballastwasser auf Schiffen desinfiziert
werden kann durch den Einsatz von Acrolein. Schon eine Zugabe von
5 bis 15 ppm Acrolein zum Ballastwasser können Bakterien, Algen,
Zebra-Muscheln und anderen Organismen des Zooplanktons abgetötet
und damit kann der Transfer von einem Hafen zum anderen sicher unterbunden
werden. Der Vorteil des Acroleineinsatzes ist die Nachhaltigkeit
insbesondere gegenüber Larven von Zebramuscheln, und die
Tatsache, dass das Acrolein sich nach einigen Tagen von selbst abbaut, d.
h. beim Ablassen des Ballastwassers im Zielhafen tritt keine erneute
Belastung des Hafenbeckens durch dieses Biozid auf.
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Diesen
Vorteilen steht gegenüber, dass die Handhabung, der Transport
und die Lagerung vom reinem Acrolein auf Schiffen nicht durchgeführt
werden kann, weil Acrolein eine hochgiftige Flüssigkeit mit
Tränengaswirkung darstellt und das Bordpersonal gezwungen
wäre, die Handhabung dieses Biozids nur mit vollständiger
ABC-Schutzbekleidung und unter Verwendung von Gasmasken durchzuführen.
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Wässrige
Lösungen von Acrolein sind nicht giftig und lassen sich
sicher handhaben, jedoch beträgt die Haltbarkeit dieser
Lösungen nur wenige Tage, so dass der Einsatz auf Schiffen
wegen der logistischen Probleme unmöglich ist.
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Aus
DE-GM 20 2007 004 912 ist
eine Vorrichtung bekannt, bei der das Ballastwasser mittels einer
Druckerhöhungspumpe durch eine Wasserstrahlpumpe gepumpt
wird und die Unterdruckzone der Wasserstrahlpumpe hydraulisch über
ein Stellventil verbunden ist mit einem Reaktionsgefäß,
welches außen angebrachte separate Zulauföffnungen für
Acroleinacetal, Säure und Hydrolysewasser aufweist. In
dem Reaktionsgefäß wird eine wässrige Acroleinlösung
erzeugt, die in der Wasserstrahlpumpe dem Ballastwasser zugemischt
wird, sodass die Organismen in dem Ballastwasser durch das Acrolein
abgetötet werden. Bei der Vorrichtung nach
DE-GM 20 2007 004 912 kann
Acroleinacetal direkt ein gesetzt werden, ohne dass eine Vormischung
mit einem Lösungsmittel erforderlich ist. Das gleiche gilt für
die als Katalysator eingesetzte Säure, die ohne vorherige
Verdünnung mit Wasser in die Vorrichtung dosiert werden
kann. Das Hydrolysewasser wird aus dem Bordwassernetz entnommen.
Obwohl mit dieser Verrichtung die Probleme der Handhabung, des Transports
und der Lagerung vom reinem Acrolein auf Schiffen gelöst
werden, gibt es mit zunehmenden Durchsatzanforderungen Dimensionierungsprobleme
insbesondere bei der Wasserstrahlpumpe und bei dem Reaktionsgefäß.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine im Aufbau
einfache Vorrichtung bereit zu stellen, wobei das Ballastwasser
an Bord von Schiffen auch bei großen Durchsatzmengen mit
vertretbarem Bauaufwand mit Acrolein behandelt werden kann.
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Zur
Lösung der Aufgabe umfasst die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Behandlung von Ballastwasser mit Acrolein Vorrichtung
zur Behandlung von Ballastwasser mit Acrolein, die an einer Hauptballastwasserleitung
einer Ballastwassereinrichtung anzuschließen ist, eine
Reaktoreinrichtung, der ein Acroleinderivat, vorzugsweise Acroleinacetal,
und Wasser zur Erzeugung einer wässrigen Acroleinlösung
zuzuführen ist, eine Abzweigungsleitung, die mit der Hauptballastwasserleitung
zur Abzweigung eines Ballastwasser-Teilstroms verbunden ist, und eine
Mischeinrichtung, die mit der Abzweigungsleitung und mit einer Acroleinlösung-Zufuhrleitung
von der Reaktoreinrichtung verbunden ist und zur Verdünnung
der wässrigen Acroleinlösung von der Reaktoreinrichtung
ausgelegt ist, und eine Zufuhreinrichtung zur Zufuhr der wässrigen
Acroleinlösung von der Mischeinrichtung zu der Hauptballastwasserleitung.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Reaktoreinrichtung
einen Generator mit wenigstens einem Anschlussstutzen für Acroleinderivet
und einem Anschlussstutzen für Reinwasser und einem Auslassstutzen
für eine Acroleinlösung, wobei der Generator zur
vorläufigen Mischung des Acroleinderivats mit Wasser ausgelegt ist,
und einen Schlauchreaktor, der einen über eine Leitung
mit dem Auslassstutzen des Generators verbunden Einlassstutzen und
einen Auslassstutzen zur Weiterleitung der behandelten Acroleinlösung
aufweist und dessen Volumen ausgelegt ist, um eine Verweilzeit der
Acroleinlösung in dem Schlauchreaktor bereit zu stellen,
in der die Lösung bzw. Hydrolyse des Acroleinderivats in
Wasser abgeschlossen wird. Durch die erfindungsgemäße
Reaktoreinrichtung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der
Generator selbst kein großes Volumen haben muss, weil ein Teil
der Reaktion des Acroleinderivats mit dem Wasser in dem nachfolgenden
Schlauchreaktor stattfindet. Nachdem der Generator gewöhnlich
auf Deck installiert ist, während der Schlauch des Schlauchreaktors
von Deck bis zum Ballastwassertank führt, bietet der Schlauchreaktor
genügend Volumen für die Aufnahme der erforderlichen
Menge an Hydrolysewasser und Acroleinderivat und auch eine aus reichende Verweilzeit
dieser Mischung in dem Generator und den Schlauchreaktor, damit
am Ausgang des Schlauchreaktors eine Acroleinlösung zur
Verfügung steht, bei der die Hydrolyse des Acroleinderivats
in dem Wasser angeschlossen ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Generator einen
weiteren Anschlussstutzen für Spaltkatalysator aufweist.
Es ist vorteilhaft, den Spaltkatalysator ebenfalls in den Generator
einzuführen, um bereits dort eine komplette Mischung der
Ausgangsmaterialien für die Acroleinlösung zu
erhalten.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Generator einen
kastenförmigen Behälter mit einem Volumen von
etwa 4 bis 6 Liter aufweist. Aufgrund des vorstehend erläuterten
Konzepts der Erfindung kann der Generator selbst auch dann nur mit
4 bis 5 Litern gemessen werden, wenn ein Teil Ballastwasserstrom
von 500 m3/h vorhanden ist, dem die Acroleinlösung,
die von dem Schlauchreaktor abgegeben wird, zugemischt wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchreaktor
die Form einer einlagigen zylindrischen Schlauchspule auf weist. Damit
ist der Schlauchreaktor als kompakte Einheit ausgebildet, so dass
sie an einer beliebigen Stelle zwischen dem Deck des Schiffes und
dem Ballastwassertank untergebracht werden kann, wo dieser Schlauchreaktor
am wenigsten stört.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchreaktor
mindestens eine halbe Schlauchwindung aufweist. Durch die Ausbildung
des Schlauchreaktors als Spule mit wenigstens einer halben Schlauchwindung
wird auch innerhalb des Schlauchreaktorschlauches eine Durchmischung
der Komponenten für die Acroleinlösung begünstigt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch des Schlauchreaktors eine
Länge von 30 bis 40 m hat und einen Innendurchmesser von
20 mm bis 40 mm aufweist für den Anwendungsfall, dass eine
Hauptballastwasserströmung von 5000 m3/h
mit Acrolein behandelt werden soll. Diese Dimensionierung des Schlauchreaktors
ist vorteilhaft, um die erwünschte Verweilzeit der Acroleinlösung
beziehungsweise von deren Komponenten in dem Schlauchreaktor sicherzustellen.
Bei der angegebenen Dimensionierung des Schlauchreaktors ergibt
sich ein Inhalt des Schlauchreaktors von etwa 10 Liter bis 20 Liter,
was bei der Berechnung der Gesamtverweilzeit der Acroleinlösung
in dem Generator und dem Schlauchreaktor zu berücksichtigen
ist. Bei geringeren Hauptballastwasserströmungen wird der Schlauch
entsprechend dimensioniert, wobei die gewünschte Konzentration
des Acroleins im Ballastwasser von 15 ppm der Richtwert ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchreaktor
aus einem Kunststoff, vorzugsweise Polyethylen oder Polytetrafluorethylen,
besteht. Der Kunststoff eignet sich besondern für den Schlauchreaktor,
weil es durch die Acroleinlösung kaum angegriffen wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchreaktor
mit einer Stahlarmierung versehen ist. Durch die Stahlarmierung
kann der Schlauchreaktor in vorteilhafter Weise auch mit einem gewissen
Druck belastet werden, ohne dass ein Gefahrenherd entsteht.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Mischeinrichtung
eine Mischdüse mit einem sich in Strömungsrichtung
verengenden Einlasskonus, der einen Zuleitungsstutzen für den
Anschluss einer Druckwasserleitung hat, mit einem sich in Strömungsrichtung
erweiternden Auslasskonus, der einen Abflussstutzen für
den Anschluss einer Leitung zur Zufuhr der wässrigen Acroleinlösung
von der Mischeinrichtung zu einem Bestimmungsort hat, sowie mit
wenigstens einen in einen Unterdruckbereich der Mischdüse
mündenden Saugstutzen, der mit einer Acroleinlösungs-Zufuhrleitung
von einer Reaktoreinrichtung zur Erzeugung einer wässrigen
Acroleinlösung verbunden ist, und eine Druckerhöhungspumpe,
die stromauf von der Mischdüse angeordnet und mit einer
Ballastwasser-Zweigleitung verbunden ist, die eine Zweigleitung von
eine Hauptballastwasserleitung für einen Teilstrom des
Ballastwassers ist, wobei die Leistung der Druckerhöhungspumpe
in Abhängigkeit von der Verengung des Einlasskonus der
Mischdüse so dimensioniert ist, dass bei Nennleistung der
Druckerhöhungspumpe in dem Bereich der Mischdüse
zwischen dem Einlasskonus und dem Auslasskonus eine Wasser-Strömungsgeschwindigkeit
von 20 bis 25 m/sec zu erreichen ist.
