Текст книги "Как обезвредить воздух?"

М.И. Бармин

Как обезвредить воздух?

Озонатор.

Как сделать его своими руками или заказать Мастеру?

2017

Автор

Михаил Иванович Бармин родился в городе Ленинграде 15 января 1948 года. Окончил Ленинградский технологический институт (Технический университет) в 1973 году. Инженер химик-технолог (химия и технология высокомолекулярных соединений). Более 8 лет производственного опыта (органический синтез на полупромышленных установках по синтезу новых органических соединений). Закончил аспирантуру в срок в 1985 году. Кандидат химических наук (химия и технология гетероциклических соединений).Удостоен звания доцента в 1985 году.

Действительный член Нью-Йоркской академии наук (1995-1998 гг.), Соросовский доцент (2001, 2002), лауреат премии «Грант Санкт-Петербурга» (2002). С 1972 года занимается научной деятельностью. Автор более 180 научных и методических трудов (в том числе 3 монографий, 2 обзора , 22 изобретения), автор и соавтор 5-и технологий.

Автор сайта svoi-repetitor-po-khimii.ru/ – обучение химии на всем протяжении этого процесса от школы до аспирантуры. На сайте будут предложены авторские лекции и книги по химии, впоследствии по всем предметам 1,2 курса университета. Можно купить лицензии на новые технологии в области химии.

ОБЛАСТЬ НАУЧНЫХ ИНТЕРЕСОВ:

Химия амино-1,2,4-триазолов и 5-амино—1,2,3,4-тетразола и их производных– нового ряда органических соединений: ГЕТЕРОАЛКАНОВ. Строение, свойства, применение. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ: переработка целлюлозосодержащих твердых отходов.

Устройство и применение озонатора для обезвреживания воздуха и сохранения урожая.

Все замечания, предложения (деловые) прошу направлять мне по адресу: [email protected] [email protected]. Почтовый адрес: 193168, г. Санкт-Петербург, ул. Подвойского, д. 17-2, к. 181 Бармину Михаилу Ивановичу.

Содержание

Введение………………………………………………………………………………….

1.Краткий обзор конструктивных характеристик газоразрядных реакторов озонаторов …

2.Определение технических параметров озонатора…………………………………….

3.Лабораторная установка для исследования конструктивных и режимных параметров озонатора………………………………………………………………………………………….

3.1.Озонатор………………………………………………………………………………

3.1.1.Нанесение токопроводящего слоя на внутреннюю поверхность стеклянных трубок….

3.1.2.Краткое описание принципиальной схемы ……………………………………

3.1.3.Принцип работы модуля озонатора ………………………………………………

3.1.4.Техника безопасности ………………………………………………………………

3.1.5.Условия безопасной работы …………………………………………………………

3.1.6.Порядок включения ……………………………………………………………

4.Исследование вольтамперной характеристики трубок озонатора ………………………

5.Заключение………………………………………………………………………………………

6. Патентный поиск ………………………………………………………………………….

7 Список использованных источников.…………………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Пошаговое руководство посвящено вопросам экологии. Представлены возможности создания удобной, переносной установки для обезвреживания вредных выбросов, сохранения урожая.

Предназначена для широкого круга читателей: экологам, химикам, дачникам, студентам, аспирантам, фермерам, работникам сельского хозяйства, предпринимателям и всем творческим людям.

Проблема защиты окружающей среды, возникающая с особой остротой в последние годы, обусловлена, главным образом, загрязнениями атмосферного воздуха, водного бассейна, а также почвы токсичными веществами и отходами производств.

В России насущной является проблема восполнения таких ресурсов, как рекреационные, сельскохозяйственные и экологические (вода, воздух). Чистота воздушного бассейна оказывает влияние на все стороны жизни, особенно в условиях большой концентрации промышленных предприятий и людей.

Своевременная нейтрализация газовоздушных смесей вентиляционных выбросов промышленных предприятий от стирола, ацетона, изопропанола с помощью легко тиражируемых на действующем оборудовании региона газоразрядных реакторов позволит внести достойную лепту в частичное лечение экологии региона.

Известен ряд методов очистки технологических газов: конденсационный, сорбционный, химического связывания, огневого обеззараживания (факельное сжигание), каталитического окисления.

