Vakum Distillasiyonu Nükleer Yakıt Solvent Geri Dönüştürme Verimliliğini Artırır

Nükleer yakıt yeniden işleme sürecinde, çözücüler yorulmak bilmeyen "temizleyiciler" olarak görev yapar ve harcanmış yakıttan değerli uranyum ve plütonyumu çıkarmak için günlerce çalışır. Ancak, bu moleküler işçiler, yoğun radyasyona ve aşındırıcı kimyasallara uzun süre maruz kalmaları nedeniyle yavaş yavaş bozulur, verimliliklerini kaybeder ve hem güvenliği hem de işleme etkinliğini tehlikeye atan zararlı yan ürünler üretebilir.

Çözüm, çözücü rejenerasyon teknolojisinde yatmaktadır. Nükleer yeniden işleme tesislerinde, hidrokarbon-tribütil fosfat (TBP) çözücü sistemi kritik bir rol oynar. Zamanla, nitrik asit, nitröz asit ve hidrokarbonlar arasındaki radyasyon etkileşimleri, ekstraksiyon performansını ve proses kararlılığını bozan çeşitli bozunma ürünleri üretir. Bu kirleticileri gidermek için verimli rejenerasyon yöntemleri geliştirmek, operasyonel güvenilirliği korumak için elzem hale gelmiştir.

Kimyasal yıkama ve adsorpsiyon gibi geleneksel yöntemlerin verimlilik ve atık üretimi konusunda sınırlamaları varken, vakum damıtma umut vaat eden bir fiziksel ayırma tekniği olarak ortaya çıkmıştır. Bu yaklaşım, ikincil atıklardan kaçınarak operasyonel basitlik, yüksek ayırma verimliliği ve çevresel faydalar sunar.

Teknoloji, azaltılmış basınç altında kaynama noktalarındaki farklılıklardan yararlanır ve TBP'nin bozunmasını önleyen daha düşük sıcaklıklarda ayırma yapılmasına olanak tanırken, aynı zamanda safsızlıkları da etkili bir şekilde giderir. Ancak, TBP'nin termal kararsızlığı ve çeşitli kirleticilerin son derece düşük konsantrasyonları, hassas bir şekilde kontrol edilen sistemler gerektiren önemli mühendislik zorlukları yaratır.

Indira Gandhi Atomik Araştırma Merkezi'nin Yeniden İşleme Geliştirme Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, vakum damıtmaya dayalı pilot ölçekli bir çözücü arıtma sistemi geliştirmiş ve doğrulamıştır. Bu entegre çözüm, kapsamlı bir rejenerasyon süreci için çoklu sıvı-gaz ayırma ünitelerini bir araya getirir:

• Dehidratasyon Kolonu: Başlangıçta, ekstraksiyon verimliliğini etkileyebilecek ve ekipman korozyonuna neden olabilecek su içeriğini damıtma prensipleriyle giderir.
• Çalkalanan İnce Film Evaporatörü: Termal bozunmayı önlerken hızlı çözücü buharlaşması için ısıtılmış bir ince film oluşturur ve buhar vakum damıtma kolonuna yönlendirilir.
• Vakum Damıtma Kolonu: Sistemin çekirdeği, vakum altında çoklu buhar-sıvı temaslarının saf TBP'yi (üstten toplanır) bozunma ürünlerinden (tabanda tutulur) ayırdığı yerdir.

Simüle edilmiş bozulmuş çözücülerle yapılan testler, fiziksel özellikleri (yoğunluk, viskozite) ve ekstraksiyon performansını (uranyum/plütonyum geri kazanım oranları) değerlendirerek, proses optimizasyonu için kritik veriler sağlamıştır.

• Vakum operasyonu, TBP bütünlüğünü korumak için kaynama noktalarını düşürür
• Kapsamlı arıtma için entegre çok aşamalı ayırma
• Sıcaklık, basınç ve akış parametrelerinin hassas kontrolü

Bu çığır açan gelişme, nükleer tesislere çözücü ömürlerini uzatmak, maliyetleri düşürmek, atıkları en aza indirmek ve operasyonel güvenliği artırmak için etkili bir yöntem sunmaktadır. Teknoloji ayrıca, çözücü geri kazanım uygulamaları için kimya ve ilaç endüstrilerinde uyarlanma potansiyeli göstermektedir.

• Çalışma parametrelerinin daha fazla optimizasyonu
• Gelişmiş ayırma malzemelerinin geliştirilmesi
• Otomatik kontrol sistemlerinin uygulanması

Vakum damıtma teknolojisi gelişmeye devam ettikçe, bu moleküler "temizleyicileri" canlandırma ve dünya çapında daha sürdürülebilir nükleer yakıt yeniden işleme operasyonlarını destekleme vaadi taşıyor.