NO129385B - - Google Patents

Description

Apparat for oppvarmning av damper av halogenider.

Foreliggende oppfinnelse angår et apparat for oppvarmning av

damper av halogenider (med unntagelse av fluorider) av titan,

silicium, aluminium, zirkonium og jern.

Det oppstår problemer med oppvarmningen av halogenid-

damper av disse elementer opp til temperaturer i størrelsesordenen 700°C til 1000°C, f.eks. for å la dem gjennomgå oxydasjonsreaksjoner med oxyderende gasser, på grunn av halogenidenes korroderende natur ved slike temperaturer.

I apparater ,for oppvarmning av halogeniddamper til disse temperaturer kan platina eller en egnet legering av platina anvendes for de deler av apparatet som er i kontakt med dé varme hålogenide gasser.fordi dets korrosjonshastighet ved-disse temperaturer er Kfr.kl. 12i-33/08, 12m-7/48, 12n-23/02, 12n-49/10

akseptable.

Nederlandsk patentansøkning 6.509.779 angår oppvarmning av en av disse damper, titantetraklorid, i et met allkamraer foret;innvendig med et ildfast materiale, idet varme tilføres til det indre av kammeret ved innvendige oppvarmningselementer, som kan være belagt med platina, og som rager inn gjennom mantelen. Platina og dets legeringer er selvsagt meget dyre, og hvis de skal brukes i opp-varmere for disse gasser, er deres anvendelse vanligvis bare,,; økonomisk berettiget hvis mengden av disse materialer som anvendes, kan holdes på et forholdsvis lavt riivå.

Når et varmt metall benyttes for oppvarmning av en gass, bevirkes vanligvis, overføringen av varme.fra metallet til gassen ved konveksjon, og det er selvfølgelig ønskelig, hvis den nødvendige mengde metall skal holdes liten, at det overflateareal- av metallet som er i kontakt med gassen for hver masseenhet av metall, skal.være så stor som mulig. Hensyn til mekanisk styrke setter imidlertid en grense for den utstrekning i hvilken forholdet av åpent overflateareal og massen av metall kan økes.

U.S. patentskrift 3.270.182 angår en elektrisk oppvarmer for å varme fluida til høye temperaturer, og omfatter en serie isd-, latorer forsynt med åpninger og rørformige motstandselementer an-brakt inne i åpningene. Motstandselementene kan være av tråd eller bånd snodd skrueformig, idet den erholdte skrueformige form opp-rettholdes i det minste delvis av stivheten av tråden eller båndet.

Foreliggende oppfinnelse angår et apparat for oppvarmning

av damper av et halogenid, unntatt fluoridet, av ett av elementene titan, silicium, aluminium, zirkonium og jern, eller en blanding av flere slike halogenider, omfattende en kanal (4.) , et antall elektriske mot st ands-va rmeelement er (26) og et.antall elementer (13, 14, 15, 16) for understøttelse av motstandselementene (26), idet hvert understøttende element er utformet med et antall rør (20) anordnet innbyrdes parallelle, dg den indre overflate av hvert rør er av et ildfast, ikke metallisk materiale, og idet de understøtt-ende elementer (13, 14, 15, 16) er slik anordnet i kanalen (4) at rørene (20) i hvert av de understøttende elementer ligger rett overfor rørene i,det eller i hvert av de^tilstøtende understøttende elementer, en inntaksanordning (8) , gjennom hvilken dampen som skal oppvarmes, kan tilføres den ene ende av rørene, og én avløpsanord-ning (11), gjennom hvilken,dampen kan trekkes ut fra de andre ender

av rørene (20), og apparatet kjennetegnes ved at hvert motstandselement (26) er i form av tråd eller bånd av platina eller en legering av platina med rhodium, ruthenium eller iridium, idet tråden eller båndet (26) strekker seg hovedsakelig rettlinjet langs minst ett av rørene (20) i et av de understøttende elementer (13, 14,

15, 16) i dampstrømmens retning og langs minst ett annet av rørene (20) i samme understøttende element (13, 14, 15, 16) i den motsatte retning.

Fortrinnsvis har tråden eller båndet øket tverrsnittsareal hvor det går over fra et rør til et annet i samme understøttelses-element, hvilket tillater høyere strømbelastning uten lokal over-opphetning, av tråden eller båndet. På denne måte er det mulig å oppnå en ytterligere besparelse av platina eller platinalegering.

