بهینه سازی فرایند واجذب WF6 بر روی نانوجاذب NaF

در واحد غنی سازی اورانیوم بوسیله سانتریفیوژ، گاز UF6 پس از عبور از سانتریفیوژ و انجام فرایند غنی سازی، وارد تله سرد شده و در دمای پایین جامد و جمع آوری می گردد.

یکی از جاذب های مورد استفاده برای جذب هگزا فلورید اورانیوم، سدیم فلوراید می باشد. منحنی تعادلی جذب UF6 توسط جاذب سدیم فلوراید یکی از اطلاعات مهم برای طراحی برج های جذب می باشد. مزیت سدیم فلوراید نسبت به جاذب های دیگر UF6 امکان واجذب، احیاء دوباره جاذب و استفاده دوباره UF6 می باشد. در این پایان نامه ابتدا جذب سطحی UF6 بر روی سدیم فلوراید در فشار های 10،20،30و40 میلی بار انجام و بر اساس نمودار ایزوترم لانگمویر، میزان جذب اشباع در دمای محیط بدست می آید، سپس واجذب UF6 در دماها و فشار های مختلف بر اساس نیاز صنعت انجام گرفته همچنین عوامل موثر در واجذب بررسی و بهترین شرایط فرایندی ارائه شده است. در ادامه میزان از دست دادن ظرفیت جذب بعد از جذب و واجذب های متوالی در شرایط فرایندی یکسان بررسی و گزارش شده است. آنالیز کیفی UF6 در قبل و بعد از واجذب انجام و گزارش شده است. بر روی نحوه بدست آمدن سدیم فلوراید و ساختار حفرات آن مطالعاتی انجام و آنالیز های کیفی از آن گزارش شده است.

کلمات کلیدی: جذب سطحی، دفع سطحی، ایزوترم، سدیم فلوراید، هگزا فلورید اورانیوم

فهرست مطالب 

 1-........ فصل نخست: 7

1-1-           بخش اول : مقدمه. 8

1-1-1- جذب سطحی.. 8

1-1-2-        مقایسه کلی انواع جذب سطحی.. 12

1-1-3- معیار انتخاب فرآیندهای جذب سطحی.. 12

1-1-4-            پارامترهای مؤثر بر جذب.. 13

1-1-5-            جاذب ها 16

1-1-6-            روشهای احیای جاذب.. 18

1-1-7-            تعادل : منحنی هم دمای جذب.. 18

1-1-8-            ایزوترم های جذب سطحی.. 21

1-2-           بخش دوم: بررسی ویژگی اورانیوم. 27

1-2-1-    اورانیوم. 27

1-2-2-                     کاربردهای فلز اورانیوم. 28

1-2-3-            تولید و توزیع. 29

1-2-4-    هشدارها 29

1-2-5-        هگزافلوراید اورانیوم. 30

1-2-6-            روش های تولید انرژی هسته ای.. 31

1-2-7-        غنی سازی.. 31

1-2-8- غنی سازی با دستگاه سانتریفیوژ 33

1-2-9- غنی سازی اورانیوم از طریق میدان مغناطیسی بسیار قوی.. 33

1-2-10-            تله شیمیایی.. 34

1-2-11- بررسی انواع جاذب مورد استفاده در سیستم غنی سازی اورانیوم. 35

1-2-12-      کربن فعال. 36

1-2-13-            فلورید سدیم. 41

1-3-           بخش سوم: بررسی جاذب های مورد استفاده در صنایع غنی سازی.. 42

1-3-1- جذب UF₆ روی آلومینا و فلورید سدیم. 43

1-3-2-            سرعت واکنش... 44

1-3-3-            احیا و قابلیت های بازیافت.. 46

1-3-4- تاثیر دیگر اجزای خوراك گازی.. 46

1-3-5-            مطالعه افت فشار 47

1-3-6- نمودار شکست و مدل سازی آن. 47

2-........ فصل دوم: 49

2-1-           بخش اول: مقدمه. 50

2-1-1-            اثر ناپذیرسازى.. 51

2-1-2-            آزمایش جذب استاتیك... 52

2-1-3-            نتایج تجربی.. 55

2-2-           بخش دوم: تغییرات فشار گاز UF₆ نسبت به زمان در هنگام جذب سطحی.. 56

2-3-           بخش سوم:ایزوترم جذب UF6 توسط سدیم فلوراید. 62

2-4-           بخش چهارم:آزمایش های واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلوراید. 64

2-4-1-            واجذب: 65

2-4-2-            جذب: 66

2-4-3-            مراحل آزمایش: 67

2-5-           بخش پنجم: آزمایش های جذب و واجذب متوالی UF6 بر روی نانو جاذب سدیم فلوراید. 73

