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    臭氧制取技術
    發布時間:2010.07.17 新聞來源:臭氧發生器--泰興高新環保設備有限公司專業生產 瀏覽次數:

    一、光化學法 – 紫外線臭氧發生器

      此方法是光波中的紫外光會使氧氣分子 O2分解并聚合成臭氧 O3,大氣上空的臭氧層即是由此產生的。

      波長 λ = 185nm(10 -9 m) 的紫外光效率最高,此時,光量子被 O2 吸收率最大。其反應基本過程為:

    O2+ hr→ O+O

    O2+O+M→ O3+M

    hr -紫外光量子

    M -存在的任何惰性物體,如反應器器壁、氮、二氧化碳氣體分子等。

      使用 185nm 紫外光產生臭氧的光效率為 130gO3/kw·h ,是比較高的。但目前低壓汞紫外燈的電-光轉換效率很低,只為 0.6 %~ 1.5 %,則紫外法產生臭氧的電耗高達 600kwh/kgO3,即 1.5gO3/kw · h ,工業應用價值不大。

      紫外法產生臭氧的優點是對濕度、溫度不敏感,具有很好的重復性;同時,可以通過燈功率線性控制臭氧濃度、產量。這兩個特性對于臭氧用于人體治療與作為儀器的臭氧標準源是非常合適的。


     

    二、電化學法 – 電解純水臭氧發生器

      利用直流電源電解含氧電解質產生臭氧氣體的方法,其歷史同發現臭氧一樣悠久。八十年代以前,電解液多為水內填加酸、鹽類電解質,電解面積比較小,臭氧產量很小,運行費用很高。由于人們在電極材料、電解液與電解機理、過程方面作了大量的研究工作,電解法臭氧發生技術取得了很大進步。近期發展的 SPE (固態聚合物電解質)電極與金屬氧化催化技術,使用純水電解得到 14 %以上的高濃度臭氧,使電化學法臭氧發生器技術向前邁進了一大步。

      日本某公司向市場推出了 120gO3/h 的電解臭氧發生器 ,電耗 150kw·h/kgO3,使這種類型產品達到了工業化應用規模。我國武漢大學早期開展了電解臭氧技術的研究,上海唐鋒電器公司研究開發了電解法臭氧發生器系列產品,臭氧濃度可達 20 %,最大臭氧產量為 100g/h 。該產品使用純水電解產生臭氧后在機內直接與水混合形成 4-20mg/L 高濃度臭氧水,其規格為高濃度臭氧水供水量由 60L/h 到 5000L/h 。

      電解法臭氧發生器具有臭氧濃度高、成分純凈、在水中溶解度高的優勢,在醫療、食品加工與養殖業及家庭方面具有廣泛應用前景,在降低成本與電耗條件下將與目前應用廣泛的電暈放電法臭氧發生器形成激烈競爭。

     

    圖 1-1 電解法產生臭氧裝置示意圖

     

    三、電暈放電法 –- 臭氧發生器

      電暈放電合成臭氧是目前世界上應用最多的臭氧制取技術,此技術能夠使臭氧產量單臺達 500 kg/h 以上。

      電暈放電法(無聲放電或輝光發電法)就是一種干燥的含氧氣體流過電暈放電區產生臭氧的方法。常用的原料氣體有:氧氣空氣以及含有氮、二氧化碳,或許還有其他惰性稀釋氣體的含氧混合氣體。

    臭氧的產生機理:

      雖然有若干機理可能同電暈內臭氧的形成有關,但 ① 式特殊反應途徑被認為是主要的

    e+O2→2O + e         ①

        利用高速電子轟擊氧氣,其分解成氧原子。高速電子具有足夠的動能( 6 ~ 7eV ) , 緊接著通過三體碰撞反應形成臭氧。

    O+O2+M→O3+ M       ②

    式中 M 是氣體中任何其它氣體分子,不過與此同時,原子氧和電子也同樣同臭氧反應形成氧氣。

    O+O3→2O2           ③

    e+O3→O+O2+e        ④

      此外,電暈內的氣體是處于可促進臭氧分解反應的高溫下,所以凈臭氧產量或出口產氣組成是形成和分解臭氧所有反應的總和。凈產率依眾多因素而變,包括:原料氣的氧氣含量和溫度、原料氣含的污染物、達到的臭氧濃度、電暈中的功率密度、冷卻劑的溫度和流量及冷卻系統的效率。這些因素都影響著實用的、經濟上有吸引力的臭氧發生器和系統的設計。  

    1.1 沿面放電 – 臭氧發生器

        沿面放電型發生器原理屬于電暈放電,其放電區發生在高壓電極邊緣表面,由高壓閃絡形成。沿面放電區空氣電暈能量集中,功率密度較高,需要良好的冷卻。

      此型發生器有充惰性氣體氖( Ne )或( Ar )的玻璃放電管和陶瓷片兩種,其結構簡圖如下:

        充氣玻璃放電管發生器國外稱作臭氧燈,八十年代初外國遠洋食品冷藏船倉殺菌防霉就使用這種臭氧發生器。我國邯鄲、大連燈船舶工業相關單位首先研制了這種產品,做成 5g/h 的發生器用于雞蛋、果蔬冷庫消毒與保鮮。由于結構簡單、工藝要求低,我國很快發展了這種用于醫療行業和消毒柜的微型管式發生器,數量很大,價格便宜。但經多年實踐檢驗,該種發生器大多數壽命極短,一般連續工作幾百小時后產生的臭氧量即所剩無幾了。

        臭氧陶瓷片資料見于七十年代日本專利文獻,八十年代鞍山靜電技術研究院與日方合作引進生產技術,北方交通大學與重慶師范學院同期也合作研制過同類陶瓷片臭氧產品。九十年代,一批公司推出幾種規格臭氧陶瓷片,并有以“等離子體發生器”冠名。陶瓷片結構簡單,工藝標準化后價格也會比較低廉,其壽命比充氣玻璃管要長。鞍山靜電研究院與成都正邦公司的產品采用地極被封閉陶瓷、高壓極防氧化涂膜工藝,對提高質量、延長壽命大有好處。

        沿面放電器件作為醫療、家電產品微型發生器的臭氧源具有很大優勢,其電耗在 40kw · h/kgO3上下,由于產量在克級以下,電耗高點影響不大。作為工業應用產品困難很多,電耗將更高。

        沿面放電器件產生臭氧濃度低,作水凈化應用的臭氧源較為困難。

    1.2 氣隙放電

        氣隙放電臭氧發生器是目前工業應用最多,單機產量最大,技術較成熟臭氧產品。它分為板式結構和管式結構兩種。板式結構如圖 1 。

        板式結構臭氧發生器以俄羅斯為代表,采用沖壓盤式搪瓷技術,放電氣隙小,加工精度高,臭氧濃度高,運行較穩定,工業己有規模應用。我國己有企業開始研究此項技術要達到工業應用還需要作很多工作。

        板式結構適合中小型臭氧產品,大型臭氧需要多個放電室串聯和并聯來實現對系統要求較高。

    管式結構如圖:

        管式結構臭氧發生器是目前臭氧市場廣泛采用、最為成熟技術以奧宗尼亞和威德高兩公司產品為代表,占據我國大部分大型機臭氧市場,在我國已有單機 45kg/h 產品應用,國際上己有單臺臭氧產量 500kg/h 的產品在運行。

        管式臭氧發生器一般采用玻璃和非玻璃兩種介質,電源采用可控硅和 IGBT ,頻率 800hz—5000hz 。國內己有企業采用上述技術生產大型臭氧設備單機產量達 20kg/h 。

        上述是臭氧制取的幾種方法和基本原理,并不代表臭氧如此簡單產生,臭氧制取是一個完整系統

     
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