مدلسازی و تعیین شرایط بهینه راکتور بستر سیال برای تبدیل تترافلورید اورانیوم به هگزافلورید اورانیوم

فلوریناسیون تترافلورید اورانیوم یکی از پرکاربردترین فرایندهای صنعتی برای تولید هگزافلورید اورانیوم می باشد. در این کار، این فرایند در یک راکتور بستر سیال حبابی مورد مطالعه قرار گرفت. از مدلهای نوع دو فازی برای مدلسازی این راکتور استفاده شد. در این مدلها بستر از دو فاز حباب با الگوی جریان پیستونی و امولسیون با الگوی جریانی (پیستونی (مدل p-p)، مخلوط کامل (مدل p-m و مدل dtp) و یا مخلوط غیر کامل (مدل stp)) تشکیل شده است. نتایج محاسباتی با داده های تجربی بر اساس تبدیل فلوئور مقایسه شد که نشان داد، مدل dtp مطابقت بیشتری با داده های تجربی دارد. این مدل بر خلاف سه مدل دیگر، دارای ساختار جریانی دینامیک می باشد بطوریکه توزیع گاز و جامد بین دو فاز، تابع سرعت سیالیت است در حالیکه سه مدل دیگر از چنین ویژگی برخوردار نیستند. همچنین سینیتیک واکنش گاز-جامد تترافلورید اورانیوم با فلوئور در راکتور بستر سیال مورد مطالعه قرار گرفت و پارامترهای سینیتیکی این واکنش بدست آمد. پارامترهای هیدرودینامیکی سیستم مثل حداقل سرعت سیالیت به صورت تجربی بدست آمد و با مقادیر محاسباتی از روابط تئوری، تجربی و یا نیمه تجربی مقایسه شد و رابطه ای که داده های محاسباتی آن، مطابقت بهتری با داده های تجربی دارد تعیین و مشخص گردید. همچنین در این مطالعه چگونگی تاثیر پارامترهای عملیاتی مثل دما، سرعت و ترکیب گاز ورودی بر عملکرد راکتور بررسی شد و مقادیر بهینه آنها به منظور حداکثر تولید هگزافلورید اورانیوم با حداکثر تبدیل ممکن فلوئور تعیین گردید. این مقادیر برای دما 450-400 درجه سانتیگراد ، برای سرعت ظاهری ورودی گاز 0.18m/s و برای ترکیب گاز ورودی 60-50 درصد مولی فلوئور می باشد. در خاتمه یک روش جدید تماس برای بهبود درجه تماس گاز و جامد پیشنهاد شد و آن استفاده از توزیع کننده دوم گاز است که از طریق کاهش اندازه حبابها موجب افزایش انتقال جرم بین حباب و فاز امولسیون و نیز کاهش جریان میانبر گاز واکنش دهنده و هدررفت آن می شود که منتج به افزایش تبدیل و بهبود عملکرد راکتور می گردد.