Целью настоящей работы является использование для очистки вентвыбросов от стирола, ацетона, изопропанола особой формы электрического разряда при давлениях близких к атмосферному. Данный метод является достаточно эффективным, простым в эксплуатации, надежным. При этом снижаются энергозатраты, например, по сравнению с факельным сжиганием почти в 10 раз. Создание каскадов, состоящих из нескольких блоков, позволит регулировать степень очистки вентиляционных выбросов от стирола при различных его концентрациях.

Стирол является одним из вредных органических соединений. Предельно допустимая концентрация (ПДК) стирола в атмосферном воздухе населенных мест (в мг/м³) – 0.003, ПДК в рабочей зоне– 5 мг/м³, класс опасности– 3.

В настоящее время эффективных способов очистки газовых выбросов от стирола нет.

Норма 3 класса опасности: средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг – 100-500; средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/ м³ – 500-5000; коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО)– 30-300; зона острого действия– 6-18 м; зона хронического действия– 5.0-10.5 м.[16,17]

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДЕЛЫ

Разработан модуль озонатора, состоящий из кассеты, в которой закреплены озонаторные электроды, предназначенные для генерации озона. Установка может состоять из нескольких модулей, и предназначена для очистки вентиляционных выбросов, воздуха рабочей зоны, промышленных стоков путем окисления их озоном. Избыток озона превращается в кислород.

Производительность по озону при напряжении 10000V:

Одного электрода 0,25 – 0,3 мг/сек.

Кассеты 3-4 мг/сек.

Особенностью модульного озонатора является то, что, он выполнен из дешевых и широко распространенных элементов промышленного исполнения. Простая конструкция позволяет облегчить профилактические и ремонтные работы, исключить досушку и фильтрацию воздуха перед подачей в озонатор и водяное охлаждение установки. Отсутствуют сложные электронные системы. На устройство озонаторного элемента получен патент СССР. [1] Модульный озонатор может быть использован на предприятиях легкой, текстильной, мебельной, парфюмерной, химической и др. промышленность.

1.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Достичь увеличения нейтрализации вредных вентиляционных выбросов, обезвреживания, освежения воздуха помещений, снижение концентраций нефтепродуктов, фенолов, метанола, формальдегида, стирола и др. органических соединений на 70-85%. Улучшение экологического состояния воздушного, водного бассейна за счет модернизации конструкции озонатора.

ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ

Получены предварительные результаты по нейтрализации ряда вредных органических соединений с помощью озона, вырабатываемого на электрических озонаторах, что позволяет применить этот метод в промышленных условиях. Предполагаемый подход предусматривает

Рис. 1 Общий модуля и кассеты газащелевого озонатора:

Модуль в сборе,

Кассета,

Корпус кассеты,

Изолятор,

Разъем высоковольтный,

Трубка,

Заглушка.

применение озонатора оригинальной конструкции, который может быть выполнен из дешевых и широко распространенных элементов промышленного изготовления, позволяет отказаться от громоздких и дорогих промышленных озонаторов, в которых необходима сложная предварительная подготовка воздуха. Применение установок данной конструкции позволит снизить в вентиляционных выбросах содержание фенола, формальдегида, метанола на 80-95%, а также спиртов, ацетона, нефтепродуктов. Предварительные исследования, проведённые на озонаторах предлагаемой конструкции (рис. 1), показали, что при соблюдении заданных технологических режимов обеспечивается оговоренная выше степень очистки, что подтверждается 95%-ной воспроизводимостью полученных результатов.

КРАТКИЙ ОБЗОР КОНСТРУКТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОРАЗРЯДНЫХ РЕАКТОРОВ-ОЗОНАТОРОВ

Нейтрализация паров стирола осуществляется окислением с помощью озона. В настоящее время известно несколько способов получения озона:

1)

Электрический, использующий хлорную кислоту с добавлением фторида [1], является очень сложным и дорогостоящим.

2)

Метод, использующий электроды-катализаторы – не позволяет получить высокую концентрацию озона [2-4].

3)

Наиболее эффективный– с помощью тихого электрического разряда, так называемые реакторы– озонаторы, различающиеся конструкционно: игольчатые, пластинчатые и трубчатые [5-12].

Озонаторы трубчатого типа дают большой выход озона и, в свою очередь, также имеют различную конструкцию. Например:

1) 

Наружный электрод выполнен в виде изогнутых пластин, охватывающих внутренние трубчатые электроды, что увеличивает производительность и снижает энергозатраты. [6,7]

2) 

В качестве электроразрядного элемента озонатора применяют коаксиальный кабель с воздушным каналом, что уменьшает массы и габариты устройства.

