книги из ГПНТБ / Кожинов В.Ф. Озонирование воды

сти плоского конденсатора, их величины весьма невелики п выражаются в микрофарадах [52].

Для данных условий приняты: С э = 28,2 мф, или 28,2-10-6 ф, и Сп = = 0,4 мф, или 0,4-10-6ф.

Величина потенциала разряда через разрядный промежуток составляет около 2000 в на каждый линейный миллиметр промежутка [52]. В рас­ сматриваемом . озонаторе ширина разрядного промежутка составляет 3 мм,

следовательно

=74950 eras75 кет.

Для крупных озонирующих установок имеет важное значение соотно­ шение между мощностью озонатора и мощностью установки, которая пи­ тает озонатор током. Поэтому у озонаторов надо различать активную мощ­ ность U, выражаемую в кет, и так называемую «ажущуюся», или вольт-

называется емкостным коэффициентом мощности. Для озонатора Шуази-7500 этот коэффициент при полной и минимальной нагрузке равен соответственно

0,47 и 0,6.

диэлектрические трубки, заплавленные с одного конца и имеющие на внут­ ренней поверхности алюминиевые покрытия.

Стеклянные трубки рабочей длиной /=;1,05 м и общей длиной по й.ЗЙ м

размещены концентрично в 279 стальных . трубках, проходящих через весь корпус озонатора, с обоих его концов. Стальные трубки имеют внутренний диаметр ей =80 мм. Внешний диаметр стеклянных трубок d2 = 74 мм. Кон­ центричный зазор между трубками шириной 3 мм служит разрядным про­

межуткам.

Площадь поперечного сечения кольцевого разрядного промежутка будет

/ р= г/4( d f - 4 ) =0,785(0,082-0,0742) ^0,00072 м 2.

90

Скорость прохода сухого воздуха через кольцевой промежуток принята равной: ов = 0,31 м / с е к . Тогда расход сухого воздуха через одну трубку озо­ натора будет

<7в=/рув-3600=0,00072-0,31 -3600й0,805.м3/ч.

Поскольку заданная производительность одного озонатора! G 03 = 8,3 к г / ч , то при весовой концентрации озона С0з ='20 г/.и3 и коэффициенте использо­ вания разрядного промежутка /(=0,92 количество сухого воздуха, необхо­ димого для электросинтеза, составляет

Следовательно, количество стеклянных ‘диэлектрических трубок в одном озонаторе

nTp= Q B: ^в=450 :0,805=558 шт.

Производительность каждой трубки по озону

Яа2 —Ооз ■ иТр= 8300 :558=14,9 г/ч

(см. табл. 211).

Энергетический выход озона

Эоз=Ооз : U =8,3 :75=0,111кг/лгвт-ч.

Мощность на один элемент

W 3= U : /гтр=160 000 :558=287в т

(см. табл. 21).

Удельное -потребление электроэнергии (или энергетический к. п. д.) по формуле (18) будет

3=287:14,9=19,3 в т - ч / г .

Общая электродная площадь (см. табл. 20) составляет’ -137 м?, а на один элемент,

/ э=137 : 558=0,245 лг2.

Удельная мощность по формуле (16)

U70=287 : (0,245 -102)= 1 1,7 в т / д м 2.

Выработка озона на ,1 м 2 электрода по формуле (.17) 6=14,9:0,245=78,4 г / ч - м 2.

Суммарная площадь поперечных сечений 279 электродных трубок внеш­ ним диаметром d = 8 3 м м

2/„=0,00541 -279=1,509 м~.

Площадь поперечного сечения цилиндрического корпуса озонатора долж­ на быть больше 2/о на 50%, т. е.

/=■«=1,509-1,5=2,25 .«2.

Отсюда внутренний диаметр корпуса озонатора будет

D = 2 | / ^ L = 2 ] / | ^ - =1,7.и.

Так как 85—90% электроэнергии,-потребляемой для производства озона, затрачивается на тепловыделение, нужно обеопечить охлаждение электродов озонатора. Расход -воды для охлаждения электродов составляет 460 л/ч на одну электродную трубку или суммарно на весь озонатор

91

I O U - Z / У

Оохл= — Щ о— =45м 3/ ч , пли 12,5 л / с е к .

Средняя скорость движения охлаждающей воды составит

Температура охлаждающей воды <=110°С.

Технологическая характеристика озонатора ПО-3 (рис. 51) и других ма­ рок отечественной конструкции приведена в табл. 24, а размеры и вес озо­ наторов даны в табл. 25.,

Т а б л и ц а 24

Техническая характеристика озонаторов марки ПО

Основной деталью озонатора ПО-3 являются стеклянные диэлектриче­ ские трубки, заплавленные с одного конца л имеющие на внутренней по­ верхности графито-медные покрытия. Стеклянные трубки наружным диамет­

вершенствованием конструкции озонаторов ПО-3 и ПО-4. Будет создано не­ сколько новых марок генераторов озона производительностью 4—,12 к г / ч .