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Aus
den Strömungsgleichungen nach Bernoulli und Venturi ist
der Zusammenhang zwischen der Strömungsgeschwindigkeit
von Wasser beim Austreten aus einer Verengung, den Dimensionen eine
Leitung für die Strömung und dem Druck sowie der
Strömungsgeschwindigkeit vor einer Düse bekannt.
Daher kann aus den bekannten Dimensionen der Ballastwasserleitung
und den Dimensionen der Mischdüse der Druck berechnet werden,
der erforderlich ist, damit die Wasser-Strömungsgeschwindigkeit
von 20 bis 25 m/sec am Austritt des Einlasskonus erreicht wird.
Diese Wasserströmungsgeschwindigkeit des austretenden Wassers
bewirkt in vorteilhafter Weise, dass die über die Acroleinlösungs-Zufuhrleitung
zugeführte Acroleinlösung plötzlich,
das heißt innerhalb von Millesekunden, soweit verdünnt
wird, dass das Acrolein in der Lösung bis zu mehreren Tagen
stabil bleibt.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Mischeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerhöhungspumpe
auf eine Leistung von 45 kW bei einem Durchsatz von 500 m3/h und einer Strömungsgeschwindigkeit
von 2 bis 3 m/sec in einer Zuflussleitung und einer Abflussleitung
der Druckerhöhungspumpe ausgelegt ist. Diese Dimensionierung
der Druckerhöhungspumpe ist insoweit vorteilhaft, dass
ein Hauptballastwasserstrom von ca. 5000 m3/h
behandelt werden kann, wenn die Mischeinrichtung einen Durchsatz
von 500 m3/h hat.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Mischeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskonus
der Mischdüse einen Konuswinkel zwischen 18 und 22 Grad und
er der Auslasskonus der Mischdüse einen Konuswinkel zwischen
9 und 11 Grad aufweist. Diese Bereiche der Konuswinkel für
den Einlasskonus und den Auslasskonus sind vorteilhaft in den Fällen,
in denen die Wasserströmung einen gewissen Anteil an Festkörperteilchen
hat, wie beispielsweise bei Ballastwasser, wobei sich einerseits
ein guter Wirkungsgrad der Mischdüse und andererseits eine
lange Standzeit der Mischdüse ergibt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Mischeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskonus
der Mischdüse einen Konuswinkel von 20 Grad und der Auslasskonus
der Mischdüse einen Konuswinkel von 10 Grad aufweist. Diese
Werte für die Konuswinkel des Einlasskonus und des Auslasskonus
haben sich in Versuchen als optimal für den speziellen
Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung
für eine Vorrichtung zur Behandlung von Ballastwasser mit
Acrolein erwiesen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Mischeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskonus
ein Durchmesserverhältnis in Strömungsrichtung
von Einlass zu Auslass, d. h. eine Verengung, von etwa 2:1 und der
Auslasskonus Durchmesserverhältnis in Strömungsrichtung
von Einlass zu Auslass, d. h. eine Erweiterung, von etwa 1:2 aufweist,
und dass der Durchmesser des Einlasskonus an seinem Einlass und
der Durchmesser des Auslasskonus an seinem Auslass gleich groß ist
wie der Durchmesser der angeschlossenen Rohrleitung. Diese Dimensionierung des
Einlasskonus und des Auslasskonus in Verbindung mit dem Durchmesser
der angeschlossenen Rohrleitung wird zu einem guten Wirkungsgrad
einerseits und zu einer möglichst geringen Bauhöhe
der Mischdüse andererseits.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Mischeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse
einen weiteren Saugstutzen hat, der mit einem Tank für
einen Zersetzungsbeschleuniger über eine Rohrleitung verbunden
ist. Damit kann in vorteilhafter Weise nicht nur die Acroleinlösung
sondern auch zusätzlich ein Zersetzungsbeschleuniger in
der Mischdüse mit dem von der Druckerhöhungspumpe
zugeführten Strömungsmittel zusammengeführt
und gemischt werden. Der Anschluss des Tanks für einen
Zersetzungsbeschleuniger an die Mischdüse ist ferner vorteilhaft insoweit,
als die Zufuhr des Zersetzungsbeschleunigers unabhängig
von anderen Funktionen der Mischeinrichtung oder der Vorrichtung
zur Behandlung von Ballastwasser mit Acrolein erfolgen kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Mischeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einlasskonus und
dem Auslasskonus ein Zwischenstück vorgesehen ist. Dieser
Aufbau der Mischdüse bedeutet, dass die Mischdüse
in einer vorteilhaften modularen Technik zusammengesetzt werden
kann, so dass Wartung und der Ersatz von Teilen der Mischdüse
einfach durchgeführt werden kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Mischeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück
den Saugstutzen für die Acroleinlösung und ggf.
den Saugstutzen für den Zersetzungsbeschleuniger aufweist.
