铀二循环过程中基于液滴传质的混合澄清槽动态模型研究

作     者：韦邦智 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张萌;侯留东

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：铀二循环 液滴传质 混合槽澄清槽 动态模型 

摘      要：在PUREX流程的铀二循环过程中,主要采用混合澄清槽提纯、净化六价铀元素。但是由于混合澄清槽种类繁多,在以往的混合澄清的模拟中,很少考虑到混合澄清槽的结构与工艺条件上的差异,可能导致模型对其他工况的适应性降低。因此,本论文使用液滴传质的方法描述了混合澄清槽内的萃取过程;通过液滴直径、液滴传质公式与混合澄清槽的结构与工艺条件之间的关系,加强了液滴传质的动态模型与设备、工艺条件的耦合度,对铀二循环过程的萃取段、反萃段进行了动态模拟。首先,建立了铀二循环过程中基于液滴传质的萃取段、反萃段的动态模型与基于相平衡的镎的萃取、反萃模型。利用液滴直径模型与传质速率模型建立了混合澄清槽尺寸、转速、桨型之间的关系,通过实验数据进行模型验证,发现了在存留分数为0.1～0.5、转速为600～2000的工艺条件下,液滴的类型为停滞液滴;停滞液滴传质模型在铀的水相模拟结果中,相对误差在5%以内;在停滞液滴类型的传质模型中,级效率为99%左右,在滞留内循环液滴类型的传质模型中,级效率与转数成正比例关系;基于液滴传质的动态模型达到稳态的时间与实验结果一致,都在2～3个槽体积达到平衡。对单级混合澄清槽达到稳态时,分配比的文献验证结果发现,相同体系下,六价铀的最大相对误差为15.90%;硝酸的最大相对误差为13.04%。最后,对三种不同工况下的工艺条件进行模拟,并与文献上的实验数据进行比对,模拟值与实验值吻合度较好。铀、镎回收率都能到99%以上,萃取段的出口浓度相对误差基本低于20%;反萃段的在前3级基本反萃完成,各级平均回收率为60%左右,反段的出口浓度相对误差基本低于17.38%;洗涤段镎的模拟与实验数据一致,在第7级中基本被反萃回水相。