Свойства, получениие и применение озона (стр. 40 )

7.5. Пластинчато-трубчатые озонаторы

Озонаторы фирмы ASEA Brown Boveri (пат. 677844 Швейцарии, С01В 13/11, С25В 1/00, опубл. 28.02.1991) имеют внешние электроды, выполненные в виде парных, расположенных на расстоянии друг от друга пластин, между которыми помещены в один слой трубы, плотно прижатые друг к другу и покрытые снаружи диэлектриком (или полностью состоят из него), а внутри каждой трубы расположен внутренний электрод. Трубы выполнены из стекла, керамики или синтетических материалов, а внутренний электрод - в виде металлического слоя, наносимого на внутреннюю поверхность трубы напылением, либо изготовлен в виде металлической спирали или пластины. Разрядный зазор образован пространством между наружними поверхностями труб и наружними электродами. Несмотря на наличие неравномерного зазора, КПД повышается за счет улучшения теплоотвода из разрядного пространства.

7.6. Озонаторы с каталитическим озонированием

Для повышения эффективности работы и производительности при озонировании воздуха (заявка 59-128203 Японии, С01В 13/11, опубл. 24.07.1984) к осушенному воздуху добавляют небольшие количества газообразных фторсодержащих веществ, которые ускоряют диссоциацию и активацию азота и повышают эффективность разряда. Для этого используют элегаз (примерно 0,1%), четырехфтористый углерод, а также фреоны на базе метана (CH3F) и этана (CH2CF2, CF2Br2).

Применение электродов с каталитическим покрытием повышает выход озона [56]. В качестве такого покрытия могут использоваться различные металлы и их соединения. Например, в способе получения озона (а. с. 477940 СССР, С01В 13/10, В01К 3/00, опубл. 5.08.1975), для повышения его выхода, в качестве каталитического покрытия на поверхность одного или более электродов наносят тетраборат (буру). Для этого обезжиренные электроды погружают в насыщенный раствор буры при температуре t = 50¸60°C, выдерживают в течение 3¸5 секунд, а затем сушат при 80°С на воздухе. Подобная обработка обоих электродов приводит к увеличению выхода О3 на 55 %.

В генераторе озона повышенной производительности (заявка 53-15289 Японии, С01В 11/11, опубл. 10.08.1978) производится обработка поверхности диэлектрика (стекло) соединениями из группы Na2Cr2O7, (NH4)2MoO4, CrO3 и Cr(NO3)3, что приводит к увеличению скорости образования озона на 5¸15 %.

В разрядных устройствах озонаторов (заявка 2157107 Японии, С01В 13/11, опубл. 15.06.1990) используют наносимые на поверхность электродов тонкие слои металла или керамики, которые являются катализаторами и увеличивают выход озона. Например, в устройстве для получения озона (заявка 3517078 ФРГ, С01В 13/11, опубл. 13.11.1986), состоящем из металлических электродов со слоем диэлектрика между ними и зазором для прохода газа в электрическом поле тлеющего разряда, один из электродов покрыт слоем хрома толщиной 50¸100 мкм, либо полностью изготовлен из Cr, что повышает КПД озонатора на 10¸15 % при концентрации озона в газе 5¸6 %. В другом варианте (заявка 60-260402 Япония) озонатор имеет диэлектрик из стекла состава (мас.%): Bi2O3 - 10¸80; SiO2 - 10¸67; B2O3 < 30; Na2O, K2O, Li2O < 5; CoO, MgO, ZnO, NiO, Fe2O3, TiO2 < 5.

В способе получения озона (а. с. 1599301 СССР, С01В 13/11, опубл. 15.10.1990) воздух подается газодувкой 1 (рис. 47) в камеру 2 с двумя электродами 3 и 4.

Причем нижний электрод 3 выполнен в виде пластины с конусообразными отверстиями, через которые проходит воздух, переводя в псевдосжиженное состояние катализатор - порошок буры. Высота слоя равна примерно 1/3 расстояния между электродами 3 и 4, равного 40 мм. Верхний электрод 4 выполнен в виде сетки с остриями для формирования коронного разряда. Рабочее напряжение U = 20¸40 кВ, причем на электрод 4 подается положительный потенциал. Данный озонатор не требует предварительной подготовки воздуха (охлаждения, обезпыливания и сушки). Катализатор повышает эффективность процесса и обеспечивает концентрацию O3 до 12 мг/л.

В способе получения озона (пат. 2112738 России, С01В 13/11, опубл. 28.12.1992), включающем введение добавки в поток кислорода или азоткислородной смеси и воздействие коронного разряда на данную смесь, для повышения выхода озона в качестве добавки используют аммиак в количестве 0,001¸0,1 об.%.

Способ получения озона и устройство для его осуществления (пат. 2034777 России, С01В 13/11, опубл. 10.05.1994) отличаются пониженными затратами энергии. В процессе работы осушенный кислород подается в устройство под давлением 0,14 МПа, через штуцер 1 (рис. 48) в корпус 2, выполненный из нержавеющей стали и заполненный на 85¸90 % высоты катализатором 3 (например, силикагелем).

