DE2158734C3 - Ofen zum Umhüllen von Teilchen bei hoher Temperatur - Google Patents
Ofen zum Umhüllen von Teilchen bei hoher TemperaturInfo
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
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- B01J8/42—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed subjected to electric current or to radiations this sub-group includes the fluidised bed subjected to electric or magnetic fields
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen zum ladungsweisen Umhüllen von Teilchen in einem
Fließbett bei hoher Temperatur.
Hitzebeständige Umhüllungen werde im allgemeinen bei Brennstoffteilchen für Kernreaktoren verwendet
Sie bestehen oft aus pyrolytischem Kohlenstoff oder Siliziumkarbid und werden auf die Teilchen in Ofen von
mehr oder weniger zylindrischer Form aufgebracht, die ladungsweise bei Temperaturen des Fließbettes von
12000C bis 22000C arbeiten. Die erforderliche Wärme
wird erzielt mit Hilfe von Graphit-Widerstandserhitzern, die mit normalem oder Drehstrom arbeiten und
den Reaktor oder die Kolonne für das Fließbett umgeben, wobei sie an wassergekühlte Stromanschlüsse
angeschlossen sind. Zum Vermeiden einer Zersetzung von Reaktionsgasen (Kohlenwasserstoffe, Methylirichlorsilan)
werden auch die Gaszuführungsleitung oder der Gasverteiler mit Wasser gekühlt.
Bei einer Maßstaberweiterung dieser Fließbetten stellen sich Probleme wie Wärmegefälle und Wärmeverluste
durch Strahlung. Bei bekannten Fließbettdurchmessern von ca. 150 mm werden bereits Leistungen in
der Größenordnung von 100 bis 150 kW benötigt, um zu
vernünftig kurzen Erhitzungszeiten zu gelangen. Da bereits an Fließbettdurchmesser bis zu 250 mm gedacht
wird, um zu einer wirtschaftlich vertretbaren Produktion von umhüllten Teilchen zu gelangen, stellt sich die
Aufgabe, ein System zu entwickeln, bei welchem Verluste möglichst weit verhindert werden.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Ofen, der aus einer Reaktionskammer aus Graphit und einem um sie
herum konzentrisch angeordneten, durch unmittelbaren Stromdurchgang beheizbaren Graphitwiderstandserhitzer
besteht, dadurch möglich, daß die Reaktionskammer durch Einschluß in den Heizstromkreis direkt beheizbar
ist. Dies kann erfolgen, indem die Graphitreaktionskammer auf einander gegenüberliegenden Seiten mit
wassergekühlten Stromanschlüssen von massiver Aus
führung versehen wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines
Ofens nach der Erfindung dargestellt, mit welchem in
der Praxis gute Ergebnisse erzielt wurden. Die beigefügte Zeichnung stellt einen Schnitt durch einen
Ofen nach der Erfindung dar.
Zentral in diesem Ofen befindet sich ein innerer Graphitwiderstandserhitzer mit einer Reaktionskammer
1, die in der Mitte vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist und deren Enden sich konisch verjüngen.
Ein Ende ist offen, während, das andere Ende zu einem
zylindrischen Körper verstärkt ist, in welchem zentral eine Gaszuführung 9 angebracht ist Diese Gaszuführung
läßt sich mit Hilfe von Kühlkreisläufen mit Zu- und
is Abführung S kühlen. Die Reaktionskammer ist mit
ehiem Stromanschluß 3 über einen Block 5 elektrisch leitend verbunden, der ebenfalls gekühlt werden kann.
Konzentrisch um die Reaktionskammer 1 herum ist ein vorzugsweise zylindrisch ausgebildeter äußerer Graphitwiderstandserhitzer
2 angeordnet Dieser Graphitwiderstandserhitzer ist mit einem Stromanschluß 4 über
einen Block 6 elektrisch leitend verbunden, der ebenfalls gekühlt werden kann. Die Blöcke 5 und 6 sind durch
Isoliermaterial 7 gegeneinander isoliert Die Reaktionskammer 1 hat in Nähe ihres offenen Endes elektrischen
Kontakt mit dem äußeren Graphitwiderstahdserhitzer 2. Dieser Kontakt ist vorzugsweise ein elastischer oder
gleitender Kontakt, so daß bei Erhitzung infolge unmittelbaren Stromdurchgangs der Kontakt bestehen
bleibt, und zwar auch dann, wenn sich die Reaktionskammer 1 stärker oder weniger stark ausdehnt als der
Graphitwiderstandserhitzer 2. Man erhält einen guten Gleitkontakt wenn in dem Graphitwiderstandserhitzer
2 an seiner Oberseite ein oder mehrere Schlitze in Längsrichtung ausgebildet sind. In der Zeichnung ist
dies dadurch veranschaulicht daß der obere Teil links von 2 nicht schraffiert ist Die Wandstärken von
Reaktionskammer und äußerem Graphitwiderstandserhitzer werden vorzugsweise so gewählt, daß der
zylindrische Mittelabschnitt der Reaktionskammer infolge unmittelbaren Stromdurchgangs am stärksten
erhitzt wird. Die Reaktionskammer und der Graphitwiderstandserhitzer sind von einem vorzugsweise
zylindrisch und doppelwandig ausgebildeten Außenmantel 10 umgeben, der bei doppelwandiger Ausführung
mit Hilfe der Kühlkreisläufe 8 kühlbar ist. Der Raum zwischen dem Außenmantel 10 und dem
