CC BY
23ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 628.3.034.2:621.387
КРИТЕРИИ ВЫБОРА ОЗОНИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ
В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Боканова Алия Абыргазиевна
Евразийский технологический университет д.т.н., профессор Образовательной программы Инжиниринг
050012, Алматы, Толеби 109 Абишова Айгуль Сланбековна Алматинский технологический университет к.т.н., сеньор лектор кафедры 050012, Алматы, Толеби 100 Есенгабылова Нургалипа Жансеркеновна старший преподаватель Койшибаева Куланда Жумахановна Казахский национальный аграрный университет магистр технических наук, старший преподаватель кафедра Энергоснабжение и автоматика 050013, Алматы, проспект Абая,8
Аннотация. В работе рассматриваются новые зонаторы на коронном и коронно-барьерном разряде, предназначенные для обработки воздуха разных помещений, очистки и обеззараживания питьевых и сточных вод, обработки текстильных материалов.
Abstract. The paper considers new corona and corona-barrier discharge ozonators designed for air treatment in different rooms, purification and disinfection of drinking water and wastewater, and processing of textile materials.
Ключевые слова: озонатор, корона, разряд, электрод , игла Key words: ozonator, corona, discharge, electrode, needle
В настоящее время особое значение приобретает интенсификация производства, снижение материалоемкости оборудования, экономное расходование энергии, охрана окружающей среды. В этой связи, весьма важной является задача создания научных основ интенсивных технологических процессов, обеспечивающих комплексное использование технических средств, исключающих вредное воздействие на качество и сохранностьводных ресурсов, воздушного бассейна, товаров легкой промышленности и сельскохозяйственной продукции [1, с.69].
Новая стратегия энергосбережения предполагает выбор наиболее эффективных достижений научно-технического прогресса. Среди них особо выделяются три основные группы мероприятий: утилизационные, энергетической модернизации, энергосбережения. Важной задачей производства является использование новых, прогрессивных методов, позволяющих успешно решать проблемы (экологии, охраны здоровья, качества и сохраняемости продукции и т.д.), неразрешимые традиционными способами.
Одним из способов решения поставленной задачи является применение эффективной озонной технологии для создания условий содержания животных и птиц, обеззараживания питьевой воды и кормов, а также обработки воздуха в производственных и животноводческих помещениях и сельскохозяйственной продукции: зерна, овощей и фруктов, мяса, яиц и используемого оборудования [1, с.69].
На эффективность синтеза озона в карьерно-барьерном разряде влияют следующие параметры:
- электрические параметры - мощность, напряжение;
- физико-химические параметры - свойства газа (воздух или кислород), и скорость потока газа через разрядную камеру ;
-конструкционные параметры: - величина разрядного промежутка, схема охлаждения и материал;
- геометрические параметры: толщина или диаметр электродов [2, 50].
Совершенствование промышленной технологии в целях увеличения производства продукции неразрывно связано с необходимостью разработки научно обоснованных рекомендаций по оптимизации воздушного режима в помещениях, в частности за счет оборудования и использования в них достаточно экономичных систем для обеззараживания воздуха с учетом возможного влияния на формирование микроклимата в конкретных природно-климатических условиях. В этой связи к наиболее существенным факторам следует отнести создание энергосберегающих технологий обеззараживания воздушного
бассейна и питьевой воды, к которым с уверенностью можно отнести различные технологии озонаторов, созданные отечественными и зарубежными учеными [2, с.71].
Используя основные теоретические предпосылки очистки воздуха в производственных помещениях предприятий, был проведен анализ процессов озонирования воздушной среды производственных помещений.
