气体反应浓度的检测方法及检测装置

摘要

气体反应浓度的检测方法及检测装置，属于浓度检测技术领域。其特征在于：检测方法包括如下步骤：步骤1），实时测量反应前气体反应物的总体积流量Q1和Q2；步骤2），计算化学反应前后气体实时的体积流量差∆Q；步骤3），确定反应前后气体的体积变化值∆V与待检测气体的体积V的关系，计算待检测气体的体积流量Q3；步骤4），将各气体反应物按照其对应的化学计量数之比等效成等效反应物；步骤5），计算待检测气体的气体质量百分比：本气体反应浓度的检测方法通过化学反应前后气体体积的变化关系，解决了现有技术必须通过抽样的方式检测的难题，提高了检测的准确度和稳定度；本臭氧发生装置能够实时监测生产的臭氧的浓度。

权利要求

1.气体反应浓度的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1），在相同条件下，实时测量反应前气体反应物的总体积流量Q1，其中各气体反应物按照化学方程式中对应的化学计量数之比输入，实时测量反应后气体混合物的总体积流量Q2；

步骤2）计算化学反应前后气体实时的体积流量差∆Q，

∆Q=|Q1- Q2|；

步骤3），通过化学方程式确定反应前后气体的体积变化值∆V与待检测气体的体积V的关系，计算反应后待检测气体的体积流量Q3：；

步骤4），根据发生化学反应的化学方程式，将各气体反应物按照其对应的化学计量数之比等效成等效反应物，并计算等效反应物的平均摩尔质量M0；

步骤5），计算待检测气体的气体质量百分比：

；

其中，m为液体生成物或固定生成物的质量，M1为待检测气体分子的摩尔质量。

2.根据权利要求1所述的气体反应浓度的检测方法，其特征在于：步骤1）中所述的相同条件包括相同的温度条件和相同的压力条件。

3.根据权利要求1所述的气体反应浓度的检测方法，其特征在于：步骤2）和步骤4）中所述的化学反应的气体生成物有且只有一种。

4.根据权利要求1或3所述的气体反应浓度的检测方法，其特征在于：步骤2）和步骤4）中所述的化学反应为化合反应。

5.采用上述权利要求1 4任一项所述的气体反应浓度的检测方法的检测装置，其特征~在于：包括发生器主体（1）、设置在发生器主体（1）内的至少一个反应模块、电源以及控制装置，反应模块连接有进气管（5）和出气管（4），进气管（5）和出气管（4）上均设置有用于检测气体体积流量的检测模块，检测模块的信号输出端与控制装置的信号输出端相连，反应模块与电源相连；

每个所述的反应模块均包括多根反应管（8），每个反应管（8）的冷却液通道两端分别连接有进液管和出液管，每个反应管（8）的气体通道两端分别连接进气管（5）和出气管（4），气体通道的内侧和外侧绝缘设置，且气体通道的内侧连接电源的放电电极，气体通道外侧连接电源地极；

所述的发生器主体（1）为方形的箱体，进气管（5）和出液管均水平设置在发生器主体（1）上部，出气管（4）和进液管均水平设置在发生器主体（1）下部。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于：所述的反应管（8）均竖向设置，反应管（8）的冷却液通道上端与出液管连通，冷却液通道下端与进液管连通，反应管（8）的气体通道上端与进气管（5）连通，气体通道的下端与出气管（4）连通。

7.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于：所述的冷却液通道包括内冷却液通道和外冷却液通道，气体通道环绕内冷却液通道设置，外冷却液通道环绕气体通道设置；

进液管包括内冷却液进液管（2）和外冷却液进液管（3），出液管包括内冷却液出液管（7）和外冷却液出液管（6），内冷却液通道的下端与内冷却液进液管（2）连通，上端与内冷却液出液管（7）连通，外冷却液通道的下端与外冷却液进液管（3）连通，上端与外冷却液出液管（6）连通。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于：每根反应管（8）均包括同轴且由外至内依次设置的外管（11）、中间管（10）以及内管（9），外管（11）与中间管（10）间隔设置，形成所述外冷却液通道，中间管（10）与内管（9）间隔设置，形成所述气体通道，内管（9）的两端敞口设置，形成所述内冷却液通道。