92

Г л а в а V

ПОДГОТОВКА ВОЗДУХА ПЕРЕД ПОСТУПЛЕНИЕМ

ВОЗОНАТОР

1.ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА НА ДЕЙСТВИЕ ГЕНЕРАТОРА ОЗОНА

Перед тем как атмосферный воздух будет подвергнут дейст­ вию тихого электрического разряда, необходимо произвести осушение воздуха. Это вызвано следующими причинами.

1. На работу генераторов озона большое влияние оказыва гигрометрическое состояние воздуха или кислорода, подавае­ мого к электродам. Было установлено, что с увеличением влаж­ ности воздуха уменьшается количество получаемого озона. Следовательно, критерием влажности должны служить абсо­ лютный вес воды в единице объема воздуха и точка росы жид­

Из табл. 26 следует, что точка росы —40°С обеспечивает производительность, близкую к максимальной; а величина —50°С характеризует достижение этого максимума. При точке росы —20°С концентрация озона падает на 16%.

2.Наличие влаги в воздухе приводит к искрению электро­ дов и даже к возникновению дуги при тихом разряде. Эти яв­ ления служат причиной недостаточной электрической отдачи, что уменьшает производительность озонатора, может понизить диэлектрическую прочность диэлектриков и вызвать их разру­ шение.

3.Использование неосушенного воздуха вызывает образова­ ние азотной кислоты, что влечет за собой коррозию электродов и, как правило, материалов, соприкасающихся с озонирован­ ным воздухом.

94

При действии тихого разряда ща атмосферный воздух обра­ зующаяся озоно-воздушная смесь содержит следы соединений кислорода с азотом главным образом в виде Ы20 5 и N20.

Азотный ангидрид плавится при температуре 30°С, образуя

N20 5 -5- 2NO2-j-0,5O2.

Окись азота N 02 — газ буро-красного цвета, который сжи­ жается при 21°С. При соприкосновении с воздушной влагой образуется корродирующая азотная кислота по уравнению

В табл. 27 показаны количества азотной кислоты HN03, об­ разующейся в расчете на 1 кг произведенного озона в зависи­ мости от его концентрации и степени осушки воздуха (точки росы осушенного воздуха).

Из табл. 27 видно, что для предотвращения образования корродирующих агентов следует поддерживать глубокую осуш­ ку воздуха и достаточно высокую концентрацию озона. Из этой же таблицы следует, что при точке росы ниже —55°С и кон­ центрации озона в воздухе 20 г Оз/м3 количество азотной кис­ лоты HN03 составляет около 5 г на Г кг выработанного озона. Если точка росы —42°С, содержание воды достигает 3,75 г, а количество азотной кислоты увеличивается до 26 г на 1 кг

95

озона, т. е. в 5 раз. Таким образом, эффективное осушение воз­ духа перед его пропуском в озонаторы -представляется абсо­ лютно необходимым.

Вначальном периоде промышленного получения озона для осушения воздуха из-за отсутствия более подходящих средств применяли хлористый кальций. Однако химическое действие этого вещества вызывало целый ряд нежелательных явлений: слишком высокую остаточную влажность воздуха, быструю кор­ розию трубопроводов и кранов, загрязнение аппаратуры, за­ труднительность регенерации продукта.

Внастоящее время проблема осушения воздуха полностью решена средствами современной техники. С этой целью приме­ няются три группы средств, а именно: 1) щористые поглотите­

сорбции водяного пара пористыми поглотителями происходят два процесса. Первый процесс (поверхностного характера) вы­ зывает задерживание пара пористым поглотителем. Другой процесс (внутреннего характера, преобладающий) вызывает наполнение капилляров адсорбированной водой, при этом уве­ личения объема поглотителя не наблюдается. Благодаря микро­ пористой структуре поглотители обладают исключительно вы­ сокой поглощающей способностью. Поэтому достаточно пропу­ стить воздух через поглотитель, чтобы влага оказалась полно­ стью задержанной.

К таким поглотителям, которые известны под названием «активные гели», относятся: силикагель (гель кремнистой кис­ лоты), алюмогель (активированная окись алюминия) и гидрат окиси железа. Все эти поглотители представляют собой мелко раздробленный или гранулированный материал. В табл. 28 приводятся данные об основных свойствах алюмогеля и сили­ кагеля, наиболее часто применяемых на практике. Алюмогель обеспечивает достижение более низких значений точки росы, чем силикагель, а именно до —60°С вместо — (40-)-50)°С; его теплопроводность выше, что более благоприятно при охлажде­ нии геля после регенерации,

С другой стороны, силикагель можно регенерировать при менее высокой температуре, а именно при 180 вместо 240°С. Кроме того, силикагелю (при равном объеме) свойственна бо­ лее высокая поглощающая способность, составляющая около

50%.

После того как через поглотитель пропустится в течение оп­ ределенного периода времени влажный атмосферный воздух, поры поглотителя окажутся наполненными водой. Это вызо-

96

1 Как следствие большой пористости.