Ved apparatet ifølge oppfinnelsen overføres varme til dampen ikke bare ved direkte konveksjon fra motstandselementene, men også ved en prosess som omfatter stråling av varme fra motstandselementene. Den varme som utstråles fra hvert motstandselement, hever temperaturen på veggen i den kanal, hvor dette element befinner seg, og konveksjon av varme fra kanalveggen til dampen blir resultatet. Mengden av1 varmeoverføring til dampen fra en bestemt masse platina blir derved øket, og følgelig kan det samlede kvantum platina eller platinalegering som er nødvendig, reduseres.

Videre bestemmes, i apparatet ifølge oppfinnelsen, formen av motstandselementene bare av understøttelseselementene. således kan tråden eller båndet ha meget lite tverrsnittsareal da stabiliteten av anordningen i det hele tatt ikke behøver å avhenge av stivheten av tråden eller båndet, og mengden av anvendt platina eller platinalegering kan holdes lav.

Motstandselementene er fortrinnsvis slik anordnet og koblet at mengden av varmefrembringelse pr. enhet overflateareal av motstandselementene avtar i dampens strømningsretning gjennom kanalene.

Minskningen (i en nedstrømsretning) av mengden av varmefrembringelse for hver enhet overflateareal av motstandselementene vil søke å kompensere minskningen i en nedstrømsretning av dampens kjøl-ende effekt på motstandselementene. Således kan temperaturen på motstandselementene, uten på noe punkt å overstige en gitt verdi, ha en høyere middelverdi enn det ellers ville være tilfelle, og det er mulig på denne måte ytterligere å redusere det samlede kvantum

platina eller platinalegering som er påkrevet.

Forandringen av mengden av frembrakt varme pr. enhet overflateareal av motstandselementene kan oppnåes ved å påtrykke forskjellig spenning på forskjellige motstandselementer og/eller ved å anvende motstandselementer med forskjellig motstand. Når det anvendes motstandselementer med forskjellig motstand, kan de være parallellkoblet med hverandre, og de kan ha form av forskjellige lengder av tråd eller bånd med samme motstand pr. lengdeenhet.

Når elementer med forskjellig motstand utformes av forskjellige lengder av tråd eller bånd, kan forskjellige bærende elementer ha forskjellige lengder i dampens st rømnings retning og/eller trådene eller båndene som danner de forskjellige motstandselementer, kan strekke seg gjennom de bærende elementer et avvikende antall ganger.

Hvert bærende element kan være sammensatt av et antall plater festet sammen slik at planet for hver plate er loddrett på retningen av dampens strømningsbane gjennom kanalene, idet hver plate er utformet med et antall åpninger som er slik anordnet at hver åpning ligger rett overfor en åpning i hver tilstøtende plate for å danne kanaler som strekker seg gjennom de bærende elementer i dampens st rømningsretning. Som et alternativ kan hvert bærende element være sammensatt av et antall plater festet sammen slik at planet for hver plate er parallelt med retningen for dampens strømningsbane gjennom kanalene, idet tilstøtende overflater av de tilstøtende plater hver er utformet med et antall spor som er slik anordnet at de danner kanaler som strekker seg gjennom de bærende elementer i dampens st rømningsretning.

Fordelaktigst er alle de elektriske forbindelser med motstandselementene utført ved de kalde, oppstrømsender av kanalene.

I det følgende skal som et rent eksempel og under henvisning til tegningene nærmere beskrives en utførelsesform av et apparat som egner seg for forvarmning av en blanding av titantetrakloriddamp og aluminiumkloriddamp før dens dampfase-oxydasjon i fremstill-ingen av titandioxyd som inkorporerer aluminiumoxyd og hvilket apparat er konstruert i samsvar med oppfinnelsen, idet fig. 1 er et skjematisk aksialt lengdesnitt av apparatet, fig. 2 er et tverrsnitt av apparatet efter linjen A - A på fig. 1, fig. 3 er et skjematisk oppriss i større målestokk enn fig. 2 av en av de plater som danner et bærende element, fig. 4 er et planriss i større målestokk enn fig. 3 av en del av den øvre overflate av den øvre plate av et av de bærende elementer, og fig. 5 er et vertikalsnitt i større målestokk enn på fig. 4 av en del av enten den øvre eller den nedre plate i hvert bærende element.