说明书

气体反应浓度的检测方法及检测装置

技术领域

[0001] 气体反应浓度的检测方法及检测装置，属于浓度检测技术领域。

背景技术

[0002] 臭氧是氧元素的同素异形体，在常温下，臭氧是一种有特殊臭味的蓝色气体，臭氧的用途很多，能够对工业污水、生活污水及医院污水进行深度处理，可除掉水中各种杂质，可消毒灭菌；臭氧可以除去水垢，防止阻塞管道；利用臭氧消毒灭菌不存在任何对人体有害的残留物（如用氯消毒有致癌的卤化有机物产生），对提高饮用水的消毒质量问题非常有效。而目前臭氧的应用还在加速扩大，在半导体生产制造领域的高品质氧化膜形成、光刻胶膜腐蚀清洗过程，还有臭氧冰制取、医疗卫生方面等等都离不开超高浓度超高纯度的臭氧。臭氧的以上各种用途，是建立在臭氧达到一定浓度和一定的高纯度条件下，所以，臭氧技术的发展都以高浓度高纯度低消耗为追求目标。

[0003] 人工合成臭氧技术的发展也有一百多年的历史了，目前应用比较广泛的是臭氧发生器对气隙中氧气或空气进行电晕放电产生臭氧。为了保证臭氧的使用效果，需要对臭氧生产进行检测和控制。现有对臭氧浓度的检测大都采用抽样的方式进行，但抽样检测存在着一定的局限性，难以大范围准确反映臭氧的浓度。目前国内外对臭氧浓度的检测，是由专门的臭氧浓度检测仪来取样分析检测，采用的是紫外分析法。这种方法是通过紫外灯产生紫外线，用光波过滤器滤掉其他波长紫外光，只允许253.7nm通过。经过样品光电传感器，再经过臭氧吸收池后到达光电传感器，通过样品光电传感器和采样光电传感信号比较，再经过数学模型的计算得出浓度的大小。这种检测方法在臭氧浓度为0 -20wt%内时还可以保证一定的精度，但是当臭氧浓度25wt%以上时其检测精度就难以保证了。而且这种检测设备价格昂贵，且对杂质敏感，例如臭氧气体与紫外线都属于高能量物质形态，尤其对于高浓度臭氧来说，易造成物质灼烧和氧化物聚焦，妨碍检测空间的纯净如一，难以保证其检测结果的一惯性。对于精密仪器来说，是无法经常对其进行经常性拆装和维护的，所以，臭氧行业的检测一直是个大问题。

[0004] 由于目前国际国内的臭氧生产水平在10wt%的左右水平，国际国内市场上没有检测超过30wt%浓度臭氧的仪器。这为我们创新生产臭氧浓度超过30wt%以上科研和生产带来很大困难。这不得不使我们自己下大力气研制这方面的检测仪器。

[0005] 目前国际国内关于浓度检测方面，我们所见到的检测技术都是抽样法和针对检测物质特性而设计的。根据检测的这个内容我们可以把目前的浓度检测办法称之为间接检测法。因为，这个办法有两个转换过程，一个是抽样的复原，另一个是针对物质特性与浓度的转换，所检测的这些数据与浓度并无直接联系的过程。从这个概念来说，目前国际国内所有的浓度检测技术都是从间接，而不是直接从浓度相关的数据作为依据推出，如体积、重量的变化等。这是令人大惑不解的。这也是我们经过探索研究后值得向人们提出的一个开拓发展方向。

[0006] 特别在臭氧行业，浓度的检测，人们很难想象到去跟重量、体积联系起来，主要是到目前为止，没有这方面的例子和科学技术资料涉及到这方面的研究和介绍。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过发生化学反应前后气体体积的变化关系计算反应后气体浓度、检测准确且不会受到气体浓度影响的气体反应浓度的检测方法及检测装置。

[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该

[0009] 气体反应浓度的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

[0010] 步骤1），在相同条件下，实时测量反应前气体反应物的总体积流量Q1，其中各气体反应物按照化学方程式中对应的化学计量数之比输入，实时测量反应后气体混合物的总体积流量Q2；

