1, Phân loại khí Ozone

Thiết bị điều chế ozone tấm phẳng được dùng từ những năm đầu tiên (OTTO, 1906), hiện nay đã bị loại bỏ vì các lý do sau:

• Năng suất nhỏ đối với một đơn vị diện tích mặt điện cực;
• Làm mát rất khó khăn;
• Áp suất làm việc nhỏ;
• Cấu trúc ít chắc chắn;

Hiện nay, chỉ còn loại thiết bị sản xuất Ozone kiểu ống. Thiết bị gồm hai ống cách điện để hở (hình 1), ở đây quá trình phóng điện được tách thành hai quá trình liên tiếp (2) với một lớp cách điện trung gian (1) không cho phép tăng sản phẩm khí và khó làm mát. Thiết bị sản xuất ozone cách điện kín, việc phóng điện chỉ tạo ra một giai đoạn giữa thành ống có nhiệt độ cao và điện cực kim loại nối đất thường hoàn thiện hơn.

 

1. Cách điện; 2. Khoảng phóng điện; 3. Cửa vào không khí hoặc oxy; 4. Cửa ra (không khí hoặc oxy + Ozone); 5. Điện cực HT; 6. Điện cực nối đất

Hình 1: Sơ đồ ống hở để sản xuất ozone

2. Thiết bị sản xuất Ozone kiểu ống, có ống cách  điện kín

Thiết bị sản xuất ozone kiểu ống (hình 1) gồm hai điện cực đồng tâm (2), (3) và một ống cách điện (4). Đó là loại thiết bị phổ biến nhất. Trong các thiết bị sản xuất Ozone có ống nằm ngang của DEGREMONT, mỗi phần tử là một ống thép không gỉ (3) mặt ngoài được làm nguội bằng nước tuần hoàn. Ống kim loại này được nối trực tiếp với đất, còn điện cực khác là một ống cách điện kín ở một đầu (4), mặt trong có phủ một lớp nhôm sạch (2) được gắn bằng đèn xì. Lớp áo nhôm phía trong tạo nên điện cực điện áp cao nối với cực của máy biến áp tăng áp. Ozone tạo ra trong khe hở (5). Sự định tâm (6), bảo đảm sự đồng tâm hoàn hảo cho khe hở phóng điện không đổi (5). Trong cấu hình này, ống cách điện không chịu một lực cơ học nào do sự thay đổi nhiệt độ. Mỗi ống cách điện được cung cấp một điện áp cao do một thiết bị trung gian đặc biệt (7) bảo đảm việc nối giữa nguồn điện áp cao với vỏ nhôm bên trong, cũng như sự đồng đều của điện trường đặt từ đầu ống, để tránh sự tập trung đường sức khi dùng kim loại và phóng điện ký sinh (tạo hồ quang) ở phía tập trung đường sức (hiệu ứng mũi nhọn). Hiện tượng phóng điện kí sinh ở đầu ống tiêu thụ một năng lượng và gây nên tổn thất thuần túy không tham gia vào quá trình sản xuất ozone. Thiết bị cung cấp này đạt hiệu quả khoảng 16%.

Thiết bị mô tả ở trên có thể nối với nguồn cao áp bằng một ống nối trung gian (một bộ tạo ozone nhỏ) hay một cầu chì cao áp riêng cho phép chỉ loại bỏ ống bị hỏng, còn các ống khác làm việc bình thường. Các ống nối hay cầu chì được nối với nhau bằng một thanh dẫn có đục lỗ hay không.

 

1. Vỏ thiết bị sản xuất ozone; 2. Thành cao áp của ống; 3. Cực HT; 4. Ống dây dẫn; 5. Cầu chì; 6. Ống phẳng;                                                                                            7. Nước làm lạnh

Hình 2: Nguồn điện áp cấp cho thiết bị ozone hóa DEGREMONT

 

Sự tiếp xúc giữa các chi tiết khác nhau được ghép nối bằng vít, kim loại dùng trong các chi tiết là thép không gỉ. Kỹ thuật này bảo đảm tiếp xúc chặt, không có điện trở ký sinh gây ra oxy hóa và làm giảm tổn thất của hệ thống. Các thiết bị vận hành dưới áp suất của không khí hay oxy cần phải ghép kín. Điểm tới hạn của thiết bị ozone hóa kiểu ống là chỗ nối ống thép không gỉ với ống kim loại. Thực vậy, nếu chỗ nối này không làm cẩn thận, thì có khả năng tạo ra các điểm bị nứt, hay có khả năng ăn mòn hóa học do cáu cặn (sự tập trung clorua). Do vậy thép không gỉ có khả năng lớn bị ăn mòn do clorua.

Tất cả các vùng uốn gấp hay các khoang trống nhân tạo,mà ở đó nước lạnh có thể đọng lại đều có nguy cơ tập trung clorua và bị chọc thủng. Việc nối ống phẳng hay ống thép không gỉ cần phải bảo đảm tính đồng nhất của kim loại (mối hàn) không có uốn khúc hoặc lỗ trống, không rèn nguội kim loại trong quá trình sản xuất. DEGREMONT đã dùng hệ thống hàn tự động các ống phẳng và các ống thép không gỉ cần kim loại phụ thêm và đáp ứng tốt các tiêu chuẩn trên. Kỹ thuật

này dùng để xử lý các thép không gỉ sau khi chế tạo (làm sạch, loại bỏ dầu mỡ, tẩy gỉ chống ô nhiễm, thụ động hóa, súc rửa bằng cách nhúng chìm toàn bộ trong nước xử lý có kiểm tra) cho phép thu được chất lượng sản xuất và lớp thụ động hóa thép không gỉ bảo đảm kỹ thuật không thể chê trách được.

Thân của thiết bị sản xuất Ozone cấu tạo bằng cách đặt song song các ống nhỏ (hình 7) như đã mô tả ở trên. Việc làm lạnh có hiệu quả cần phải đảm bảo để duy trì đẳng nhiệt plasma. DEGREMONT đã nghiên cứu và phát triển một hệ thống làm lạnh bằng cách loại bỏ vùng tĩnh với một hệ thống phân phối và sử dụng lại mà sự bố trí đã được mô hình hóa và tính toán.

 

1. Cửa không khí hay oxy vào

2. Cửa không khí (hay oxy + ozone) ra;

3. Cửa nước lạnh vào;

4. Cửa nước lạnh ra

Hình 3: Sơ đồ thiết bị sản xuất ozone có hệ thống làm lạnh phía trong