Av fig. 1 fremgår at apparatet omfatter en sylindrisk ytter-kapsling som er montert med sin akse vertikalt og er generelt antydet med henvisningstallet 1. Unntatt dens nedre endeparti 2 er ytterkapslingen 1 forsynt med en foring 3 av ikke-metallisk ildfast materiale, idet den indre overflate av foringen 3 avgrenser en kanal 4, gjennom hvilken blandingen av titantetrakloriddamp og aluminiumkloriddamp som skal oppvarmes, kan føres oppover.

Ved sin nedre ende er kapslingen 1 lukket med en plate 5 som danner et gasstett lukke med en ringformet flens 6 utformet ved den nedre ende av kapslingen 1. Bæreelementer 7 strekker seg mellom flensen 6 og det nedre endeparti 2 av kapslingens 1 sidevegg. Et rørformet inntak 8 tillater innføring av dampen som skal oppvarmes, til det indre av den uforede del 2 av kapslingen 1 og er utenfor kapslingen forsynt med et termoelement 9 for å muliggjøre måling av temperaturen av den innstrømmende damp.

Nær kapslingens 1 lukkede topp er der anordnet et rørformet avløp 10 som er koaksialt med en boring 11 utformet i foringen 3. Den indre ende av boringen 11 munner ut i den øvre endedel av kanalen 4 og et termoelement 12 er anordnet for å muliggjøre måling av temperaturen av den oppvarmede damp som strømmer ut gjennom boringen.

Inne i kanalen 4 befinner seg en søyle av sirkulære keramiske plater som har glidepasning inne i kanalen og er slik anordnet at de danner fire bærende elementer 13, 14 , 15 og 16, et for hvert av fire motstandselementer (ikke vist). Hvert av de bærende elementer 13 til 16 er sammensatt av nedre og øvre endeplater 17 og et antall mellomliggende plater 18- Der er anordnet fem ytterligere plater 18, én ved bunnen av søylen, én mellom det bærende element i hvert par tilstøtende bærende elementer og én ved bøylens topp.

Søylen eller kolonnen av plater 17 og 18 bæres av tre

flenser 19 som strekker seg innover fra det uforede parti 2 av kapslingen 1 umiddelbart under foringen 3 og forbi foringens indre overflate, slik at de ligger an mot den nedre overflate av den underste plate 18•

Hver av platene 17 og 18 er utformet med et antall kanaler 20 som strekker seg gjennom den i vertikal retning, og platene er slik arrangert at hver kanal 20 ligger rett overfor eller i flukt med en kanal 20 i den eller de tilstøtende plater 17 eller 18- Således er en kolonne eller søyle.av plater 17 og .18 gjennomboret av et fler-tall kanaler, gjennom hver av hvilken dampen som skal oppvarmes, kan strømme fra den ene til den annen ende av kanalen 4.

For å sikre at platene 17 og 18 er slik orientert om deres felles akse at kanalene 20 for tilstøtende plater ligger rett overfor hverandre er den øvre overflate av hver plate 17 eller 18 utformet med opphøyede kantpartier 21 og den nedre overflate er utformet med tilsvarende forsenkede kantpartier 22. Når platene 17 og 18 anbringes ovenpå hverandre, vil de opphøyede kantpartier 21 på hver plate 17 eller 18 passe inn i de forsenkede partier 22 på platen 17 eller umiddelbart ovenfor.

Kanalene 20 i hver plate 17 eller 18 er arrangert i tre symmetriske rekker 23, slik åt på den nedre eller øvre overflate av hver plate 17 eller 18 er hver rekke 23 i form av en rombe som vist på fig. 2. Kanalene 20 er anordnet i rekker parallelle med en side av romben og i kolonner parallelle med en tilstøtende side av romben..

Endeplatene 17 avviker fra platene 18 bare ved at den øvre overflate av hver øvre endeplate 17 og den nedre overflate av hver nedre endeplate 17 er utformet med fordypninger eller spor 24 og 25 som vist på fig. 4 og 5. Fordypningene 24 er dannet i avvekslende rom mellom kanalene 20 i hver rekke, og fordypningene 25 er dannet i rommene mellom endekanalene for tilstøtende rekker kanaler.

