عوامل مهم در تولید ازن

گاز ازن چگونه تولید می شود؟!. این سوالیست که همواره برای استفاده کنندگان از دستگاه ازن و دیگر شیوه‌های اوزون‌زنی بوجود می آید.

بطور کلی در تولید این گاز، 4 عامل: دمای آب خنک کننده، رطوبت هوای ورودی، میزان خلوص گاز ورودی و هوای مورد استفاده، بسیار تأثیرگذار است. گاهاَ تولید ازن بصورت طبیعی و از طریق فرآیند رعد و برق اتفاق می افتد. اما به دلیل عمر نسبتاً کوتاه، مولکول اوزون همیشه در محل توسط یک ژنراتور اوزون تولید می‌شود. دو اصل اساسی تولید ازن عبارتند از:

• اشعه ماوراء بنفش
• و تخلیه الکتریکی.

تولید اوزونها توسط تخلیه الکتریکی امروزه رایج ترین روش محسوب می‌شود و بیشترین مزیت ممکن را دارد. از مزایای این روش می‌توان به پایداری بیشتر دستگاه تولید اوزون، ایجاد ازنهای بیشتر و اثربخشی در بحث هزینه اشاره کرد. نور فرابنفش می‌تواند در جایی که تولید کمی از گاز اوزون مورد نیاز باشد، مورد استفاده قرار گیرد. بعنوان مثال در آزمایشگاه‌ها به صرفه است. این مقاله نیز فقط بر اولین اصل ذکر شده تمرکز خواهد کرد.

بخشهای واحد تولید ازن

یک ازن ساز با روش تخلیه الکتریکی از بخش‌های زیر تشکیل شده است:

• منبع اکسیژن
• فیلترهای گردوغبار
• خشک‌کن‌های هوا
• مولدهای ازن‌ساز
• واحدهای تماسی
• مهار کننده مشعل

در ازن ژنراتور، عنصر تخلیه الکتریکی وجود دارد که یک بار خازنی را فراهم می‌کند. در اینجا گاز اوزون از اکسیژن (حاصل از تخلیه الکتریکی) تولید می‌شود. این تخلیه، مولکول اکسیژن پایدار را بعبارتی پاره می‌کند و دو رادیکال اکسیژن را تشکیل می‌دهد که قدرت بسیاری برای تشکیل یک پیوند دارند. در نتیجه این رادیکال‌ها می‌توانند با مولکول‌های اکسیژن ترکیب شوند و اوزون را تشکیل دهند که شامل سه اتم اکسیژن است. برای کنترل و حفظ تخلیه الکتریکی، یک دی الکتریک نیز وجود دارد. دی الکتریک مورد نظر از جنس سرامیک یا شیشه تولید و بکار گرفته می‌شود. گرمای بیش از حد الکترودها اغلب توسط آب خنک یا هوا خنک می‌شود (شکل زیر).

تولید ازن از هوا و اکسیژن

برای تولید ازن می ‌توان از دو فاکتور:

• هوای محیط (تامین شده توسط کمپرسور)،
• یا اکسیژن خالص (تامین شده توسط یک ژنراتور اکسیژن یا گاهی اوقات توسط کپسول‌های اکسیژن)

استفاده کرد. برای تهویه هوا نیز از خشک کن هوا و فیلترهای گردوغبار استفاده می‌شود که در ادامه با آنها به صورت کامل آشنا خواهیم شد. پس از استفاده میزان ازن مورد نیاز، برای تجزیه باقیمانده‌ی این گازها از تخریب کننده‌های اوزون استفاده می‌شود. مکانیسم یک تخریب کننده اوزونی می‌تواند بر اساس اصول مختلفی باشد. بعنوان مثال اکثراَ از یک کاتالیزور استفاده می‌کند که تجزیه اوزون‌ها به اکسیژن را تسریع می‌بخشد. (به عنوان مثال اکسید منیزیم).

از آنجایی که تولید این گازها بسیار انرژی‌بر است بی‌شک هزینه تولید آن نیز زیاد خواهد بود. بطوریکه حدود 90 درصد از برق هدایت شده به ژنراتور برای تولید نور، صدا و گرمای اولیه استفاده می‌شود.

عوامل مهم موثر بر تولید ازن

عوامل مهمی که بر تولید ازن تأثیر می‌گذارند عبارتند از:

• غلظت اکسیژن گاز ورودی
• رطوبت و خلوص گاز ورودی
• دمای آب خنک
• و پارامترهای الکتریکی.

فلذا برای به حداقل رساندن انرژی مورد استفاده در تولید با بازده بالا، بهینه بودن این عوامل مهم است. اما هر یک از عوامل عنوان شده، چگونه بر تولید اوزون‌ها تأثیر می گذارند؟!

