Генератор озона

Изобретение относится к устройствам для обработки озоно-воздушной смесью сыпучих материалов во взвешенном слое и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности при основной и вторичной переработке полимеров и резин и других сыпучих материалов. Генератор озона содержит диэлектрическую трубу, металлический электрод, внутренний электрод в виде полого цилиндра, выполненного из проволочной сетки и коаксиально установленного без зазора вдоль внутренней поверхности диэлектрической трубы, источник высокого напряжения и систему подачи воздушного потока внутрь диэлектрической трубы. Диэлектрическая труба выполнена конической, установлена вертикально малым диаметром вниз и закрыта решеткой из диэлектрического материала. Осесимметрично с трубой установлен центральный электрод с равномерно закрепленными на его боковой поверхности иголками из электропроводного материала, причем длина иголок увеличивается по направлению движения воздушного потока. Технический результат состоит в увеличении концентрации озона и возможности использования его в качестве аппарата для обработки сыпучего материала во взвешенном слое озоно-воздушным потоком. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам получения озона с помощью электрического разряда и аппарата для обработки озоно-воздушной смесью сыпучих материалов во взвешенном слое и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности при основной и вторичной переработке полимеров и резин и других сыпучих материалов.

Известна конструкция озонатора с барьерным разрядом, состоящим из плоских или коаксиальных электродов, один из которых покрыт слоем твердого диэлектрика [Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона. - М.: МГУ, 1987, с.236].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая и непостоянная во времени концентрация озона и малый ресурс работы из-за гладкой поверхности электродов, а также невозможность использования известной конструкции для обработки в ней сыпучего слоя материала.

Известен генератор озона, состоящий из цилиндрической диэлектрической трубки с нанесенным на наружной поверхности металлизированным покрытием, образующим наружный электрод, внутренний электрод в виде полого металлического цилиндра с расположенными на его боковой поверхности отверстиями, установленного внутри диэлектрической трубки, источника высокого напряжения и подводящего воздушного штуцера, причем общая площадь сечения отверстий цилиндра больше поперечного сечения подводящего штуцера (А.С. СССР №1724567, C01В 13/11, 1992).

Известна конструкция реактора с взвешенным слоем, включающего корпус, теплообменник, средства для загрузки и выгрузки контактной массы, подвода газообразного компонента и отвода готового продукта, а также газораспределитель и дополнительные газораспределители, выполненные в виде радиально расположенных лопастей, соединенных между собой внутренними ребрами в блоки, которые разделяют полость реактора на сектора (Патент РФ №220057, В01j 8/18, 2003).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая концентрация озона при использовании озоно-воздушной смеси в качестве газообразного компонента, который по газопроводу подводится от генератора озона в реактор, из-за превращения озона в кислород в газопроводе.

Наиболее близким устройством к заявленному объекту по совокупности признаков и принятым за прототип является генератор озона, содержащий диэлектрическую цилиндрическую трубу, на наружной поверхности которой расположен металлический электрод, внутренний электрод в виде полого цилиндра, выполненного из проволочной сетки и коаксиально установленного без зазора вдоль внутренней поверхности диэлектрической трубы, источник высокого напряжения и систему подачи воздушного потока внутрь диэлектрической трубы (Патент ФРГ №2606731, С01В 13/1, 1978).

Техническим результатом предлагаемой конструкции генератора озона является увеличение концентрации озона и возможность использования его в качестве аппарата для обработки сыпучего материала во взвешенном слое озоно-воздушным потоком.

Поставленный технический результат достигается тем, что в генераторе озона, содержащем диэлектрическую трубу, металлический электрод, внутренний электрод в виде полого цилиндра, выполненного из проволочной сетки и коаксиально установленного без зазора вдоль внутренней поверхности диэлектрической трубы, источник высокого напряжения и систему подачи воздушного потока внутрь диэлектрической трубы, диэлектрическая труба выполнена конической и установлена вертикально малым диаметром вниз и закрыта решеткой из диэлектрического материала, а осесимметрично с трубой дополнительно установлен центральный электрод с равномерно закрепленными на его боковой поверхности иголками из электропроводного материала, причем длина иголок увеличивается по направлению движения воздушного потока таким образом, что отношение длины иголок к внутреннему радиусу диэлектрической трубы в любом горизонтальном сечении остается величиной постоянной.

