Способ получения озона Советский патент 1988 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к области , газовой электрохимии, в частности к способам получения озона в электрическом разряде.

Известен способ получения озона, включающий нёпрерывнздо подачу воздуха в межэлектродное пространство разрядной камеры.

В результате коронного разряда в устройстве ПРОИСХОДИТ образование озона.

Недостатком указанного способа является низкая удельная производительность озона из-за низкой скороетн подачи воздуха. С повьшением скорости подачи воздуха в разрядную камеру для сохранения удельного энерговклада следует увеличивать плотность тока разряда, что приводит к контрагированию разряда (шнурованию), логv кальному перегреву и уменьшению удельной производительности озона из-за роста скорости теплового распада Ьзона. . , ;.. .., . ,.

Целью настоящего изобретения является повьшение удельной производит,, тельности озона. /

Поставленная цель достигается способом получения озона, включакяцим непрерывную подачу воздуха в межэлектродное пространство разрядной камеры. Причем воздух подшот в разрядную камеру со Скоростью 20-300 м/с, турбулируют и процесс; 9едут при плотноети тока 0,5-20 мА/см.

На фиг. схематично; изображено устройство для получения озона по указанному способу. Рабочий газ проходит турбулизующую решет1су 1, поступает в межэлектродный зазор между секционированным катодом 2 и сплошным металлическим анодом -3, где зажигается диффузионный разряд (пунктиром показан на фиг. положительный столб разряда). Стабилизация диффзгзионного разряда постоянного тока осуществляется с помощью балластной омической нагрузки 4. В разрядной зо не происходит образование озона, и далее рабочий газ вместе с образовавшимся озоном вькодит из устройства:

Экспериментальные исследования высоковольтного диффузионного разряда н потоке воздуха показали, что концентрации продуктов плазмохимических реакций в разряде (например О, 0, окислы азота) неравномерно распределены по межэлектродному промежутку и.

имеют максимальные значения в при анодной области. Вследствие того, что эти продукты плаамохимических реакций вызьшают контрагирование разряда при меньших удельных энерговкладах, для увеличения плотности тока разряда необходимо турбулизировать поток поступающего в разрядную камеру рабочего газа. Мелкомасштабная пульсация газа осуществляет перемешивание массы газа по межэлектродному промежутку, выравнивая концентрации всех молекул в этом промежутке и увеличивая удельный знерговклад в однородный диффузный разряд. Соответственно растет и удельная производительность озона, которая пропорционально зависит от удельного энедговклада в однородный диффузный разряд. В высоковольтном диффузном разряде с ростом скорости прокачки газа увеличивается значение приведенного электрического поля E/N, где Nконцентрация молекул газа. Известно что скорость диссоциации молекул кислорода находится в экспоненциальной зависимости от E/N, а образование озона идет через реакцию О + 0 з Поэтому должны сзществовать порогоп i вые значения скорости потока, при которых концентрация 0 крайне мала. В нашем случае они соответствуют значениям, меньшим 20 м/с. С другой стороны,- значение скорости потока вьш1е 300 м/с вызьшает большие потери полного давления, ведет к росту пограничных слоев потока и неравномерности профил;я скоростей по межэлектродному зазору. Появляется вероятность перегрева газа у анодной стенки, контрагирОвания разряда, уменьшения удельного Знерговклада и соответст- . веннО падения удельной производительности озона.

Высоковольтный диФФузньШ разряд постоянного тока в потоке воздуха отличается от коронного разряда более высоким значе,нием плотности тока j, а ОТ классического тлеющего разряда прежде всего элементарными процессами в положительном столбе и в анодной области разряда. Характерной особенностью положительного столбд диффузного разряда в воздухе из-за больших значений .коэффициентов прилипания являются сравнительно низкие значения приведенного электрического поля E/N (4+610 ), которые недостаточны для ионизации газа, и высокие

значения анодного падения потенциала (до сотен вольт). Поэтому в таком разряде в присутствии возбужденных молекул газа в положительном столбе легко идут процессы диссоциации кислорода и образования озона, а генерация заряженных частиц происходит в призлектродных областях разряда. Вольтамперная характеристика разряда слегка растущая, и позтому удельная производительность озона зависит линейно от плотности разряда j. При значении плотности тока j -с 0,5 мА/см из экспериментальных данных концентрация озона крайне мала ( 610 /см), а при плотности тока j 20 мА/см - ; происходит перегрев потока газа и рост TenJioBoro распада молекул озона. Известно, например, что при температурах газового потока больше 200С скорость распада озона резко увеличивается (время жизни 0 при температуре, равной 200с, составляет примерно 1 сек). Поэтому при j 20 мА/см

роста концентрации озона нет, удельная производительность 0 уменьшаетСЯ. . . 1

Предложеннь1Й способ поз5воляет .по.лучать озон с удельной производительностью на порядок выше, чем в прототипе . : Предложенный способ иллюстрируетСЯ примером.

I.

П р и м ер. Поток воздуха подают в разрядную камеру со скоростью 200 м/с-при плотности тока 7 к4А/см .

Удельная производительность озона 6,4-10 .

Таким образом, вследствие осущег1 ствлёния турбулизации рабочего raза, выбора соответствующих значений скррости потока и плотности тока разря да можно значительно увеличить удёль нун) производительность озона, что приводит к уменьшению габаритов устройства и снижению размеров производственных площадей.,

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЗОНА, включающий иепрерьшную подачу воздуха в межэлектродное пространство разрядной камеры, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью згвеличения удельной производительности процесса, воздух подают в разрядную камеру со скоростью 20-300 м/с, турбулизируют и процесс ведут при плотности тока 0,5-20 мА/см . ФW с .y////.y/////. 1 1. / 1 I л А I i 1 I I | V I V У//// / //7//////Л///// ,/ 00 :о СП 4