[0011] 步骤2）计算化学反应前后气体实时的体积流量差∆Q，

[0012] ∆Q=|Q1- Q2|；

[0013] 步骤3），通过化学方程式确定反应前后气体的体积变化值∆V与待检测气体的体积V的关系，计算反应后待检测气体的体积流量Q3：

[0014] ；

[0015] 步骤4），根据发生化学反应的化学方程式，将各气体反应物按照其对应的化学计量数之比等效成等效反应物，并计算等效反应物的平均摩尔质量M0；

[0016] 步骤5），计算待检测气体的气体质量百分比：

[0017] ；

[0018] 其中，m为液体生成物或固定生成物的质量，M1为待检测气体分子的摩尔质量。

[0019] 优选的，步骤1）中所述的相同条件包括相同的温度条件和相同的压力条件。

[0020] 优选的，步骤2）和步骤4）中所述的化学反应的气体生成物有且只有一种。

[0021] 优选的，步骤2）和步骤4）中所述的化学反应为化合反应。

[0022] 一种采用上述气体反应浓度的检测方法的检测装置，其特征在于：包括发生器主体、设置在发生器主体内的至少一个反应模块、电源以及控制装置，反应模块连接有进气管和出气管，进气管和出气管上均设置有用于检测气体体积流量的检测模块，检测模块的信号输出端与控制装置的信号输出端相连，反应模块与电源相连。

[0023] 优选的，每个所述的反应模块均包括多根反应管，每个反应管的冷却液通道两端分别连接有进液管和出液管，每个反应管的气体通道两端分别连接进气管和出气管，气体通道的内侧和外侧绝缘设置，且气体通道的内侧连接电源的放电电极，气体通道外侧连接电源地极。

[0024] 优选的，所述的反应管均竖向设置，反应管的冷却液通道上端与出液管连通，冷却液通道下端与进液管连通，反应管的气体通道上端与进气管连通，气体通道的下端与出气管连通。

[0025] 优选的，所述的冷却液通道包括内冷却液通道和外冷却液通道，气体通道环绕内冷却液通道设置，外冷却液通道环绕气体通道设置；

[0026] 进液管包括内冷却液进液管和外冷却液进液管，出液管包括内冷却液出液管和外冷却液出液管，内冷却液通道的下端与内冷却液进液管连通，上端与内冷却液出液管连通，外冷却液通道的下端与外冷却液进液管连通，上端与外冷却液出液管连通。

[0027] 优选的，所述的每根反应管均包括同轴且由外至内依次设置的外管、中间管以及内管，外管与中间管间隔设置，形成所述外冷却液通道，中间管与内管间隔设置，形成所述气体通道，内管的两端敞口设置，形成所述内冷却液通道。

[0028] 优选的，所述的发生器主体为方形的箱体，进气管和出液管均水平设置在发生器主体上部，出气管和进液管均水平设置在发生器主体下部。

[0029] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

[0030] 1、本气体反应浓度的检测方法通过化学反应前后气体体积的变化关系，从而实现了实时对化学反应后某一气体浓度的检测，解决了现有技术必须通过抽样的方式检测的难题，提高了检测的准确度，且检测的精度不会受到气体浓度的影响，检测时操作方便。

[0031] 2、化学反应的生成物有且只有一种，从而方便化工生产中的实际应用，避免生成物种类过多，在使用过程中各生成物相互干扰。

[0032] 3、在相同的温度条件和压力条件下，气体的体积是一个稳定的值，实时测量时保持反应前后温度条件和压力条件相同，保证了浓度检测更加准确。

[0033] 4、本臭氧发生装置能够实时监测生产的臭氧的浓度，从而能够更精确的把握臭氧浓度，根据臭氧的浓度对臭氧进行分配，分别将臭氧应用到不同的领域，避免由于臭氧浓度不足而影响臭氧使用效果，直接在发生器主体内增加或减少反应模块的数量即可实现臭氧产量的调节，方便调节。

[0034] 5、反应管竖向设置，冷却液由反应管下部进入，上部流出，从而能够保证冷却液充满整个冷却通道，对整个反应管充分冷却；氧气由气体通道上端进入，下端排出，从而与冷却液形成对流，从而更好地对整个气体通道进行冷却，还能够避免气体通道的出气端冷却液温度较高导致臭氧分解。

[0035] 6、气体通道设置在外冷却液通道和内冷却液通道之间，从而能够更好地对气体进行冷却，使氧气转变为臭氧产生的热量尽快散失，采用双液体冷却的形式，降温快，避免了臭氧由于温度过高而分解，进一步提高了臭氧的浓度，与采用液体和气体的双冷却形式相比，本反应管的双冷却形式冷却效果更好，冷却速度更快。

[0036] 7、通过内管、中间管和外管的设置，形成了气体通道，环绕气体通道设置的内冷却液通道和设置在气体通道内的外冷却液通道，结构简单，制作方便。

[0037] 8、进气管和出液管均水平设置在发生器主体上侧，出气管和进液管均水平设置在发生器主体下部，从而方便后续反应模块的拆装，进而为通过设置反应模块数量的方式调节臭氧产量创造了条件。