На электрод 4, проходящий через крышку 5 через электроизоляционную втулку 6, от электрического генератора 7 подается напряжение величиной 12 кВ с частотой 50 Гц. Расстояние от нижнего конца электрода 4 до днища генератора составляет 10¸15 % его высоты. Образовавшаяся озоно-кислородная смесь выводится через штуцер 8. По рубашке 9 циркулирует охлаждающая вода. Затраты энергии на получение 1 кг О3 оценивается в 10¸12 кВт×ч.

Способ производства озона (пат. 165251 Польши, С01В 13/11, В01J 21/08, опубл. 30.11.1994) осуществляется в электрических разрядах в присутствии мелкозернистого катализатора, полученного из силиката натрия или калия, путем осаждения кремневой кислоты и обжига при температуре t = 300¸700°C.

7.7. Озонаторы с пористыми диэлектрическими заполнителями

Получение озона в слое псевдоожиженного диэлектрика (пат. 3734846 США, С01В 13/10, 13/12, опубл. 22.05.1973) производится в аппарате, в котором пространство между электодами заполнено диэлектрическими частицами. В корпусе 1 (рис. 49) на доске 2 из диэлектрика смонтированы электроды: заземленный центральный 3, и цилиндрический периферийный 4, а также цилиндрический высоковольтный 5.

Заземленные электроды 3 и 4 выполнены полыми и водоохлаждаемыми, а электрод 5 имеет обкладки 6 из диэлектрика. Пространство между электродами заполнено диэлектрическим материалом. Озон очищается от гранул в сепараторе 7, а частицы вновь направляются в корпус.

В способе получения озона (заявка 63-134504 Японии, С01В 13/11, опубл. 07.06.1988) используется устройство, содержащее в корпусе 1 (рис. 50), между фланцами 2, зажатый электрод 3 (например, из алюминия) с центральным отверстием 4. Латунный электрод 5 расположен на пластине 6 из диэлектрика. Пространство между 3 и 6 заполнено гранулированным оксидом (CaO).

В способе получения озона (а. с. 1599301 СССР, C01B 13/11, опубл. 31.10.1988) из кислородсодержащего газа электрическим разрядом в присутствии катализатора, для повышения эффективности процесса, катализатор вводят в объем разрядного промежутка в дисперсном виде и псевдоожижают его струями кислородсодержащего газа. Причем объем псевдоожиженного слоя дисперсного катализатора составляет не более одной трети объема разрядного промежутка.

Озонатор (заявка 1103903 Японии, С01В 13/11, опубл. 21.04.1989) имеет два электрода - верхний оребренный 1 (рис. 51) и нижний водохлаждаемый 2. Разрядный промежуток 3 заполнен пористым диэлектриком (керамикой, стеклом, полимером). Напряжение, подаваемое на электроды - высокочастотное.

В способе получения озона (а. с. 1698186 СССР, C01B 13/11, опубл.24.05.1989) в электрическом разряде при подаче воздуха снизу вверх в межэлектродное пространство, содержащее порошкообразный диэлектрик, используется разряд осуществляемый в поле постоянного тока при концентрации диэлектрика 5¸13 % от объема межэлектродного пространства. Причем в качестве диэлектрика используют сильнокислотный катионит на основе сополимера стирола и дивинил бензола КУ-2 с размерами частиц - 0,4¸0,63 мм.

Озонатор (заявка 2289401 Японии, С01В 13/11, опубл. 29.11.1990) состоит из наружного электрода 1 (рис. 52) с диэлектриком 2 и внутреннего электрода-стержня 3.

Внутренняя полость 2 заполнена элементами 4 из диэлектрического материала в виде гранул, формованной насадки или пучка трубок. Когда электрод 1 заряжен положительно, то все поверхности элементов 4, обращенные к нему, вследствие поляризации заряжаются отрицательно. В другой полупериод отрицательно заряжаются поверхности элементов, обращенные к электроду 3. В результате в каждом проходе газа (воздуха), по каналам между 4 или по трубкам возникает «тихий» местный разряд, что обеспечивает образование О3. Если используется насадка из керамических гранул, то для улучшения условий разряда их перемешивают с металлическими элементами 5. Для предупреждения разрушения этих металлических элементов разрядом их покрывают слоем жидкого стекла.

Генератор озона (заявка 2256569 Великобритании, С01В 13/11, опубл. 09.12.1992) содержит (рис. 53) плоские ячейки, образованные листами стекла толщиной 4 мм эакрепленными на каркасе из диэлектрика, а внутри ячеек находятся насадки из гранул магнетита или меди. Напряжение на электродах U = 5 кВ при частоте f = 3 кГц.

Генератор озона (пат. 5354541 США, С01В 13/11, B01J 19/12, опубл. 11.10.1994) образован коаксиальными металлическими заземленными трубами 1 и 2 (рис. 54) и стеклянной трубой 3.

Причем к внутренней поверхности стеклянной трубы 3 примыкает спираль 4 из стальной проволоки, являющейся высоковольтным электродом. В канал кольцевого поперечного сечения 5, образованный трубами 2 и 3 поступает О2, под воздействием электрического разряда в канале 5 образуется О3. В канале кольцевого поперечного сечения 6, образованного трубами 1 и 2, протекает охлаждающая вода. Свободное пространство внутри трубы 3 заполнено частицами инертного материала (например, стеклянными шариками) малого диаметра, которые уменьшают свободный объем внутри трубы 3, что увеличивает срок службы спирали 4.