مطالعه پارامترهای انتقال جرم و شناسایی مرحله کنترل‎کننده فرآیند تبادل یونی سریم و ایتریم در ستون بستر ثابت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، نفت، گاز، دانشگاه سمنان، صندوق پستی: 19111-35131، سمنان - ایران

2 پژوهشکده چرخه سوخت هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

3 پژوهشکده چرخه سوخت هسته‎ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‎ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران - ایران

چکیده
در این مطالعه فرآیند تبادل یونی سریم و ایتریم با استفاده از رزین Dowex 50W-X8 بررسی و رفتار منحنی‎های نمودار شکست گزارش شد. درصد تبادل یونی برای Ce(III) و Y(III) به‎ترتیب برابر با 93/73 % و 70 % بود. جهت محاسبه مؤلفه‎های انتقال جرمی مدل‎سازی ریاضی انجام شد. مکانیسم‌های مقاومت انتقال جرم مختلف نظیر مقاومت نفوذ فیلمی، نفوذ درون ذره‎ای و پراکندگی محوری و همچنین تقریب‎های دیگر انتقال جرم توسط مدل نیروی محرکه خطی (LDF) بررسی شدند. بررسی‎ها نشان داد که مقاومت نفوذ درون ذره‎ای بیشترین سهم را در فرآیند تبادل یونی عناصر نادر سریم و ایتریم داشته است (R_f<R_ax<R_int). نفوذ درون ذره‎ای یعنی مرحله دوم از مکانیسم کلی تبادل یونی به عنوان مرحله کنترل‎کننده فرآیند شناخته شد. همچنین عدد بایوت برای Ce(III) و Y(III) بزرگتر از 30 بود که نشان داد مرحله کنترل‎کننده نرخ فرآیند تبادل یونی، انتشار درون ذره‎‎ای است. بدین ترتیب صحت بررسی‎های انجام شده تایید شد. عدد پکلت نیز به خوبی با شیب منحنی‎های پیشرفت مطابقت داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Study of mass transfer parameters and identification of rate-controlling step in the cerium and yttrium ion exchange process in a fixed bed column

نویسندگان English

Amin Ildarabadi 1
Maryam Khajenoori 1
Fazel Zahakifar 2
Ahmad Ghadiri 3
1 Faculty of Chemical, Petroleum and Gas Engineering, Semnan University, P.O.Box: 35131-19111, Semnan – Iran
2 Nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute
3 Nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 11365-8486, Tehran – Iran
چکیده English

In this study, the ion exchange process of cerium and yttrium using Dowex 50W-X8 resin was investigated and the behavior of the breakthrough curves were reported. The ion exchange percentage for Ce(III) and Y(III) was 73.93% and 70%, respectively. Mathematical modeling was performed to calculate the mass transfer components. Various mass transfer resistance mechanisms such as film diffusion resistance, intraparticle diffusion and axial dispersion as well as other mass transfer approximations were investigated by the linear driving force (LDF) model. Investigations showed that intraparticle diffusion resistance had the largest contribution in the ion exchange process of rare elements cerium and yttrium (R_f<R_ax<R_int). Intraparticle diffusion, i.e. the second stage of the overall ion exchange mechanism, was identified as the controlling stage of the process. Also, the Biot number for Ce(III) and Y(III) was greater than 30, indicating that the rate-controlling step of the ion exchange process was intraparticle diffusion. Thus, the accuracy of the studies was confirmed. The Peclet number also matched the slope of the breakthrough curves well.

کلیدواژه‌ها English

Ion exchange
Cerium
Yttrium
Fixed bed column
Mass transfer resistance

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 17 خرداد 1404