No category

منابع و ماخذ پایان نامه ظرفیت جذب، محیط زیست، آلودگی محیط زیست

ناحیه جذب مربوطه نیز باشد. ناحیه جذب به عنوان حداقل طول بستر که نیاز است تا پدیده جذب انجام گیرد، تعریف می شود. از این رو در ناحیه جذب غلظت فاز گاز جذب شونده، از مقدار خوراك تا نزدیک صفر کاهش پیدا می کند. جاذب عقب تر از ناحیه جذب با جذب شونده اشباع می شود در حالیکه جاذب در جلوي ناحیه فعال، هیچ جذب شونده اي را شامل نمی شود .کل بستر مورد نیاز براي دوره زمان داده شده شامل طول ناحیه اشباع بعلاوه طول ناحیه جذب می باشد. ناحیه اشباع بر اساس ماکزیمم داده جذب جاذب که قبلا گفته شد، محاسبه می شود. ناحیه جذب تابعی از سرعت سیستم می باشد. سرعت بستر ظاهري یکی از پار امتر هاي مهم فرآیندي است که طول ناحیه انتقال جرم را مشخص می کند. سیستم با واکنش پذیري کمتر، به طور مشخص، ناحیه جذب بزرگی داد، زیرا اساسا زمان اقامت بیشتري براي انتقال جذب شونده از فاز گازي به داخل جاذب نیاز است.
احیا و قابلیت هاي بازیافت
اورانیومی که روي جاذب هاي شیمیایی جذب شده است بایستی احیا شود. تله NaF می تواند با گرما دادن جامد کمپلکس NaF-UF6 تا تقریبا F 650 احیا شود.در نتیجه NaF مصرفی می تواند در جا احیا شود. کمپلکس UF6,2NaF تحت فشار بعدي و قرار دادن فشار قابل ملاحظه اي بر روي ساختار قرص تشکیل می شود. در نتیجه ساختار قرص فیزیکی کمی خراب می شود و ظرفیت جذب قرص به آرامی کاهش می یابد. شرایط عملیاتی غیر معمولی و غیر عادي بعلاوه وجود ناخالص شیمیایی می تواند منجر به از بین رفتن زودرس عمر تله قرص NaF شود. متاسفانه داده کافی براي تخمین عمر چرخه وجود ندارد. بایستی توجه داشت که به هر حال قرص هاي NaF در بعضی کاربرد ها در ORGDP براي بیشتر از 50 چرخه قبل از جایگزینی مورد استفاده قرار می گیرد. سیلکون که در آلومنیا H- 151 وجود دارد مزاحم احیا شیمیایی اورانیوم می شود.
تاثیر دیگر اجزاي خوراك گازي
شولتز همچنین نشان داد که حضور اجز اي دیگر در خوراك گازي می تواند روي ظرفیت گازي عامل تله تاثیر گذار باشد. جاذب ممکن است به طور جزئی یا کلی بوسیله واکنش با گاز هاي ورودي به جاي واکنش با UF6 از بین برود و در نتیجه ظرفیت جذب اورانیوم کاهش می یابد. قدرت جذب ممکن است بوسیله از هم پاشیدگی قرص در اثر گرماي واکنش شیمیایی از بین برود.
فلورید هیدروژن
آزمایش هایی توسط کاتز انجام شده است تا مشخص کند که تغییر در مقدار فلورید هیدروژن چقدر می تواند برروي جذبUF6 برروي جاذب تاثیر گذار باشد. فلورید هیدروژن با فلورید سدیم واکنش می دهد و تشکیل بی فلورید می دهد که جاي هیچ ظرفیتی را براي UF6باقی نمیگذارد. اگر دماي عملیاتی بستر NaF بالاي F 200 نگه داشته شود، بسته به غلظت فلورید هیدروژن می توان از تشکیل بیوفلوراید جلوگیري کرد. این روش عملیات هیچ مشکل خاصی را به وجود نمی آورد ولی مقدار کمی اورانیوم با توجه به فشار بالاتر تجزیه کمپلکس، از بستر عبور خواهد کرد. اگر فلورید هیدروژن در گاز خوراك از 25 درصد مولی تجاوز نکند، ظرفیت تله گذاري هگزا فلورید اورانیوم جاذب هاي جامد، خیلی تحت تاثیر قرار نمی گیرد ولی در غلظت های بالاتر، قابلیت به دام انداختن 6UF مخصوصا در NaF به شدت کاهش می یابد.
گاز خوراك که شامل 25 درصد HF و یک درصد مولی UF6 باشد می تواند به طور مناسب توسط آلومنیا یا فلورید سدیم در فشار اتمسفري به دام انداخته شود. در غیاب هگزا فلورید اورانیوم جاذب آلومنیا در غلظت 25 در صد مولی فلورید هیدروژن خراب می شود.
