Устройство типового ряда озоногенерирующих моноблоков

 

Изобретение относится к озоногенераторостроению, основанному на синтезе озона посредством барьерного (изоляционного) электрического разряда. Расширение и линеаризация диапазона озонопроизводительности в области средних значений, уменьшение количества типономиналов и обеспечение энергетической эффективности типового ряда озоногенерирующих моноблоков достигнуто ступенчатым изменением числа озоногенерирующих узлов, длины зоны озоносинтеза и подводимой мощности при переходе от моноблока к моноблоку в их типовом ряду. Для производства озоно-кислородных смесей для диапазона озонопроизводительностей 20. ..500 г О₃/ч при диапазоне потребляемой электрической мощности 0,40...10 кВТ предложена система (количество озоногенерирующих узлов, шт), длина зоны озоноситеза, мм (подводимая электрическая мощность, кВт) : 1(250)0,40; 2(250)0,80; 3(250)1,2, 3(650)2,0 и 7(1200)10, обеспечивающая удельное энергопотребление 15 кВт · ч/кг О₃. Для производства озоно-воздушных смесей для диапазонов 20...6000 г О₃/ч и 0,60...150 кВт предложена система: 1(250)0,60, 3(250)1,2, 3(650)2,0, 6(650)3,0, 7(1200)10, 42(1200)30 и 238(1200)150, обеспечивающая удельное энергопотребление 20 кВт · ч./кг О₃. 4 ил., 5 табл.

Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности к озоногенераторостроению, основанному на фиксировании повышенных концентраций озона в потоке кислородосодержащих газовых смесей (кислорода или воздуха) через барьерный (изоляторный) электрический разряд.

Известно устройство типового ряда озоногенерирующих моноблоков (или установок, постов, станций), моноблоки которого состоят из озоногенерирующих узлов, включающих трубчатые (коаксиальные цилиндрические) электроды и электроизолирующие ампулы (трубы) между каждой парой электродов с зазором между одним из электродов и ампулой для потока газа (кислорода или воздуха) [1] Недостатками известного устройства являются сравнительно узкий интервал озонопроизводительности и большое число моноблоков (типономиналов), а также превышение темпа роста потребляемой мощности над темпом роста озонопроизводительности и отсутствие аналитической зависимости для озонопроизводительности при переходе от моноблока к моноблоку в пределах типового ряда, а также малый интервал озонопроизводительностей (от 5 до 200 г О₃/ч, т. е. кратность 5,8 и порядок изменения 0,76) и большое количество моноблоков (их 18), а также большой темп роста потребления мощности (от 0,4 до 70 кВт, т.е. кратность 175 и порядок изменения 3,45), превышающий темп роста озонопроизводительности, и отсутствие ясной закономерности в изменении озонопроизводительности при переходе от моноблока к моноблоку в пределах типового ряда.

В изобретении для озоногенерирующих узлов предусмотрены меры по локализации зоны электросинтеза озона и используется ограниченное число фиксированных длин этих зон. Для этого стыковка частей электродов, место подачи электрического потенциала и места подачи и отвода потоков охлаждающей воды осуществлены на соответствующих фиксированных уровнях, а также фиксирован зазор для потока газа.

На фиг. 1 изображена схема озоногенерирующего узла; на фиг. 2 схема устройства с одним озоногенерирующим узлом; на фиг. 3 схема устройства с тремя озоногенерирующими узлами; на фиг. 4 схема моноблока с несколькими (более трех) озоногенерирующими узлами.

Озоногенерирующий узел состоит из водоохлаждаемых трубчатых электродов, внутреннего высоковольтного 1 и внешнего низковольтного 2, электроизолирующей ампулы 3 между электродами с фиксированным зазором 4 между ампулой и низковольтным электродом для потока газа (кислорода или воздуха). Там же показана фиксированная длина H зоны озоносинтеза.

Озоногенерирующие узлы собираются в озоногенерирующие моноблоки. При этом озоногенерирующие узлы электрически, по воде и по газу соединяются параллельно. Совокупность озоногенерирующих моноблоков образует типовой ряд.

Целью предложенного технического решения является расширение и линеаризация диапазона озонопроизводительностей, уменьшение количества моноблоков в типовом ряду и обеспечение энергетической эффективности по всему типовому ряду озоногенерирующих моноблоков на уровне наименьших известных значений для электросинтеза озона. В расчете эффективности из общих энергетических затрат вычитаются энергетические затраты на газоподготовку.

В пределах типового ряда моноблоков при переходе от моноблока к моноблоку изменяются только количество озоногенерирующих узлов и длина их локализованной зоны электросинтеза озона, причем ступенчато и по экспериментально подобранной системе так, чтобы в типовом ряду сохранялось удельное энергопотребление: для производства озоно-кислородных смесей 13-17,5 кВт˙ ч./кг O₃; для производства озоно-воздушных смесей 16-22 кВт˙ч./кг О₃ (значения приведены для оптимальных режимов).

Моноблоки включают озоногенерирующие узлы; один (фиг. 2) или несколько (фиг. 3 три и фиг. 4 больше трех), причем каждый узел имеет высоковольтный электрод 1, низковольтный электрод 2, электроизолирующую ампулу 3 между электродами и фиксированный зазор 4 между ампулой и низковольтным электродом для потока газа. Каждый моноблок типового ряда (если он состоит из одного озоногенерирующего узла) содержит сгруппированные озоногенерирующие узлы с одинаковой длиной (H₁, H₂ или H₃) зоны озоносинтеза, причем все они параллельно соединены по электропитанию, по воде и по газу. Переход от моноблока к моноблоку в типовом ряду сопровождается изменением длины зоны озоносинтеза и/или количества озоногенерирующих узлов скачками (см. фиг. 2, а, б и в).

