تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : آرزو نيك سير

دانشکده : فني و مهندسي

استاد راهنما : دکتر امير رحيمي

تاريخ دفاع : 10/12/87

رشته و گرايش : مهندسي شيمي

استاد مشاور : -

مدلسازي و شبيه‌سازي راكتور بستر متحرك توليد تترافلوئوريد اورانيوم

چکيده

اين پژوهش با هدف آشنايي با اصول کلي، قابليت‌ها و مدلسازي رياضي عملکرد راکتورهاي بستر متحرک جهت انجام فرايند توليد تترافلوئوريد اورانيوم انجام شده است. مطالعات مقدماتي نشان مي‌دهد اگرچه در پيشينه صنعت هسته‌اي کمتر به راکتورهاي بستر متحرک پرداخته شده است، اين راکتورها از قابليت‌ها و ويژگي‌هاي زيادي جهت فرايندهاي فرآوري اورانيوم برخوردارند. از مجموعه مطالعات انجام شده قبلي چنين استنباط مي‌شود که مدلسازي راکتورهاي بستر متحرک وابستگي بسيار زيادي به تعاملات واکنشي جريان‌هاي گاز و جامد و مدل‌هاي توسعه داده شده در اين زمينه دارد. در حقيقت مدلسازي اين دسته از راکتورها به مقدار زيادي به انتخاب مدل مناسب جهت پيش‌بيني سرعت واکنش‌هاي گاز- جامد وابسته است. بدين منظور در اين پژوهش موضوع مدلسازي واکنش‌هاي گاز- جامد غيرکاتاليستي مورد توجه قرار گرفته است. اين تحقيق شامل دو بخش مطالعات مروري در خصوص شناخت مدل‌هاي ارائه شده قبلي صورت گرفته و ارائه مدل‌هاي رياضي جديد که بر مبناي مدل‌هاي قبلي توسعه داده شده است، مي‌باشد. نتايج حاصل از اين مدل‌ها با مقادير تجربي ارائه شده در خصوص برخي واکنش‌هاي مهم صنعتي مورد مقايسه قرار گرفته است. مطابق با نتايج، بسياري از مدل‌ها و فرضيات متداول مورد استفاده در مطالعات،‌ به دليل اثرات حرارتي قابل توجه واکنش‌ها و نيز تغييرات ساختاري ذرات جامد دچار ضعف هستند.

پس از آن با انتخاب مدل دانه به عنوان يک مدل سينتيکي مناسب، در ادامه يک مدل رياضي جامع در خصوص عملکرد راکتورهاي بستر متحرک ارائه شده است. اين مدل به صورت يک‌بعدي و در جهت طول راکتور توسعه داده شده که در آن کليه مسائل مربوط به پديده‌هاي انتقال، واکنش‌هاي همزمان، توزيع غلظت و دما درون ذرات جامد، انتقال حرارت با سه مکانيسم هدايت، جابجايي و تشعشعي و غيره لحاظ گرديده است. مدل رياضي به طور جزئي‌تر در مورد راکتور بستر متحرک توليد تترافلوئوريد اورانيوم به کار برده شده و با استفاده از داده‌هاي صنعتي بسيار محدود موجود، دقت مدل رياضي مورد ارزيابي قرار گرفته و ميزان توافق نتايج مدل پيشنهادي با داده‌هاي تجربي مورد بررسي قرار گرفته است.

براي اولين بار در تاريخچه پژوهش‌هاي انجام شده بر روي سيستم‌هاي واکنشي گاز- جامد، روند تغيير مقاومت‌هاي مختلف در تعيين سرعت کلي واکنش در طول راکتور مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است. بدين منظور با استفاده از نمودارهاي جديدي مقاومت‌هاي کنترل‌کننده اصلي موجود در راکتور بستر متحرک شناسايي شده و در خصوص نقش احتمالي برخي پارامترهاي عملياتي در تعيين سرعت کلي واکنش‌ها بحث و تحليل صورت مي‌گيرد. در ادامه با تغيير برخـي پارامتـرهاي عملياتي نظير دماي جـامد ورودي و دبـي مولي گاز ورودي به راکتور، به بررسي تاثيـر اين پـارامترها پرداخته شده است. به طور کلي نتايج نشان مي‌دهد که نواحي گوناگون راکتور بستر متحرک توليد تترافلوئوريد اورانيوم کاملاً با يکديگر مرتبط بوده و عملکرد هر يک تاثير مستقيمي بر ديگري دارد، به طوري‌که با تغيير پارامترهاي عملياتي در يک ناحيه، اثرات آن به خوبي در نواحي ديگر مشاهده مي‌شوداست.

واژه‌هاي کليدي: راکتور بستر متحرک، مدلسازي رياضي، تترافلوئوريد اورانيوم، واکنش‌هاي گاز- جامد غيرکاتاليستي، مدل دانه