RO112019B1 - Dispozitiv pentru generarea ozonului - Google Patents

Description

Invenția se referă la un dispozitiv pentru generarea ozonului, destinat a fi utilizat în petrochimie pentru conversia olefinelor în aldehide, cetone sau acizi carboxilici, de asemenea ca agent de înălbire pentru substanțe organice, precum și pentru sterilizarea apei potabile și a camerelor de lucru.

Ozonul este o stare modificată triatomică a oxigenului și se formează, printre altele, sub acțiunea unui câmp electric. La o descrăcare electrică, așa denumită liniștită (Descărcare-Corona), oxigenul se transformă parțial în ozon. Descărcarea electrică produce o descompunere parțială a moleculei de oxigen (O₂) în atomi liberi, care la ciocnire reciprocă cu molecule nedescompuse se asociază la acestea. Pentru formarea ozonului este necesar un consum de energie electrică, echivalentul caloric reprezentând 34,5 kcal fiecare mol de ozon (0₃). La încălzire ozonul se descompune astfel încât energia devine liberă și se formează oxigen (0₂). Gazul se descompune foarte repede la temperaturi superioare a 10O°C sau în prezența de catalizatori la temperatura camerei.

Ozonul este cu mult mai reactiv decât oxigenul și ca atare este un agent de oxidare deosebit de puternic.

în tehnica industrială este produs, în general, cu ajutorul descărcării electrice liniștite. în acest scop, oxigenul sau un un amestec de gaze conținând oxigen este trecut printr-un interstițiu de formă plană sau de forma unui inel între electrozi între care este situat un dielectric. în diferitele dispozitive sau procedee de producere a ozonului cunoscute, s-a căutat a se crește randamentul în ozon, în care scop o încălzire a ozonului trebuie în orice caz evitată.

Este cunoscut un dispozitiv pentru producerea ozonului DE-PS 3108563 ce utilizează mijloace pentru a regla frecvența și amplitudinea câmpului electric, produs de tensiune alternativă, pentru a îmbunătăți randamentele în ozon. în acest scop, generatoarele de înaltă tensiune sunt reglate prin metoda cu impuls sau se crește frecvența curentului alternatv, astfel încât să se obțină în ambele cazuri randamente mai ridicate de ozon. Acest dispozitiv prezintă dezavantajul unor pierderi de căldură crescute, astfel încât, la generarea ozonului pe principiul descărcării electrice liniștite, porțiunile de descărcare se încălzesc, conducând la o micșorare a randamentelor de ozon.

în dispozitivele care sunt în funcțiune după metoda impuls pentru generarea ozonului, denumite în general ozonizatoare, există în plus dezavantajul că descărcarea dintre doi electrozi are loc, ca urmare a stării abrupte a flancului, sub formă de puncte sau sub formă de lentilă, respectiv nu pe întreaga circumferință sau perimetru al electrodului, pe electrozi formându-se punte fierbinți, ceea ce conduce la scăderea randamentului în ozon și la prejudiciu în funcționarea ireproșabilă a dispozitivului.

Se cunoaște că pentru creșterea randamentului în ozon (DE-OS 2853436), în porțiunile de descărcare electrică trebuie realizată o circulație turbulentă prin interpunerea unor corpuri. Aceasta conduce la o anumită creștere a canalelor de curent, urmare a cărui fapt intensitatea câmpului trebuie să crească și ea. în plus porțiunile laminare rămase în zonele de margine a curentului sunt încă relativ mari.

Se mai cunoaște un dispozitiv pentru producerea ozonului (DE - OS 2644978) bazat pe o tensiune ridicată a unui curent alternativ cu eliminarea dielectricului. Pentru aceasta este necesară o structură cu plăci, cunoscută suficient de bine din punct de vedere tehnic, pentru ca doi electrozi în formă de plăci să fie dispuși la distanță, între care să se interpună cel puțin un electrod bipolar, liber de curent.