Damit werden in vorteilhafter Weise die Acroleinlösung
und der Zersetzungsbeschleuniger in den Niederdruckbereich der Mischdüse
auf gleicher Höhe eingeführt und mit der Ballastwasserströmung
in der Mischdüse vermischt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Mischeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Ballastwasser-Zweigleitung
eine zur physikalischen Abtrennung von suspendierten Feststoffen
des Ballastwasser-Teilstroms dienende Trenneinrichtung vorgesehen
ist, die in Strömungsrichtung des Ballastwassers vor der Mischdüse
angeordnet ist. Eine derartige Trenneinrichtung sorgt dafür,
dass die Standzeit der Druckerhöhungspumpe und die Standzeit
der Mischdüse erhöht wird, da das in diesen Baueinheiten
fließende Wasser weniger Fremdstoffe enthält und
damit weniger Abrieb verursacht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Mischeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinheit
einen Zentrifugalkraft-Abscheider und/oder einen Schlammfilter aufweist.
Zentrifugalkraft-Abscheider, beispielsweise Hydrozykloneinrichtungen,
und Schlammfilter können mit dem großen Durchsatz
betrieben werden, mit dem in diesem speziellen Anwendungsfall zu
rechnen ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Zufuhreinrichtung
eine Ringdüse, die zum Einsatz in die Hauptballastwasserleitung
ausgelegt ist, wobei die Ringdüse einen Düsenring
aufweist, der eine Vielzahl von über einen Innenumfang
des Düsenrings verteile Düsenöffnungen aufweist.
Durch die Ringdüse mit der Vielzahl von an ihrem Innenumfang
angeordneten Düsenöffnungen kann die Acroleinlösung
gleichzeitig um den gesamten Umfang des Hauptballastwasserstroms
herum diesem Hauptballastwasserstrom zugeführt werden, so
dass eine gleichmäßige Zufuhr von Acroleinlösung
an dem Umfang des Hauptwasserstroms erfolgt, wodurch eine gleichmäßige
und gute Durchmischung der Acroleinlösung mit dem Hauptballastwasserstrom
ermöglicht wird. Eine gleichmäßige Durchmischung
dieser beiden Ströme ist für die gewünschte
Wirkung des Acroleins, nämlich die Abtötung der lebenden
Organismen in dem Hauptballastwasserstrom, wesentlich.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der über
den Innenumfang der Ringdüse verteilen Düsenöffnungen
unter gleichen Abständen angeordnet sind, wobei sich eine in
vorteilhafter Weise gleichmäßige Verteilung der Acroleinlösungsströme
in den Hauptballastwasserstrom ergibt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser
der Ringdüse an den Innenumfang der der Hauptballastwasserleitung
des Hauptballastwasserstroms angepasst ist. Dabei ist vorteilhaft,
dass die Hauptballastwasserströmung ungehindert vorbeiströmen
kann, so dass sich keine Feststoffbestandteile des Hauptballastwasserstroms
vor oder hinter der Ringdüse ansammeln können.
Auch die Lebensdauer der Ringdüse wird dadurch erhöht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung
weiterhin eine an der Ringdüse angeordnete Strömungs-Störeinrichtung
aufweist, die in Richtung eines in der Hauptballastwasserleitung
fließenden Hauptballastwasserstroms stromab von der Ringdüse
liegt. Durch die Strömungs-Störeinrichtung wird
in vorteilhafter Weise die endgültige Durchmischung zwischen
der Acroleinlösungsströmung und der Hauptballastwasserströmung
erreicht. Dass die Strömungsmittel-Steuereinrichtung separat
von der Ringdüse ausgebildet ist, hat den Vorteil, dass
die Strömungs-Störeinrichtung leicht zu ersetzen
ist, wenn sie durch den Hauptballastwasserstrom beschädigt
oder abgenutzt ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs-Störeinrichtung
eine Mischblende mit einer Durchtrittsöffnung für
den Hauptballastwasserstrom aufweist, wobei die Durchtrittsöffnung
eine kleinere offene Fläche als die freie innere Querschnittsfläche
der Hauptballastwasserleitung hat. Die Strömungs-Störeinrichtung
kann eine beliebige Strömungs-Leiteinrichtung, ein Diffusor oder
dergleichen sein. Die Ausbildung der Strömungs-Störeinrichtung
als Mischblende ist eine konstruktiv einfache und sehr wirkungsvolle
Lösung für die Strömungs-Störeinrichtung,
die einerseits den Zweck einer Durchmischung der Acroleinlösungsströmung
mit der Hauptballastwasserströmung gewährleistet
und andererseits bei einem erforderlichen Austausch leicht zu handhaben
ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung
der Mischblende nicht kreisförmig ist. Die Mischfunktion
der Mischblende wird durch den nicht kreisförmigen Querschnitt
im Vergleich zu der Mischwirkung einer Mischblende mit einer runden Öffnung
verbessert.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zuflussleitung
der Ringdüse als Injektorleitung ausgebildet ist, die tangential
an der Ringdüse angeordnet ist. Dabei ist vorteilhaft,
dass die Acroleinlösung tangential in die Ringdüse
eingeleitet wird, so dass sich in der Ringdüse eine Kreisströmung
ergibt, die für eine gleichmäßige Verteilung der
Acroleinlösung an die Austrittsöffnungen der Ringdüse
sorgt.
