منحنی تغییرات فشار گاز UF6 نسبت به زمان برای سدیم فلوراید نشان می دهد که فشار اولیه جذب شونده روی مقدار جذب و همچنین زمان تعادلی تاثیر می­ گذارد. افزایش فشار گاز در حالت کلی مقدار جذب را افزایش می­دهد زیرا افزایش فشار باعث افزایش غلظت جذب شونده در فاز گاز می شود که این عامل باعث می شود مولکول های بیشتری از جذب شونده بتوانند وارد حفره های جاذب گردند و همچنین امکان نفوذ جذب شونده به داخل حفرات ریز نیز ممکن می گردد در نتیجه مقدار جذب تعادلی افزایش می یابد.
پایان نامه - مقاله - پروژه
افزایش مقدار جذب با افزایش فشار تا رسیدن به مقدار نهایی جذب ادامه دارد ولی دامنه تغییرات مقدار جذب در فشارهای بالا بدلیل نزدیک شدن به مقدار جذب نهایی بسیار کم می شود که این نکته در نتایج به دست آمده از آزمایش به خوبی نشان داده شده است. البته مقدار جذب به شرایط آزمایش و ویژگی های جاذب نیز بستگی دارد.
یکی از عوامل بسیار تاثیر گذار روی سرعت جذب و همچنین مقدار جذب اثر همزمان مساحت سطحی جاذب و فشار جذب شونده می باشد. زیرا اگر جاذب(سدیم فلوراید) با سطح خارجی زیاد در معرض UF6 با فشار زیاد قرار بگیرد ممکن است سریعا سطح خارجی سدیم فلورید توسط جذب شونده پوشانده شود و سطح داخلی جاذب به دلیل بسته شدن حفرات غیر قابل استفاده باقی بماند. علاوه بر انتخاب جاذب مناسب باید شرایط عملیاتی بهینه جذب سطحی نیز مشخص گردد.
برای یک جاذب معین از روی نمودار مشخص است که با کاهش فشار شرایط مناسب برای استفاده کامل از جاذب برقرار است زیرا در فشار های بالاتر از این محدوده زیاد بودن فشار باعث می شود که سرعت جذب زیاد باشد و به همین دلیل بعضی از حفرات در لحظه اول جذب مسدود می­شوند و برای جذب غیر قابل استفاده می گردند.
با کاهش فشار فاز جذب شونده زمان جذب افزایش می یابد زیرا طبق رابطهء سینتیک واکنش ها سرعت جذب مولکول ها کمتر می شود و در نتیجه زمان جذب افزایش می یابد. در فشار های بسیار پایین به دلیل کم بودن نیروی محرکه که عامل اصلی انتقال جرم است میزان انتقال جرم کمتر است. به همین دلیل مقدار جذب در زمان های اولیهء شروع آزمایش به شدت کاهش می یابد و واکنش پس از مدت کوتاهی متوقف می شود. همین عامل سبب کاهش زمان جذب می گردد.

نتایج واجذب

 

 

    • در فرایند واجذب به دلیل انجام آزمایش در دماهای بالای ۲۰۰ درجه سانتی گراد حتما ستون واجذب باید از جنس آلیاژ monel استفاده گردد به دلیل اینکه آلیاژ استیل ضد زنگ ( الیاژ پر کاربرد در صنایع غنی سازی) در دماهای بالا در معرض UF6 به شدت خورده می شود و این خوردگی در دماهای بالای ۲۰۰ درجه به شدت افزایش می یابد به طوری که امکان شکستگی در مقاطع جوش کاری شده وجود دارد و به دلیل اینکه تمامی فرایند تحت خلا انجام می گیرد این می تواند برای سیستم ایجاد مشکل نماید.

 

    • دمای شروع فرایند واجذب در حدود ۱۰۰ درجه سانتی گراد است که بعد از مدتی از شروع فرایند واجذب در این دما، فشار واجذب ثابت می گردد.

 

    • در تمام مراحل فرایند واجذب و در هر دمایی بعد از ثابت شدن فشار واجذب، سامانه تخلیه و مجدد سامانه در همان دما قرار می گرفت ولی این بار افزایش فشار قابل ملاحظه ای مشاهده نمی شد از این فر ایند نتیجه می شد که در هر دمایی قابلیت واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلورید به میزان ثابتی است و افزایش زمان واجذب تاثیری در افزایش درصد واجذب در همان دما نخواهد گذاشت.