în fine, în DE-PS 299 este descris un generator de ozon, cu electrozi ficși, la care distanța dintre electrozi trebuie să fie astfel realizată încât să rămână aceeași cu o mare exactitate, în scopul evitării descărcărilor de vârf. Din acest motiv, electrodul fix neconducător

RO 112019 Bl este acoperit prin pulverizare cu o depunere de metal, pentru a avea garanția că distanța dintre electrozi rămâne aceeași.

Problema pe care o rezolvă invenția este aceea de a realiza uin dispozitiv generator de ozon cu randamentul mare, în care în canalele de circulație se realizează, printr-un sistem simplu, o curgere turbulentă și în acelați timp o egalizare a distribuției suprafețelor canalelor de descărcare, în vederea creșterii eficacității.

Dispozitivul generator de ozon, conform invenției, înlătură dezavantajele soluțiilor cunoscute, prin aceea că folosește o sursă de înaltă tensiune și cel puțin doi electrozi având forma unor discuri, situați la distanță unul față de celălalt, cu un dielectric amplasat între aceștia, pentru formarea cel puțin a unei căi de circulație, în care cel puțin unul dintre electrozii având forma de discuri are capacitatea de a putea vibra, electrozii în formă de discuri constând din două învelișuri din materiale bune conducătoare de electricitate, dintre care cel puțin unul din învelișuri poate fi adus în stare de vibrație, între cele două învelișuri fiind dispus un material eficient pentru o umezire rezilientă, iar ambele învelișuri fiind consolidate astfel încât să poată permite vibrația electrozilor.

Dispozitivul generator de ozon, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- calea de circulație și, prin aceasta, curgerea turbulentă obținută, conduce la un câmp de distribuție uniform al descărcării de scântei și astfel vor fi admise în apropiere de suprafața electrozilor substanțial mai multe particule de gaz pe unitatea de timp;

- prin producerea mai multor descărcări mici, care conduc la generare de căldură substanțial mai mică, se obțin randamente de ozon ridicate, iar pe de altă parte, drept mediu de răcire poate fi utilizat în totalitate aerul din mediul înconjurător.

Se dau în continuare exemple de realizare a invenției, în legătură cu fig.

1...4, care reprezintă;

- fig.1, schema principială de legare a dispozitivului cu secțiune prin dispozitiv;

-fig.2, o reprezentare schematică a mai multor unități în conformitate cu fig.1:

- fig.3, o reprezentare principială a electrozilor decuplați așezați unul față de celălalt;

- fig.4, un ansamblu de mai multe subunități la un singur agregat.

în fig.1 se arată schematic o primă formă de realizare a dispozitivului pentru producerea ozonului, în care ambii electrozi 5 sunt legați la bobina secundară 1 a unui transformator de înaltă tensiune. înalta tensiune se situează între 5 și 30kV. Transformatorul de înaltă tensiune arătat în fig.1 este prevăzut pentru o frecvență de 5OHz. între cei doi electrozi 5 este situat un dielectric 6 pentru formarea, de exemplu, a două căi de curgere. Electrozii 5 constau dintr-un substrat elastic 2 între două învelișuri elastice 3,4 situate deasupra suprafeței substratului, realizat sintr-un material bun conductor de electricitate.

Electrozii 5 sunt prevăzuți cu interstiții care străbat electrozii dintr-o parte în cealaltă parte, dispuse perpendicular pe direcția de curgere a fluxului. învelișurile flexibile 3,4 constau în general din platină, titan, oțel zincat sau aluminiu. Aceste metale asigură o bună formare a câmpurilor electrice. Ele pot fi realizate sub formă de folii, table, sau împletituri de sârmă. Este de asemenea posibil ca substratul 2 sau foliile 3,4 să fie pulverizate cu un material bun conductor de electricitate. Substratul elastic 2 constă în general din fibre de sticlă.

Dacă în dispozitivul descris mai sus se introduce o tensiune înaltă pentru generarea unui câmp electric, atunci electrozii 5 vor fi aduși în stare de vibrație de joasă frecvență. Prin aceasta, prin deschiderile dintre electrozii 5 și dielectricul G, gazul care circulă va fi adus, de asemenea, în stare de vibrație,

RO 112019 Bl stabilindu-se astfel o stare de curgere turbulentă.