مطالعه افت فشار
افت فشار در بستر جذب در فشار های کمتر از فشار اتمسفر اهمیت بسیار زیادی دارد. شولتز و همکارانش در سال 1981 با استفاده از گاز نیتروژن، افت فشار جاذب های آلومینا و فلورید سدیم را در دمای محیط و سرعت ظاهری متوسط بین 5/0 تا 4 فوت بر ثانیه در فشار 5/0 تا 750 torr، بین 01/0 تا 3 torr/ft بدست آوردند. افت فشار آلومینا به دلیل سطح صاف و کروی آن بسیار کمتر از افت فشار فلورید سدیم می باشد. همچنین آزمایشات شولتز نشان داد که با کاهش فشار بستر، افت فشار بستر کاهش می یابد.
نمودار شکست و مدل سازی آن
در رابطه با نمودار شکست یک مدل جذب سطحی توسط استفان ارائه شده است. در این مدل که با فرض تقارن شعاعی، گرادیان دمایی قابل صرف نظر و ویژگی یکنواخت فیزیکی و شیمیایی دانه می باشد، مدل بستر ثابت و نمودارهای تغییرات غلظت با زمان و مکان ارائه شده است. علاوه بر این شولتز به ارائه نمودارهای مربوط به جاذب آلومینا و فلورید سدیم پرداخته است. براساس این بررسی ها کاهش سرعت ظاهری گاز ورودی به بستر باعث کاهش طول ناحیه انتقال جرم می گردد. برای کاهش سرعت ظاهری ورودی به بستر جذب نیاز به استفاده از بستر با قطر بالاتر می باشد.
فصل دوم:
کار های تجربی، روش ها و مواد
بخش اول: مقدمه
در فرایند جداسازی با کمک سانتریفیوژ هنگامي که گاز UF6 وارد سانتريفيوژ می شود ايزوتوپهای U-238 در اثر نيروی گريز از مرکز از ايزوتوپهای U-235 جدا می شوند. جریان خروجی از سانتریفیوژ که درصد بالاتری U-235 دارد محصول و جریان خروجی دیگر گاز تهی شده نامیده می شود. گاز UF6 پس از عبور از سانتریفیوژ و انجام فرایند غنی سازی، وارد تله سرد گردیده و در دمای پایین جامد شده و در آنجا جمع آوری می گردد.
گازهای سبک همراه UF6که بدلیل وجود نشتی های ریزی که در اتصالات وجود دارند وارد شده اند در تله سرد جامد نمی شوند و در آنجا باقی می مانند و با گذشت زمان میزان گازهای سبک افزایش می یابد. بعد از رسیدن فشار داخل تله سرد به مقدار مشخصی، شیر خروجی تله سرد را باز می کنند و گازهای جمع شده داخل تله به همراه میزان کمی گاز UF6 که مقدار آن برابر فشار بخار UF6 در دمای تله سرد می باشد از تله سرد خارج می شوند. گاز خروجی حاوی نیتروژن، اکسیژن UF6 و گاز سمی HF می باشد که از واکنش بخار آب موجود در هوا با UF6 بوجود آمده است. گاز UF6 و HF بسیار سمی و خورنده می باشند و باعث خوردگی پمپ های خلاء مورد استفاده در صنعت غنی سازی می گردد. همچنین روغن های مورد استفاده در این پمپ ها از نوع روغن فومبلین می باشد که بسیار گرانقیمت بوده و گاز UF6 با ناخالصی های موجود در روغن وارد واکنش شده و باعث کاهش کیفیت آن می شود. علاوه بر این خروج این گاز ها صدمات جبران ناپذیری را به محیط زیست وارد می کند. جهت جلوگیری از آلودگی محیط زیست و همچنین صدمه دیدن پمپ ها باید این مقادیر کم گاز های UF6 و HF موجود در گاز خروجی از تله سرد حذف شوند. بنابراین جریان گاز قبل از ورود به پمپ وارد تله های شیمیایی می شود تا در آنجا در اثر جذب سطحی، گازهای مورد نظر حذف گردند.
فرآيند اصلي تله هاي شيميايي جذب سطحي است. استعمال مختصر از فيلتر هاي کربن غير فعال و نيز پودر ذغال در تصفيه خانه آب نيوجرسي، اولين کاربردهاي صنعتي از اين فرآيند مي باشد.
در صنعت غني سازي يكي از مراحل فرآيندي در واحد انجماد سازي، جذب HF و UF6 غني شده و تهي شده باقي مانده از واحد انجماد توسط جاذب‌هاي شيميايي مي‌باشد. يكي از جاذب هاي پيشنهادي براي جذب UF6 در برج هاي جذب14 واحد جمع آوری، سدیم فلوراید مي باشد. مهمترین مزیت سدیم فلوراید بر دیگر جاذب های مطرح شده قابلیت احیاء آن می باشد.
در بررسي هاي فرايند جذب سطحي، ايزوترم تعادلي با درنظر گرفتن جاذب، ماده جذب شونده و عمليات جذب اطلاعات مناسبي از عمليات جذب و تعادل جذب مي دهد. بنابراين ايزوترم منحني تعادلي جذب UF6 توسط جاذب سدیم فلوراید يكي از اطلاعات مهم و لازم براي طراحي برج هاي جذب است. به دليل عدم وجود منحني تعادلي جذب، در اين تحقيق به صورت تجربي به تعيين منحني تعادلي جذب UF6 روي جاذب سدیم فلوراید پرداخته شده است. داده هاي تعادلي در فشارهاي كمتر از 100 ميلي بار مطلق (شرايط خلاء) اندازه گيري گردیده است. همچنین با استفاده از اطلاعات تجربي، نتايج بدست آمده با نتايج ساير مدلها از قبيل مدل فرندليش و لانگموير مقايسه شده است. در ادامه بعد از بدست آوردن نمودار ایزوترم جذب میزان جذب اشباع استخراج و سپس میزان احیاء در درصد های مختلف جذب اشباع گزارش می شود.