2-5-1-                          آزمایش اول جذب و واجذب.. 73

2-5-2-            آزمایش دوم جذب و واجذب.. 75

2-5-3-            آزمایش سوم جذب و واجذب.. 77

2-5-4-            آزمایش چهارم جذب و واجذب.. 79

2-5-5-            آزمایش پنجم جذب و واجذب.. 81

2-5-6-            نتایج آزمایشات جذب و واجذب متوالی.. 82

2-5-7-            جذب در دمای بالا: 83

3-........ فصل سوم: 85

3-1-           نتایج جذب سطحی.. 86

3-2-           نتایج واجذب.. 87

4-........ فصل چهارم: 89

4-1-           نتیجه گیری.. 90

4-2-           پیشنهادات.. 91

منابع و مآخذ: 92

پیوست الف : اورانیوم. 94

پیوست (ب) سدیم فلورید. 101

  فهرست جدول ها

جدول ‏1‑1میزان جذب UF₆ روی چهار جاذب در آزمایش شولتز 44

جدول ‏2‑1داده های جذب در فشار های اولیه مختلف.. 56

جدول ‏2‑2تغییرات گرم جذب شده به گرم جاذب با فشار تعادلی برای جذب UF6 بر روی نانوجاذب سدیم فلورید  62

جدول ‏2‑3داده های جذب برای شروع فرایند واجذب.. 66

جدول ‏2‑4در صد واجذب در دماهای مختلف.. 72

جدول ‏2‑5 در صد واجذب در دماهای مختلف.. 73

جدول ‏2‑6نتایج واجذب UF6 بر روی نانوجاذب سدیم فلورید. Error! Bookmark not defined.

جدول ‏2‑7داده های جذب برای سدیم فلورید. 74

جدول ‏2‑8داده های جذب برای سدیم فلوریدی که یکبار واجذب شده 76

جدول ‏2‑9داده های جذب برای سدیم فلوریدی که دوبار واجذب شده 78

جدول ‏2‑10 جذب برای سدیم فلوریدی که سه مرتبه واجذب شده 80

جدول ‏2‑11داده های جذب برای سدیم فلوریدی که چهار مرتبه واجذب شده 82

جدول ‏2‑12نتایج جذب و واجذب متوالی گاز UF6 بر روی نانوجاذب سدیم فلورید. 83

 فهرست نمودارها

 نمودار ‏1‑1 )مقایسه تغییرات جذب هگزافلورید اورانیوم برای NaF و آلومینا H –151.. 45

 نمودار ‏2‑1)سامانه مورد استفاده جهت انجام آزمایشات جذب و دفع استاتیکی.. 53

نمودار ‏2‑2) تغییرات فشار برحسب زمان در فشار اولیه 14.03. 57

نمودار ‏2‑3) تغییرات فشار برحسب زمان در فشار اولیه 21.62. 57

نمودار ‏2‑4) تغییرات فشار برحسب زمان در فشار اولیه 28.70. 58

نمودار ‏2‑5) تغییرات فشار برحسب زمان در فشار اولیه 40.96. 58

نمودار ‏2‑6) تغییرات فشار برحسب زمان در فشار اولیه 53.68. 59

نمودار ‏2‑7) تغییرات فشار بر حسب زمان در فشارهای اولیه مختلف... 59

نمودار ‏2‑8) تغییرات درصد جذب بر حسب فشار اولیه. 60

نمودار ‏2‑9) تغییرات گرم جذب شده به گرم جاذب بر حسب فشار اولیه. 60

نمودار ‏2‑10) تیءوری لانگمویر و فرندلیچ.. 63

نمودار ‏2‑11) نمودار تجربی ایزوترم جذب سطحی UF6 بر روی سدیم فلوراید. 63

نمودار ‏2‑12) تغییرات فشار UF6 با زمان در دمای 100 درجه سانتی گراد. 68

نمودار ‏2‑13) تغییرات فشار UF6 با زمان در دمای 180 درجه سانتی گراد. 69

نمودار ‏2‑14) تغییرات فشار UF6 با زمان در دمای200 درجه سانتی گراد. 70

نمودار ‏2‑15) تغییرات فشار UF6 با زمان در دمای250 درجه سانتی گراد. 71

نمودار ‏2‑16) تغییرات فشار UF6 با زمان در دماهای مختلف... 72

نمودار ‏2‑17) تغییرات فشار UF6 بر حسب زمان.. 74

نمودار ‏2‑18) تغییرات فشار بر حسب زمان در فرایند واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلورید. 75

نمودار ‏2‑19) تغییرات فشارUF6 برحسب زمان بر روی سدیم فلورایدی که یک مرتبه واجذب شده 76

نمودار ‏2‑20) تغییرات فشار بر حسب زمان در فرایند واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلورید در دمای 200 درجه سانتی گراد. 77

نمودار ‏2‑21) تغییرات فشار UF6 برحسب زمان بر روی سدیم فلوریدی که دوبار واجذب شده. 78

نمودار ‏2‑22) تغییرات فشار بر حسب زمان در فرایند واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلورید در دمای 200 درجه سانتی گراد. 79

نمودار ‏2‑23 ) تغییرات فشار UF6 برحسب زمان بر روی سدیم فلوریدی که سه مرتبه واجذب شده است. 80

نمودار ‏2‑24) تغییرات فشار بر حسب زمان در فرایند واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلورید در دمای 200 درجه سانتی گراد. 81

نمودار ‏2‑25) تغییرات فشار UF6 برحسب زمان بر روی سدیم فلوریدی که چهارمرتبه واجذب شده است. 82