Study and modelling of rotary kilns for defluorination and reduction of UO2F2
Etude et modélisation des fours tournants de défluoration et réduction du difluorure d'uranyle
Résumé
This work is concerned with the study and modelling of rotary kJns for uranium oxides preparation. The first chapter deals with the study of the movement of solid in rotary kJns equipped with lifters. A method was developed to calculate the average distribution of powder in a transverse section of the kJn. It is based on geometrical considerations and on experiments (unloading law of the lifters and velocity of the falling swarms of powder). Measurements of Residence Time Distribution allowed to determine the mean residence time and the axial dispersion in the industrial kJns, making it possible to choose a model to calculate the bed depth profJe. The second chapter is concerned with mechanisms and kinetic laws, established experimentally in the operating conditions of the industrial kJns in terms of temperature and gas composition. On this base, a kinetic model was set up, which allows to calculate the conversion of solid as a function of the powder transverse distribution by using the law of additive reaction times. The third chapter describes thermal aspects of rotary kJns. The thermal balances are established on the solid, the gas and the inner equipments. The thermal conductivities of powders and the emissivities of walls and powders were experimentally measured. The heat transfer coefficients were obtained by means of measurements in a laboratory kJn or from correlations from the literature. The complete model of kJns, discribed in the fourth chapter, is based on the measurements presented in the previous chapters, and on dynamic, kinetic and thermal models developed concurrently. At the present time, the model represente satisfactorJy how industrial kJns work, and allows to suggest ways to improve the process
Ce travail porte sur l'étude et la modélisation des fours tournants de défluoration et réduction dudifluorure d'uranyle.Le premier chapitre traite de l'étude dynamique du mouvement dela charge solide dans les fours. Une méthode a été mise au point pour déterminer la répartition moyenne de la poudre dans une section transversale de four, basée sur des considérations géométriques et sur des mesures expérimentales de loi de déchargement des releveurs et de vitesse de chute des essaims de poudre. Des mesures de Distribution des Temps de Séjour ont permis de déterminer le temps de séjour moyen et la dispersion axiale dans les fours industriels, et de choisir un modèle pour calculer le profJ de chargement. Le deuxième chapitre concerne le schéma réactionnel et la loi cinétique, établis expérimentalement dans les conditions de fonctionnement des fours industriels en termes de température et de composition gazeuse. Sur cette base, un modèle cinétique a été mis en place, qui permet de calculer l'avancement des réactions en fonction de la répartition transversale de la poudre en utJisant la loi des temps caractéristiques additifs. Le troisième chapitre décrit des aspects thermiques des fours tournants. Les bJans thermiques sont établis sur la charge solide, la phase gazeuse et les équipements internes. Les conductivités thermiques des poudres et les émissivités des parois et des poudres sont déterminées expérimentalement. Les coefficients d'échange thermique sont obtenus à l'aide de mesures dans un four de laboratoire ou à partir des corrélations de la littérature. Le modèle global de four, présenté au quatrième chapitre, est basé sur l'ensemble des mesures exposées dans les chapitres précédents, et sur les modèles dynamiques, cinétiques et thermiques développés parallèlement. Dans son état actuel, le modèle représente de façon satisfaisante le fonctionnement des fours industriels, et permet de suggérer des pistes pour l'amélioration du procédé