Hvert av motstandselementene har form av platinabånd 26

(se fig. 5) som strekker seg opp og ned gjennom kanalene i hvert av de bærende elementer 13 til 16. Fordypningene 24 og 25 i endeplatene 17 i hvert av de bærende elementer 13 til 16 opptar båndet 26 når dette går fra én kanal til en tilstøtende kanal, slik at det ikke stikker opp over endeoverflaten av de bærende elementer (se fig. 5). Båndet 26 har øket tverrsnittsareal når det går i side-retning fra en kanal 20 til en tilstøtende kanal 20. Dette er som nevnt , gjort for å unngå lokal overopphetnihg av båndet og derved tillate høyere strømbelastninger med en derav følgende besparelse av platina eller platinalegering. Kanalene 20 er anordnet i tre ad-skilte rekker 23 for å lette koblingen av motstandselementene for

bruk med trefaset tilførsel.

Platene 18 som befinner seg mellom de bærende elementer, virker som avstandsholdere. Hvert av. de bærende elementer 13 til 16 er også utformet med et antall ytterligere kanaler 27 dannet mellom en av rekkene 23 og platenes 17 og 18 kantpartier 21 og 22. Gjennom disse kanaler 27 strekker seg forbindende ledere (ikke vist) fra ett eller flere av motstandselementene til en klemmeboks 28 som er festet til det ikke forede parti 2 av kapslingen 1.

Hver plate 17 og 18 er utformet med en sentral boring og en keramisk stav 29 strekker seg gjennom disse boringer fra en ende av kolonnen til den annen, idet søylen av plater er samlet på den keramiske stav i deres korrekte innbyrdes stillinger før de er inn-ført i kanalen 4.

Den spenning som påtrykkes hvert motstandselement, velges med tanke på å oppnå en slik trinnvis minskning i retningen av damp-strømmen, av mengden av varmefrembringelse pr. enhet overflateareal av motstandselementene, at dette vil redusere til det minst mulige temperaturdifferansene mellom de forskjellige elementer når damp føres gjennom kanalene.

Lengdene av de bærende elementer 13 til l6 bestemmes av den fordring at de skal understøtte de tilhørende motstandselementer med alle de kanaler som opptaes av båndet 26.

For at alle bånd 26 skal bli holdt så nær opp til optimal temperatur som mulig, er det selvfølgelig ønskelig at forandringen av dampens temperatur og lengden av hvert bærende element 13 til 16 skal være så liten som mulig,"men bruken av et stort antall korte elementer fører til ytterligere kompleks utførelse og bruken av fire elementer representerer et kompromiss.

Hvis ønsket, kan apparatet modifiseres ved at hver av de keramiske plater 18 kan erstattes med plater som med hensyn til konstruksjon ligner endeplatene 17-

Claims (2)

1. Apparat for oppvarmning av damper av et halogenid, unntatt fluoridet, av ett av elementene titan, silicum, aluminium, zirkonium og jern, eller en blanding av flere slike halogenider, omfattende en kanal (4), et antall elektriske motstands-varmeelementer (26) og et antall elementer (13, 14, 15, l6) for understøttelse av motstandselementene (26), idet hvert understøttende element er utformet med et antall rør (20) anordnet innbyrdes parallelle, og den indre overflate av hvert rør er av et ildfast, ikke metallisk materiale, og idet de understøttende elementer (13, 14, 15, 16) er slik anordnet i kanalen (4) at rørene (20) i hvert av de understøtt-ende elementer ligger rett overfor rørene i det eller i hvert av de tilstøtende understøttende elementer, en inntaksanordning (8), gjennom hvilken dampen som skal oppvarmes, kan tilføres den ene ende av rørene, og en avløpsanordning (11), gjennom hvilken dampen kan trekkes ut fra de andre ender av rørene (20), karakterisert ved at hvert motstandselement (26) er i form av tråd eller bånd av platina eller en legering av platina med rhodium, ruthenium eller iridium, idet tråden eller båndet (26) strekker seg hovedsakelig rettlinjet langs minst ett av rørene (20) i et av de understøttende elementer (13, 14, 15, 16) i dampstrømmens retning og langs minst ett annet av rørene (20) i samme under-støttende element (13, J-4, 15, 16) i den motsatte retning.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at tråden eller båndet har øket tverrsnittsareal der hvor dette går fra ett rør (20) til et annet i samme understøttende element.