다성분 염화물계 진공 증류의 잔류 액체 거동 계산

• 영문명: Residual Liquid Behavior Calculation for Vacuum Distillation of Multi-component Chloride System
• 발행기관: 한국방사성폐기물학회
• 저자명: 박병
• 간행물 정보: 『Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology (JNFCWT)』Vol.12 No.3, 179~189쪽, 전체 11쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2014.09.30

국문 초록

파이로 공정은 사용후핵연료 관리 이슈 해결과 유용자원 재활용 제고의 목적으로 개발되고 있다. 파이로 공정 중 전해환원공정은 LiCl을 전해질로 사용하여 산화물을 금속으로 전환시키는 공정으로 금속 전환체에 잔류염이 포함되므로 후속 공정이요구된다. 진공 증류 공정은 다양한 용융염계에서 적용되어 왔으며 금속 전환체에서도 활용될 수 있다. 전해환원 금속 전환체 잔류염은 LiCl과 알카리 및 알카리토 금속 염화물을 포함한다. 본 연구에서는 이들 염화물들의 증기압을 추산하여 진공 증류 공정에서 잔류 액체의 조성변화를 계산하였다. 증류된 기체가 일정하게 제거되는 조건에서 물질수지와 기-액 평형식을 결합한 모델을 개발하였으며 증기압을 이용하여 무차원 시간에 대한 액체 조성 변화를 계산하였다. 공정 조건 변화 모사를 위해 온도와 용융염 조성을 변화시켜 거동을 비교하였다. 잔류염의 증류는 주성분인 LiCl에 의해 지배되었으며 LiCl 보다 증기압이 높은 CsCl은 쉽게 제거될 것이 예상되었다. 증기압이 유사한 RbCl은 LiCl과 일정한 조성이 유지되었다. 반면 증기압이낮은 SrCl2와 BaCl2는 시간에 따라 농축되며 초기 조성이 높은 경우 증류 과정에서 석출될 가능성이 있는 것으로 예상되었다.

영문 초록

Pyroprocessing has been developed for the purpose of resolving the current spent nuclear fuel management issue and enhancingthe recycle of valuable resources. An electrolytic reduction of the pyroprocessing is a process to reduce oxides intometals using LiCl as an electrolyte and requires a post-treatment process due to the inclusion of residual salt in porous metalproducts. A vacuum distillation has been adopted for various molten salt systems and could be applied to the post-treatmentprocess of the electrolytic reduction. The residual salt in the metal products includes LiCl, alkali chlorides, and alkalineearth chlorides. In this paper, vapor pressures of chlorides have been estimated and the composition changes on the residualliquid during the vacuum distillation process have been calculated. A model combining a material balance and vapor-liquidequilibrium relations has been proposed under a constant vapor discharging flow rate and liquid composition changes havebeen calculated using the vapor pressures with respect to a dimensionless time. The behaviors have been compared withtemperature and molten salt composition changes to simulate the process condition variation. The distillation of the residualsalt has been dominated by LiCl which is the main component of the salt and CsCl of which vapor pressure is higher thanthat of LiCl would be readily removed. RbCl exhibits similar vapor pressure with LiCl and maintains its composition. However,SrCl2 and BaCl2 of which vapor pressures are much lower than that of LiCl are concentrated with time and expectedto be possibly precipitated during the distillation when the initial compositions are increased.

키워드

파이로공정 전해환원 진공증류 염화물 증기압 기-액 평형 Pyroprocessing Electrolytic reduction Vacuum distillation Chloride vapor pressure Vapor-liquid equilibrium