نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• سعید صلاحی
• مهدی فرج پور
• صبا باصیری
• منصور نوربخش

کارشناس

چکیده

آب سنگین در راکتورهای هسته‌ای به عنوان کند کننده نوتورن مورد استفاده قرار می‌گیرد، نقش کند کنندگی به درجه خلوص آب سنگین بستگی دارد، تصفیه و تغلیظ آب سنگین در صنایع هسته‌ای از اهمیت زیادی برخوردار است. با توجه به اینکه الکترولیز آب به انرژی الکتریکی زیادی نیازمند است، می‌بایست از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد. پارامترهای متعددی در بهینه سازی شرایط عملیاتی الکترولایزر نقش دارند و می‌توانند میزان گازهای خروجی، بازده انرژی و میزان پلاریزاسیون در فرآیندهای الکترولیز را کنترل کنند. اما بررسی عملی نقش پارامترهای مختلف بر شرایط عملکردی الکترولایزرهای آب سنگین بسیار هزینه بر هستند. لذا در این مقاله نقش برخی از پارمترها از قبیل دمای سل و غلظت الکترولیت بر شرایط عملکردی الکترولایزر بوسیله معادلات دینامیکی مدل‌سازی شده است. با معرفی انواع تلفات ولتاژ در سیستم الکترولایزر معادله‌ای برای ولتاژ الکترولیز به دست می‌آید. معادله ولتاژ الکترولایزر به عنوان تابع هدف انتخاب و نقش پارامترهای ذکر شده در بهینه‌سازی مصرف انرژی بررسی شده‌اند. الکترولایزر مورد مطالعه از نوع قلیایی-پیشرفته است و دارای الکترولیت 7% وزنی کربنات‌پتاسیم می‌باشد. این الکترولایزر وظیفه‌ی تغلیظ آب سنگین با درجه خلوص 90% را به %8/99 به عهده دارد. نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهند تنها با افزایش ده درصدی غلظت الکترولیت کربنات‌پتاسیم می‌توان پلاریزاسیون الکترولایزر را تا حد زیادی (4/15%) کاهش و از طرفی بازدهی انرژی الکتریکی را تا 3/18% افزایش داد. همچنین نتایج مدل‌سازی بیانگر این است که با افزایش دما تا 25 درجه سانتی-گراد الکترولایز عملکرد بهتری خواهد داشت و میزان پلاریزاسیون و مصرف انرژی الکتریکی 4% کاسته می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

• الکترولایزر,,
• ,،تغلیظ آب سنگین,,
• ,،بازده انرژی

موضوعات

• شیمی معدنی، آلی، فیزیک و شیمی تجزیه

عنوان مقاله [English]

Investigating the functional conditions of heavy water condenser electrolysis used in Isfahan Zero Power Reactor

نویسندگان [English]

• saeed salahi
• mahdi faragpor
• saba basiri
• mansor norbahksh

کارشناس

چکیده [English]

The quality of heavy water performance in atomic power plants as a substitute for neutron particles depends on its degree of purity and the concentration of heavy water in the nuclear industry is of great importance. The Heavy Water Reactor of Isfahan, in the nuclear sector, includes a heavy water purification and condensation system that was launched at the same time as the reactor was built. For electrolysis of water and its isotopes, such as heavy water, it requires a lot of electrical energy, so it should be economically feasible. Several parameters contribute to the optimization of the operating conditions of the electrically-operated apparatus, which can control the amount of exhaust gases, energy efficiency, and polarization in electrolysis processes. But the practical study of the role of various parameters on the performance conditions of heavy water electrolyzers is very costly. Therefore, in this paper, the role of some parameters, such as tubes temperature and electrolyte concentration, is modeled on the functional conditions of the electrolyzer by dynamic equations. And by introducing a variety of voltage losses in the electrolyzer system, an equation for the electrolysis voltage is obtained. The voltage equation of the electrolyzer is selected as the target function and the role of the parameters mentioned in energy efficiency optimization has been investigated. The electrolyzer is alkaline and contains 7% w / w electrolytes of potassium carbonate. This electrolyzer has the task of condensing heavy water with a purity of 90% to 99.8%. The results of modeling show that by increasing the concentration of potassium carbonate electrolyte by 10%, the electrolyzer polarization can be greatly reduced (15.4%) and, on the other hand, increase the electrical energy efficiency by up to 18.3%. Also, the results of the modeling show that by increasing the temperature to 25 C°, the electrolysis will perform better and reduce the polarization and energy consumption by 4%.

کلیدواژه‌ها [English]

• Electrolaizer,,
• ,،Heavy water condensation,,
• ,،Energy efficiency