دانش رسان |
مرکز علم و دانش کشور مقاله بررسی متغیرهای موثر بر کندانسورهای واحد جداسازی هگزافلوراید اورانیومجهت بهینه- سازی شرایط عملیاتی
در حال بارگذاری
توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد
مقاله بررسی متغیرهای موثر بر کندانسورهای واحد جداسازی هگزافلوراید اورانیومجهت بهینه- سازی شرایط عملیاتی دارای ۲۰ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد مقاله بررسی متغیرهای موثر بر کندانسورهای واحد جداسازی هگزافلوراید اورانیومجهت بهینه- سازی شرایط عملیاتی کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله بررسی متغیرهای موثر بر کندانسورهای واحد جداسازی هگزافلوراید اورانیومجهت بهینه- سازی شرایط عملیاتی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن مقاله بررسی متغیرهای موثر بر کندانسورهای واحد جداسازی هگزافلوراید اورانیومجهت بهینه- سازی شرایط عملیاتی :
.۱مقدمه
در راستای جداسازی ایزوتوپهای اورانیوم و انجام فرآیند غنیسازی اورانیوم نیاز به یک ترکیب گازی از عنصراورانیوم داریم. تنها ترکیب پایدار گازی شناخته شده از اورانیوم ترکیبی از آن به شکل هگزافلورید اورانیوم (UF6) میباشدUF6 .[1] از واکنش بین UF4 وگاز فلوئور (F2) در راکتورهای عمودی فلوراسیون حاصل می شود.UF6 خروجی حاصل از این راکتور، ناخالصی هایی همچون گازهای فلوئور، اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن فلوراید به همراه دارد. یک روش جداسازی UF6از این گازها کندانس کردن گاز خروجیاز راکتور فلوراسیون می-باشد.درصنایع هستهای موادیهمچونTiF4 ,ReF6,WF6,UF6 بهوسیلهی فرآیند چگالش خالصسازی می-شوند.[۲]در صنعت جهت کندانسکردن گاز خروجی از راکتور فلوراسیون از دو کندانسور با آرایش سری استفاده میشود. این کندانسورها در حقیقت مبدلهای حرارتی از نوع پوسته لوله میباشند. سیال خنک کننده در این کندانسورها آب است. گاز خروجی از راکتور فلوراسیون وارد قسمت پوستهی کندانسور شده و پس از چگالش و رسوب UF6، از آن خارج میگردد.در جدول ۱و ۲ به برخی از خصوصیات این کندانسورها اشاره شده است.مشکل اساسی در این فرآیند خروج اورانیوم از کندانسور بصورت برفک می باشد که کاهش بازیابی اورانیوم و مسائل زیست محیطی را به همراه دارد. لذا هدف عمده این تحقیق پیش بینی شرایط مناسب کارکرد در راستای کاهش ضایعات اورانیوم از سیستم کندانسور می باشد.
۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان
۶و۷ ا” د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان
اسمولکین و همکاران [۳]یک مدل ریاضی برای محاسبهی دمای بهینه چگالش در خصوص فلوراید های فلزی در کندانسورهای لولهای تدوین کردند. در تحقیق مذکور، گاز حامل فلورایدهای فلزی از داخل لولههایی با ابعاد مشخص عبور کرده و با انتقال حرارت با آب از طریق دیواره لوله سرد شده و در نتیجه فلورایدهای فلزی بر روی دیواره داخلی این لولهها چگالش می یابد. در این تحقیق همچنین تعداد بهینه کندانسور مورد نیاز برای بازیابی ۹۹/۹ درصدی UF6 محاسبهشدهاست.سافرانو و همکاران [۴]آزمایشهایی را برای بررسی تاثیر دمای سطح کندانسور لولهای بر بازده آن، برای چگالش تیتانیوم تترافلوراید انجام دادهاند. آنها نشان دادند که با کاهش دمای سطح کندانسور، مقدار برفک خروجی از آن افزایش مییابد و متعاقبا بازده آن بهطور محسوسی کاهش مییابد.برای کندانسورهای لولهایمدلسازی توسط عباس عابد[۵] نیز صورت گرفت. از جمله پارامترهای درنظرگرفتهشده توسط وی، میتوان به سرعت گاز ورودی، نرخ جریان گاز ورودی و زمان ماند گاز ورودی در کندانسور اشاره کرد. برای چگالش فتالیک آنهیدریک در کندانسورهای پوسته لوله مدلی توسط بیلیک و کروبیزکا [۶] تدوین شده است. هدف اصلی در تحقیق مذکور حصول روابطی برای بدست آوردن مقاومتهای انتقال حرارت و چگالی معادل مواد ته نشین شده بصورت تابعی از متغیرهای قابل اندازه گیری بوده است. در این تحقیق از تشکیل برفک درون کندانسور و تاثیرات آن بر بازدهی کندانسور صرف نظر شده است. مطالعات بر روی سیستمهای مشابه (مانند مخلوط بخار آب- هوا تحت چگالش) نشان میدهد یکی از عوامل تاثیر گذار بر بازدهی کندانسورهای پوسته لوله تحت چگالش، تشکیل برفک درون آنها می باشد. [۷-۱۰] لذا برای بهینه سازی شرایط عملیاتی این کندانسورها،باید ازمدلهای استفاده کردکه در آن ها از تشکیل برفک درون کندانسور صرف نظرنشده است.
برای سیستم UF6 تحت چگالش در کندانسورهای پوسته لوله مدلی توسط قریشی و همکاران تدوین شده است.[۱۱] از جمله مزیتهای این مدل قابل دستیابی بودن کلیه خواص فیزیکی مخلوط گازی، پارامترهای انتقال جرم و حرارت، غلظت برفک تشکیل شده درون گاز در طول کندانسور و در هر لحظه از زمان فرآیندی میباشد. لذا برای تحلیل متغیرهای موثر بر چگالش درون کندانسور و در نهایت انتخاب شرایط بهینه کارکرد این کندانسورها، در تحقیق حاضر از معادلات مدل مذکور استفاده شده است.لازم به ذکر است، تا کنون تحقیقی در خصوصبهینه سازی شرایط عملیاتی کندانسورهایپوسته لوله جداسازUF6صورت نگرفته است.
.۲مدلسازی ریاضی کندانسور
همانطورکه قبلا ذکر شده است،مدلسازی ریاضی این کندانسورهاتوسط نویسندگان این مقاله انجام شده-است.[۱۱]نتایج حاصل از پیشبینی این مدل با دادههای آزمایشگاهی شرکت UCF اصفهان مقایسه شد که گویای دقت عمل بسیار بالای این مدلسازی میباشد. لذا از این مدل اثبات شده جهت تحلیل و بررسی متغیرهای موثر بر کندانسور و نهایتا بهینه سازی شرایط عملیاتی در این کندانسورها استفاده گردید.
.۳تحلیل متغیرهای موثر بر عملکرد کندانسور
۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان
۶و۷ ا” د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان
متغیر های مستقل و موثردر راندمان سیستم کندانسور، دما و سرعت گازورودی میباشند. بهینه سازی شرایط عملیاتی کندانسور ۱ به طور مستقیم بر شرایط عملیاتی و راندمان کندانسور ۲ تاثیرگذار است. به همین لحاظ در بررسی متغیرها و بهینه سازی، شرایط کارکرد کندانسور ۱ مدنظر قرار گرفت که منجر به افزایش بازده کندانسور ۱ و همچنین کندانسور ۲ می شود. در تحقیق حاضر با کاربرد نرم افزار مدلسازی اثبات شده که در محیط MATLABطراحی شده است، در نهایت بهینهسازی شرایط عملیاتی کندانسور در راستای تعیین بهترین عملکرد کندانسور انجام شد.
۱۳ اثر سرعت گاز ورودی بر ضریب انتقال حرارت
برای آگاهی از تاثیر سرعت گاز ورودی بر روی ضریب انتقال حرارت جابجایی در طول کندانسور، برنامهی کامپیوتری برای سرعتهای ۰/۰۶، ۰/۰۹ و ۰/۱۲ متر بر ثانیه و در دمای ۲۷۸ کلوین برای آب ورودی به کندانسور وگرفتن نتایج برای ضریب انتقال حرارت جابجایی اجرا شده است. نتایج در شکل((۱ بر حسب تعداد ردیفهای لوله در کندانسورقابل مشاهده است.همانطور که از نمودار مشاهده میشود، با بالا رفتن سرعت گاز ورودی به کندانسور، مقدار ضریب انتقال حرارت در کل کندانسور افزایش مییابد. این نتایج با توجه به افزایش عدد رینولدز با افزایش سرعت گاز ورودی قابل پیش بینی بود. در قسمتی از کندانسور که ۵ ردیف اول لولهها قرار دارد، کاهش قابل ملاحظهای در ضریب انتقال حرارت گاز بر سطوح لوله مشاهده میشود.
۲۳ اثر سرعت گاز ورودی بر شعاع لایه چگالش یافته UF6بر روی لوله های کندانسور
در شکل (۲) اثر سرعت گاز ورودی بر شعاع (ضخامت) ماده چگالش یافته UFبر سطح لوله های کندانسور بررسی شده است . در شکل (۳) نیز تغییرات ترکیب درصد مولی اورانیوم هگزا فلوراید در گاز در طول کندانسوربر حسب تعداد ردیف های لوله در کندانسور بررسی شده است.
همانطور که از شکل (۲) مشخص میشود، افزایش سرعت گاز سبب میشود بیشترین مقدار چگالش در ابتدای کندانسور صورت گیرد. بنابراین عملا در لولههای میانی و انتهایی کندانسور مقدار بسیار ناچیزی چگالش انجام می شود. اما با کاهش سرعت گاز ورودی به کندانسور، لوله های میانی و انتهایی کندانسور نیز در چگالش شرکت می-کنند و در این حالت احتمال گرفتگی کندانسور در زمان های پایین بسیار کاهش مییابد. باید توجه داشت با توجه به طول زیاد کندانسور(۴/۱۷ متر) سرعت گاز ورودی نمیتواند از حدی پایینتر قرار گیرد، زیرا در این صورت خروج گاز از کندانسور مشکل خواهد شد و این مساله خود موجب بروز پدیده گرفتگی در کندانسور میشود. از شکل((۲ مشاهده میشودکه ضخامت اورانیومهگزا فلوراید چگالش شده در ناحیهی اولیهی کندانسور محتوی ۵ ردیف لوله با شیب تندی کاهش یافته و پس از آن این تغییرات ناچیز بوده و در نواحی میانی و انتهایی کندانسور روند تقریبا ثابتی ملاحظه میشود. این تغییرات شدید در ضخامت مواد چگالش شده، نتایج حاصله از مدل را در
۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان
۶و۷ ا” د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان
شکل((۳ تایید مینماید بدین نحو که تهنشینی عمدهی UF6در ۵ ردیف اول لولههای کندانسوراتفاق می افتد و این عامل باعث تغییرات زیاد درصد ترکیب گاز در این ناحیه شده است.
۳۳ اثر سرعت گاز ورودی بر دمای سطح لایه چگالش یافته UF
در شکل((۴ اثر سرعت گاز ورودی بر دمای سطح لایه چگالش یافته (Ts)UF6 بررسی شده است. این دادهها برای دمای آب ورودی ۲۷۸ کلوین و در سه سرعت ۰/۰۶، ۰/۰۹و ۰/۱۲ متر بر ثانیه برای گاز ورودی توسط نرم افزار مدل سازی محاسبه شده اند و بر حسب تعداد ردیفهای لوله در شکل((۴ نشان داده شده است.
افزایش سرعت گاز ورودی باعث افزایش عدد رینولدز ودر نتیجه افزایش میزان انتقال حرارت گاز میگردد. این افزایش میزان انتقال حرارت،گرادیان دمایی بیشتری را در لایه جامد چگالش یافته سبب می شود. افزایش گرادیان دمادلیل عمدهی افزایش اختلاف دمای سطح ماده چگالش یافته با آب ورودی میباشد.
۴۳اثر سرعت گاز ورودی بر مقدار برفک خروجی از کندانسور
در شکل((۵ اثر سرعت گاز ورودی بر مقدار برفک تولید شده در کندانسور را نشان میدهد.با توجه به نمودار، با افزایش سرعت گاز ورودی، مقدار برفک خروجی از کندانسور کاهش مییابد. دلیل مشاهدات فوق آن است که با افزایش سرعت گاز ورودی دمای سطح لایه چگالش یافته در قسمت های ابتدایی کندانسور افزایش مییابد(شکل (۴ و شرایط برای تشکیل ذرات برفک درون کندانسور نامساعد میشود، به همین دلیل مقدار برفک خروجی از کندانسور به طور محسوسی کاهش مییابد.
۵ ۳اثر سرعت گاز ورودی بر بازده کندانسور
در شکل((۶ اثر سرعت گاز ورودی بر بازده کندانسور بررسی شده است.این نمودار حاکی از آن است که با افزایش سرعت گاز ورودی مقدار بازده کندانسور افزایش مییابد. دلیل این امر آن است که با افزایش سرعت گاز ورودی مقدار ضریب انتقال حرارت درون کندانسور افزایش مییابد و گرمای بیشتری از گاز خارج میشود، در نتیجه نرخ چگالش افزایش یافته و اورانیوم هگزا فلوراید بیشتری در کندانسور چگالش مییابد.همچنین از نمودار مشاهده می شود با افزایش دمای آب ورودی مقدار بازده کندانسور کاهش مییابد. دلیل این کاهش، افزایش دمای سطح لایهی چگالش یافته است و همین امر سبب میشود مقدار UF6 کمتری در کل کندانسور چگالش یابد و در نتیجه مقدار UF6 بیشتری به صورت گاز از کندانسور خارج شود.
۶۳ تاثیر دمای آب ورودی بر مقدار کلی چگالش یافته UF6درون کندانسور
در شکل((۷اثر دمای آب ورودی بر روی مقدار کلی ماده ته نشین شده UF6درون کندانسور بررسی شده است.شکل((۷ نشان دهندهی دو روند متفاوت افزایشی و کاهشی در اثر افزایش دمای آب ورودی میباشد. بدین-نحو که در محدودهی درجهحرارت ۲۵۸ تا ۲۸۳ کلوین روند افزایش میزان UF6 چگالشی و متعاقبا در درجه
۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan
_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان
۶و۷ ا” د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان
حرارتهای بالاتر تا ۲۹۳ کلوین روند کاهشی مشاهده میشود. دلیل روند ملاحظهشده این است که در ابتدا با افزایش دمای آب ورودی به کندانسور، مقدار برفک تولید شده کاهش مییابد که این عامل سبب افزایش جرم UF6 ته نشین شده در داخل کندانسور میگردد. ولی در دماهای بالاتر هر چند مقدار برفک خروجی کاهش مییابد، اما به دلیل دمای بالای سطح لوله های کندانسور، مقدار چگالش درون کندانسور کاهش پیدا میکند.
اشتراک‌گذاری:
- در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.
