Синтез озона в барьерном разряде

Получение озона в барьерном разряде описывается следующей реакцией:  3*О2↔2*О3 – 287,28 кДж.

Барьерный разряд был и остается наиболее эффективным способом получения озона из воздуха и кислорода. Другие методы получения озона тоже находят свое применение, но не всегда могут себя оправдать экономически, хотя необходимо признать, что некоторые из них могут иметь отдельные преимущества, по-сравнению с барьерным разрядом. Синтез озона, пожалуй, единичный случай химической реакции, для проведения которой в промышленных масштабах применяется электрический разряд.

Под барьерным разрядом понимают разряд, появляющийся между диэлектриком и металлом или двумя диэлектриками. Питание озонаторов осуществляется исключительно переменным током. Впервые озонатор, близкий по конструкции к современным, был предложен в 1897 году Сименсом. В настоящее время в основу озонаторов воды и озонаторов воздуха положены те же принципы, но уже в усовершенствованной форме.

Рис.1. Схематическое изображение разрядной трубки озонаторов воды:

На Рис.1. схематически представлена схема разрядной трубки озонатора. К моменту написания статьи такая конструкция стала стандартом для использовании в промышленных озонаторах воды. Разрядник состоит из двух трубчатых электродов вставленных друг в друга, между электродами помещен барьер (выполняется из стекла или керамики). Разрядный промежуток для движения озоновоздушной смеси внутри озонатора составляет обычно 1-3 мм. Напряжение, при котором разряд устойчиво работает зависит от ширины разрядного промежутка и толщины барьера. Оно колеблется от 2 кВ до 15 кВ. Сила тока при этом составляет единицы миллиампер. Использование повышенной частоты (1 кГц-20 кГц) позволяет добиться эффективного выхода озона на единицу затраченной электрической мощности.

При небольших мощностях озонатор можно не охлаждать – выделяющееся тепло уносится потоком воздуха (или кислорода) и озона. Газ (кислород, воздух) подается в зазор разрядной трубки при помощи компрессора или протягивается через нее при помощи эжекции. Озонаторы средней и большой производительности требуют устройства системы охлаждения. Она может быть, как воздушная, так и водяная. Воздушное охлаждение осуществляется при помощи вентиляторов; водяное - путем организации спирального теплообменника вокруг разрядника.

Для эффективной работы озонатора необходимо соблюдение следующих элементарных условий:

- зазор в котором происходит разряд должен быть равномерным по всей длине разрядной трубки, иначе рабочей будет только часть озонатора, что скажется на качестве выработки озона;

- нагрев озонатора недопустим – с увеличением температуры резко увеличивается скорость реакции приводящей к разложению озона, кроме того при нагреве возникает вероятность пробоя диэлектрического слоя.

Рис.2. Схематическое изображение разрядной пластины озонаторов воздуха:

На Рис.2. представлено схематичное изображение функционального элемента озонаторов воздуха. Простейший озонатор воздуха, также как и озонатор воды представляет собой систему, состоящую из высоковольтного высокочастотного источника питания и электродов, разделенных барьером. Только в случае озонатора воздуха вместо разрядной трубки используется открытая разрядная пластина. Пластина связана с атмосферой, отвод озоновоздушной смеси осуществляется вентилятором, кроме того, таким образом решается задача охлаждения.