实验五脉冲电晕放电处理VOC废气

1、实验五脉冲电晕放电处理VOC废气、实验目的脉冲放电等离子体是近年来发展起来的废气净化新技术，通过本实验应达到以下目的:1 了解产生脉冲放电的基本电路和主要元器件；2 了解脉冲放电等离子体净化气体污染物的基本原理；3 考察不同的放电参数和操作条件对乙醇去除率的影响；二、实验原理所谓的等离子体就是指发生了一定程度电离的气体，其中含有离子、电子、激发态原子或分子、自由基等物种，由于在一定的空间范围内气体中的正、负电荷相等，故称之为等离 子体。非平衡等离子体则是指等离子体气氛内，电子的能量（或温度）很高，而其它质量较 大的粒子则温度较低（接近于常温），系统内各粒子间的能量分布远未达到平衡。由于非平 衡

2、等离子体空间内只激活一小部分气体分子或原子，故总体上看，整个气体基本不受其影响，可维持较低温度，能量消耗保持在最低限度。产生等离子体的方法很多，其中脉冲电晕放电是最有效的方法之一。该技术特点是：采用窄脉冲高压电源供能，脉冲电压的上升前沿极陡（上升时间为几十至几百纳秒），峰宽 也窄（几微秒以内），在极短的脉冲时间内，电子被加速成为高能电子，其它质量较大的离因此，放电所提供的能量大多用子由于惯性大在脉冲瞬间内来不及被加速而基本保持静止。 于产生高能电子，能量效率较高。放电作用下的自由基产生的部分途径：1）电子与氧分子作用：e + O 2 t 0?+ O? + e(6-1)O2 + e t O2(6

3、-2)2) 若空气中有水蒸汽存在，电子作用下还会发生如下反应：e + H 2O t H2O+ + 2e(6-3)(6-5)(6-4)e + H 2O t h?+ OH?+ e e + H 2O t H2O以上产生的O?、OH等自由基具有较高的反应活性，很容易与乙醇或有机物分子反应,将其氧化分解，从而达到有机废气净化的目的。三、实验装置、流程仪器设备和试剂（一）实验装置、流程实验装置流程如图1所示。可分为四部分：配气系统、高压电源、电晕反应器及分析测试。所需的模拟有机废气现场配制，从钢瓶1出来的空气经干燥瓶 2处理后分成两路，其中一路进入乙醇发生瓶 7带出乙醇气体，通过阀门 3、4可分别控制气体

4、的流量和气体中乙 醇的浓度。两路气体经缓冲瓶 9混合后进入反应器10进行处理。反应器由高压电源13供能， 气体中的乙醇浓度用气相色谱仪14进行在线分析。实验在常温常压下进行。阀门4.101.空气钢瓶2.干燥瓶3、缓冲瓶10.电晕反应器14.14155、6.流量计 7.乙醇发生装置8.恒温水浴9.11、12.取样口 13.高压电源色谱仪15.记录仪（二）高压脉冲电源高压脉冲电源的高压形成电路主要原理如图2所示。由高压变压器、整流硅堆将输入的低压交流电压转化为直流高电压，再通过后端的脉冲形成回路产生脉冲电压。脉冲回路主要包括储能电容 Cp限流电阻R1、脉冲形成电阻 R及旋转火花开关 G等元件组成。

5、该电路的工 作原理为：先由高压直流电源向Cp充电，在旋转火花开关导通后，Cp迅速将储存的能量注入反应器RE若电路为理想情况，无其它电阻或电感存在，这一充电过程将在瞬间完成（阶 跃式），而实际时间一般在几十至几百纳秒。当反应器在脉冲电压的作用下开始放电时，可将 反应器看作一等效非线性电阻，电路可近似看作由Cp-RE （R0组成的R-C放电回路。R 1的作用是限制充电电流，以免造成电容的损坏；R2为脉冲形成电阻，其主要作用是调节电源和反应器之间的匹配关系，以产生较高的脉冲放电功率。图6-2脉冲电源放电电路原理图该脉冲电源的主要输出参数为：脉冲电压峰值Vp：0 POkV、脉冲上升时间小于 300ns

6、、脉冲宽度小于10阳、脉冲重复频率 0710pps。（三）乙醇浓度测量采用气相色谱分析法，所用色谱仪为GC-14B型，用FPD检测器检测。 色谱分离柱为DB-624型毛细管柱，其中毛细管柱的直径 0.25mm长度30m （J & WScie ntific,U. S. A.）。由色谱工作站记录分析结果。为了简化分析方法，本实验同时采用了光离子化VOCs测定仪。对于乙醇气体，也可使用检气管法测量。四、实验步骤1） 打开空气钢瓶（或开启风机），调节空气流量为0.6m3/h，气体连续流过等离子体反应 器，出口气体排到室外；2） 缓慢打开乙醇气体，使其流量在1ml/min，将乙醇气体与上述空气混合，使进

7、入放电反应器中的乙醇浓度在 120mg/ni左右；检查气路是否正确联结以及是否漏气。（注意：打开乙醇钢瓶时，请其他同学远离钢瓶，并保持室内通风良好）3） 检查电路联结是否正确，防止短路现象；检查电源和反应器的接地状况是否良好；（检查电路时，电源的插头一定从插座中拔出）4） 开启旋转火花开关，使其转速达到100V,此时电机的转速约为1000rpm=（旋转开关的电机电压控制在 80V附近，不能超过150V,以免烧毁电机）5) 关闭电源隔离室的门，利用高压电源的控制器开启电源，并缓慢上调电压，观察恰好 发生放电时的最低电压。(脉冲电压峰值=30 M调压器读数)6) 逐渐上调电压，测量不同电压下乙醇的

8、去除效果，并进行记录；分别改变空气流量与 乙醇气体浓度，重复上述实验；7) 实验完毕后，先将高压电源的电压调回零值，关闭控制器；在将旋转开关的电压调回 零。8) 将乙醇气体钢瓶关闭，将风机关闭。并整理实验现场。五、实验结果整理1脉冲电压峰值对乙醇去除率的影响气体中乙醇浓度与气体流量一定时，绘制乙醇的去除率与脉冲电压峰值关系曲线2、气体处理时间对乙醇去除率的影响气体中乙醇浓度及脉冲电压峰值一定时，绘制乙醇的去除率与气体处理时间的关系曲线3、乙醇初始浓度对乙醇去除率的影响气体流量及脉冲电压峰值一定时，绘制乙醇的去除率与乙醇初始浓度的关系曲线六、实验结果与讨论对上述三种曲线的变化趋势进行分析讨论。实验记录表:班级；组：；姓名：室内温度：C,旋转开关电压：V;脉冲电压(kV)气体流量3 (m