附图说明

[0038] 图1为化学反应装置的主视结构示意图。

[0039] 图2为图1中A处的局部放大图。

[0040] 图3为反应管的主视剖视示意图。

[0041] 图4为图3中B处的局部放大图。

[0042] 图5为除杂装置的主视剖视示意图。

[0043] 图6为图5中C处的局部放大图。

[0044] 图7为氧分子离解面积与电子能量关系图。

[0045] 图8为氧分子经电场离化及臭氧生成的等离子体的电子能量图。

[0046] 图9为平均电子能量与折合电场强度关系图。

[0047] 图中：1、发生器主体  2、内冷却液进液管  3、外冷却液进液管  4、出气管  5、进气管  6、外冷却液出液管  7、内冷却液出液管  8、反应管  9、内管  10、中间管  11、外管  12、内冷却液出液口  13、气体进气口  14、外冷却液出液口  15、气体出气口  16、内冷却液进液口  17、端盖  18、连接套  19、除杂罐  20、保温层  21、加热出气管  22、加热腔  23、加热器  24、接线口  25、接线盒  26、加热进气管  27、除杂进气口  28、除杂出气口  29、导流板  30、换热器。

具体实施方式

[0048] 图1 9是本发明的最佳实施例，下面结合附图1 9对本发明做进一步说明。~ ~

[0049] 实施例1

[0050] 在本实施例中，发生的化学反应为氧气经电晕转化为臭氧，反应的化学方程式为：3O2=2O3。

[0051] 气体反应浓度的检测方法，包括如下步骤：

[0052] 步骤1），在相同条件下，实时测量反应前气体反应物的总体积流量Q1，其中各气体反应物按照化学方程式中对应的化学计量数之比输入，实时测量反应后气体混合物的总体积流量Q2；

[0053] 在本实施例中，发生的化学反应为氧气转化为臭氧的化学反应。在相同的温度条件和压力条件下，实时测量进入的气体的体积流量Q1，实时测量排出的气体的体积流量Q2。还可以实时测量反应前气体的质量流量，并根据测量好的质量流量，依据气体的密度，计算出体积流量。

[0054] 步骤2），计算化学反应前后气体实时的体积流量差∆Q，

[0055] ∆Q=|Q1- Q2|；

[0056] 氧气转变为臭氧的化学方程式如下：3O2=2O3。由于本化学反应反应后气体的体积缩小，因此，∆Q=Q1- Q2。如果化学反应后气体的体积增大，则∆Q= Q2- Q1。

[0057] 步骤3），通过化学方程式确定反应前后气体的体积变化值∆V与待检测气体的体积V的关系，计算反应后待检测气体的体积流量Q3：

[0058] ；

[0059] 由上述化学方程式可以看出，每3L的氧气可以转换为2L的臭氧，且在同一压力和温度条件下，氧气转化为臭氧后气体的体积缩小1L，即针对氧气转化为臭氧的化学反应，V=2，∆V=1，得：

[0060] Q3=2∆Q=2（Q1- Q2）。    （1）

[0061] 步骤4），根据发生化学反应的化学方程式，将各气体反应物按照其对应的化学计量数之比等效成等效反应物，并计算等效反应物的平均摩尔质量M0；

[0062] 由于上述化学反应的反应物有且仅有一种，因此O2即为等效反应物，等效反应物的平均摩尔质量即为O2的摩尔质量，即M0=32g/mol。

[0063] 步骤5），计算待检测气体的气体质量百分比：

[0064] ；                 （2）

[0065] 其中，m为液体生成物或固定生成物的质量，M1为待检测气体分子的摩尔质量；针对上述化学反应，m=0。

[0066] 将式（1）带入式（2），得：

[0067] 。

[0068] 如图1 2所示：采用上述气体反应浓度的检测方法的臭氧发生装置包括发生器主~体1以及设置在发生器主体1内的至少一个反应模块，每个反应模块的臭氧产量为0.5 3kg/~
h；每个反应模块均包括多根反应管8，每个反应管8的冷却液通道两端分别连接有进液管和出液管，每个反应管8的气体通道两端分别连接进气管5和出气管4，气体通道的内侧和外侧绝缘设置，且气体通道的内侧连接电源的放电电极，气体通道外侧连接电源地极。本臭氧发生装置的每个反应模块包括多根反应管8，能够根据需要调整反应模块的数量，进而调节臭氧的产量，直接在发生器主体1内增加或减少反应模块的数量即可实现臭氧产量的调节，方便调节，每个反应模块的臭氧产量为0.5 3kg/h，从而能够满足绝大部分臭氧产量要求，不~
会出现臭氧发生装置的产量与实际需求差距较大，导致产能过剩的问题。