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Zur
Lösung der vorstehenden Aufgabe wird ein Verfahren zur
Behandlung von Ballastwasser mit Acrolein bereit gestellt, bei dem
ein Acroleinderivat und Hydrolysewasser in einer Reaktoreinrichtung
zur Erzeugung einer wässrigen Acroleinlösung gemischt werden,
ein von einem Hauptballastwasserstrom an einer Abzweigstelle abgezweigter
Ballastwasser-Teilstrom mit der von der Reaktoreinrichtung zugeführten
Acroleinlösung gemischt und dabei verdünnt wird,
und der mit der Acroleinlösung behandelte Ballastwasser-Teilstrom
stromab von der Abzweigstelle zu dem Hauptballastwasserstrom zurückgeführt
wird. Dadurch wird bei großen Durchsatzmengen in der Hauptballastwasserleitung
von bis zu 5000 m3/h erreicht, dass das
Acrolein dennoch in einer verhältnismäßig
klein bauenden Anlage erzeugt und in ausreichender Menge dem Hauptballastwasserstrom
zugeführt werden kann. Auch das Problem der ausreichenden
Wasserversorgung der Anlage zum Abmischen der Acroleinlösung
wird vorteilhaft durch die Verwendung eines Teils des Hauptballastwasserstroms
gelöst.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrenes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktoreinrichtung
zur Erzeugung einer wässrigen Acroleinlösung zusätzlich
ein Spaltkatalysator zugeführt wird, um die Hydrolyse des Acroleinderivats
zu beschleunigen, was sich vorteilhaft auf die Länge der
erforderlichen Verweilzeit der Acroleinlösung in der Reaktoreinrichtung
auswirkt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrenes ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Ballastwasser-Teilstrom
zusätzlich ein Zersetzungsbeschleuniger zugeführt wird,
was sich in vorteilhafter weise dahingehen auswirkt, dass eventuell
noch vorhandene Reste der Acroleinderivats auflösen, bevor
der Ballastwasser-Teilsrom dem die Lösung dem Hauptballastwasserstrom
zugemischt wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrenes ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Ballastwasser-Teilstrom
von etwa 10% von dem Hauptballastwasserstrom abgezweigt wird, was
einerseits für die Wasserversorgung der Anlage ausreichend
ist und andererseits den Bauumfang der Anlage in Grenzen hält.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrenes ist dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Nenngehalt
des Acroleins in dem mit Acrolein behandelte Hauptballastwasserstrom
eine Konzentration von etwa 5 bis 15 ppm Acrolein beträgt
und der Ballastwasser-Teilstrom 10% des Hauptballastwasserstroms
ist, das Verhältnis von ein Acroleinderivat und Hydrolysewasser
an der Reaktoreinrichtung so gewählt wird, dass die aus
der Reaktoreinrichtung austretende Acrolienlösung eine
Konzentration von 150000 ppm Acrolein hat, und dass der Ballastwasser-Teilstrom
nach dem Mischen mit der Acroleinlösung eine Konzentration von
50 bis 150 ppm Acrolein hat. Für höhere oder niedrigere
Konzentrationen des Acroleins in dem Hauptballastwasserstrom kann
diese Bemessungsvorschrift entsprechend angewandt werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrenes ist dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Reaktoreinrichtung austretende
Acroleinlösung bei der Mischung mit dem Ballastwasser-Teilstrom
im Verhältnis von etwa 1:500 bis 1:1000 durch den Ballastwasser-Teilstrom verdünnt
wird, und dass der mit Acrolein behandelte Ballastwasser-Teilstrom
im Verhältnis von etwa 1:5 bis 1:10 durch den Hauptballastwasserstrom
verdünnt wird, wenn der Nenngehalt des Acrtoleins in dem
mit Acrolein behandelte etwa 5 bis 15 ppm Acrolein beträgt
und der Ballastwasser-Teilstrom 10% des Hauptballastwasserstroms
ist. Es findet somit eine dreistufige Verdünnung des Acroleins
statt: eine erste Verdünnung in der Reaktoreinrichtung
durch das Hydrolysewasser aus eine 5 bis 15%ige Acroleinlösung,
ein zweite Verdünnung beim Abmischen der von der Reaktoreinrichtung
kommenden Acroleinlösung, und eine dritte Verdünnung
beim Eintreten des mit Acrolein behandelte Ballastwasser-Teilstroms
in den Hauptballastwasserstrom. Dadurch wird eine gute Verfahrensökonomie
erreicht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrenes ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Mischung des Ballastwasser-Teilstrom
und der Acroleinlösung eine durch den Ballastwasser-Teilstrom
betriebene Mischdüse vom Typ eine Wasserstrahlpumpe verwendet
wird, deren Unterdruckzone die Acroleinlösung und ggf.