Выполнение диэлектрической трубы конической и ее вертикальная установка малым диаметром вниз и закрытой решеткой из диэлектрического материала позволяет использовать генератор озона в качестве аппарата для обработки сыпучего материала во взвешенном слое озоно-воздушным потоком, при этом коническая форма диэлектрической трубы позволяет за счет переменной скорости озоно-воздушного потока по высоте создавать устойчивый взвешенный слой для полидисперсных частиц обрабатываемого сыпучего материала, а установка решетки из диэлектрического материала позволяет выравнивать скорости озоно-воздушной смеси по сечению трубы и соответственно равномерно распределять обрабатываемый сыпучий материал по ее объему.

Дополнительная осесимметричная с диэлектрической трубой установка центрального электрода с равномерно закрепленными на его боковой поверхности иголками из электропроводного материала и увеличивающейся длиной иголок по направлению оси потока таким образом, что отношение длины иголок к внутреннему радиусу диэлектрической трубы в любом горизонтальном сечении остается величиной постоянной, позволяет помимо барьерного разряда создавать внутри диэлектрической трубы устойчивый по всей высоте центрального электрода коронный разряд, так при постоянном отношении длины иголок к внутреннему радиусу диэлектрической трубы по всей высоте центрального электрода градиент напряжения и разность потенциалов будут превышать критические значения этих параметров, требующихся для образования устойчивой короны (Дж. Перри. Справочник инженера-химика. Т.2. Л.: Химия, 1969, с.316). Кроме того, устойчивый коронный разряд внутри диэлектрической трубы предотвращает распад озона, образующегося при барьерном разряде из кислорода на проволочной сетке внутреннего электрода.

Все вышесказанное позволяет вести обработку частиц взвешенного слоя озоном непосредственно там, где он образуется в генераторе озона, увеличивает концентрацию озона в озоно-воздушном слое, обрабатывать сыпучий материал с полидисперсным составом частиц, регулировать скорость и время обработки частиц сыпучего материала за счет изменения скорости озоно-воздушного потока, регулировать концентрацию озона в озоно-воздушном слое за счет изменения рабочего напряжения источника высокого напряжения, что приводит к увеличению эффективности обработки сыпучего материала озоно-воздушным слоем, повышению скорости и качества продукции.

На чертеже представлен общий вид генератора озона. Генератор озона состоит из конической диэлектрической трубы 1, установленной вертикально малым диаметром вниз, на наружной поверхности которой расположен металлический электрод 2, внутренний электрод 3, выполненный из проволочной сетки, коаксиально установлен без зазора вдоль внутренней поверхности диэлектрической трубы 1, источника высокого напряжения 4, патрубков для подачи воздушного потока 5 и для отвода озоно-воздушного потока 6. Внизу труба 1 закрыта решеткой 7 из диэлектрического материала, при этом отверстия в решетке имеют размер меньший, чем размер частиц сыпучего материала, подаваемого на обработку в трубу 1. Осесимметрично с трубой 1 дополнительно установлен центральный электрод 8 с равномерно закрепленными на его боковой поверхности иголками 9 из электропроводного материала, причем длина l иголок 9 увеличивается по направлению движения воздушного потока таким образом, что отношение длины иголок 9 к внутреннему радиусу R диэлектрической трубы 1 в горизонтальном сечении является величиной постоянной. Центральный электрод 8 присоединен к положительному полюсу источника высокого напряжения 4, а внутренний электрод 3 через диэлектрическую пробку 10 к отрицательному полюсу источника высокого напряжения 4. Труба 1 в нижней части закреплена на опоре 11, а верхняя закрыта крышкой 12. В верхней части трубы 1 установлен патрубок 13 для подачи внутрь трубы сыпучего материала, предназначенного для его обработки в озоно-воздушной среде, и патрубок 14 для отвода обработанного озона сыпучего материала.