دمای آب خنک کننده

تولید ازن با تشکیل گرما همراه است. این امر بخصئص خنک کردن ژنراتور را مهم می‌کند. بنابر توضیحات ارائه شده در دستگاه تولید اوزون، می‌دانیم که واکنش اوزون برگشت پذیر است. همچنین با افزایش دما، این واکنش برگشتی افزایش می‌یابد. درنتیجه، مولکول‌های اکسیژن بیشتری تشکیل می‌شود و بازده سیستم پایین می‌آید:

-∆T

3O2 ⇌ 2O3

+∆T

شکل زیر رابطه بین دمای آب خنک و بازده تولید اوزون‌ها را نشان می‌دهد. این شکل بیان می‌کند که افزایش دمای آب خنک کننده منجر به کاهش تولید ازن می‌شود.

برای محدود کردن واکنش تجزیه اوزون، درجه حرارت در شکاف تخلیه نباید بیشتر از 25 درجه سانتیگراد باشد. توصیه کلی این است که آب خنک کننده حداکثر 5 درجه سانتیگراد تا 20 درجه سانتیگراد افزایش یابد. بیاد داشته باشید که دمای بیشتر از این نباید وارد سیستم شود. زیرا در برخی موارد مشاهده شده است که از آب خروجی دستگاه تصفیه آب صنعتی که دارای دمای بیشتری نسبت به آب معمولی دارد، استفاده می‌شود که بنابر موارد گفته شده این امری اشتباه است. همچنین مهم است که دمای هوای ورودی نیز خیلی بالا نباشد. بطورکلی در اکثر تجهیزات صنعتی، وجود آب خنک میتواند راندمان کلی دستگاه را افزایش دهد. به غیر از بویلر ها (دیگ بخار) و… که رسالتی متفاوت و جداگانه دارند.

هوای ورودی رطوبت

قبل از اینکه هوای ورودی وارد مولد ازن شود، خشک کن‌های هوا باید هوا را خشک کنند. هوای محیط حاوی رطوبت است که با این گازها واکنش نشان می‌دهد. این عمل منجر به کاهش بازده این گازها در هر کیلووات ساعت می‌شود. مشکل اضافی رطوبت بالا این است که واکنش های نامطلوب در واحد تخلیه رخ می‌دهد. هنگامی که مقدار زیادی بخار آب در هوای این واحد وجود داشته باشد، مقادیر بیشتری از اکسیدهای نیتروژن در هنگام تخلیه جرقه تشکیل می‌شود و اکسید نیتروژن می‌تواند اسید نیتریک را تشکیل دهد. بایستی بدانید که:

یکی از دلایل اصلی خوردگی و کاهش عمر دستگاه ازن ژنراتور، همین آزادسازی اسید نیتریک است.

علاوه بر این، رادیکال‌های هیدروکسی نیز تشکیل می‌شوند که با رادیکال‌های اکسیژن و ازن ترکیب می‌شوند و درصد خلوص اوزونهای خروجی را کاهش می‌دهند. شرکت ناب ملل گاهاَ در محاسبات درخواستی برخی مشتریان، با ظرفیت تولید پایین اوزون توسط سیستم روبرو می‌شود. (به دلیل عدم توضیح مشتریان از شرایط محیط و وجود سیستم های رطوبت‌زا مثل دستگاه تصفیه آب).

شکل پایین تأثیر رطوبت را بر میزان ظرفیت تولید یک مولد اوزون نشان می‌دهد. دو خط نزولی ظرفیت ژنراتور را نشان می‌دهند که به طور خلاصه شامل:

• میزان «اکسیژن» برای ژنراتور تغذیه‌شده با اکسیژن
• و میزان «هوا» برای ژنراتور تغذیه‌شده با هوا

به روی نمودار می باشند. در نقطه مورد نظر یعنی 10- درجه سانتیگراد، ظرفیت ژنراتور تغذیه شده با هوا تنها 60 درصد از کل ظرفیت قابل دستیابی در این روش است. برای ژنراتورهای ازنی که با اکسیژن تغذیه می‌شوند، این ظرفیت بیشتر است. یعنی تقریبا در حدود 85 درصد.

جلوگیری از واکنش‌های جانبی تولید ازن

برای جلوگیری از این واکنش‌های جانبی، هوای ورودی ابتدا از محفظه خشک کن قبل از تولید ازن عبور می‌کند. برای خشک کردن هوای ورودی، می‌توان از ترکیب آلومینیوم استفاده کرد. ترکیب آلومینیوم بطور چشمگیری با ژل سیلیکا قابل مقایسه است. در یک مولد اوزون از دو یا چند محفظه خشک کن متناوب و پشت سرهم استفاده می‌شود. هنگامیکه یک محفظه خشک کن برای مدت زمان مشخصی استفاده می‌شود، هوای مرطوب به محفظه خشک کن دیگر هدایت می‌شود. بنابراین در همین حین محفظه قبلی به بازسازی و دفع رطوبت می‌پردازد.