der Zersetzungsbeschleuniger zugeführt wird/werden. Dadurch
lässt sich eine gute Durchmischung der Acroleinlösung
mit dem Ballastwasser-Teilstrom erreichen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrenes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und die Strömungsgeschwindigkeit
des Ballastwasser-Teilstroms so gewählt wird, dass in der
Mischdüse eine Wasser-Strömungsgeschwindigkeit
von 20 bis 25 m/sec erreicht wird. Die Wasser-Strömungsgeschwindigkeit
von 20 bis 25 m/sec in der Mischdüse ist ausreichend, um die
Akroleinlösung aus der Reaktoreinrichtung und den Zersetzungsbeschleuniger
anzusaugen, und sie gewährleistet eine sofortige Durchmischung
der zugeführten Medien in Millisekunden, was für
die Stabilisierung des Acroleins wichtig ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrenes ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckerhöhungspumpe
einer Nennleistung von 45 kW zur Erhöhung des Drucks in
dem Ballastwasser-Teilstrom verwendet wird, wenn ein Durchsatz von
500 m3/h und eine Strömungsgeschwindigkeit
von 2 bis 3 m/sec in dem Ballastwasser-Teilstrom vorgegeben sind,
um eine Wasser-Strömungsgeschwindigkeit von 20 bis 25 m/sec in
der Mischdüse zu erreichen. Diese Dimensionierungsregel
kann entsprechend auf andere Durchsatzmengen angewendet werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden an Hand der beigefügten Zeichnungen
erläutert, in denen
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1 schematisch
ein erstes Ausführungsbeispiel der gesamten Vorrichtung
zeigt,
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2 schematisch
die Ringdüse in der Seitenansicht zeigt,
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3 schematisch
die in eine Ballastwasserrohrleitung eingesetzte Ringdüse
zusammen mit der Mischblende zeigt,
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4 eine
perspektivische Ansicht der Ringdüse mit einer tangential
angesetzten Injektorleitung zeigt,
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5 eine
Vorderansicht der Mischblende MB mit quadratischer Durchtrittsöffnung
zeigt, und
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6 eine
Schnittdarstellung einer Mischdüse.
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Wie
aus 1 zu ersehen ist, fließt der Hauptballastwasserstrom
(Volumen/Zeiteinheit) BW des mit Acrolein zu behandelnden Ballastwassers durch
die Hauptballastwasserleitung 2 zu einer Zufuhreinrichtung,
eine Ringdüse 4 mit einem Düsenring 5,
an dessen Innenseite wenigstens eine Düsenöffnung 6, vorzugsweise
eine Vielzahl von unter gleichen Abständen angeordnete
Düsenöffnungen 6, vorgesehen ist/sind.
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Ferner
umfasst die Zufuhreinrichtung eine Strömungs-Störeinrichtung,
die in Richtung des Hauptballastwasserstroms stromab von der Ringdüse 4 liegt.
Die Strömungs-Störeinrichtung kann eine Verengung,
eine Strömungsleiteinrichtung oder ein sonstiges Hindernis
sein, wodurch der von der Ringdüse kommende Hauptballastwasserstrom
verwirbelt und damit vermischt wird. Eine bevorzugte Form der Strömungs-Störeinrichtung
ist eine in 1 gezeigt Mischblende 8,
durch die das aus der Ringdüse 4 austretende Ballastwasser
strömt. Durch die Mischblende 8 wird der freie
Querschnitt der Hauptballastwasserleitung 2 verengt, und
es wird ein hydraulischer Überdruck vor der Blende 8 erzeugt,
der zu einer Turbulenz in der Ballastwasserströmung führt, die
zu der schnellen und guten Durchmischung des Hauptballastwasserstroms
BW mit einem mit Acrolein vorbehandelten Ballastwasser führt.
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Durch
die Düsenöffnungen 6 fließt
gleichzeitig ein Strom (Volumen/Zeiteinheit) BA von mit Acrolein
behandeltem Wasser radial nach innen und trifft auf den Hauptballastwasserstrom
BW. Die vollständige momentane Vermischung des Hauptballastwasserstroms
BW und des mit Acrolein vorbehandelten Wasserstroms BA mittels der
Mischblende 8 liefert als Summe den Ballastwasserabfluss
BWB.
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Die
Vorrichtung umfasst ferner eine Leitung 10, durch die der
Vorrichtung ein Ballastwasser-Teilstrom BT zugeführt wird.
Die Leitung 10 führt zu einer Trenneinrichtung 12,
die zur physikalischen Abtrennung des Schlammanteils bzw. von suspendierten Feststoffen
des Ballastwasser-Teilstroms BT dient. Ein Regelventil 14 ist
in der Leitung 10 vorgesehen, um die Menge des in die Trenneinrichtung 12 eintretenden
Ballastwasser-Teilstroms BT einzustellen. Ein in der Trenneinrichtung 12 abgetrennter
Schlammwasserstrom BZ verlässt die Vorrichtung über
eine Austrittsleitung 16. Die Trenneinrichtung 12 führt
eine physikalische Abtrennung von suspendierten Feststoffen aus
dem Ballastwassers-Teilstrom BT mittels Zentrifugalkraft und/oder
Filtration durch.
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Eine
Klarwasserleitung 18 führt von der Trenneinrichtung 12 zu
dem Saugstutzen der Pumpe 20. Der vermittels der Trenneinrichtung 12 vorher physikalisch
gereinigte Ballastwasser-Teilstrom BV fließt durch die
Leitung 18 zu der Pumpe 20, die als Druckerhöhungspumpe
ausgelegt ist. Von der Pumpe 20 führt eine Druckwasserleitung 22 zu
einer Mischdüse 24, um den aus der Pumpe 20 austretenden,
vorher physikalisch gereinigten Wasser-Teilstrom BV einem Zuflussstutzen 26 der
Mischdüse 24 zuzuführen, in welcher der
Wasser-Teilstrom BV mit wässriger Acroleinlösung
gemischt wird. Die Mischdüse 32 ist als Wasserstrahlpumpe
mit einem Düsenbereich mit hydraulischem Unterdruck ausgebildet. Die Mischdüse 24 hat
ferner einen Abflussstutzen 28, der über eine
Leitung 29 mit der Ringdüse 4 verbunden
ist, und zwei Vakuum-Stutzen 30, 32.
