Studies of Intensified Small-scale Processes for Liquid-Liquid Separations in Spent Nuclear Fuel Reprocessing

کار حاضر بر توسعه واحدهای استخراج در مقیاس کوچک تشدید شده برای بازفرآوری سوخت هسته‌ای مصرف‌شده با استفاده از مهندسی فرآیند پیشرفته با روش‌های تجربی و مدل‌سازی ترکیبی تمرکز دارد. این مقاله تعدادی از عناصر جدید را مورد بحث قرار می دهد، مانند تشدید پردازش مجدد سوخت مصرف شده و استفاده از مایعات یونی به عنوان جایگزین سبز برای حلال های آلی. استفاده از مایعات یونی در جداسازی دو فازی مایع-مایع برای جامعه جریان چند فازی جدید است و به ویژه در کانال های کوچک، به دلیل ویژگی های سطحی و سطحی درگیر، که با ویژگی های معمول بسیار متفاوت است، چالش برانگیز است. حلال های آلی مطالعات عددی نیز برای جفت کردن هیدرودینامیک در مقیاس کوچک با انتقال جرم انجام شده است. نتایج عددی، همراه با مطالعات مقیاس‌پذیر، برای ارزیابی قابلیت کاربرد واحدهای مقیاس کوچک در پردازش مجدد حجم زیادی از زباله‌های هسته‌ای استفاده می‌شود.

The present work focuses on the development of intensified small-scale extraction units for spent nuclear fuel reprocessing using advanced process engineering with combined experimental and modelling methodologies. It discusses a number of novel elements, such as the intensification of spent fuel reprocessing and the use of ionic liquids as green alternatives to organic solvents. The use of ionic liquids in two-phase liquid-liquid separation is new to the Multiphase Flow community, and has proved to be challenging, especially in small channels, because of the surface and interfacial properties involved, which are very different to those of common organic solvents. Numerical studies have been also performed to couple the hydrodynamics at small scale with the mass transfer. The numerical results, taken together with scale-up studies, are used to evaluate the applicability of the small-scale units in reprocessing large volumes of nuclear waste.