[0069] 进气管5和出气管4上均设置有检测模块，检测模块为质量流量计或气体流量控制器，在本实施例中，检测模块为质量流量计。控制装置为PLC控制器，质量流量计的信号输出端与PLC控制器的信号输入端相连，PLC控制器直接对浓度进行计算，并将计算好的流量显示在显示屏上。

[0070] 发生器主体1为长方体箱体，反应模块设置在臭氧发生器内。每个反应管8的冷却液通道均包括内冷却液通道和外冷却液通道，气体通道环绕内冷却液通道设置，外冷却液通道环绕气体通道设置。进液管包括内冷却液进液管2和外冷却液进液管3，出液管包括内冷却液出液管7和外冷却液出液管6。

[0071] 进气管5、内冷却液出液管7和外冷却液出液管6均水平设置在发生器主体1的上部，且进气管5、内冷却液出液管7和外冷却液出液管6的左端均伸出发生器主体1，进气管5、外冷却液出液管6和内冷却液出液管7由下至上依次间隔设置。

[0072] 出气管4、内冷却液进液管2和外冷却液进液管3均水平设置在发生器主体1的下部，且出气管4、内冷却液进液管2和外冷却液进液管3的左端均伸出发生器主体1，出气管4、外冷却液进液管3和内冷却液进液管2由上至下依次间隔设置。

[0073] 每个反应管8均竖向设置，反应管8气体通道的上端通过管道与进气管5相连通，气体通道的下端通过管道与出气管4连通，在本实施例中，进气管5内通入的是氧气。内冷却液通道的上端与内冷却液出液管7连通，内冷却液通道的下端与内冷却液进液管2连通，从而使内冷却液通道内的内冷却液实现循环，外冷却液通道的上端与外冷却液出液管6连通，外冷却液通道的下端与外冷却液进液管3连通，从而能够使外冷却通道内的外冷却液循环，进而保证了对气体通道的冷却效果，避免气体通道内的气体温度过高，从而导致产生的臭氧在高温条件下分解。此外，由于气体的流向与内冷却液和外冷却液的流向均相反，能够使温度较低的内冷却液和外冷却液与臭氧浓度较高的气体接触，避免臭氧浓度较高的气体的温度升高，进而避免了臭氧分解，使经臭氧发生装置输出的气体中臭氧的浓度高，进而能够达到更好地灭菌或污水处理的效果。

[0074] 气体通道的内侧与电源的放电电极相连，气体通道的外侧电源的地极相连，电源地极与地面相连通，从而在气体通道内放电，进而使氧气转换为臭氧。在本实施例中，气体3
通道内侧与外侧之间的电压为3000V，气体通道内通入的为氧气，且氧气的流量为6m/h，从而保证了氧气经反应管8后的气体中臭氧的浓度达到500g/m3以上，能够很好的满足污水处理以及杀菌等的要求。

[0075] 如图3 4所示：反应管8包括同轴设置的外管11、中间管10以及内管9，内管9为两端~敞口的圆管，内管9内形成内冷却液通道，中间管10内壁与内管9外壁间隔设置，从而在中间管10和内管9之间形成环绕内冷却液通道设置的气体通道，外管11内壁与中间管10的外壁间隔设置，从而在外管11和中间管10之间形成环绕气体通道设置的外冷却液通道。加工方便。在本实施例中，外管11、中间管10以及内管9均为不锈钢材质，既能够防止氧化，又能够起到导电作用。

[0076] 内管9的上端设置有内冷却液出液口12，下端设置有内冷却液进液口16。内冷却液出液口12的下端同轴设置在内管9的上端内，内冷却液出液口12的下端与内管9的内壁之间密封设置，内冷却液进液口16的上端同轴设置在内管9的下端内，内冷却液进液口16的上端也与内管9的内壁之间密封设置，从而形成内冷却液通道。内冷却液出液口12的上端与内冷却液出液管7连通，内冷却液进液口16的下端与内冷却液进液管2连通，且内冷却液出液口12与内冷却液出液管7之间绝缘连接，内冷却液进液口16与内冷却液进液管2之间也绝缘连接，即内冷却液出液口12与内冷却液出液管7之间以及内冷却液进液口16与内冷却液进液管2之间均不导电。内冷却液出液口12的中部外侧套设有用于连接电源的高压电极，，即与电源放电电极相连，在本实施例中，电源为高压电源。