Конструкторски удобны количества озоногенерирующих узлов: 1, 2, 3 и 7 шт. для производства озоно-кислородных смесей и 1, 3, 6, 7, 42 и 238 шт. для производства озоно-воздушных смесей, а также длины зона озоносинтеза: 250, 650 и 1200 мм. Технологически удобны подводимые электрические мощности: 0,40; 0,80; 1,2; 2,0 и 10 кВт для производства озоно-кислородных смесей и 0,60; 1,2; 2,0; 3,0; 10; 30 и 150 кВт для производства озоно-воздушных смесей.

Закономерное изменение конструктивных параметров состоит: 1) в изменении количества озоногенерирующих узлов для производства озоно-кислородных смесей по системе 1H₁ 2H₁ 3H₁ 3H₂ 7H₃ и для производства озоно-воздушных смесей по системе 1H₁ 3H₁ 3H₂ 6H₂ 7H₃ 42H₃ 238H₃.

Здесь фиксированная длина зоны: H₁ короткая, 250 мм H₂ средняя, 650 мм и H₃ длинная, 1200 мм;
2) в соответствующем изменении режима электропитания потребляемой мощности, кВт и питающей разряд частоты для производства озоно-кислородных смесей по системе
0,40 ν₁ 0,80 ν₁ 1,2ν₁ 2,0 ν₂ 10 ν₂ и для производства озоно-воздушных смесей по системе
0,60 ν₁ 1,2 ν₁ 2,0 ν₂ 3,0 ν₂ 10 ν₂ 30 ν₃ 150 ν₃
Здесь вслед за увеличением озонопроизводительности из-за увеличения числа и длины озоногенерирующих узлов для сохранения энергетической эффективности требуется уменьшить частоту электрического разряда:
ν₁ высокая. 8 кГц
ν₂ средняя, 5 кГц и
ν₃ низкая, 2 кГц.

Экспериментально установлено сопутствующее увеличению озонопроизводительности увеличение концентрации озона в газовой смеси (и на кислородной, и на воздушной смеси). Использование удобных конструкторско-технологических параметров обеспечивает линейность (в логарифмическом масштабе) с отклонением, не превышающим 0,001. Удельное энергопотребление выдерживалось на уровне 15 и 20 кВт ˙ ч/кг О₃ для производств озоно-кислородных и озоно-воздушных смесей соответственно с точностью измерения ± 5-10 Вт ˙ ч/кг О₃.

Технико-экономический эффект от изобретения состоит в расширении интервала озонопроизводительностей в типовом ряду моноблоков и уменьшении количества моноблоков в нем, а также в практическом выравнивании темпов роста потребляемой мощности и oзонопроизводительности с линейным изменением озонопроизводительности при переходе от моноблока к моноблоку в типовом ряду как для производства озоно-кислородных смесей, так и для озоно-воздушных смесей.

Рационализация на основе экспериментальных исследований привела к следующему результату, приведенному в табл. 1
Расходы газа (через систему газоподготовки) и воды (через систему водообеспечения), габаритные размеры (длина х высота х ширина) и масса (сухая и с водой) были зафиксированы как параметры, являющиеся следствием принятия основных рациональных конструкторских решений по компоновке узлов в озоногенерирующем моноблоке и оптимальных по удельному энергопотреблению технологических режимов обеспечения электросинтеза озонa (разряда, газо-, и водообеспечения).

Cводка характеристик предложенных рядов озоногенераторных моноблоков представлена в табл. 2-5.

Типовые ряды озоногенераторных моноблоков предлагается называть "Озонит".

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ТИПОВОГО РЯДА ОЗОНОГЕНЕРИРУЮЩИХ МОНОБЛОКОВ, включающих озоногенерирующий узел или озоногенерирующие узлы, состоящие из водоохлаждаемых коаксиальных электродов, внутреннего высоковольтного и внешнего низковольтного, электроизолирующей трубы между электродами с фиксированным зазором между трубой и низковольтным электродом для потока кислорода или воздуха и фиксированной длиной зоны озоносинтеза, отличающееся тем, что при переходе от моноблока к моноблоку в типовом ряду ступенчато меняют число озоногенерирующих узлов и длину зоны озоносинтеза для производства озонокислородных смесей для диапазона озонопроизводительностей 20 500 г О₃/ч при диапазоне потребляемой электрической мощности 0,40 10 кВт предложена система (количество озоногенерирующих узлов) длина зоны озоносителя, мм (подводимая электрическая мощность, кВт) 1(250)0,40; 2(250)0,80; 3(250)1,2; 3(650)2,0 и 7(1200)10, обеспечивающая удельное энергопотребление 15 кВт · ч/кг О₃ для производства озоновоздушных смесей для диапазонов 20 6000 г О₃/ч и 0,60 150,0 кВт предложена система: 1(250)0,60, 3(250)1,2, 3(650)2,0, 6(650)3,0, 7(1200)10, 42(1200)30 и 238(1200)150, обеспечивающая удельное энергопотребление 20 кВт · ч/кг О₃ для параллельного соединения озоногенерирующих узлов в моноблоках по электропитанию, по газу и по воде.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7