تأثیر خلوص گاز ورودی در تولید ازن

همواره از وجود ناخالصی‌های آلی در بخش ورودی گاز بایستی اجتناب نمود. ناخالصی هایی که میتواند شامل مواردی همچون:

• ناخالصی‌های ناشی از اگزوز موتور،
• نشتی در واحد‌های خنک‌کننده و دستگاه تصفیه آب
• یا نشت در سیستم‌های خنک‌کننده الکترود

باشد. منبع گاز ژنراتور باید بسیار تمیز و خالص باشد تا بتوان بازده مورد نظر را از دستگاه دریافت کرد. یک مثال در شکل زیر آورده شده است که در آن غلظت هیدروکربن ها با بازده تولید اوزون مرتبط است. این شکل نشان می‌دهد که در غلظت هیدروکربن حدود 1 درصد، تولید ازن تقریباً به صفر نزدیک می‌شود. و این یعنی با یک ناکارآمدی روبرو هستید!!

مقدار ازن تولید شده در مقابل غلظت اکسیژن هوای ورودی

می‌‌دانیم که تولید ازن از اکسیژن انجام می‌شود. بنابراین می‌توان آن را از هوای محیط (21 درصد اکسیژن) یا اکسیژن تقریباً خالص (مثلاً 95 درصد) تولید کرد. اکسیژن خالص را می‌توان از هوای محیط توسط یک ژنراتور اکسیژن تولید کرد.

غلظت ازنهایی که یک ژنراتور اوزون تحویل می‌دهد به غلظت اکسیژن (و از جمله موارد دیگر) بستگی دارد. این در شکل آخر، که در آن غلظت اکسیژن در برابر غلظت اوزون مشخص شده است به وضوح قابل فهم می‌باشد. همچنین این عکس خطوط متنوع مولدهای اوزونها را با مصرف انرژی متفاوت نشان می‌دهد. بطور خلاصه، می‌توان ادعا کرد که تولید ازن با ضریب 1.7 تا میزان 2.5 افزایش می‌یابد که می‌بایست اکسیژن خالص در بخش توان الکتریکی ثابت استفاده شود.

ساختار مولکولی تولید ازن

بارها عنوان شد که اوزون ها از تجزیه پیوند مولکولی اکسیژن تشکیل میگردند. ساختار پیوند مولکولی اکسیژن به صورت O2 می باشد. هنگامی که طی یک فرآیند جرقه‌ای یا تخلیه الکتریکی، این پیوند مولکولی شکسته شود، 2 اتم مجزای O (اکسیژن) شکل میگیرد. هریک از این اتم های اکسیژن چنانچه با مولکول O2 ترکیب شود، بوجود آورنده‌ی مولکولهای اوزون (O3) را تشکیل میدهند.

تولید ازن بصورت طبیعی

تولید ازن به شکل طبیعی از طریق ایجاد رعد و برق رخ می دهد. گاهاَ ایجاد جرقه‌های الکتریکی دیگر نیز میتواند منجر به تولید بسیار ناچیز این گازها شود. اما آیا میتوان ازنهای آزاد شده در فرآیند رعد و برق را ذخیره میکند؟! پاسخ قطعا منفـــــــــــــی است!!. چرا که ماندگاری این گاز بسیار پایین است و بسته به شرایط محیطی، پس از 15 الی 25 دقیقه به اکسیژن تبدیل میشوند. از همین رو است که از دستگاه ازن ژنراتور بمنظور مصارف تصفیه هوا و گندزدایی آب استفاده می شود. این دستگاه ها قادرند که این گاز را سریعاَ با مکانیزم خاص خود در محیط مصرف تولید کنند و به فضای بیرون یا درون آب هدایت کنند.

جالب است بدانید که در هنگام وقوع رعد و برق، به نوعی بوی خنکی، تازگی و حس تمیزی به محیط القا میشود. دلیل این امر بنا به گفته های فوق، آزادسازی مقادیر زیادی از گاز اوزون است.

به همین دلیل است که از از ازن ژنراتورها:

 

• هم به جهت تصفیه هوای فضای داخلی خانه ها و کاربری های صنعتی و دامداری
• و هم پاکسازی و تصفیه آب آشامیدنی، آب استخرهای شنا و استخرهای پرورش آبزیان

 

استفاده میشود. اما دستگاه های کلرزن (کلریناتور) صرفاَ برای تصفیه آب استخرهای شنا و پرورش ماهی کاربرد دارند. (و البته گاهاَ برای شستشو)

همچنین خرید هواساز صرفاَ برای تهویه متبوع هوا انجام می گیرد. دستگاه اکسیژن ساز نیز به مانند اوزون ژنراتور کارکردی دوگانه دارند. یعنی هم برای تهویه هوا و هم به جهت تصفیه هوا مورد استفاده قرار میگیرند.