XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

В основу большинства промышленных озонаторов положено явление электросинтеза озона при высоковольтном барьерном (тихом) разряде в газе. Разрядные элементы аппаратов представляют собой воздушный конденсатор с одной или несколькими диэлектрическими прокладками из материалов с высокой электрической прочностью, препятствующих пробою межэлектродного промежутка. При подаче на электроды переменного напряжения в воздушном промежутке происходит интенсивная бомбардировка электронами молекул кислорода, сопровождающаяся диссоциацией или возбуждением последних, что в конечном итоге приводит к образованию молекул озона. Одновременно происходит и его диссоциация. Смещение динамического равновесия в сторону одного из этих процессов определяет эффективность генерации озона.

Промышленные озонаторы в зависимости от конструктивного исполнения разделяют на пластинчатые и трубчатые. В свою очередь пластинчатые аппараты бывают с центральным коллектором и продольной циркуляцией, трубчатые — горизонтального и вертикального исполнения.

Пластинчатый озонатор с центральным коллектором (рис. 1) представляет собой размещенные параллельно и тесно прижатые друг к другу вертикально разрядные элементы, которые чередуются в определенной последовательности: заземленный электрод 1, диэлектрик 2, электрод высокого напряжения 3, диэлектрик 2, заземленный электрод 1 и т.д. Центральные отверстия 4 в образованных таким образом секциях сообщаются с разрядными промежутками 5.

Рисунок 1 - Пластинчатый озонатор с центральным коллектором

В плоском озонаторе с продольной циркуляцией разрядные элементы содержат плоские электроды удлиненной прямоугольной формы, которые расположены в общей камере горизонтально. Изображенный на рис. 2 разрядный элемент, включает высоковольтные электроды 1, диэлектрические пластины 2 и заземленные электроды 4, размещенные в коробчатом кожухе 5. Высоковольтные электроды, в свою очередь, из пары тонких металлических пластин, которые установлены на одинаковом расстоянии друг от друга в центре разрядного элемента, а два диэлектрика прилегают к заземленным электродам, каждый из которых является общим для двух соседних коробчатых кожухов. Подобным образом, в каждом коробчатом кожухе расположены две параллельные зоны барьерного разряда, сообщающиеся с пространством, которые заключены в коробчатом кожухе, только через один из своих открытых концов выпуска сухого воздуха 3. Противоположный конец камеры служит для выпуска озонированного воздуха 6.

Широко распространенные в промышленности - трубчатые озонаторы с горизонтальным расположением разрядных элементов 2, которые размещены параллельно в общем цилиндрическом корпусе 6. Трубчатые элементы 2 сделаны в виде коаксиальных цилиндров — наружного металлического 3 и стеклянного 4 с нанесенным на внутреннюю поверхность металлизированным покрытием 5 из графита или алюминия. Коаксиальные цилиндры разделяет разрядная щель 1, равномерность которой обеспечивают специальные браслетные фиксаторы.

Рисунок 2 - Разрядный элемент пластинчатого озонатора циркуляцией продольной

Эффективность работы озонаторов определяется отношением энергии, затраченной на генерацию озона, к потребляемой энергии. Значение этого отношения для известных конструкций промышленных озонаторов, основанных на барьерном разряде, достигает 10— 13% . Остальная часть электроэнергии рассеивается в виде тепла вследствие процессов реполяризации диэлектрика. В связи с этим, во избежание смещения равновесия в сторону диссоциации озона и (или) пробоя диэлектрического барьера следует обеспечивать эффективный отвод тепла.

Перспективным направлением повышения производительности озонаторов и снижения их габаритов является повышение частоты питающего напряжения. В этом случае используется тот факт, что электрическая мощность разряда прямо пропорциональна частоте питающего напряжения.

В промышленных же озонаторах, работающих на частотах менее 1000 Гц, применяют воздушное или жидкостное охлаждение (вода, рассол) низковольтного электрода. При частотах более 1000 Гц обязательно двухстороннее охлаждение обоих электродов. В качестве материала диэлектрического барьера в генераторах озона используют чаще всего стекло специальных марок, окиси титана, смеси бария, цинка и др.

На сегодняшний день выпускаемые серийно промышленные озонаторы, предназначаются преимущественно для озонирования воды.

Литература

1. Беззубцева М. Электротехнологии и элетротехнологические установки в АПК - учебное пособие , 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 115 с.

2. Болога М. К. Электроантисептирование в пищевой промышленности. Под редакцией академика ВАНСХИЛ. Кишинев 1988 г. - 242с.