Для этих целей были разработаны новые озонирующие элементы. Один из них представляет собой систему электродов в виде «игла-сетка», который был использован в устройстве для озонной обработки воздуха и складских помещений. Между тем, в функциональную схему озонирующего элемента внесены общие обозначения размеров входящих деталей, необходимые в дальнейшем для расчета озонирующего элемента [2, с.167]. По энергетическим показателям предлагаемый элемент не уступает зарубежным аналогам, но имеет малую металлоемкость, низкие энергозатраты и капиталовложения на очистные сооружения так как диаметр коронирующего электрода не превышает 100 микрон. Разработаны электродные системы трех вариантов озонирующих элементов в виде «игла-сетка» или стержней и дисков малых размеров в диаметре не более 100 микрон, которые использовались для эксперимента. Корпус озонирующего элемента обычно изготовляется из озоностойкого материала (фторопласт, винипласт, плексиглас и т.д.), в нашем случае он был изготовлен из винипласта. Коронирующим электродом является цилиндрический стержень из вольфрама или молибдена, кончик которого сначала затачивается и затем электротравлением достигается необходимая острота радиуса закругления. Озонаторная ячейка представляет собой коронно-разрядный воздушный промежуток, образованный двумя металлическими пластинами и рядом микропроводов, расположенных параллельно в пространстве между пластинами.
Для очистки и обеззараживания питьевых и сточных вод разработаны озонаторы на коронно-барьерном разряде 0КБР-01 и 0КБР-02, отличающиеся от зарубежных аналогов геометрическими параметрами
Озонатор ОКБР-01 выполнен в виде диэлектрической трубки (барьер), на которую спирально намотана коронирующая проволока с шагом спирали большим, чем толщина стенки трубки, а внешний электрод в виде цилиндра расположен соосно внутри трубки, причем озонатор снабжен двухполупериодным выпрямителем тока и камерой для нейтрализации ионов озона, выполненной из двух металлических сеток, подсоединенных к коронирующему электроду. Озонатор состоит из озонирующего элемента, корпуса из диэлектрического материала, двухполупериодного выпрямителя и камеры для нейтрализации ионов озона. Озонирующий элемент содержит диэлектрическую трубку, охватывающую внешний электрод и коронирующую проволоку, которая намотана по спирали на диэлектрическую трубку. Озонирующий элемент закреплен внутри корпуса озонатора держателями из диэлектрического материала. Камера для нейтрализации ионов озона образуется двумя сетчатыми электродами, находящимися под потенциалом коронирующего электрода [2, с.175].
Работа озонатора на коронно-барьерном разряде заключается в следующем: при подаче положительной полуволны высокого переменного напряжения на внешний электрод между последним и коронирующим электродом возникает отрицательный коронно-барьерный разряд, что позволяет вырабатывать озон в атмосферном воздухе, продуваемом через разрядный промежуток. При этом на выходе из камеры для нейтрализации ионов озона, получается озонированный воздух с нейтральными молекулами озона.
Для нормальной работы озонатора необходимо, чтобы шаг спирали коронирующей проволоки был больше, чем расстояние от нее до внешнего электрода, т.е. толщины диэлектрического барьера. Кроме того, необходимо обеспечить пробойное напряжение (не менее 10 кВ/мм) по сравнению с рабочим напряжением между внешним электродом и коронирующей проволокой.
Озонатор ОКБР-02 представляет собой синтезатор озона, в основу работы которого положен коронный электрический разряд постоянного тока с микропроволоки в воздухе. Коронный разряд осуществляется в 5 разрядниках типа «проволока - плоскость». На проволоки подаётся отрицательное напряжение -6 кВ относительно плоскостей. Ток коронного разряда измеряется миллиамперметром, установленным на панели управления устройства. Синтезатор озона размещается в герметическом корпусе, изготовленном из электрически изолирующего материала, стойкого к разрушающему действию озона. Высокое электрическое напряжение на электроды подаётся через герметические разъёмы. На корпусе имеются 2 патрубка: один для подачи воздуха и другой для отведения получаемой озоно -воздушной смеси от синтезатора [3, с.49].
Источник высокого напряжения содержит повышающий трансформатор, вторичная обмотка которого имеет отвод от средней точки, и двухполупериодный выпрямитель с ёмкостным фильтром для получения постоянного напряжения, подаваемого на разрядники синтезатора озона. Первичная обмотка подключена к автотрансформатору (ЛАТР), при помощи которого регулируется значение высокого напряжения.
Электропитание устройства подводится к панели управления, на которой имеются два выключателя: для включения компрессора и для включения высоковольтного источника.