[0077] 内管9的两端均伸出中间管10，且内管9两端位于中间管10外的部分的长度相等；中间管10的两端均伸出外管11，且中间管10的两端位于外管11外的部分的长度相等。在本实施例中，内冷却液为冷却油，外冷却液为冷却水。

[0078] 反应管8还包括设置在上下两端的连接套18以及端盖17。每个反应管8上均设置有两个连接套18和端盖17。连接套18套设在外管11外并与外管11同轴连接，连接套18的内端的内径小于外端的内径，连接套18的内端与套设在外管11的外端并与外管11的外壁密封设置，连接套18的内端与中间管10的外壁密封设置，从而形成外冷却液通道。端盖17为圆筒状，端盖17的内端伸入连接套18和内管9之间，且端盖17与连接套18和内管9均密封连接，形成气体通道。

[0079] 环绕每个连接套18外端的内壁设置有气体通道槽，位于反应管8上端的连接套18的气体通道槽与气体通道上端连通，位于反应管8下端的连接套18的气体通道槽与气体通道下端连通。反应管8上端的连接套18上设置有径向的气体进气口13，气体进气口13与连接套18螺纹连接，气体进气口13的内端通过上端的连接套18的气体通道槽与气体通道上端连通；反应管8下端的连接套18上设置有径向的气体出气口15，气体出气口15与连接套18螺纹连接，气体出气口15的内端通过下端的连接套18的气体通道槽与气体通道上端连通。气体进气口13与进气管5连通，且气体进气口13与进气管5之间绝缘，气体出气口15与出气管4连通，且气体出气口15与出气管4之间绝缘。

[0080] 环绕每个连接套18的内端内壁设置有冷却液槽，位于反应管8上端的连接套18的冷却液槽与外冷却液通道的上端连通，位于反应管8下端的连接套18的冷却液槽与外冷却液通道下端的冷却液槽连通。反应管8上端的连接套18上设置有径向的外冷却液出液口14，外冷却液出液口14与连接套18螺纹连接，且外冷却液出液口14通过上端的连接套18的冷却液槽与外冷却液通道上端连通；反应管8下端的连接套18上设置有径向的外冷却液进液口，外冷却液出液口与连接套18螺纹连接，外冷却液出液口14通过下端的连接套18的冷却液槽与外冷却液通道下端连通。外冷却液出液口14与外冷却液出液管6连通，外冷却液进液口与外冷却液进液管3连通，外冷却液出液口14与外冷却液出液管6之间绝缘，外冷却液进液口与外冷却液进液管3之间绝缘。

[0081] 在本实施例中，外冷却液进液口设置在气体出气口15的外侧，外冷却液出液口14设置在气体进气口13的内侧，既避免了连接时气体通道和外冷却液通道相互妨碍，又方便区分避免组装时连接错误，影响冷却效果。

[0082] 在本实施例中，每个反应模块的臭氧产量为2kg/h。每个反应模块的臭氧的产量根据每根反应管8的产量以及反应管8的数量来设置。如每个反应管8的臭氧产量40g/h，每个反应模块包括50根臭氧发生管，即可满足每个反应模块的臭氧产量为2kg/h。十个模块并联可实现20kg/h的臭氧产量，通过多模块并联能够实现任意产量需求，十分方便。

[0083] 位于反应管8上端的连接套18和端盖之间设置有接地电极，接地电极与电源地极，接地电极还与中间管10相连。

[0084] 如图5 6所示：本发明还提供一种除杂装置，该除杂装置包括竖向设置的除杂罐~19，除杂罐19的下侧设置有支撑腿，从而使除杂罐19与地面间隔设置，方便了管道的设置，又能够避免除杂罐19与地面接触导致热量散失。本除杂装置的除杂出气口28连接臭氧发生装置的进气管5。