вет прекращение явления адсорбции, так как поглотитель уже насыщен водой. Если подвергнуть его нагреванию, то вся по­ глощенная им вода будет удалена. Тогда (после охлаждения) поглотитель может быть снова использован для осушения воз­ духа, причем с той же степенью эффективности.

Удаление поглощенной воды принято называть регенераци­ ей, или восстановлением активности. Период времени между двумя последовательными регенерациями составляет цикл про­ цесса осушения воздуха.

Адсорбция сопровождается выделением тепла, что выражается в возрастании температуры воздуха, подвергнутого обра­ ботке. Это тепло адсорбции представляет собой обратное про­ явление скрытой теплоты конденсации водяных паров.

Принципиальная схема установки для осушения воздуха с помощью адсорбции включает: 1) закрытый приемник погло­ тителя, содержащий определенное количество активированного угля и поддерживаемый рамой с металлической сеткой; 2) уст­ ройства для регенерации поглотителя, которые состоят из цир­ куляционного вентилятора и источника тепла (чаще всего электрического сопротивления) с целью нагревания воздуха, ■необходимого для удаления влаги.

В зависимости от условий применения осушение воздуха может иметь периодический или непрерывный режим. В пер-

вом случае (рис. 52, а) в состав осушающей установки входит лишь один поглотитель. Поэтому переход к фазе регенерации вызывает вынужденное прекращение процесса адсорбции. Во втором случае (рис. 52, б) осушающая установка имеет два по­ глотителя, из которых один находится в действии, а другой проходит регенерацию. Последовательность действия установок

в обоих случаях понятна из рис. 52. Почти всегда регенерация поглотителя осуществляется по принципу открытой цепи и про­ исходит в два цикла. В первом цикле через поглотитель про­ пускается с помощью вентилятора сильный поток воздуха, на­ гретый электрическим способом (или иным источником тепла). При этом воздух, насыщающийся влагой, отводится в атмосфе­ ру. Во втором цикле поглотитель остывает после регенерации, при. этом охлаждение происходит в результате излучения тепла.

Если объем воздуха, подлежащего осушению, весьма зна­ чителен, необходимо предусматривать устройства, позволяющие поглотителю устранять тепло, как выделяющееся при адсорб­ ции, так и накапливающееся в процессе регенерации. Наиболее эффективным и удачным решением этой двойной' проблемы яв­ ляется применение трубчатого змеевика (рис. 53) с небольшими

98

ребрами, погруженными в массу поглотйтеля. В течение фазы адсорбции через змеевик пропускается струя охлаждающей во­ ды. Во время регенерации этот же змеевик служит в качестве нагревательного электрического сопротивления.

Осушающие установки с активным гелем приводятся в дей­ ствие с помощью полуавтоматического управления. В настоя­ щее время 'Предусматривается полная автоматизация таких устройств.

3. ОСУШЕНИЕ ВОЗДУХА ОХЛАЖДЕНИЕМ

Обезвоживание воздуха вполне возможно и практически удобно выполнить с помощью искусственного охлаждения. Для этого достаточно привести осушаемый воздух в соприкоснове­ ние с охлажденной поверхностью в соответствующем теплооб­ меннике.. Воздух теряет влагу в результате ее замораживания и выходит из теплообменника осушенным и холодным. Такой ме­ тод, кажущийся на первый взгляд весьма рациональным, при­ водит к большим эксплуатационным расходам. Это вызвано тем, что в течение длительного времени требуется получение очень сухого воздуха с точкой росы —бОЧС. Кроме того, перио­ дические размораживания .из-за неустойчивости физических характеристик обезвоживаемого воздуха требуют для поддер­ жания непрерывности процесса дорогого и сложного оборудо­ вания.

Осушение воздуха перед тихим разрядом только с помощью охлаждения экономически приемлемо лишь при небольших генераторах озона с периодическим режимом работы. При этих условиях периоды прекращения фазы адсорбции будут доста­ точны для размораживания без применения сложных процессов и сложной аппаратуры.

-4. КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД ОСУШЕНИЯ ВОЗДУХА (ОХЛАЖДЕНИЕ — ВЛАГОПОГЛОЩЕНИЕ)

Когда для осушения воздуха перед впуском его в озонатор используются только поглотители, нужно применять материа­ лы, обеспечивающие адсорбцию влаги при максимальном ее со­ держании в необработанном воздухе. Это имеет важное значе­ ние для грозовых и жарких периодов года, при туманах, а так­ же для влажных тропических районов.

Перечисленные условия вызывают необходимость в аппара­ туре сверхмощного тина, работающей по принципу нерегуляр­ ной адсорбции. Такая аппаратура неэкономична и неудобна, если нужно обрабатывать большие количества воздуха. В по­ добных случаях более выгодно сначала охладить воздух с до­ ведением его до некоторой постоянной температуры и лишь после этого вводить его в поглотитель, для чего возможно ис­ пользование двух способов.