На панели управления расположен миллиамперметр для измерения тока, протекающего через разрядники синтезатора озона. Слева от панели управления размещён автотрансформатор типа ЛАТР, с помощью которого регулируется напряжение, подаваемое на первичную обмотку повышающего
трансформатора высоковольтного источника. Таким образом, при помощи ЛАТРа устанавливается сила тока коронного разряда и, следовательно, производительность озона.
Источник высокого постоянного напряжения представляет собой двухполупериодный выпрямитель с ёмкостным фильтром пульсаций. Источник помещён в изолированный корпус, на котором установлены два разъёма для подключения высокого напряжения, подаваемого на синтезатор озона.
Авторы исследовали критерии, которые позволяют обоснованно подходить к выбору озонаторов для различных технологических процессов, дающие сравнительную оценку процессам озонирования воздушной среды в производственных помещениях, очистки и обеззараживания питьевых и сточных вод, обработки текстильных материалов. Для этого были рассмотрены критерии на основе уравнения параметров озонаторов, разработанных отечественными учеными и учеными ближнего и дальнего зарубежья [4, с.6]:
1. Конструктивные критерии качества, критерий позволяющий определить коэффициент полезного действия озонатора, т.е. способен ли данный озонатор очистить воздушную среду помещения за определенный (30-60 мин.) промежуток времени
2. Критерий эффективности конструкции аппарата. Данный критерий оценивает габариты озонатора, т.е. насколько эффективно используется рабочий объем озонатора.
3. Критерий энергетической эффективности - позволяет сравнивать аппараты по удельным энергозатратам на производство озона в единицу времени.
Подобранные по приведенным критериям озонаторы прошли достаточную апробацию в диссертациях, научных отчетах и на реальных производственных объектах: Алматинского хлопчатобумажного комбината, где был получен акт внедрения по результатам улучшения воздушного бассейна, облегчения работы текстильщиков; очистке и обеззараживанию буровых вод на Кумкольском месторождении нефти, позволяя повторное использование воды для закачки под пласт; помещений для хранения текстильной и трикотажной продукции. В 2015 году озонатор впервые был применен для обработки текстильных материалов. При исследованиях использовали образцы хлопчатобумажной и шерстяной ткани. Озонирование проводилось в лаборатории «ГККП ГКИБ им. Жакеновой» площадью помещения 7м2. После озонирования образцы исследовались в РГПК «Научно-практическом центре санитарно эпидемиологической экспертизы и мониторинга» КЗПП МЭН РК, чтобы определить дрожжи, плесени, бактерии [3, с.49]. До и после озонирования были определены физико-механические свойства данных образцов. Полученные результаты показали что во время обработки тканей в течение 10 мин. дрожжи, плесени, аэробы, анаэробы обнаруживались, а при увеличении времени экспозиции до 20-30 мин. микроорганизмы не были обнаружены. Испытание тканей на физико-механические свойства до и после обработки озоном показывали, что наш реактив не влияет на прочностные свойства тканей: разрывная нагрузка и воздухопроницаемость практически не уменьшались.
При проведении испытаний на стойкость к истиранию выявили, что после обработки озоном в течение 10 мин. стойкость к истиранию материалов снижена на 35%, при времени экспозиции 20 мин. на 45%, но при увеличении времени обработки тканей до 30 мин. стойкость сохраняется на прежнем уровне, то есть до испытаний.
Литература:
1. Боканова А.А., Мещерякова Т.Ю., Тлеумуратова К.Т., Абдурахманов А.А. Повышение качества продовольственных продуктов при обработке озоном. -Киев: Архивариус, 2016./ По результатам XIV международной научно-практической конференции «Наука в современном мире». - 2 Часть. - С.69-72
2. Бахтаев Ш.А., Боканова А.А., Бочкарева Г.В., Сыдыкова Г.. Физика и техника коронноразрядных приборов. -Алматы: АУЭС, 2007. -278с.
3. Боканова А.А. Исследование физико-механических характеристик текстильных материалов при обработке озоном. «Настоящие исследования и развитие-2016».12-МНПК. -София, 2016г. -Т.9.-Болгария. -С.49-53.
4. A. Bokanova, A. Abdurahmanov, A. Abishova, K. Tleumuratova. Giteria of comparative estimation of ozonizers// Science and education in XXI century». - Montana,USA. 2014 - P.6-7.
