Исследование влияния параметров импульса напряжения на эффективность генерации озона в стримерном коронном разряде

• Автор: Гордееня, Евгений Аркадьевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОЗОНА

В ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1.Основные химические реакции в неравновесной плазме

кислорода и воздуха

1.2.Инициирование химических процессов в газовом разряде.

Роль электрических полей.

1.3.Условия образования озона в коронном разряде

1.4.Влияние материала электродов на синтез озона

1.5.Эффект импульсного питания стримерного коронного разряда.

Факторы импульсного питания
1.5.1. Крутизна фронта импульса напряжения.
1.5.2. Амплитуда импульса напряжения
1.5.3. Длительность импульса напряжения.
1.5.4. Высокочастотные пульсации напряжения.
1.5.5. Напряжение постоянного смещения Ц
1.5.6. Геометрические характеристики электродной системы
1.6. Выводы к обзору литературы.
Определение цели и задач исследования 5Ц
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Анализ влияния образования доменов в плазме стримерного
канала на наработку атомов кислорода.
2.2. Оценка оптимальной длины коронирующего провода.
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И АППАРАТУРА
3.1. Требования к экспериментальной установке.
3.2. Описание экспериментальной установки.
3.3. Импульсные источники питания стримерного коронного разряда.Ц
3.4. Измерение концентрации озона
3.5.0пределение энерговклада в разряд и энергетического выхода озона
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Апериодический импульс. Положительная полярность
4.1.1. Напряжение и ток разряда
4.1.2. Энерговклад в газ.
4.1.3. Выход озона.
4.1.4. Энергетический выход озона
4.1.5. Влияние длины коронирующего электрода. Приведенная длина КЭЦ
4.1.6. Влияние среза импульса напряжения.
4.2. Апериодический импульс. Отрицательная полярность
4.2.1. Напряжение и ток разряда
4.2.2. Выход озона.
4.3. Знакопеременные питающие импульсы.
.1. Напряжение, ток разряда, энерговклад в газ
4.3.2. Выход озона.
4.3.3. Эффект длины коронирующего электрода
4.3.4. Энергетический выход озона.
4.3.5. Эксперимент по получению озона из кислорода. 1.
4.3.6. Эксперимент, выполненный при повышенной частоте
следования импульсов. Воздух
4.3.7. Методика определения основных параметров высокоэффективной коронноразрядной озонаторной установки
выводыт
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ
Озон аллотропная модификация кислорода химическая формула Оз является одним из наиболее сильных окислителей среди известных в настоящее время и применяемых в промышленности. По величине окислительного потенциала 2. В он уступает лишь фтору и некоторым свободным радикалам 1,2. Во многих случаях использование Оз взамен других окислителей, таких как хлор и его соединения, соли хромовой и мангановой кислот, Н2О2, органические перекиси и др. дает ряд преимуществ, благодаря чему масштабы промышленного использования озона неуклонно возрастают. К числу наиболее важных преимуществ, которые дает использование озона, относятся следующие
более глубокое окисление исходных веществ
простота утилизации неиспользованного окислителя
продукт разложения озона кислород не загрязняет окружающую среду
повсеместное наличие сырья для производства озона атмосферный воздух. Благодаря широкому спектру реакций и экологической совместимости с окружающей средой озон находит применение практически во всех отраслях промышленности
в химической производство серной кислоты, органических полупродуктов, оксидов металлов и др
нефтехимической производство пластмасс, органических кислот, жирных спиртов и др. продуктов
целлюлознобумажной отбеливание целлюлозы
пищевой рафинирование масел и жиров, стерилизация тары, дезинфекция холодильных камер для хранения мяса и рыбы и др.
в металлургической, фармацевтической, легкой промышленности и т.д.
В медицине озон используется как дезинфицирующее средство 6,7, для консервации донорской крови, а также при лечении ряда заболеваний, в числе которых вирусные и грибковые инфекции, заболевания органов дыхания и сердечнососудистой системы и многие другие, в том числе и не поддающиеся излечению другими средствами.
С начала прошлого века озон используется в технологии подготовки питьевой воды для ее обеззараживания, а также для обработки промышленных стоков с целью удаления из них токсичных соединений, не поддающихся биологическому разложению 2.
Актуальность