[

8

]

3) 

Устройство, в котором озонирующий элемент состоит из соединенных с источником питания полых трубок, расположенных одна в другой. Наружный электрод выполнен в виде цилиндра, а внутренний имеет форму тела вращения с переменным диаметром цилиндра так, что сечение разрядного промежутка изменяется вдоль его длины по направлению газового потока, что позволяет регулировать концентрацию озона.[9,10]

4) 

Реактор, содержащий корпус, в котором размещены внутренний и наружный электроды, разделенные между собой диэлектрическими барьерами, охватывающими внутренние трубчатые электроды. Зазор между электродами составляет от 1 до 5 мм.

[

6

]

5) 

Наружные электроды могут быть выполнены из сетки [11], ленты, спирали, быть рифлеными.

6) 

Трубка с запаянными концами, из которой откачан воздух, конструктивно объединенная с внутренним электродом – не обеспечивает сохранение количества полученного озона в течение времен эксплуатации.[12]

7) 

Образование коронного разряда, возникающего у проволоки (аналогично конструкции подобной острию) и дающего неоднородное электрическое поле.[13]

В предлагаемой авторами конструкции электрода озонатора повышается надежность, увеличивается срок службы и упрощается способ изготовления реактора.[15]

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОЗОНАТОРА

В результате исследования проблемы очистки вентвыбросов от стирола с помощью газоразрядного реактора-озонатора (рис. 1) установлены следующие параметры:

– начальная концентрация стирола не более 20 мг/м3

– конечная концентрация стирола не более о. оо2 мг/м3

– расход воздуха в вентсистеме 1000-6000 м3/час

– напряжение питания реактора не более 12 кВ

– потребляемая мощность не более 8 кВт

– масса реактора не более 150 кг

– относительная влажность воздуха не более 90%

– температура окружающего воздуха -23. С – +47. С

– атмосферное давление ~ 760 мм рт. ст.

Необходимо предусмотреть контур заземления, к которому в обязательном порядке подключен корпус реактора.

Установка для очистки вентвыбросов от стирола должна состоять из трех основных частей: реактора, блока питания, блока управления.

Установка должна обеспечивать безопасное ведение прочеса, а также отключение при аварии. Срабатывание блокировок должно сопровождаться световой сигнализацией.

Газоразрядный реактор должен быть разработан в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД, ЕСТД и требований ПУЭ.

При испытании и эксплуатации установки должны применяться стандартные средства измерения.

В установке должны быть использованы типовые профили материалов, стандартизованные элементы, серийно выпускаемые комплектующие узлы и детали, приборы, датчики, электрооборудование.

.1.

ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕАКТОРА-ОЗОНАТОРА

Для исследования конструктивных и режимных параметров реактора разработана лабораторная установка (рисунок 2).

Рис. 2 Схема установки для отборы проб:

Склянка,

Трубка Дрекселя,

Призометр,

Тройник с краном,

Компрессор.

Установка состоит из вентилятора 1, камеры 2 и воздуховода 3. В камере 2, снабженной съемным окном 4, горизонтально установлен реактор 5. Потенциальный электрод реактора выведен наружу через изолятор 6. В воздуховоде имеются три отверстия 7, обозначенные точками для отбора воздуха на анализ. Расход воздуха в системе измеряется крыльчатым анемометром 8 для испарения стирола используется мензурка 9 с пробковым краном и испаритель 10 с подогревом. Расход воздуха регулируется шибером 11.

Установка имеет следующие основные технические параметры:

Расход воздуха в системе 100…1000 м3/час

Концентрация паров стирола в воздухе 0…20 мг3/м

Напряжение питания реактора 0…15 кВ

Ток, потребляемый реактором 0…150 мА

Скорость воздуха в реакторе 0…10 м/с

Мощность двигателя вентилятора 0…1,75 кВт

3.2.РЕАКТОР-ОЗОНАТОР

Основной частью лабораторной установки является реактор– озонатор. ( Приложение 3)

Корпус озонатора выполнен в виде каркаса из уголков, скрепленных между собой косынками, и обшит листовым железом по ходу движения вентиляционных выбросов.

Все элементы модуля реактора размещены и закреплены внутри его корпуса.

Электродная ячейка содержит высоковольтные электроды (трубки) 6, заглушки 7, гайки, шайбы и изоляционные прокладки 4.