 

    • قرص های جاذب سدیم فلورید بعد از حالت اشباع کامل تحت آزمایش تیتراسیون قرار گرفت و میزان اورانیم آن ۳۳ درصد گزارش گردید.این قرص ها بعد از فرایند واجذب نیز تحت آزمایش مذکور قرار گرفته و میزان اورانیوم آن به ۰٫۶۵ درصد تقلیل یافته بود که این اعداد با تقریب بسیار خوبی با نتایج محاسبات آزمایشگاهی منطبق بود.

 

    • بهترین دما جهت فرایند واجذب دمای بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی گراد است و این دما بسته به میزان اورانیوم جذب شده متغیر خواهد بود. یعنی این که وقتی اورانیوم جذب شده در حدود ۱۷ گرم بود دمایی که بیشترین میزان واجذب انجام شد در حدود ۲۵۰ درجه سانتی گراد و وقتی اورانیوم جذب شده در حدود ۷ گرم بود دمایی که بیشترین میزان واجذب انجام گرفت در حدود ۲۰۰ درجه بدست آمد.به دلیل اینکه در واقعیت صنعت غنی سازی میزان اورانیوم جذب شده بر روی جاذب ها در همین حدود است بنابراین بهترین دما برای فرایند واجذب دمایی بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی گراد خواهد بود.

 

    • درصد واجذب در دمای بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی گراد ( بهترین دمای عملکردی) حدود ۹۶ درصد بدست آمد.

 

    • دمای بالاتر از ۲۵۰ درجه سانتی گراد تاثیری در فرایند واجذب نداشت( البته با این محدوده میزان گرم جذب شده).

 

    • دما در طول یکی از فرایند های واجذب در حدود ۴۵۰ تا ۵۰۰ بالا برده شد و بعد از خارج نمودن قرص ها از ستون جذب و واجذب تغییر در رنگ آن مشاهد شد ( رنگ مایل به سبز) بعد از بررسی های صورت گرفته به این نتیجه رسیدیم که این تغییر رنگ به منظور واکنش های صورت گرفته بین سدیم فلورید و آلیاژ MONEL بوده است و این رنگ سبز مربوط به اورانیوم نبود.

 

    • بعد از به نتیجه رسیدن فرایند واجذب، آزمایش جذب و واجذب متوالی روی سدیم فلورید در معرض گاز UF6 انجام شد. بعد از هر مرحله جذب، فرایند واجذب (ازمایش جذب ۵ مرتبه و آزمایش واجذب ۴ مرتبه) به صورت متوالی انجام گرفت و در هر آزمایش سعی شد که شرایط عملیاتی با آزمایش قبلی کاملا یکسان در نظر گرفته شود. بعد از انجام آزمایش به این نتیجه رسیدیم که در هر مرحله به طور میانگین ۵ درصد از قابلیت جذب کم می شود.

 

    • در طول فرایند واجذب همیشه این نگرانی وجود داشت که در دمای عملکردی ما (۲۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی گراد)، جذب و واجذب توام صورت گیرد و این باعث خطای محاسباتی در طول فرایند گردد بنابراین فرایند واجذب در دمای بالا صورت گرفت و به نتیجه رسیدیم.

 

 

فصل چهارم:

نتیجه گیری و پیشنهادات

نتیجه گیری

افزایش فشار گاز در حالت کلی مقدار جذب را افزایش می­دهد زیرا افزایش فشار باعث افزایش غلظت جذب شونده در فاز گاز می شود که این عامل باعث می شود مولکول های بیشتری از جذب شونده بتوانند وارد حفره های جاذب گردند
اگر جاذب(سدیم فلوراید) با سطح خارجی زیاد در معرض UF6 با فشار زیاد قرار بگیرد ممکن است سریعا سطح خارجی سدیم فلوراید توسط جذب شونده پوشانده شود و سطح داخلی جاذب به دلیل بسته شدن حفرات غیر قابل استفاده باقی بماند.
ایزوترم لانگ مویر تطابق بهتری با نتایج تجربی دارد زیرا جذب UF6 روی سدیم فلوراید به صورت تک لایه بوده و با پیش فرض های ایزوترم لانگ مویر تطابق بیشتری دارد.

