Особенности кинетики разложения перекиси водорода в условиях ЯЭУ. по материалам 4 , 7 , 11 Перекись водорода является одним из стабильных продуктов радиолиза теплоносителя кипящих реакторов.
Понимание химических свойств перекиси водорода, образующейся при радиолизе теплоносителя является важным фактором для решения проблем коррозии конструкционных материалов первого контура реакторов.
Хорошо известно, что разложение перекиси водорода на кислород и воду и обратная реакция может быть записана как 2 H2O2 2Н2О О2 Хотя перекись водорода существует при эксплуатации в теплоносителе при 2800С, измерение ее очень проблематично в основном из-за каталитического влияния поверхности контура. Таким образом, уровень содержания перекиси водорода в действующих реакторах до сих пор точно не известен.
Скорость гетерогенной каталитической реакции зависит и от массопереноса и от химической активации процессов.
В последних лабораторных исследованиях 4 разложения перекиси водорода в водных растворах было установлено, что при температурах ниже 2000 С реакции разложения H2O2 являются активационно контролируемыми, а выше 2000 С процесс массопереноса становится важным фактором в определении общей скорости реакции.
В работе 4 в типичном первом контуре реактора BWR скорости потока теплоносителя и отношение объем поверхность в различных точках подсчитаны по параметрам реактора.
Константы скорости контролирующего массопереноса подсчитаны с использованием этой информации и коэффициента диффузии и величин кинематической вязкости взятых из литературы. Объединив эти результаты и результаты лабораторных испытаний для констант скорости контролирующей активации экстраполированных к 2800 С, были рассчитаны общие константы скорости в произвольных точках первого контура реактора.
Половинный распад перекиси водорода происходит в интервале от нескольких секунд, в первом контуре, до несколько минут в контуре рециркуляции.
В случае гетерогенного катализа скорость реакции распада перекиси водорода зависит и от массопереноса и от химической активации.
Наблюдаемая константа скорости kobs связана с частными константами скорости по уравнению 1 kobs 1 kdif 1 kact, 1.12 или kobs kact kdif kact kdif , 1.13 где kact - константа скорости процесса химической активации, которая наблюдалась бы, если бы диффузия не ограничивала скорость реакции и kdif - константа скорости полной диффузии массопереноса. Можно складывать константы скоростей, так как процессы в гомогенной и гетерогенной фазе параллельны. Если константы kdif и kact относятся к процессам имеющим существенно различающиеся энергии активации, тогда это будет в большей степени реакция, контролируемая диффузией kobs ? kdif с одной стороны, и в большей степени определяемой активацией kobs ? kact с другой стороны, в широкой области температур.
На текущем этапе лабораторных исследований разложения перекиси водорода в водных растворах наблюдалось, что процесс массопереноса более медленный и поэтому является определяющим скорость процесса при высоких температурах.
Коэффициент массопереноса K при определенных параметрах потока может быть определен из следующей корреляции Sh 0.0023 Re0.8 Sc0.33, 1.14 , где Sh, Re, Sc константы Шервуда, Рейнольдса и Шмидта соответственно и Sh Kd D, Re dU V, Sc V D, где d - диаметр трубопровода. D - диффузия H2O2 U - скорость водного потока V - кинематическая вязкость Таким образом, коэффициенты массопереноса и константы скорости контролирующей реакции массопереноса могут быть рассчитаны как K 0.023Re0.8Sc0.5 D d , 1.15 Kdif K S V , 1.16 где S V соотношение поверхности реактора к объему теплоносителя, как определялось ранее.
Используя данные, представленные в литературе константы скорости реакции определяемой массопереносом, рассчитаны и сравнены с константами скорости разложения перекиси водорода измеренными в автоклавах рис 1.3 . В табл 1.3 представлены данные, использованные при подсчете коэффициентов массопереноса при 2800 С. Таблица 1.3 - Данные, использованные в расчете коэффициентов массопереноса параметр 250С 500С 1000С 2800С D см 0,49 0,49 0,49 0,49 U см с 8,7 8,8 9,0 11,6 S V см-1 8,16 8,16 8,16 8,16 D см2 с a, b 2,5 10-5 3,5 10-5 8,0 10-5 3,5 10-4 н см2 с а 9,0 10-2 5,5 10-3 3,0 10-3 1,4 10-3 Константы скорости реакции, определяемой активацией, рассчитаны по результатам лабораторных испытаний и экстраполированных к 2800 С по следующим уравнениям Kact 2 105 exp -14800 RT 1 8.16 , 1.17 Kact K S V , 1.18 Необходимо отметить, что в расчетах принималось во внимание только скорость водного потока и соотношение S V, такие факторы как особенности влияние различных конструкционных материалов и условия двухфазного потока во внимание не принимались. 2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ Различные стали, медные и циркониевые сплавы являются конструкционными материалами, контактирующими с теплоносителем в условиях ЯЭУ и ХОЯТ. Их коррозия влияет на надежность и безопасность работы предприятий топливного цикла.
В связи с этим, исследование влияния действия продуктов радиолиза на коррозию и первую ее стадию - взаимодействие с окислителем - Н2О2 продуктом радиолиза теплоносителя актуальны.
Целью данной работы является исследование особенностей кинетики разложения перекиси водорода в контакте с циркониевым сплавом Zr 1 Nb. Основные задачи работы Сравнительный анализ кинетики гомогенного и гетерогенного разложения перекиси водорода при 900С Определение влияния соотношения S V на кинетику разложения Сравнение кинетики гетерогенного разложения перекиси водорода на различных металлах Предварительная оценка причин различия кинетик гетерогенного разложения на разных металлах перекиси водорода, как продукта радиолиза теплоносителя ЯЭУ и ХОЯТ. 3