Prin aceasta, este posibil ca pe unitatea de timp cu mult mai multe particule de gaz să fie aduse în apropierea suprafeței exterioare a electrozilor, realizându-se astfel un câmp electric constant distribuit al descărcărilor prin scântei.

La o rețea primară a tensiunii de 220 volți, în exemplul de realizare a invenției prezentat în fig.1, pe partea secundară a transformatorului de înaltă tensiune, aceasta este de 10kV. în comparație cu tipurile anterioare de dispozitive pentru generarea ozonului, acest dispozitiv conduce la un randament al ozonului din aer cu aproximativ 25% mai mare.

Fig.2 prezintă un ansamblu de mai multe unități, în conformitate cu fig.1 în care extremitățile 7 ale învelișurilor flexibile 3,4 sunt legate împreună și formează la un loc o muchie ascuțită. Această muchie este introdusă într-o adâncitură de ghidare a unei carcase, astfel încât formarea vibrațiilor electrozilor singular 5 să nu fie împiedicată, dar să fie limitată.

Suplimentar, în electrozii 5 sunt prevăzute interstiții 11 care străbat electrodul de la un capăt la celălalt, perpendiculare pe direcția de curgere. Prin aceste găuri, are loc un schimb de gaze între diferitele căi de circulație individuale, ca urmare a cărui fapt are loc o repartiție uniformă, respectiv formarea unui flux turbulent îmbunătățit.

Fig.3 indică un mod de realizare a invenției, care constă din mai mulți electrozi 5, între care sunt dispuse dielectricefe 6. La această unitate 8 sunt legate două grupe de electrozi paralel, dintre care o grupă de electrozi este legată la pământ, iar cealaltă grupă de electrozi constituie un potențial de înaltă tensiune. Unitatea 8 astfel formată este introdusă într-o carcasă, care este etanșată în ceea ce privește pătrunderea gazului, astfel încât era poate fi străbătută de gaz.

Fig.4 indică alt mod de realizare a invenției, care constă dintr-un agregat format din mai multe unități 8 alimentate de la o unitate de distribuție a gazului. Astfel, cu ajutorul invenției, este posibil să se dimensioneze dispozitivul de generare a ozonului, într-un mod simplu, în funcție de necesitățile fiecăruia.

Aplicarea unei tensiuni variabile de joasă frecvență și/sau o viteză corespunzătoare a fluxului mediului ce se supune tratamentului duce la electrozii în stare de vibrație, realizându-se în acest fel în calea de circulație, respectiv în canalele dintre electrozi și dielectric, o circulație turbulentă. în mod special are loc, în acest fel, datorită virbației electrozilor, o desprindere a stratului marginal în care, în mod general, predomină o curgere laminară.

Lățimea fluxului de curgere și viteza fluxului de curgere sunt astfel măsurate, încât să devină predominantă formarea unei curgei turbulente. După cum se cunoaște, tipul de curgere [laminară sau turbulentă) este dat de numărul Reynolds:

_Rc_w.d.p _w.d u v unde:

w= viteza de curgere medie a fluxului, m/s;

d= diametrul țevii, m;

u= vâscozitatea dinamică Kg/m s; p= densitatea lichidului kg/m³;

i/= viscozitatea cinematică, m/s. Când secțiunea de curgere nu este cirulară, în expresia Reynolds se înlocuiește diametrul echivalent, care corespunde cu un multiplu de raze hidraulice.

Raza hidraulică r reprezintă raportul dintre secțiunea fluxului de curgere și perimetrul U care este udat de flux: _r =£_ ^h U

Pentru țeavă cu secțiune circulară, care este complet udată de lichid, raza hidraulică este:

_r

RO 112019 Bl

Ca urmare, pentru un flux de curgere care nu are secțiune circulară în locul diametrului se introduce diametrul echivalent:

d =4_r “echiv ^Hrh 4 în general, numărul lui Reynolds pentru o curgere turbulentă se situează deasupra valorii de 2300, dar numai la o valoare a numărului lui Reynolds mai mare de 20.000 are loc o curgere absolut turbulentă.