[0085] 除杂罐19内腔由上至下依次设置有加热腔22以及换热腔，换热腔内设置有换热器30。除杂罐19的下侧同轴设置有除杂出气口28，除杂罐19的底端一侧设置有径向的除杂进气口27。换热器30的管程入口与除杂进气口27连通，换热器30的壳程出口通过加热进气管
26与加热腔22连通，加热腔22还通过加热出气管21与换热器30的管程入口连通，换热器30的管程出口与除杂出气口28连通。进入的气体与排出的气体在换热器30内实现了换热，从而实现了对排出气体热量的回收，避免了能量的浪费，还实现了对进入的气体的预热，使气体在加热腔22内能够尽快升温至指定温度，从而能够使氧气中混有的一氧化碳、甲烷或乙炔等可燃性气体燃烧，除去气体内的杂质，且操作方便，并且能量消耗少。换热器30的管程和壳程内通入的气体可以根据需要设置，也可以进入的气体经过管程进入到加热腔22内，加热后的气体经过壳程后排出。换热器30还可以替换为换热盘管，即进入的气体经过换热盘管后进入到加热腔22内，换热后的气体经过换热腔直接排出。

[0086] 加热腔22内设置有加热器23，加热器23上侧设置有接线盒25，接线盒25下侧密封设置，除杂罐19的上端一侧设置有径向的接线口24，电源线通过接线口24进入到除杂罐19内并与接线盒25连接。在本实施例中，加热器23为集束式加热器，对气体的加热速度快。加热器23还可以替换为电热管或电阻丝。

[0087] 加热腔22的中部设置有水平的导流板29，导流板29的侧部与加热腔22密封设置。导流板29包括水平设置的环形板以及环形板上下两侧的圆板，除杂罐19内腔上部设置下端封闭的圆筒，形成加热腔22，圆筒上端与接线盒25下侧间隔设置，环形板水平设置在圆筒中部，环形板的侧部与圆筒的中部密封设置，上下两侧的圆板均与环形板间隔设置，且圆板的直径等于或稍小于环形板的内径，从而能够使进入到加热腔22内的气体形成紊流，增加了气体在加热腔22内的行程，延长了气体的加热时间，使气体加热充分并达到指定温度，进而保证了气体除杂彻底。

[0088] 新的理论和实验证明，过高的折合电场强度Td，施能当电子获得平均能量大于20ev时，再施加过大能量将以发热的方式转移，并会对臭氧产生热力分解作用，对氧分子的电离激发成活性粒子，经碰撞形成臭氧分子不会有太大的帮助。从微观上说，氧气分子获得
20ev以下时的能量其电场强度不是太高。依据新理论本发明设计了一种条件，采用相对较低电场强度，其值300-700Td。保持物理空间上的分子平均距离≤10Å ， 通道长度为800mm。
并提供大量活性自由电子的均匀放电通道，将微放电柱直径减小，电柱密度提高2 3倍，等~
效大幅度提高放电面积，可极大的提高氧分子离解的动力作用。氧分子离解、电离经三体碰撞生成臭氧等离子体反应过程由下式表示：

[0089] O2(x³∑g-)+e→O（2 A³∑u+）+e

[0090] →O（3P）+O（3P）+e

[0091] O2(x³∑g-)+e→O2(B3∑u-)+e

[0092] →O(1D)+O(3P)+e

[0093] O2(x³∑g-)+e→O（2 A³πu+）+e

[0094] →O（3P）+O+（1S0）+2e

[0095] O+ O2+M→O3+M→O3+M

[0096] 如图7所示：电子能量约为20ev时氧分子具有最大离解截面积。20ev电子能量是O2- 3 - - +(x³∑g)→O2(B∑u)所需2倍多，是禁阻跃迁O2 (x³∑g)→O2（A³∑u）的3倍多。实验表明：
20ev的电子能量应是高浓度低功率的边界值。

[0097] 如图8所示：放电通道内电介质和气隙电场的电场强度表达式分别为[0098]                （3）

[0099]              （4）

[0100] 上式中U为施电压峰值， 为电介质的介电常数， 为介质厚度， 为气隙距离， 为气隙介电常数。由式（4）可看出，气隙电场强度随U的增大而增大，随 的减小而增大，随 的减小而增大。

[0101] 如图9所示： 20ev的电子平均能量700Td的折合电场强度即可满足。值得指出的是，以上仅是氧分子转化臭氧的基本条件，但不是全部条件。研究表明，电场施能也不是活性粒子的唯一提供者，也不是全部活性粒子最优动力,冷态非平衡热力等离子体更需要除此之外的其它活化的诱导。而上述所设定的条件也验证了这种推断的正确性。

