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Die
Erfindung betrifft eine Reaktoreinrichtung für 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 eingesetzt 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 dem Reaktionsgefäß.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine im Aufbau vereinfachte Reaktor-Einrichtung
zur Erzeugung einer wässrigen Acroleinlösung für
eine Vorrichtung zur Behandlung von Ballastwasser mit Acrolein bereit
zu stellen, mit der Ballastwasser an Bord von Schiffen mit Acrolein
behandelt werden kann, deren Einsatzfähigkeit auch bei
großen Durchsatzmengen mit vertretbarem Bauaufwand gewährleistet
ist.
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Dazu
wird eine erfindungsgemäße Reaktor-Einrichtung
zur Erzeugung einer wässrigen Acroleinlösung für
eine Vorrichtung zur Behandlung von Ballastwasser mit Acrolein bereit
gestellt, die umfasst 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
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 ausreichende
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
Reaktor-Einrichtung 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
Reaktor-Einrichtung 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
Reaktor-Einrichtung 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
Reaktor-Einrichtung 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
Reaktor-Einrichtung 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
Reaktor-Einrichtung 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
Reaktor-Einrichtung 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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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden an Hand der beigefügten Zeichnungen
erläutert, in denen
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1 schematisch
eine vollständige Vorrichtung zur Behandlung von Ballastwasser
mit Acrolein zeigt,
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2 schematisch
die Ringdüse in der Seitenansicht zeigt, und
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3 schematisch
die in eine Ballastwasserrohrleitung eingesetzte Ringdüse
zusammen mit der Mischblende zeigt,
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1 zeigt
schematisch eine Vorrichtung zur Behandlung von Ballastwasser mit
Acrolein, bei der die erfindungsgemäße Reaktoreinrichtung
eingesetzt wird. Wie aus 1 zu ersehen ist, fließt
ein Hauptballastwasserstrom (Volumen/Zeiteinheit) BW von mit Acrolein
zu behandelnden Ballastwassers durch eine Hauptballastwasserleitung 2 zu
einer Zufuhreinrichtung, die eine Ringdüse 4 mit
einem Düsenring 5 aufweist, an dessen Innenseite
eine Vielzahl von unter gleichen Abständen angeordnete
Düsenöffnungen 6 vorgesehen 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.
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Eine
bevorzugte Form der Strömungs-Störeinrichtung
ist eine in 1 gezeigte 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 sofortige 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 Zweigleitung 10, die stromab
von eine Ballastwasser-Speisepumpe (nicht gezeigt), durch die Ballastwasser
in die Ballastwassertanks des Schiffes eingespeist wird, und stromauf
von der Zufuhreinrichtung von der Hauptballastwasserleitung 2 abzweigt
und durch die der Ballastwasser-Behandlungsvorrichtung ein Ballastwasser-Teilstrom
BT zugeführt wird. Die Zweigleitung 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 Zweigleitung 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 Trenneinrichtung 12 über
eine Austrittsleitung 16. Die Trenneinrichtung 12 führt
eine physikalische Abtrennung von suspendierten Feststoffen aus
dem Ballastwasser-Teilstrom BT mittels Zentrifugalkraft und/oder
Filtration durch.
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Der
vermittels der Trenneinrchtung 12 vorher physikalisch gereinigte
Ballastwasser-Teilstrom BV fließt durch eine Klarwasserleitung 18 zu
einem Saugstutzen einer Druckerhöhungspumpe 20.
Von der Druckerhöhungspumpe 20 führt
eine Druckwasserleitung 22 zu einer Mischdüse 24,
um den aus der Druckerhöhungspumpe 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 und so verdünnt wird, dass die Acroleinlösung über
einen Zeitraum von einigen Tagen stabil bleibt bzw. dass sich das
Acrolein in der Acroleinlösung nicht zersetzt.
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Die
Leistung der Druckerhöhungspumpe 20 ist 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. Die Druckerhöhungspumpe 20 ist
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.
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Die
Mischdüse 24 hat ferner einen Abflussstutzen 28,
der über eine Leitung 29 mit der Ringdüse 4 verbunden
ist, und zwei Saugstutzen 30, 32. Die Druckerhöhungspumpe 20 ist
so ausgelegt, dass über der Mischdüse 24,
die als Wasserstrahlpumpe ausgebildet, eine Druckdifferenz von etwas
1 bis 1,5 bar zwischen dem Druck in dem Zuflussstutzen 26 der
Mischdüse 24 und dem Druck in dem Abflussstutzen 28 der
Mischdüse 24 erzeugt wird, sodass ein Unterdruckbereich
in der Mischdüse entsteht, durch den die Acroleinlösung
angesaugt wird.
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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 Saugstutzen 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 Acrolienderivat-Zuflussstutzen 48,
einen Spaltkatalysator-Zuflussstutzen 50 and einen Wasser-Zuflussstutzen 52 aufweist.
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Über
den Akroleinderivat-Zuflussstutzen 48 wird dem Generator 46 in
Abhängigkeit vom dem Volumen des Wasser-Teilstroms BT ein
Volumenstrom A eines Acroleinderivates 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 Reinwasserstrom W zugeführt. In einer an den Wasser-Zuflussstutzen 52 angeschlossenen
Reinwasserleitung 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 Druckerhöhungspumpe 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 Reinwasserstrom 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 Saugstutzen 30 der Mischdüse 32.
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In
der Mischdüse 24 trifft der Volumenstrom der bei
dem Saugstutzen 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 Saugstutzen 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 Saugstutzen 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
Saugstutzens 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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Wie
aus 2 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 3 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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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202007004912 [0005, 0005]