Казань , на семинаре Применение электронных пучков и импульсных разрядов для очистки дымовых газов октябрь г. Москва. СанктПетербург о на постоянно действующем семинаре по физике газового разряда в Институте проблем механики РАН март г. Москва. Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в десяти печатных работах см. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения и списка цитированной литературы, включающего 5 наименований плюс список трудов автора. Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована ее цель, определены задачи и приведены основные положения, выносимые на защиту. В главе 1 по материалам, имеющимся в литературе, рассмотрены физикохимические основы получения озона в газоразрядной плазме кислорода и воздуха, проанализированы данные о влиянии условий зажигания стримерного коронного разряда на эффективность синтеза озона и передачу энергии от источника питания к газу. Обоснована необходимость проведения исследований эффективности синтеза озона при условиях, когда стримеры полностью пересекают разрядный промежуток. В главе 2 приведен оценочный расчет наработки атомов кислорода по основным каналам в слабоионизованной азоткислородной плазме в зависимости от приведенной напряженности электрического поля. С помощью расчета по простой электротехнической модели коронного разряда показано существование оптимального значения длины корон ирующего провода, обеспечивающего максимальную передачу энергии от конденсатора в разряд на стадии распространения стримеров. В главе 3 описана экспериментальная установка и методика проведения экспериментальных исследований. В главе 4 приводятся и обсуждаются результаты экспериментов. В приложении приведено описание конструкции фотоабсорбционного озонометра, разработанного в процессе работы над диссертацией. Объем диссертации составляет страниц машинописного текста, в том числе 2 таблицы, рисунку и одного приложения на 2. Ы.Основнме химические реакции в неравновесной плазме кислорода и воздуха. Участие третьей частицы необходимо для снятия колебательного возбуждения молекулы Оз и предотвращения тем самым ее распада. Км2 6. О см6сек К 6. Здесь индексы 2 и обозначают тип частицы, на которой происходит тушение колебательного возбуждения молекулы . Атомарный кислород, необходимый для синтеза озона, образуется вследствие диссоциации молекул О2 электронным ударом, либо в результате столкновений молекул с электронновозбужденными молекулами азота, а также в некоторых химических реакциях, приведенных ниже. Энергия возбуждения атома кислорода в состоянии составляет около 1. В , что достаточно для разрушения молекулы . Присутствие возбужденных атомов в числе продуктов диссоциации имеет важное значение для кинетики озона, поскольку они участвуют в реакциях, приводящих к разрушению молекул . А и В3и в диапазоне значений параметра . О Всм2 что соответствует диапазону значений Е . Всм при р 0 мм рт. С составляет около 0. А3и соответственно на нижней и верхней границе диапазона и около 0. О, чем по Я2а, вследствие чего около половины общего количества атомов О образуется в возбужденном состоянии. Гашение возбуждения атомов на молекулах Ог приводит к образованию метастабильных состояний Еи и Де молекулы О2 с энергиями возбуждения 1. Присутствие в газовой смеси молекул азота создает дополнительные каналы образования Оз, но в то же время является причиной появления в числе продуктов реакций окислов азота, оказывающих сильное влияние на динамику озона и приводящее в присутствии паров воды к образованию азотной НГчОз и азотистой Н1Ч кислот, агрессивных по отношению к конструкционным материалам. При стримерном а также барьерном разряде в воздухе синтезируется весь спектр окислов азота 0, , , , 5. В присутствии Оз соединения 0, , переходят в пятиокись азота 5. Добавка небольших количеств 2 к кислороду на уровне объемных процентов приводит к увеличению концентрации Оз в смеси на . При дальнейшем увеличении доли 2 в кислороде концентрация Оз линейно уменьшается 1,2. Несмотря на то, что содержание в воздухе составляет около процентов, .