SUPERVISOR
سیدمحمد قریشی (استاد راهنما) سید جابر صفدری (استاد راهنما)
STUDENT
Vahid Rafiee
وحید رفیعی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Determination of Optimum Operating Parameters in the Stripping Stage of Uranium from Organic Phase (Tri-Octyl Amine) to Aqueous Phase for Yellowcake Production by Using a Pilot Pulsed Packed Column
Up to now, nuclear energy comes from nuclear fission of the uranium. Therefore uranium extraction is very important. Solvent extraction is one of the most important extraction methods which is widly used in production and processing of nuclear fuel and plays special role in the nuclear fuel cycle. Liquid–Liquid extraction is a method to separate compounds based on their relative solubilites in two different immiscible liquids. In the present study, leach liquor from the Bandar Abbas yellowcake production plant was used as impure aqueous solution of uranium resource and the stripping experiments were performed with sodium carbonate. In this study first impunties elements in the uranium stripping were determined, then these elements in the aqueous solution were identified and amount of each element specially the uranium was determined with ICP analysis. In stripping process, trioctylamine solvents containing uranium (product of the extraction process that obtained in the purification of leach liquor solution) is the dispersed phase of pulse packed column and sodium carbonate solution is the continuous phase of column. The effect of concentration of stripper, the ratio of the organic to the aqueous phase and pulsation intensity, the stripping of the uranium was investigated and optimal conditions for the stripping due to each factor was obtained. One hundred gr/lit of carbonate sodium solution, volume ratio of organic phase to aqueous of 4 and pulsation intensity of 3 cm/s was determined as the optimum state. This project describes the results of investigations carried out in a pulsed packed column on a pilot scale. Pulsed packed column is one of the important equipment that is applied for liquid-liquid extraction because of its high efficiency and low required space in nuclear, petrochemical and food industries. The efficiency of liquid-liquid extractors is primarily dependent on the degree of turbulence imparted to the system and interfacial area available for mass transfer. The performance of this column can be improved by mechanical pulsation of the continuous phase. Although pulsed columns use either sieve plate or packing, most reported investigations have dealt with the sieve plate type. Studies are considered on the effect of operating variables on the flooding and holdup of a pulsed packed column. The considered variables in experiments included pulsation intensity, continuous phase flow, dispersed phase flow, phase ratio and pulsation intensity on flooding and holdup were investigated. Dispersed phase holdup is one of the most important variables for the design of pulsed extraction column. The holdup is needed to calculate the interfacial area per unit volume. and the absolute phase velocities. Up to now, no research h cadonsidered the effect of height on holdup in this type of column. In this study, the variation of the dispersed phase holdup with height was studied experimentally. The results of experiments showed that with increasing pulse velocity, dispersed and continuous flow rate, flooding velocity will be decreased and with increasing pulse velocity, dispersed and continuous flow rate, dispersed phase holdup will be increased. Keywords Liquid-Liquid Extraction, Stripping, Pulsed Packed Column, Holdup, Sodium Carbonate
در حال حاضر انرژی هسته ای از شکافت هسته ای اورانیوم حاصل می شود. لذا استخراج اورانیوم بسار حائز اهمیت است. فرایند استخراج مایع- مایع یکی از روشهای مهم جداسازی در صنعت هسته ای در تولید و فرآوری سوخت هسته ای می باشد و جایگاه ویژه ای در چرخه سوخت هسته ای دارد. استخراجمایع- مایعروشیبرایجداکردنترکیباتبراساسحلالیتنسبیدردومایعغیرقابلامتزاجمی باشد. در تحقیق حاضر از محلول فروشویی شده کارخانه تولید کیک زرد بندرعباس به عنوان محلول آبی ناخالص منبع اورانیوم استفاده شده است و برای دفع اورانیوم موجود در آن از سدیم کربنات استفاده شده است. در این پژوهش ابتدا به تعیین عناصر مزاحم در دفع اورانیوم و سپس به شناسایی این عناصر در محلول آبی مورد نظر پرداخته شد و با استفاده از آنالیز عنصری، مقدارهر عنصراز جمله اورانیم تعیین گردید.درفراینددفع،حلالتریاکتیلآمینحاویاورانیوم (محصولمرحلهاستخراجدرفرایندخالصسازیمحلولفروشویی شده) فازپراکندهومحلولکربناتسدیم،فازپیوستهفرایند استخراج مایع- مایعراتشکیلمیدهند. اثرغلظتمحلول دفع کننده،نسبتفازآلیبهآبیوشدتضربانبررویفرایند دفعاورانیومبررسیشدوشرایطبهینههریکازاینعواملبهدستآمد.غلظتحجمی 100 گرمبرلیترمحلولکربناتسدیم،نسبتفازآلیبهآبیبرابرچهاروشدتضربانسهسانتیمتربرثانیهبهعنوانحالتبهینهتعیینشد.اینپروژهنتایجحاصلازآزمایشبرروییکستوناستخراجضربهایپرشدهدرمقیاسنیمهصنعتی میباشد. ستونهایضربهایپرشدهیکیازدستگاههای مهممورداستفادهدراستخراجمایع- مایع میباشندکهبهخاطرراندمانبالاوفضایکمموردنیاز،درصنایعهستهای،پتروشیمیوغذاییکاربردفراوان یافتهاند.بازدهیکستوناستخراجمایع- مایعبهدرجهآشفتگیواردبرسیستموسطحموجودبرایانتقالجرمبستگیدارد. عملکرد این ستون ها با ضربه به فاز پیوسته بهبود می بخشد. اگر چه ستون های ضربه ای هم به صورت آکنده و هم به صورت سینی دار استفاده می شوند، ولی بیشتر تحقیقات بر روی ستون های سینی دار انجام شده است.مطالعاتیدرزمینهتاثیرپارامترهایعملیاتیبررویطغیانوموجودیفازپراکندهستونضربهایپرشدهصورتگرفت. پارامترهایبررسیشدهعبارتنداز: شدتضربه،دبیفازپیوسته،دبیفازپراکندهونسبتفازهاکهاثرآنهابرسرعتهایطغیانوهمچنینمیزانموجودیفازپراکندهموردبررسیقرارگرفتهاست. موجودی فاز پراکنده یکی از پارامترهای مهم در طراحی ستون های ضربه ای می باشد و در محاسبه سطح ویژه انتقال جرم و سرعت فازها به کار می رود. تاکنون هیچ مطالعه ای در مورد تاثیر ارتفاع بر موجودی فاز پراکنده در ستون های ضربه ای پرشده صورت نگرفته است. تغییرات موجودی فاز پراکنده با ارتفاع مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج به دست آمده از آزمایش ها مشخص گردید که با افزایش پارامترهای شدت ضربه و دبی های فاز پیوسته و پراکنده، سرعت طغیان در ستون کاهش یافته و در اثر افزایش شدت ضربه و دبی های فاز پیوسته و پراکنده، موجودی فاز پراکنده افزایش مییابد. کلمات کلیدی استخراج مایع- مایع، دفع، سدیم کربنات، ستون پرشده ضربه ای، موجودی فاز پراکنده