 

    • میزان جذب اشباع حدود ۰٫۹۱۷ برای جذب UF6 که با مقایسه با اسناد موجود در سازمان قابل تطبیق بود.( در سند NEF میزان جذب اشباع برای سدیم فلوراید ۰٫۸ تا ۱ گزارش شده است.)

 

    • بهترین دمای واجذب حدود ۲۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی گراد بدست آمد.

 

    • در دمای بالای ۳۰۰ درجه تغییر خاصی در واجذب مشاهده نشد.

 

    • در دمای بالای ۱۶۵ درجه سانتی گراد هیچ گونه جذبی برای UF6 مشاهده نشد و بنابراین نگرانی جذب و واجذب هم زمان در دمای بالای ۱۶۵ درجه برطرف گردید. این نشان می دهد که واکنش رفت و برگشتی جذب و واجذب در دمای بالای ۱۶۵ درجه بطور یطرفه و به صورت فقط واجذب UF6 از روی سدیم فلوراید انجام می شود.

 

    • در جذب و واجذب متوالی نشان دادیم که در هر بار استفاده دوباره از سدیم فلوراید کمتر از ۵ درصد از ظرفیت جذب سدیم فلوراید کاهش می یابد.

 

 

پیشنهادات

برای بدست آوردن اطلاعات کافی برای طراحی برج لازم است آزمایشات دینامیک جذب نیز انجام گیرند.
جهت بدست آوردن نتایج واقعی تر بهتر است از مخلوط گاز UF6، HF و گاز سبک استفاده نمود.
انجام آزمایش های جذب استاتیک با تغییرات دما
طراحی روشی جهت حذف رسوبات UO2F2 از جاذب های از قبل جمع آوری شده.
انجام بیشتر آزمایش های جذب و واجذب متوالی

منبابع و مآخذ:

 

 

    1. Schultz.R.M. , Hobbs, W.E., Norton, J.L., Stephenson.M.L., 1981 “Sorbent Selection and Consideration for Uranium Trapping“, John Wiley John Wiley & Sons Inc

 

    1. Ronald W.Rrousseaus, 1987 “Handbook of Separation Process Technology", John Wiley

 

    1. Richard I.Masel, 1996 “Principles of Adsorption and Reaction on Solid Surfaces", John Wiley & Sons Inc.

 

    1. Michael J. Stephenson, December 1968 “A Deign Model for the Dynamic Adsorption of Uranium Hexafluoride on Fixed Beds of Sodium Fluoride” Union Carbide Corporation, Nuclear Division, Oak Ridge Gaseous Diffusion Plant. (K-L-6195-2).

 

    1. F. E. Massoth and W. E. Hensel, 1958”Kinetics of the Reaction between Sodium Fluoride and Uranium Hexafluoride. Ι. Sodium Fluoride Powder,” j. Physic. Chem. 62

 

    1. G.D. Delcul, L.D. Trowbridge, L.M. Toth, and J.N. Fiedor, 2000 “Some Investigations of the Reaction of Activated Charcoal with Fluorine Uranium Hexafluoride", ORNL.

 

    1. William G. Pollard Auditorium 1991 “Uranium Hexafluoride Handling”, Oak Ridge, Tennessee October 29-31

 

    1. Hassan M.M., Ruthven D.M., Raghavan N.S.,1986 “Air Separation by Pressure Swing Adsorption on a Carbon Molecular Sieve” , Chem. Eng. Sci., 41, No.5, 1333-1343

 

    1. Leonard E. McNeese, September 1964 “Removal of Uranium Hexafluoride from Gas Streams by Sodium fluoride pellets”. Oak Ridge National Laboratory Oak Ridge, Tennessee.

 

    1. Duong D. Do, 1998 “Adsorption Analysis: Equilibria and Kinetics", Imperial Press.

 

    1. Stephenson, M.J., December 1968 “A Design Model for the Dynamic Adsorption of Uranium Hexafluoride on Fixed Beds of Sodium", Union Carbide Corporation, Nuclear Division, Oak Ridge Gaseous Diffusion Plant Tennessee, (K- L-6195-2) ,Oak Ridge

 

    1. Motoyuki Suzuki, 1990 “Adsorption Engineering", Kodansha Press

 

  1. J. D. Seader and Ernest J. Henley, 1998 “Separation Process Principles", John Wiley&Sons Inc.
موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...