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Das
Volumen des Wasser-Teilstroms BV ist nahezu gleich der Differenz
des von der Pumpe angesaugten Volumens des Wasser-Teilstroms BT
minus dem Volumen des von der Trenneinrichtung 12 zur physikalischen
Abtrennung von Feststoffen abgeschiedenen Schlammwasserstroms BZ.
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Der
eine Vakuum-Stutzen 30 ist über eine Leitung 34 mit
einem Schlauchreaktor 36 verbunden, der einen Abflussstutzen 38 und
einen Zuflussstutzen 40 aufweist. Der Zuflussstutzen 40 des Schlauchreaktors 36 ist über
eine Leitung 42 mit einem Abflussstutzen 44 eines
Generators 46 verbunden, der einen Akrolein-Zuflussstutzen 48,
einen Spaltkatalysator-Zuflussstutzen 50 and einen Wasser-Zuflussstutzen 52 aufweist.
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Über
den Akrolein-Zuflussstutzen 48 wird dem Generator 46 in
Abhängigkeit vom dem Volumen des Wasser-Teilstroms BT ein
Volumenstrom A eines Acroleinderivates, beispielsweise Acroleinacetal,
zugeführt. Über den Spaltkatalysator-Zuflussstutzen 50 wird
dem Generator 46 in Abhängigkeit von dem Volumenstrom
A ein Volumenstrom K eines Spaltkatalysators zugeführt. Über
den Wasser-Zuflussstutzen 52 wird dem Generator 46 in
Abhängigkeit vom Volumenstrom A ein Wasserstrom W zugeführt.
In einer an den Wasser-Zuflussstutzen 52 angeschlossenen
Leitung 54 ist ein Ventil 56 zur Steuerung des
Wasserzuflusses vorgesehen.
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Von
dem Wasser-Zuflussstutzen 52 führt eine Zweigleitung 58 zu
der Druckwasserleitung 22 und endet dort zwischen der Pumpe 20 und
der Mischdüse 24. Wenn das Ventil 56 in
der Leitung 54 geöffnet und das Ventil 60 in
der Leitung 58 geschlossen ist, erfolgt die Wasserzufuhr
von einer (nicht gezeigten) Reinwasserquelle. Alternativ kann der
Generator 46 auch statt mit dem Wasserstrom W über die
Leitung 58 mit einem Teilstrom des Wasser-Teilstroms BV
betrieben werden. Dazu wird das Ventil 56 geschlossen und
das Ventil 60 geöffnet.
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Die
im Generator 46 durch Zusammenwirken von Wasser W, Spaltkatalysator
K und Acroleinderivat A erzeugte, wässrige Acroleinlösung
strömt aus dem Abflussstutzen 44 des Generators 46 in
den Zuflussstutzen 40 des Schlauchreaktors 36,
wo die Reaktion der Reaktionsbestandteile zu Ende geführt wird.
Von dem Abflussstutzen 38 des Schlauchreaktors 46 fließt
die wässrige Acroleinlösung durch die Leitung 34 in
den Vakuum-Stutzen 30 der Mischdüse 32.
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In
der Mischdüse 24 trifft der Volumenstrom der bei
dem Vakuum-Stutzen 30 zugeführten wässrigen
Acroleinlösung mit dem durch den Anschlussstutzen 26 zugeführten,
vorher physikalisch gereinigten Wasser-Teilstrom BV zusammen.
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Der
in der Mischdüse 24 entstehende Acroleinhaltige
Wasserstrom verlässt die Mischdüse 24 durch
den Austrittsstutzen 28 und gelangt über die Leitung 29 in
die Ringdüse 4 wo die Vermischung mit dem Hauptballastwasserstrom
BW erfolgt.
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Mit
dem Vakuum-Stutzen 32 ist über eine Leitung 62 ein
Tank 64 für Zersetzungsbeschleuniger verbunden.
In der Leitung 62 sind eine Pumpe 66 und ein Absperrventil 68 in
dieser Reihefolge zwischen dem Tank 64 und Vakuum-Stutzen 32 vorgesehen. Der
Tank 64 ist durch die Leitung 63 mit dem Saugstutzen
einer Pumpe 66 hydraulisch verbunden. An dem Druckstutzen
der Pumpe 66 ist der Zuflussflansch des Absperrventils 68 angebracht.
Der Abflussflansch des Absperrventils 68 ist mit dem Flansch
des Vakuum-Stutzens 32 der Mischdüse 24 verbunden.
Somit kann aus dem Tank 64 bei Bedarf mittels der Pumpe 66 über
das Ventil 68 durch die Leitung 62 Zersetzungsbeschleuniger
zu dem Vakuum-Stutzen 32 zudosiert werden.