[0102] 根据上述设计条件，设计开发了精密的气隙放电臭氧大容量工业发生装置，结果生成660 g/Nm3（40wt%）的超高臭氧浓度，达到了由臭氧发生器直接产生臭氧浓度的国际上前所未有的最高值， 电耗≤ ，在此超高浓度下功耗也是目前国际上最低的。该超高浓度和低功耗的出现，充分证明了自创微观放电理论和建模的正确性，使臭氧放电理论与技术跨跃式的迈出一大步。实现了浓度上升的同时与电耗的同步下降，为臭氧的低成本制备打开了方便之门。达到了本发明的预期效果。

[0103] 实施例2

[0104] 在本实施例中，发生的化学反应为氮气和氢气经电晕转化为氨气，反应的化学方程式为：

[0105] N2 + 3H2⇌2NH3。氮气和氢气的混合气体由进气管5通入，出气管4排出的气体为氮气、氢气和氨气的混合气体。

[0106] 气体反应浓度的检测方法，包括如下步骤：

[0107] 步骤1），在相同条件下，实时测量反应前气体反应物的总体积流量Q1，其中各气体反应物按照化学方程式中对应的化学计量数之比输入，实时测量反应后气体混合物的总体积流量Q2；

[0108] 在本实施例中，发生的化学反应为氮气和氢气经电晕转化为氨气。在相同的温度条件和压力条件下，实时测量进入的气体的体积流量Q1，实时测量排出的气体的体积流量Q2。还可以实时测量反应前气体的质量流量，并根据测量好的质量流量，依据气体的密度，计算出体积流量。由于参加反应的N2和H2的体积比为1:3，因此反应前的气体反应物的总体积流量中N2和H2的体积流量比为1:3。

[0109] 步骤2），计算化学反应前后气体实时的体积流量差∆Q，

[0110] ∆Q=|Q1- Q2|；

[0111] 合成氨的化学方程式如下：N2 + 3H2⇌2NH3。由于本化学反应反应后气体的体积缩小，因此，∆Q=Q1- Q2。

[0112] 步骤3），通过化学方程式确定反应前后气体的体积变化值∆V与待检测气体的体积V的关系，计算反应后待检测气体的体积流量Q3：

[0113] ；

[0114] 由上述化学方程式可以看出，每1L的N2和3L H2发生反应，可以转换为2L的NH3，且在同一压力和温度条件下，反应后气体的体积缩小2L，即针对合成氨的化学反应，V=2，∆V=2，得：

[0115] Q3=∆Q=Q1- Q2。         （5）

[0116] 步骤4），根据发生化学反应的化学方程式，将各气体反应物按照其对应的化学计量数之比等效成等效反应物，并计算等效反应物的平均摩尔质量M0；

[0117] 由于上述化学反应的反应物为N2 和H2，且体积比为1：3，因此等效反应物的平均摩尔质量M0=（14g/mol*2+2g/mol*3）/（1+3）=8.5g/mol。

[0118] 步骤5），计算待检测气体的气体质量百分比：

[0119] ；                （6）

[0120] 其中，m为液体生成物或固定生成物的质量，M1为待检测气体分子的摩尔质量；针对上述化学反应，m=0。

[0121] 将式（5）带入式（6），得：

[0122] 。

[0123] 实施例3

[0124] 实施例3与实施例1的区别在于：气体通道内侧与外侧的电压为2000V，气体流量为4m3/h，从而使氧气经过反应管8后含有的臭氧浓度在500g/m3以上。内冷却液为冷却水，外冷却液为冷却油。

[0125] 实施例4

[0126] 实施例4与实施例1的区别在于：气体通道内侧与外侧的电压为1500V，气体流量为1m3/h，从而使氧气经过反应管8后含有的臭氧浓度在500g/m3以上。内冷却液和外冷却液均为冷却油。

[0127] 实施例5

[0128] 实施例5与实施例1的区别在于：每个反应模块的臭氧产量为0.5kg/h，即每增加或减少一个反应模块，每小时的臭氧产量增加或减少0.5kg。内冷却液和外冷却液均为冷却水。

[0129] 实施例6

[0130] 实施例6与实施例1的区别在于：每个反应模块的臭氧产量为1.5kg/h，即每增加或减少一个反应模块，每小时的臭氧产量增加或减少1.5kg。

[0131] 实施例7

[0132] 实施例7与实施例1的区别在于：每个反应模块的臭氧产量为2.5kg/h，即每增加或减少一个反应模块，每小时的臭氧产量增加或减少2.5kg。

[0133] 实施例8

[0134] 实施例8与实施例1的区别在于：每个反应模块的臭氧产量为3kg/h，即每增加或减少一个反应模块，每小时的臭氧产量增加或减少3kg。

[0135] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。