într-un mod de realizare avantajos a invenției este prevăzut ca straturile care vibrează să aibă deschizături. Acestea nu asigură numai soluționarea straturilor și prin aceasta realizarea unei curgeri turbulente complete, dar în același timp aceste deschizături permit, în cazul unui mănunchi de mai multe unități, un schimb de gaze între căile de circulație individuale, ceea ce conduce în mod suplimentar la o creștere a turbulenței curgerii.

în scopul evitării unor amplitudini nedorire ale vibrațiilor electrozilor, este posibil a prevedea în apropierea capetelor electrozilor dispozitive de ghidare. O legare împreună a învelișurilor de ghidare asigură formarea neîmpiedicată a vibrațiilor de joasă frecvență ale electrozilor, o dirijare a fluxului și un sistem de umezire rezilientă a masei.

Pentru o creștere suplimentară a eficienței este, de asemenea, posibil să se prevadă mai mult decât două straturi care vibrează în lungul și/sau în curmezișul direcției de curgere, din materiale bune conductoare de electricitate, care ar putea să conducă, de exemplu printr-o direcționare a curgerii prin dislocarea fazelor, la un raport al deplasărilor reglabil.

Este posibilă de asemenea legarea în serie a electrozilor de o anumită lungime în direcția curgerii.

Este de asemenea oportună reglarea umezirii reziliente a electrozilor, în scopul asigurării lățimii necesare interstițiilor pentru curgerea gazului.

Prin dispozitive corespunzătoare de reglare este de asemenea posibil a se regla lățimea interstițiului căilor de curgere individuale.

Un alt mod de influențare avantajos asupra vibrațiilor electrozilor poate fi realizat dacă distribuția coborâtoare a pozițiilor flexibile ale electrozilor este reglabilă.

Deși orice material eficient bun conductor sau rău conductor de umezire rezilientă poate fi utilizat ca mediu între straturi flexibile, fibrele de sticlă au arătat avantaje deosebite.

Claims (7)

1. Dispozitiv pentru generarea ozonului cu o sursă de înaltă tensiune și cel puțin doi electrozi sub formă de plăci, distanțați unul de celălalt cu un dielectric situat între aceștia, astfel încât să se formeze cel puțin o cale de circulație, caracterizat prin aceea că cei doi electrozi (5) sunt alcătuiți din două învelișuri elastice (3,4) din materiale bune conductoare de electricitate, între care este dispus un substrat elastic (2) capabil de umezirea rezilientă, electrozii (5) având interstiții dispuse perpendicular pe direcția de curgere a gazului, cele două învelișuri (3,4) având posibilitatea să vibreze și fiind consolidate pentru a permite vibrarea cel puțin a unuia din electrozi (5).

2. Dispozitiv, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că învelișurile (3,4) au extremitățile laterale (7) legate împreună, formând muchii ascuțite, care, introduse în adâncituri de ghidare ale unei carcase, asigură vibrarea limitată a electrozilor (5).

3. Dispozitiv, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că mai mulți electrozi (5) având dispus câte un dielectric (6) între fiecare doi electrozi (5), pot fi legați împreună formând o unitate (8) în care electrozii (5) sunt legați în paralel cu o grupă de electrozi legată la pământ, iar cealaltă grupă de electrozi la înaltă tensiune.

4. Dispozitiv, conform revendicării

RO 112019 Bl

3, caracterizat prin aceea că mai multe unități (8) dispuse într-o carcasă comună formează un singur agregat (9), alimentat de la o unitate comună de distribuție a gazului (10). 5

5. Dispozitiv, conform revendicărilor 1.....4, caracterizat prin aceea că învelișurile (3,4) sunt realizate din platină, titan, oțel zincat sau aluminiu sub formă de folii, table sau plase de 10 sârmă.

6. Dispozitiv, conform revendicărilor 1.....5, caracterizat prin aceea că substratul (2) sau învelișurile (3,4) sunt pulverizate cu un material bun conductor de electricitate.

7. Dispozitiv, conform revendicărilor 1.....6, caracterizat prin aceea că substratul (2) este realizat din fibre de sticlă.