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2 zeigt
schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ersten
Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Wasserversorgung für
die Mischdüse 24 und den Generator 46 von
einer separaten Wasserquelle, beispielsweise von der Brauchwasserversorgung
des Schiffes erfolgt, die durch einen Brauchwassertank 67 dargestellt
ist. Der Brauchwassertank 67 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
direkt mit der Druckerhöhungspumpe 20 verbunden.
Das gemeinsame Merkmal der beiden Ausführungsbeispielen
besteht darin, dass ein im Vergleich zu dem Ballastwasserhauptstrom
kleiner Acrolein enthaltender Wasserstrom dem Ballastwasserhauptstrom
mit hohem Wirkungsgrad zugeführt werden kann.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, besteht der Düsenring 5 der
Ringdüse 4 aus einem inneren Rohrabschnitt 70,
der auf seinem Umfang mit mehreren Düsenöffnungen 6 versehen
ist, sowie einem äußerem Rohrabschnitt 72 und
zwei Flanschringen 74 und 76 gebildet ist. Die
Flanschringe 74 und 76 sind zwischen dem inneren
Rohrabschnitt 70 und dem äußeren Rohabschnitt 72 flüssigkeitsdicht
eingeschweißt. In die Flanschringe 74 und 76 sind
Stehbolzen 78 eingesetzt, die Gewinde haben, damit mit
Hilfe von Muttern 79 (4) ein leichter
Einbau in bestehende Ballastwasserleitungen erfolgen kann.
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Wie
aus 4 ersichtlich ist, ist die Ringdüse 4 durch
die Stehbolzen 78 und die Muttern 79 direkt an
Anschlussflanschen 80, 82 der Hauptballastwasserleitung 2 so
angeschlossen, dass die Mischblende 8 in Flussrichtung
des Hauptballastwasserstroms BW hinter den Düsenöffnungen
liegt. Zwischen der Ringdüse 4 und den Anschlussflanschen 80, 82 sind
Flachdichtungen 84, 86 vorgesehen. Zwischen der
Ringdüse 4 und dem Anschlussflansch 80 der
Hauptballastwasserleitung 2 ist die Mischblende 8 angeordnet
und über zwei Flachdichtungen 88, 90 abgedichtet.
Die Mischblende 8 wird beim Anziehen der Muttern 79 an
den Stehbolzen 78 einfach eingeklemmt. Somit ergibt sich
ein einfacher Anschluss der Ringdüse 4 in die
auf dem Schiff vorhandenen Ballastwasserleitungen.
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5 zeigt
die perspektivische Darstellung der Ringdüse 4 und
die am äußeren Rohrmantel 72 tangential
angesetzte Leitung 29, die als Injektorleitung ausgebildet
ist. 6 zeigt die Mischblende 8 mit einer nicht
kreisförmigen sondern quadratischen Durchtrittsöffnung 5.
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6 zeigt
schematisch eine Mischdüse 24. Die Mischdüse 24 umfasst
einen Auslasskonus 94 und einen Einlasskonus 96 sowie
ein Zwischenstück 98, das zwischen einem Flansch 100 an
dem Auslassende des Einlasskonus 96 und einen Flansch 102 am
Eintrittsende des Austrittskonus 94 angeordnet ist. Die
Flansche 100, 102 und das Zwischenstück 98 sind,
wie in 6 dargestellt ist, miteinander durch Schrauben 104 und
Muttern 106 verschraubt. Der Einlasskonus 96 weist
die Einlassmündung 26 für Ballastwasser
auf, und der Auslasskonus 94 weist die Auslassöffnung 28 auf.
Die Saugstutzen 30 und 32 in dem Zwischenstück 98 dienen
zum Anschluss der Leitung 34 für Acroleinlösung
bzw. der Leitung 62 für Zersetzungsbeschleuniger.
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Wie
in 6 gezeigt ist, hat der Einlasskonus 96 einen Öffnungswinkel
von 20°, und der Auslasskonus 94 hat einen Öffnungswinkel
von 10°. Der Einlasskonus 96 der Mischdüse 24 hat
ein Durchmesserverhältnis in Strömungsrichtung
S von Einlass zu Auslass, das heißt eine Verengung des Durchtrittsquerschnitts,
von etwa 2:1 und der Auslasskonus hat ein Durchmesserverhältnis
in Strömungsrichtung S vom Einlass zum Auslass, das heißt
eine Erweiterung der Durchtrittsfläche, von etwa 1:2. Der
Durchmesser des Einlasskonus 96 an seinem Einlass 26 und
der Durchmesser des Auslasskonus 94 an seinem Auslass 28 ist
gleich groß wie der Durchmesser der angeschlossenen Rohrleitung
für Ballastwasser. Wenn die Druckerhöhungspumpe 20 auf
45 kW ausgelegt ist, wird, wenn die Druckerhöhungspumpe 20 bei
ihrer Nennleistung arbeitet, bei einem Durchschnitt von 500 m3/h und einer Strömungsgeschwindigkeit
von 2 bis 3 m/sec die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit
von 20 bis 25 m/sec am Auslassende des Einlasskonus 96 erreicht.
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Der
Einlasskonus 94 ist über einen Flansch 98 mit
der Zufuhrleitung 29 zu der Ringdüse 4 verbunden.
Der Einlassstutzen 96 ist über einen Flansch 110 mit
der Leitung 18 für die Zufuhr von Ballastwasser
verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202007004912
U [0005, 0005]