Генератор озона работает следующим образом: по патрубку 5 внутрь трубы 1 через сетку 7 подают воздух, от высоковольтного источника постоянного тока 4 подают высокое напряжение так, что центральный электрод 8 и металлический электрод 2 становятся анодами, а внутренний электрод 3 катодом. За счет высокого напряжения между электродами 2 и 3 возникает барьерный разряд, в результате чего из кислорода воздуха образуется озон, который, смешиваясь с воздухом, образует озоно-воздушную смесь, движущуюся снизу вверх по трубе 1. Одновременно с барьерным разрядом между иголками 9 центрального электрода 8 и электрода 3 возникает коронный разряд, который дополнительно приводит к образованию озона из кислорода воздуха.

Так как иголки 9 центрального электрода 8 имеют такую длину l, что отношение длины l иголок 9 к внутреннему радиусу R диэлектрической трубы 1 в любом горизонтальном сечении остается величиной постоянной, то напряженность электрического поля и рабочее напряжение по всей высоте центрального электрода 8 будут больше этих параметров, обеспечивающих устойчивый коронный разряд по всей высоте центрального электрода 8, что увеличивает образование озона внутри трубы 1. По патрубку 13 внутрь трубы 1 подают сыпучий материал (например, резиновую крошку) для его обработки в озоно-воздушном потоке, при этом скорость озоно-воздушного потока создают такую, чтобы сыпучий материал находился во взвешенном слое. Выполнение трубы 1 конической позволяет иметь переменную скорость озоно-воздушной смеси и обеспечивает создание устойчивого взвешенного слоя для полидисперсного состава сыпучего материала. Так как размер отверстий в решетке 7 меньше размера частиц сыпучего материала, то они не проходят сквозь эти отверстия и остаются на решетке 7 даже при прекращении подачи воздуха по патрубку 5. Обработанный озоном сыпучий материал отводится по патрубку 14, а озоно-воздушный поток выводится из трубы 1 по патрубку 6.

Предлагаемая конструкция генератора озона позволяет вести обработку сыпучего материал непосредственно там, где он образуется, что предотвращает уменьшение его концентрации в озоно-воздушной смеси при подачи ее от озонатора к аппарату взвешенного слоя, в котором ведется обработка сыпучего материала. Такое совмещение функций генератора озона с аппаратом взвешенного слоя увеличивает окислительные способности озона и уменьшает стоимость всего технологического процесса. Кроме того, создание помимо барьерного разряда устойчивого коронного разряда увеличивает концентрацию озона в озоно-воздушной смеси и препятствует протеканию обратной реакции превращения озона в кислород, что также увеличивает эффективность обработки сыпучего материала, и уменьшает затраты электроэнергии и стоимость продукции.

Генератор озона, содержащий диэлектрическую трубу, на наружной поверхности которой расположен металлический электрод, внутренний электрод в виде полого цилиндра, выполненного из проволочной сетки и коаксиально установленного вдоль внутренней поверхности диэлектрической трубы, источник высокого напряжения и систему подачи воздушного потока внутрь диэлектрической трубы, отличающийся тем, что диэлектрическая труба выполнена конической и установлена вертикально малым диаметром вниз и закрыта решеткой из диэлектрического материала, при этом осесимметрично с трубой дополнительно установлен центральный электрод с равномерно закрепленными на его боковой поверхности иголками из электропроводного материала, причем длина иголок увеличивается по направлению движения воздушного потока таким образом, что отношение длины иголок к внутреннему радиусу диэлектрической трубы в горизонтальном сечении является величиной постоянной.