В основе промышленного получения озона лежит реакция расщепления молекулы кислорода на атомы под действием тихого (коронного) электрического разряда с последующим присоединением к молекуле одного атома кислорода:
О2 + 490,7 кДж ⇔ 20; 2О2 + 2О ⇔ 2О3 + 206,8 кДж
На практике озон получают в специальных аппаратах - озонаторах, в которых воздух с определенной скоростью пропускается между электродами, соединенными с источником переменного тока высокого напряжения (5-25 кВ). Конструктивно электроды выполняются в виде двух концентрично расположенных цилиндров разного диаметра или в виде двух параллельных пластин (рис.13.3).
Для получения тихого разряда электроды озонаторов разделяются диэлектриком с возможно большим удельным поверхностным сопротивлением, исключающим образование искрового или дугового разряда и обуславливающим равномерную структуру тихого разряда. В качестве диэлектриков используют обычное или боросиликатное стекло, эмаль, пластмассы.
Рис.13.3. Размещение электродов и диэлектрика в озонаторе: а - трубчатый озонатор: 1 - трубка из нержавеющей стали (электрод низкого напряжения); 2 - стеклянная трубка; 3 - фольга (электрод высокого напряжения) б - пластинчатый озонатор: 1 - пластинка из обычного стекла (диэлектрик); 2 – профилированные пластинки; 3 - полая пластинка из листового алюминия
85-95 % потребляемой озонатором электроэнергии затрачивается на тепловыделение, поэтому электродную систему необходимо охлаждать, тем более, что озон при повышенной температуре быстро разлагается.
Производительность озонатора и расход электроэнергии на получение озона зависят от влагосодержания поступающего воздуха, температуры, содержания кислорода, а также от конструкции озонатора. Наиболее сильно на синтез озона влияет наличие в исходном газе водяного пара, даже небольшая влажность заметно понижает концентрацию озона. Производительность озонатора значительно возрастает при обогащении воздуха кислородом, для чего применяют цеолиты, селективно сорбирующие из него азот. При этом одновременно с обогащением кислородом происходит и глубокая осушка воздуха. Промышленные генераторы озона подразделяются на цилиндрические с трубчатыми горизонтальными или вертикальными электродами, плоские с пластинчатыми электродами и центральным коллектором или продольной циркуляцией. Более совершенными считаются трубчатые аппараты, на них в настоящее время производится основное количество озона. Производительность таких аппаратов достигает 10-12 кг озона в час.
Рис.13.4. Схема трубчатого озонатора: 1 - электрод низкого напряжения; 2 - диэлектрик; 3 - электрод высокого напряжения; 4 - стеклянная трубка
Трубчатый озонатор с горизонтально расположенными электродами представляет собой аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса и съемных сферических днищ. Для закрепления размещаемого в корпусе озонатора пакета электродов и разделения его на три секции в нем установлены вертикальные опорные решетки.