اثر ناپذيرسازى
با توجه به اينكه گاز UF6 ممكن است با ناخالصي هاي موجود در مخزن واكنش داده و ايجاد خطا در داده هاي آزمايش كند بعد از اتصال تجهیزات و انجام آزمایش نشتی هلیوم و استاتیک وقبل از انجام آزمایشات جذب باید فرایند پسیواسیون را انجام داد تا از خطای ناشی از جذب و یا واکنش گاز روی دیواره جلوگیری کرد و از بی اثر بودن گاز بر دیواره مطمئن شد. وقتی گاز UF6 در معرض دیوارهء تمیز ظرف قرار می گیرد با چربی هایی که در حین بستن تجهیزات روی سطح نشسته اند و همچنین با رطوبت موجود در هوا واکنش داده و تولیدHF و دیگر گازها می کند. بنابراین باید قبل از آزمایش جذب، گاز را در فشار معینی وارد ظرف کرد و به آن زمان داد تا با دیواره و چربی ها و غیره واکنش داده و آن را اشباع کند تا در مراحل بعدی آزمایش اثری روی ظرف نداشته باشد و داده های بدست آمده مختص واکنش جذب باشد. برای عملیات پسیواسیون مخزن را تا فشار های حدود 01/0 میلی بار خلاء کرده و گاز در فشار 30 میلی بار وارد ظرف می شود و تا رسیدن به حالت تعادل فشاری به آن زمان داده می شود. نتایج بدست آمده نشان داد که با گذشت زمان فشار ظرف درحال افزایش است. همانگونه که ذکر شد این افزایش فشار بدلیل واکنش UF6 با چربی ها و روغن روی دیواره و همچنین رطوبت موجود در هوای وارد شده از طریق نشتی ها می باشد. با گذشت حدود 3 ساعت از شروع پسیواسیون افزایش فشار تقریباً برابر با میزان نشتی می شود که این بیانگر اینست که گاز با دیواره و چربی ها به طور کامل واکنش داده و دیگر اثری روی آن ندارد. برای اطمینان گاز را تخلیه کرده و فرایند را این بار در فشار حدود 40 میلی بار انجام می دهیم. این بار مشاهده شد که گاز هیچ اثر قابل ملاحظه ای روی ظرف نداشته و فقط نرخ نشتی باعث افزایش فشار میشود.
آزمایش جذب استاتيك
هدف اصلی در این پروژه واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلورید است ولی برای درک ماهیت این جاذب و بدست آوردن میزان جذب اشباع آن می بایست آزمایش جذب سطحی به طور کامل انجام ونتایج گزارش گردد. بنابراین مهمترین پارامتر برای بررسی یک جاذب و مقایسه آن با سایر جاذب ها، بدست آوردن ایزوترم تعادلی آن جاذب می باشد. ایزوترم تعادلی داده های تعادلی مربوط به یک جاذب را در فشار های مختلف و در یک دمای ثابت نشان می دهد. با داشتن ایزوترم جذب، گرمای جذب و نرخ جذب برای جاذب های مختلف بدست میآید. برای یافتن ایزوترم جذب، گاز و جاذب در یک محیط بسته قرار داده می شوند. در این حالت حداکثر مقدار جذب برای جاذب در فشار اولیه و دمای معین در زمان رسیدن به تعادل اتفاق می افتد.
قبل از شروع بررسي پارامتر هاي ديناميكي جذب سطحي، شناخت جاذب هاي مختلف ضروري است. در در اين پروژه براي يافتن ايزوترم تعادلي جاذب هاي مختلف از روش جذب در ظرف ناپيوسته استفاده مي شود. با توجه به اينكه فشار تله هاي شيميايي در كارخانه غني سازي پايين تر از 60 ميلي بار مي باشند، ايزوترم جذب در اين محدوده ي فشار بدست آمده است.
پيش از انجام آزمايشات، رفتار گاز UF6 و گاز نيتروژن مورد بررسي قرار میگیرد. شكل 2-1 سيستم مورد استفاده جهت انجام آزمايشات را نشان مي دهد.
نمودار ‏21سامانه مورد استفاده جهت انجام آزمایشات جذب و دفع استاتیکی
سيستم جذب شامل تانك بافر جهت تنظیم فشار سامانه و همچنین ذخیرهء مقدار گاز مورد نیاز برای جذب، ظرف جذب جهت نگهداری سدیم فلوراید، كپسول گاز نيتروژن جهت شستشوي سيستم قبل و بعد از انجام آزمایشات،Hoke Tube حاوي UF6 جامد، دو عدد فشارسنج 10 و 100 ميلي

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *