Строение и виды озонаторов
Введение
Математическое моделирование используется в самых различных областях для решения исследовательских и прикладных задач. Суть такого моделирования заключается в том, что любой процесс или объект можно описать с помощью известных математических формул, выражающих физические, экономические и другие законы. Затем это описание, то есть модель, можно подвергнуть любым испытанием без всякого риска для людей и без малейших финансовых затрат, и внимательно изучить результат.
Математическое моделирование - это средство изучения реального объекта или процесса путем их замены математической моделью, более удобной для экспериментального исследования с помощью ЭВМ.
Математическая модель является приближенным представлением реальных объектов или процессов, выраженным в математических терминах и сохраняющим существенные черты оригинала. Математические модели с помощью логико-математических конструкций, описывают основные свойства объекта или процесса его параметры, внутренние и внешние связи.
С помощью математического моделирования предлагается решить проблему совершенствования барьерных электрических озонаторов.
Одной из главных проблем работы озонаторов является проблема теплоотвода. Около 80-85% электроэнергии преобразуется в тепло, что требует создания большой системы охлаждения. Примерно 10-15% объема всего озонатора занимает разрядный промежуток, в котором происходит образование озона, остальная же часть приходится на охлаждающую систему.
Свойства, применение и способы получения озона
Озон - состоящая из трёхатомных молекул О3 аллотропная модификация кислорода, обладающая при нормальных условиях характерным запахом и голубым цветом.
Применение озона обусловлено его свойствами:
1. сильного окисляющего агента:
· для стерилизации изделий медицинского назначения
· при получении многих веществ в лабораторной и промышленной практике
· для отбеливания бумаги
· для очистки масел
2. сильного дезинфицирующего средства:
· для очистки воды и воздуха от микроорганизмов (озонирование)
· для дезинфекции помещений и одежды
· для озонирования растворов, применяемых в медицине.
Одним из существенных достоинств озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие токсинов после обработки, тогда как при хлорировании возможно образование существенного количества токсинов и ядов, например, диоксина.
Озон образуется во многих процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например, при разложении перекисей, окислении фосфора и т. п.
Образование озона проходит по обратимой реакции:
3O2 + 68 ккал/моль (285 кДж/моль) ⇄ 2O3.
В промышленности его получают из воздуха или кислорода в озонаторах под действием барьерного электрического разряда.
Барьерный разряд - разряд, возникающий между диэлектриком и металлом или между двумя диэлектриками в цепи переменного тока. Электросинтез озона в барьерном разряде характеризуется невысокими концентрациями озона, но сравнительно высокой экономичностью, по сравнению с другими типами электрических разрядов.
Строение и виды озонаторов
В промышленности применяют озонаторы двух типов: цилиндрические и пластинчатые. Один из электродов озонатора может быть чисто металлическим, а другой обязательно покрыт барьером из диэлектрика, например, стеклом или эмалью.
Цилиндрические озонаторы представляют собой два цилиндра с общей осью, вставленный один в другой, образуя трубчатый элемент. Цилиндр меньшего диаметра изготавливают из диэлектрика, покрытого с внутренней стороны металлическим напылением (электрод с барьером), цилиндр большего диаметры изготавливают из металла. Такие трубчатые элементы объединяются в блоки и помещаются в емкости с охлаждающей жидкостью. Таким образом, охлаждаются лишь внешние электроды.
Выход из строя одного элемента озонатора цилиндрического типа приводит к аварийной остановке и необходимости демонтажа целого блока элементов, что является существенным минусом данного типа озонаторов.
Пластинчатые озонаторы состоят из плоских металлических электродов, разделенных слоем диэлектрика. Устройство системы охлаждения сложнее, чем у трубчатых элементов, но большим плюсом является легкость замены элементов пластинчатого озонатора.
Существует также два режима течения газа в озонаторе: ламинарный и турбулентный.
Ламинарное течение — течение, при котором газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций (то есть беспорядочных быстрых изменений скорости и давления).
Ламинарное течение возможно только до некоторого критического значения числа Рейнольдса, после которого оно переходит в турбулентное.
Для движения газа в плоском канале между двумя электродами барьерного электрического озонатора число Рейнольдса (Re) можно определить так:
где Vср – средняя скорость течения газа, ν – коэффициент кинематической вязкости газа, Δ – толщина газового слоя.
Турбулентный режим достигается только при значениях Re> 2500. Большинство озонаторов имеют Δ< 4 мм и Vср < 1 м/с, следовательно, течение в них ламинарное.
(а) – ламинарный режим, (b) – турбулентный.
Одним из главных недостатков озонирования является дороговизна озонаторов.