Озонатор

Озонатор

Озонатор — устройство для получения озона (O3).Озон является аллотропной модификацией кислорода, содержащей в молекуле три атома кислорода.В большинстве случаев исходным веществом для синтеза озона выступает молекулярный кислород (O2), а сам процесс описывается уравнением 3O2 → 2O3.Эта реакция является эндотермичной и легко обратимой.Поэтому, на практике применяется комплекс мер, способствующих максимальному смещению её равновесия в сторону целевого продукта.

Способы получения озона

Существует множество способов получения озона

В электрическом разряде:

Тихий разряд

Синтез из газообразного кислорода под воздействием тихого электрического разряда.С этой целью в зазор между электродами, подключёнными к источнику высокого напряжения, пропускается воздух или чистый кислород.Напряжение, подающееся на электроды, обычно составляет от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч вольт.Лучшая производительность достигается при использовании чистого кислорода, максимально низкой температуры газа и применении пульсирующего постоянного тока.Зазор между электродами и эффективная площадь электродов определяются рабочим напряжением и скоростью подачи кислородсодержащего газа.

Металлические электроды могут каталитически разлагать соприкасающийся с ними озон, поэтому их часто помещают внутрь тонкой стеклянной оболочки.Иногда в качестве своеобразных электродов выступают трубки, заполненные проводящей жидкостью, например, серной кислотой.Электродные пары для повышения производительности аппарата часто собирают в большие пакеты, охлаждаемые проточной водой.Концентрация озона на выходе из таких реакторов (в зависимости от их конструкции и содержания кислорода в исходной газовой смеси) обычно не превышает нескольких процентов, а при использовании атмосферного воздуха составляет лишь доли процента.Кроме того, озонсодержащая газовая смесь, получаемая в тихом разряде из атмосферного воздуха, содержит значительное количество оксидов азота, обладающих высокой реакционной способностью, что является неприемлемым для многих технологических процессов.Поэтому, применение в качестве исходного сырья для синтеза озона чистого кислорода (который может быть легко рекуперирован) часто бывает рентабельнее, чем применение атмосферного воздуха.

Барьерный разряд

Барьерный разряд — разряд, возникающий между двумя диэлектриками или диэлектриком и металлом в цепи переменного тока, является эффективным и экономичным генератором озона.К барьерному разряду можно отнести несколько типов разрядных ячеек:

Поверхностный разряд-разряд в ячейках копланарной геометрии.

Этот тип барьерного разряда занимает промежуточное положение между объёмным и поверхностным разрядами и широко используется в качестве генераторов ультрафиолетового излучения для возбуждения люминофоров в плазменных разрядных панелях (плазменных телевизорах).В таких разрядных ячейках электроды расположены вдоль поверхности на равных расстояниях и сверху закрыты слоем диэлектрика, напряжение прикладывается к каждой паре электродов, и между всеми соседствующими электродами возникает разряд.

Подобные разрядные ячейки очень заманчиво применить для синтеза в них озона, особенно учитывая хорошо отработанную технологию создания разрядных панелей, однако, копланарная газоразрядная панель создавалась для работы в инертных средах, поэтому работа ячейки с заполнением ее кислородом или атмосферным воздухом может осуществляться только при пониженном давлении.Попытка получить устойчивый разряд при атмосферном давлении приводит к пробою диэлектрического покрытия. В экспериментальной установке, на описанной выше разрядной ячейке, были получены концентрации озона до 25 мг/л, при давлениях от 0,2 до 0,5 бар.[3]

Практическое применение ячеек копланарной геометрии в качестве озонаторов вызывает сомнение, несмотря на достаточно высокий выход озона.Эти ячейки очень дороги, недостаточно прочны и способны работать только при пониженном давлении.

Дуговой разряд

При получение озона возможно использовать так же и дуговой разряд.Термическая диссоциация молекул резко возрастает с ростом температуры.Так, при Т=3000К — содержание атомарного кислорода составляет ~10 %.Такие температуры (несколько тысяч градусов) можно получить в дуговом разряде атмосферного давления.Однако, образование O3 неосуществимо при высоких температурах, поскольку озон разлагается быстрее молекулярного кислорода, но можно создать неравновесные условия: нагреть газ в высокотемпературной камере, а затем резко его охладить.Это дает возможность сверхравновесного образования озона.Озон получается как промежуточный продукт при переходе смеси O2+O к молекулярному кислороду.

Максимальная концентрация O3 в таком варианте плазмотрона достигает 1 %, она вполне достаточна для многих промышленных целей, и, к тому же, сравнима по величине с получаемой в озонаторах использующих тихий разряд (чаще всего барьерный).К явным недостаткам данного метода относится нестабильное горение разряда, перегрев, избыточное давление, большое потребление электроэнергии, большие габариты установок на его основе.

Отличия от ионизатора

Озонаторы не следует путать с ионизаторами (такими, как люстра Чижевского).Это разные приборы. Ионизаторы сообщают дополнительный отрицательный электрический заряд молекулам воздуха и при правильной настройке генерировать озон не должны.Озон является очень сильным окислителем и чрезвычайно ядовит даже в низких концентрациях.Он находит ограниченное применение в промышленном синтезе (например, при получении янтарной кислоты из изделий и отходов каучукового производства), в терапии (т. н. озонотерапия).Иногда он применяется для очистки и обеззараживания питьевой воды (например, на речных судах) и некоторых промышленных стоков, содержащих легкоокисляемую органику, когда использование более традиционных окислителей по тем или иным причинам не желательно.Однако в таком качестве он значительно менее эффективен и гораздо более дорог, чем они.Применение озонаторов для стерилизации медицинского инструмента, как правило, неэффективно.