Graphitwiderstandserhitzer 2 ist vorzugsweise mit einem wärmeisolierenden Material beispielsweise mit
»ο Graphitfilz 11 ausgefüllt Der Ofen ist auf einer Seite
durch die Blöcke 5 und 6 und auf der anderen Seite durch einen an den Kühlkreislauf 8 angeschlossenen
Deckel 12 verschlossen, in welchem zentral eine durch ein Schauglas 13 verschlossene Öffnung 14 vorgesehen
ist, durch die hindurch der Ofen beschickt und entleert werden kann. Zwischen dem offenen Ende der
Reaktionskammer 1 und dem Deckel 12 befindet sich ein Raum 15 für Abgase, die über die Abführleitung 16
abgesaugt werden können. In der Seitenwand des Mantels 10 befindet sich eine Beobachtungsöffnung 17
zur Temeraturüberwaehung=
Der Ofen wird senkrecht aufgestellt benutzt. Die zu umhüllenden Teilchen werden über die Öffnung 14
eingebracht und durch einen Gasstrom über die
h> Zuführungsleitung 9 in Fließzustand gebracht. Das
Beheizen des Ofens erfolgt durch unmittelbaren Stromdurchgang durch den Graphitwiderstandserhitzer
2, die Reaktionskammer und den inneren Graphitwider-
standserhitzer 1, Wenn die gewünschte Temperatur
erreicht ist, können nach bekannten Verfahren durch eine bestimmte Zusammensetzung des zugeführten
Gases UmhüJlungsschichten beispielsweise aus Kohlenstoff, Siliziumkarbid und dergleichen auf die Teilchen
aufgebracht werden. Nach Beendigung des Verfahrens werden die Teilchen beispielsweise durch Absaugen aus
dem Ofen entfernt
Der Ofen nach der Erfindung kann besonders einfach und robust gebaut werden. Beim Ausführungsbeispiel
gemäß der Zeichnung bildet der äußere Graphitwiderstandserhitzer eine Art Wärmeschild, mittels dessen sich
Wärmeverluste aus der Reaktionskammer stark herabsetzen lassen. Durch Einschalten der Reaktionskammer
in den Stromkreis wird der elektrische Widerstand im Vergleich zu den üblichen öfen fast verdoppelt,
während trotzdem die Vorteile (Festigkeit) eines zylindrischen Körpers erhalten bleiben. Außer reinem
Graphit als Baumaterial kann man natürlich auch in Graphit eingebettetes Graphitgewebe oder Graphittuch als Baumaterial verwenden. Der Ofen kann auch
am Dreiphasendrehstrom angepaßt werden, wobei der Gleitkontakt an der Oberseite der Reaktorkammer
dann als »Sternpunkt« dienen kann.
Es wurde ein Ofen gemäß der Zeichnung gebaut mit einem Durchmesser des Fließbettes von 82 mm, d. h. der
Innendurchmesser der Reaktorkammer 1 betrug in ihrem zylindrischen Teil 82 mm. Ungefähr 60% der
benötigten Wärme erhielt man mit Hilfe der Reaktionskammer und ungefähr 40% mit Hilfe des äußeren
Graphitwiderstandserhitzers. Dieser Ofen wurde in seinen Leistungen mit einem üblichen Ofen mit einem
Kolonnendurchmesser für das Fließbett von 55 mm Innendurchmesser verglichen. Bei diesem bekannten
Ofen war ein äußerer koaxialer Graphiterhitzer mit einem Innendurchmesser von 70 mm vorgesehen.
Dieser bekannte Ofen war außerdem in gleicher Weise thermisch abgeschirmt und paßte in den gleichen
Außenmantel hinein wie der nach der Erfindung. Unter Berücksichtigung des Unterschiedes im effektiven
Fließbettquerschnitt beider Systeme (23,6 bzw. 52,8 cm2)
ίο konnte ermittelt werden, daß sich mit dem Ofen nach
der Erfindung zum Erreichen der gleichen Fließbettemperatur im Vergleich zu dem üblichen Ofen etwa 50%
an Energie einsparen ließ. In der nachstehenden Tabelle ist das in Zahlen ausgedrückt Die Ziffer 1 bezieht sich
auf den bekannten Ofen, die Ziffer 2 auf den Ofen nach der Erfindung. Die Temperatur wurde jeweils in der
Mitte der Reaktionskammerwand gemessen.
Leistungsaufnahme | Temperatur |
Ofen i | |
(kW) | CC) |
25 33 | |
6,0 | 900 |
7,5 | 98C |
10,0 | 1150 |
12,0 | 1300 |
JO 14,0 | 1425 |
20,0 | 1600 |
25,0 | 1800 |
Temperatur
Ofen 2
Ofen 2
(0C)
900
1220
1350
1675
1875
2075
1220
1350
1675
1875
2075
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Ofen zum ladungsweisen Umhüllen von Teilchen in einem Fließbett bei hoher Temperatur,
der aus einer Reaktionskammer aus Graphit und einem um sie herum konzentrisch angeordneten,
durch unmittelbaren Stromdurchgang beheizbaren Graphitwiderstandserhitzer besteht, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (1) durch Einschluß in den Heizstromkreis direkt
beheizbar ist
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer auf einer Seite elekrisch
leitend auf einem mit einem elektrischen Anschluß (3) versehenen kühlbaren Block (5) ruht und auf der
anderen Seite mit Hilfe eines Gleitkontaktes elektrisch leitend mit dem Graphitwiderstandserhitzer
(2) verbunden ist, der seinerseits mit einem von dem Block (5) isolierten, kühlbaren und mit einem
elektrischen Anschluß (4) versehenen Block (6) elektrisch leitend verbunden ist.
3. Ofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Graphitwiderstandserhitzer
(2) an seiner Oberseite in Längsrichtung ein oder mehrere Schlitze ausgebildet sind.
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