Устройство ввода высокого напряжения содержит разъем высоковольтный 5, который посредством фиксатора крепится к электроду. Другой его конец соединен винтом с пружинным контактом.

В качестве электродов трубчатой формы по желанию заказчика используются трубки с содержанием, %:

SiO₂ – 55; Na₂O – 3; K₂O – 9,2; Al₂O₃ – 2; PbO – 30, согласно ОСТ 11. 027. 010 – 75 (сортамент изделия ОСТ 11 ПО 735002-73) с наружным диаметром (39,1 + 1,4) мм и толщиной стенки (2 + 0,5) мм.

Их внутренняя поверхность покрыта токопроводящим слоем. На наружной поверхности трубчатых электродов размещена токопроводящая спираль.

Система крепления электродной ячейки к корпусу реактора содержит две решетки, которые выполнены в виде плат с отверстиями для фиксации трубчатых электродов 6.

Устройство токораспределителя и подачи высокого напряжения на внутреннюю поверхность трубчатых электродов предусмотрено для распределения тока по разрядным трубкам. Оно содержит токопроводящие шины, связанные со стержнями, на которых закрепляются контактные пружины. Токопроводящие шины выполняются в виде трубок для исключения коронирования их на внутреннюю поверхность корпуса реактора. Они крепятся к стержням специальными гайками с полусферической головкой. Стержень предусматривается для крепления токопроводящих шин с пружинными контактами. Токопроводящие пружины выполняют роль контакта и токопровода высокого напряжения к внутренней поверхности трубчатых электродов.

3.1.1. НАНЕСЕНИЕ ТОКОПРОВОДЯЩЕГО СЛОЯ НА ВНУТРЕННИЮ ПОВЕРХНОСТЬ СТЕКЛЯННЫХ ТРУБОК-ЭЛЕКТРОДОВ

На рис.1 изображен высоковольтный электрод, который представляет собой стеклянную трубку, покрытую внутри токопроводящим слоем.

Величина сопротивления токопроводящего слоя должна находиться от 30 Ом до 30 КОм.

Токопроводящий слой на обрезанную под размер стеклянную трубку сначала наносят следующим образом. Стеклянную трубку сначала обезжиривают путем ее опускания в мерный цилиндр вместимостью 1 л с хромовой смесью на 15-20 мин. при температуре 30-40. С, после чего трубку промывают холодной водой на воздухе(1). Для выдерживания длины токопроводящего слоя в трубке концы последней покрывают предохранительным слоем, поочередно опуская их на необходимую длину в стакан с химически стойким лаком с последующим высушиванием его на воздухе(2). Токопроводящий состав готовят перемешиванием до получения однородной массы следующих компонентов, %: Жидкое стекло – 55; активированный уголь или графит, пропущенный через сито 0,25 – 40 мм; порошок меди – 5.

Приготовленный таким способом токопроводящий состав в виде суспензии в жидком стекле во избежание его высыхания как можно быстрее наносят поролоновым ершиком на внутреннюю поверхность стеклянной трубки, размазывая равномерно состав по периметру. В процессе высыхания жидкого стекла в трубке, ее постоянно поворачивают вокруг собственной оси для получения равномерного нанесения в ней токопроводящего слоя. После высыхания жидкого стекла визуально оценивают качество нанесенного покрытия, которое должно плотно прилегать (без раковин и пузырей) к внутренней поверхности трубки и составлять не менее 95% от общей площади покрываемой поверхности. Если такого нет, нанесенный токопроводящий слой удаляют из трубки вымачиванием его в 5-10 % растворе едкого натра при температуре 30-40 °С до возможности его удаления ершиком(3). Далее трубку промывают холодной водой от остатков токопроводящего покрытия, снова обезжиривают хромовой смесью и повторяют нанесение токопроводящего слоя вновь по приведенной выше технологии. Если токопроводящий слой нанесен удовлетворительно, то измеряют его величину сопротивления по длине тестером. При сопротивлении менее 30 Ом наносят описанным выше способом второй слой покрытия и т.д. пока величина сопротивления нанесенного токопроводящего слоя не окажется в указанных выше пределах. После окончания операций по нанесению токопроводящего слоя на стеклянную трубку, вручную снимают предохранительный слой лака с ее обоих концов(4).

Рис. 3 Схема лабораторной установки

1. Все операции, связанные с приготовлением хромовой смеси и работы с ней, должны проводиться в защитных очках или маске, резиновых перчатках и резиновом фартуке. При попадании хромовой смеси на кожу немедленно промыть это место большим количеством проточной воды. Не допускать взаимодействия концентрированной хромовой смеси с канализационными трубопроводами во избежании их течи.

2. Длина предохранительного слоя на концах стеклянной трубки должна находиться в пределах от 50 до 60 мм.

3. Все операции по приготовлению водного раствора едкого натра и проведение последующих с ним работ проводить в защитных очках и резиновых перчатках. При попадании щелочи на кожу промыть это место большим количеством проточной воды.

4. Допускаются трещины и сколы на концах трубки в местах непокрытых токопроводящим слоем.

В ходе эксплуатации опытно– экспериментального образца реактора не реже 1 раза за 8 часов работы следует проводить визуальный осмотр высоковольтных электродов. Если произошло отслоение токопроводящего слоя от стеклянной трубки или высоковольтный электрод разбился, необходимо заменить его на новый.

3.1.2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Принципиальная схема кассеты реакторов-озонаторов приведена на рис. 4

Рис.4 Схема стенда для снятия вольтамперных характеристик реактора трубки

Кассета состоит из шести одинаковых модулей реакторов (А1-А6) и блоков индикации (А7-А12).

Питание схемы осуществляется от блока питания, состоящего из автотрансформатора Т3, трансформатора Т2 и диодного мостика Д7. Питание схемы индикации осуществляется постоянным напряжением 27 В от выпрямителя, питание реактора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В.

В схеме электропитания имеется система управления и сигнализации, которая выносится на пульт управления. Пульт управления включает в себя амперметр, вольтметр и сигнальные лампы. Для коммутации силовых цепей предусмотрен магнитный пускатель. Пульт снабжен вентилятором воздуха.

3.1.3. ПРИНЦИП РАБОТЫ МОДУЛЯ РЕАКТОРА

Принцип действия модуля озонатора основан на использовании ионизационных процессов в парогазовоздушных смесях при давлениях близких к атмосферному. Эти процессы возбуждаются в электродных ячейках при подаче высокого напряжения и имитируют образование атомарного кислорода и озона, которые окисляют пары углеводородов (в данном случае от стирола) в конечном итоге, до воды и углекислого газа.

Механизм этого процесса неизвестен и требует серьезного научного исследования.

3.1.4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Опытно-экспериментальный модуль озонатора относится к установкам с высоким напряжением. Она выполнена в металлическом корпусе, который заземляется или зануляется, что обеспечивает безопасность в обслуживании и эксплуатации.

Перед включением модуля озонатора вентиляционных выбросов необходимо проверить надежность заземления или зануления его корпуса.

При выполнении ремонтных и профилактических работ открывать корпус модуля озонатора разрешается только через 15 минут после отключения его то сети.

Ремонтные работы и профилактическое обслуживание установки должно производиться электриками, имеющими доступ к работе с высоким напряжением (3 и 4 группы).

На полу у пульта управления модуля озонатора вентиляционных выбросов необходимо предусмотреть деревянную решетку (настил) и диэлектрический коврик.

3.1.5. УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ

При работе электроустановки с высоким напряжением в среде, содержащей воздух и горючие газы, возникает вопрос о взрыво – и пожаробезопасности.

Озонатор работает в пределах градиента потенциала 10-15 кВ/см, т.е. в области несамостоятельного темного разряда, при котором не достигается пробой газового промежутка 25 кВ/см (Еремин Е. Н. «Газовая электрохимия»).[15] Стироло – воздушная смесь имеет нижний предел воспламенения 50000-70000 (Розловский А.И. «Научные основы техники безопасности при работе с горючими газами и парами»). Реальная концентрация стирола в нейтрализуемых выбросах до 30 мг/м³, т.е. в сотни раз ниже.

Для дополнительной страховки и предупреждения распространения горения в аварийных экстремальных ситуациях с двух сторон озонатора на расстоянии 0,5 м должны быть установлены огнепреградители с диаметром каналов 0,7– 1,2 мм, в сочетании с предохранительными клапанами, которые устанавливаются с обеих сторон от огнепреградителя. Диаметр отверстия предохранительного клапана должен быть равен диаметру трубы, на которой он устанавливается.

3.1.6. ПОРЯДОК ВКЛЮЧЕНИЯ

Подать напряжение на пульт управления средств контроля и сигнализации. Для этого включить рубильник. При этом загорается сигнальная лампа («Сеть включена»). Установить ЛАТР в нулевое положение, ручку ЛАТРа повернуть влево до конца. Включить высокое напряжение путем нажатия кнопки. На табло загорается сигнальная лампа («Высокое напряжение включено»). Посредством ЛАТРа установить по вольтметру не более 40 В. Рекомендуется оставить в рабочем состоянии модуль озонатора в течение всего времени подачи вентиляционных выбросов. Целесообразно выключить модуль озонатора после окончания подачи вентиляционных выбросов.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОК ОЗОНАТОРА.

Электродная трубка является основным элементом реактора. На ее поверхности при большой разности потенциалов между внутренним электродным покрытием и наружной спиралью происходят процессы ионизации с выделением озона.

Известно, что количество ионов, образующихся на поверхности трубки пропорционально разности потенциалов на электродах. При этом ограничивающим фактором является электрическая прочность (пробивное напряжение) материала трубки, в данном случае, стекла. Эффективность выделения ионов на поверхности трубки косвенно может быть оценена разрядным током при постоянном напряжении. Для исследования вольтамперных характеристик трубок изготовлен стенд, схеме которого представлена на рис.2. Высоковольтный трансформатор напряжения 1 типа НОМ-10 питается от ЛАТРа 2. ток, протекающий в цепи трубки 3, измеряется миллиамперметром 4, включенным в диагональ выпрямительного моста 5. Для защиты прибора в цепи при пробое служит сопротивление R и разрядник 6.

Напряжение в высоковольтной цепи измеряется киловольтметром 7, а в низковольтной цепи – вольтметром 8.

Для исследования вольтамперных характеристик (ВАХ) использовались трубки длиной 30 мм, толщиной стенки 2 мм из технических сортов стекла. Внешняя спираль изготавливалась из стальной вязальной проволоки диаметром 2 мм.

Рабочая длина трубок изменялась в пределах 260– 440 мм, число витков спирали от 7 до 29 , напряжение питания 0-15,5 кВт.

На рис.3 представлены ВАХ с длиной рабочей части трубок 440 мм – 1, 380 мм – 2 и 260 мм – 3 и 4. Для трубки 1 ток увеличивается от 0,4 мА до 3,7 мА при увеличении напряжения с 3,85 кВ до 15,4 кВ. с уменьшением рабочей длины трубок до 380 мм при том же количестве витков спирали максимальный ток при U – 15,4 мА уменьшается до 3,0 мА, а для трубки длиной 260 мм– ток 2,5 мА.

Y, mA

Рис. 5 Вольтамперная характеристика трубок

Зависимость величины тока от рабочей длины трубок при прочих равных условиях показана на рис.5. Из графика видно, что увеличение рабочей длины трубки на 60% сопровождается соответствующим нелинейным возрастанием величины тока на 65-67% в интервале напряжений 10,0…15,5 кВ

Рис. 6. Вольтамперная характеристика реактора

Исследование влияния количества витков спирали (шага) навивки на величину тока при различных напряжениях проводили на трубках диаметром 30 мм с длиной рабочей части 380 мм. Количество витков спирали изменяли в пределах от 14 до 54, причем для трубки 4 спираль изготовили из проволоки диаметром 0,8 мм. Напряжение питания изменяли в пределах от 0 до 15,5 кВ.

Как видно из графиков, наибольшим потребляемым током отличается трубка 4, имеющая 54 витка с шагом 7 мм. Характеристики остальных трубок 4 расположены в порядке убывания тока, практически параллельно друг другу во всем диапазоне напряжений. Снижение количества витков спирали с 33 до 13 (на 39%) сопровождается адекватным снижением потребляемого тока на 50% при 10 кВ и на 30% при 15 кВ.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения работ по теме «Очистка вентвыбросов от стирола с помощью газоразрядного реактора» выполнено следующее:

1. Разработан эскизно-технический проект с деталировкой отдельных элементов опытно-экспериментального образца реактора-озонатора.

2. Разработана схема электрическая принципиальная кассеты реакторов.

3. Разработана лабораторная установка для проверки конструктивных и электрических характеристик реактора.

4. Проведен патентный поиск.

По сравнению с зарубежными аналогами в предлагаемой конструкции повышена надежность, увеличен срок службы, значительно упрощен способ изготовления.

Мат. России № 2008252 «Электроразрядный элемент озонатора трубчатого типа» Г.А. Александрова, Н.Н. Грутько, И.Д. Тугай, В.В. Павличенко. Заявл. 02.01.1991, Опубл. 28.02.1994, Б.И.. № 4.

Усиление внимания к вопросам охраны окружающей среды стимулировало поисковые работы по созданию новых способов и оборудования для очистки промышленных вентиляционных выбросов. Сотрудниками для этих целей был разработан опытный образец реактора-озонатора. Предназначенного для уменьшения концентрации присей органических веществ. Предлагается устанавливать такие реакторы в специальных аппаратах очистки, являющихся элементами вентиляционных систем, обслуживающих пожаровзрывоопасные производства. В процессе эксплуатации в винтиляционных системах могут перемещаться горючие газо-паро-пылевоздушные смеси. Естественно, что как вентиляционные системы в целом, так и отдельные их элементы должны удовлетворять требованиям по обеспечению пожаровзрывобезопасности.

Проведено исследование пожарной опасности реактора-озонатора (РО) и разработка рекомендаций по его безопасной эксплуатации в пожаровзрывоопасных производствах.

6. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Реактор-озонатор (РО) представляет собой электротехническое устройство – два электрода, разделённые диэлектриком. На электроды подаётся электрическое напряжение порядка 10 киловольт. Считается, что синтез озона осуществляется в барьерном разряде. При прохождении через зону разряда молекулы кислорода частично диссоциируют. Образовавшийся атомарный кислород реагирует с молекулой кислорода, образуя озон. Практически РО выполнен в виде стеклянной трубки, на внутренней поверхности которой расположен высоковольтный электрод (фольга), а снаружи намотан нулевой электрод (проволока). Торцы трубки заглушены. Для установки внутри аппаратов очистки РО объединяются в кассеты (по 12 шт.), которые легко извлекаются из аппаратов для обслуживания и ремонта. По сведениям заказчика, производительность кассеты с 12-ю РО составляет +-4,8 г озона в час. Время выхода РО на режим после подачи напряжения – 1-2 с. Стандарты на РО отсутствуют.

РО должен удовлетворять требования пожарной безопасности, однако, поскольку РО предлагается устанавливать внутри специальных технологических аппаратов очистки, требования ПУЭ 2 на них не распространяется. Следовательно, пожаро– и взрывобезопасность должна обеспечиваться на основе ГОСТов [3,4]. Известно, что требования этих ГОСТов достаточно общие, допускают варианты решений в рамках систем предотвращения взрыва, защиты от опасных факторов взрыва и соответствующих организационно-технических мероприятий. Естественно, что основой при выборе вариантов является представление о пожароопасности самого реактора-озонатора, которому в данном случае не требуется «присваивать маркировку по взрывозащите»5.

При работе РО пожарная опасность определяется наличием электрического разряда и образованием озона, взаимодействующего с окружающей средой. Воспламеняющая способность данного электрического разряда неизвестна. Естественно, что и экспериментальные методы определения характеристик пожарной опасности такого специфического электрического источника зажигания не стандартизировано. Отсутствуют необходимые сведения о нем в основных монографиях и справочниках.[6,7].

Химизм реакции озона с органическими соединениями изучен недостаточно, однако известно, что органические примеси способствуют разложению озона, при концентрациях более 20%, идущему со взрывом 7. Количественные данные о пожарной опасности озона в присутствии органических веществ отсутствуют.

7. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Учитывая изложенное, исследования должны были бы включать изучение пожарной безопасности РО, как электрического источника зажигания, и изучение пожарной опасности озона в присутствии органических веществ. Однако, в условиях ограниченного финансирования и времени, подобное логически понятное построение работы невозможно. Для уже созданного РО ключевым моментом в исследованиях являются испытания исправного РО непосредственно во взрывоопасной среде. Только после испытаний, убедительно доказывающих возможность безопасной эксплуатации исправного РО во взрывоопасной среде, имеет смысл вести исследования, учитывающие наличие дефектов – частичное разрушение трубок – электродов, что предусмотрено техническим заданием.

Результаты испытаний позволили определить одно из двух возможных направлений дальнейшей работы:

– экспериментальная оценка пожарной опасности РО с частичным разрушением трубок-электродов, поиск и опытная проверка технических решений, обеспечивающих безопасность в этих условиях;