بررسي عددي خالص سازي زيركونيوم به روش فرايند يديد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

چكيده زيركونيوم ماده اي است كه براي ساخت غلاف سوخت راكتورهاي هسته‌اي استفاده مي شود. براي توليد زيركونيوم خالص اسفنج زيركونيومي داراي ناخالصي در دماي مناسب( حدود 300 درجه سلسيوس ) با يد گازي واكنش داده، زيركونيوم تترايديد توليد مي شود. سپس زيركونيوم تترايديد گازي نفوذ كرده و به فيلمان فلزي با دماي مشخص ( حدود 1400 درجه سلسيوس ) رسيده وتجزيه مي شود و زيركونيوم خالص بر روي فيلمان نشست مي‌كند. در اين فرايند كه به فرايند يديد يا روش ون آركل و دبور مشهور است، پارامترهايي نظير دماي اسفنج ناخالص، دماي فيلمان، فيزيك و هندسه دستگاه بر سرعت فرايند مؤثر است. در شركت سوخت راكتور هاي هسته اي اصفهان پايلوت اين فرايند اجرا و نصب شده است. هدف از انجام اين پژوهش تعيين دماي مناسب اسفنج زيركونيوم ناخالص براي رسيدن به مقدار بيشينه سرعت نشست زيركونيوم است. همچنين بررسي اثر تغيير هندسه فيلمان و تغيير فشار محفظه راكتور بر نرخ نشست زيركونيوم نيز مورد بررسي قرار گرفته است. شبيه سازي فرايند يديد توسط نرم افزار كامسول ورژن 5/5 انجام گرفته است و معادلات نفوذ براي انتقال جرم و تابش و رسانش براي انتقال حرارت به صورت همزمان به روش المان محدود توسط نرم افزار كامسول حل شده است. راكتور از يك محفظه استوانه اي شكل تشكيل شده است كه اسفنج زيركونيوم ناخالص در ديواره داخلي محفظه و فيلمان فلزي به شكل U در وسط راكتور قرار گرفته است. براي دماي 1400 درجه سلسيوس فيلمان، در دماي 250 درجه سلسيوس جداره بيشينه سرعت نشست زيركونيوم( 3/3 موس بر ساعت(موس رسانش الكتريكي فيلمان است)) اتفاق افتاد كه نسبت به دماي جداره 200 و300 درجه سلسيوس به ترتيب 2/0 و 2/2 موس بر ساعت افزايش داشت. استفاده از دو فيلمان مشابه به جاي يك فيلمان، نرخ نشست زيركونيوم را كاهش داده اما در زمان يكسان مقدار زيركونيوم خالص نشست كرده تقريبا دو برابر شده است. در دماي ثابت 1400 درجه سلسيوس فيلمان، دماي بهينه جداره راكتور براي سيستم دو فيلمان 260 درجه سلسيوس بدست آمد. تغيير شكل فيلمان از U شكل به مربعي نرخ نشست زيركونيوم را بطور نامحسوس كاهش داده و در دماي 1400 درجه سلسيوس فيلمان، دماي بهينه جداره براي سيستم با فيلمان مربعي شكل 240 درجه سلسيوس محاسبه شد. با افزايش طول فيلمان U شكل نرخ نشست زيركونيوم(48/2 موس بر ساعت) نسبت به حالت پايه(3/3 موس بر ساعت) كاهش يافته اما قطر فيلمان در مدت زمان فرايند 56 ساعت 6/2 سانتي متر بدست آمد كه نسبت به حالت پايه % 8 بيشتر است. افزايش فشار محفظه راكتور موجب كاهش نرخ نشست زيركونيوم و همچنين كاهش مقدار زيركونيوم محصول در انتهاي فرايند شد.

212153

پديده هاي انتقال

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان

مسعود حق شناس، نسرين اعتصاميم

محسن نصراصفهاني