臭氧制造过程的四个基本要素

 

臭氧制造过程的四个基本要素：氧气/原料气制备，臭氧生成，传质以及监测和控制。本篇文章主要介绍臭氧的产生。

 

臭氧产生

 

当双原子氧（O2）暴露于电场或紫外线（UV）时会产生臭氧（O3），暴露于这些高水平的能量会导致部分双原子氧分子分裂为单个氧原子，这些自由氧原子与双原子氧分子结合形成臭氧。

由于保持第三个氧原子的弱键，臭氧是一种不稳定的分子，从而使臭氧成为天然强大的氧化剂和消毒剂。臭氧直接或通过在溶解的臭氧分解为水的过程中生成羟基自由基来提供氧化能力。

该反应产生三个同时的过程：氧化，消毒和分解。在氧化过程中，臭氧直接或通过高反应性羟基自由基会破坏有机化合物的化学键。例如，微生物细胞壁的成分可以被臭氧氧化并分解。该过程通过破坏和裂解细胞壁，使细胞内容物进一步氧化和失活，促进消毒。

所有常见的细菌，病毒，霉菌，囊肿和寄生虫都可以通过这种方式被臭氧破坏。 很后，臭氧分解为双原子氧，没有残留的多余味道或气味。

 

 

臭氧发生器

用于产生臭氧的主要技术有两种：用于商业和工业应用的紫外线和电晕放电。

 

紫外线臭氧发生器利用波长为185纳米的紫外线照射在流过合适管腔的进料气（空气或浓氧气）上。从根本上讲，紫外线发生器模仿自然过程，该过程负责在地球外层大气中产生臭氧层。在平流层中，来自太阳的高能紫外线辐射会分裂双原子氧，从而导致形成臭氧。基于紫外线辐射的臭氧发生器通常以非常低的浓度产生相对少量的臭氧。

 

对于大多数商业工业过程，电晕放电反应器电池会产生臭氧。电晕放电是在导电和介电表面之间产生高压电场时发生的漫射和连续发光放电。

电介质是一种物质，它是电的不良导体（例如，绝缘体），但却是电场的有效支持者。在电晕放电臭氧反应器电池中，电介质有助于在其表面上形成宽而连续的电晕，从而使反应器电池中电晕的有效面积 很大化。如下图所示，电介质材料粘合到导电电极表面之一。

介电表面和另一导电电极表面之间的空间形成称为介电间隙的空气间隙。当在两个电极之间施加足够的电压时，就会在此间隙中形成电晕放电。电晕放电可在宽范围的输出范围内产生中等至高浓度的臭氧（通常是由清洁干燥的空气产生的重量百分比为1％至3％，而由浓缩氧气产生的重量百分比 很高为15％）。

介电材料的特性和介电间隙的大小在很大程度上决定了反应堆电池的性能。有效电介质间隙越大，形成和维持电晕所必须施加的功率就越大。

功率以特定频率施加到给定的反应堆电池。该频率通常基于反应堆电池的特性进行优化，并由臭氧发生器的制造商设定。臭氧发生器通常分为三个频率类别：低频（50至60 Hz），中频（500至1,000 Hz）和高频（5,000至20,000+ Hz）。

 

从臭氧反应器池或发生器输出的臭氧浓度和总臭氧量包括三个用户可控制的参数的函数：施加到反应器池的功率、氧气浓度和通过反应器池的进料气流速。臭氧浓度和产量（克/小时或磅/天）可以通过调整这些参数来优化。

 

随着更多的功率施加到反应堆电池，臭氧浓度和来自反应堆电池的输出增加。如同功率的频率一样，通常可通过发生器的制造商优化和设置可施加到臭氧反应器电池的功率范围和每个脉冲的持续时间。

电晕放电臭氧反应器耗散约85％的热量作为热量提供给电解池。不幸的是，臭氧在较高温度下变得不稳定。随着更多功率的施加，反应堆电池的温度可能会升高，这可能会限制臭氧的产生。所有商用电晕放电反应器都采用某种形式的冷却来抵消这种现象。

进料气体的氧气浓度和流速也影响反应器的臭氧输出。通常，可以通过增加进料气体的氧气浓度来增加臭氧浓度。与任何化学反应一样，增加反应物的浓度会增加反应产物的浓度。通过增加氧气在反应器中所花费的时间，降低通过发生器的进料气流速也会增加臭氧浓度。