一种大型工业级筛板硝酸铀酰反萃柱的建模方法技术

本发明专利技术属于铀纯化转化技术领域，具体涉及一种大型工业级筛板硝酸铀酰反萃柱的建模方法。输入脉冲筛板反萃柱的参数，分为工艺操作参数与结构参数；建立硝酸铀酰反萃过程的热力学模型，建立脉冲筛板反萃柱水力学模型，将硝酸铀酰反萃过程的热力学模型与脉冲筛板反萃柱水力学模型进行联合，利用荣格库塔法进行求解；在带入脉冲筛板反萃柱的工艺操作参数和结构参数前提条件下，计算出脉冲筛板反萃柱水相与有机相出口硝酸铀酰浓度结果；对计算结果进行校验，对符合要求的输出，得出最终计算结果，对不符合要求的重新返回进行计算。本发明专利技术适用于脉冲筛板反萃柱进行天然铀反萃过程中的模拟，该方法准确性高，模拟数据均在实际数据8％的误差范围之内。的误差范围之内。的误差范围之内。

【技术实现步骤摘要】
一种大型工业级筛板硝酸铀酰反萃柱的建模方法


[0001]本专利技术属于铀纯化转化
，具体涉及一种大型工业级筛板硝酸铀酰反萃柱的建模方法。

技术介绍

[0002]溶剂萃取是一种重要的化工分离技术，广泛应用于湿法冶金、原子能化工、石油化工和药物分离等领域。溶剂萃取设备包括混合沉降槽、萃取柱、离心萃取器等。萃取柱其具有密封性好、占地面积小、处理量大等优点，是一种重要的萃取反应器。
[0003]在铀纯化转化过程中，天然铀的萃取纯化一个重要工序，目前天然铀萃取纯化过程中的反萃工艺采用的是大型脉冲筛板柱，其存在操作复杂，反应机理多，安全风险点多，品质要求高等特点，因此对工艺人员的现场操作水平有着较高要求。同时，由于核领域的特殊性，为保证生产的安全性，避免物料泄漏等核事故的发生及人员伤害，因此对工艺条件的改变有着严格的控制，无法随意进行探索性改变。
[0004]为了避免以上缺点，方便工艺人员进行使用，建立一套模拟仿真系统进行模拟反萃柱的运行有着重要意义。目前在铀纯化转化领域未见有相关大型工业级筛板硝酸铀酰反萃柱的模拟仿真系统。同时在其他领域内的萃取柱的建模计算结果与真实运行结果误差大。
[0005]因此本专利技术提出一种适用于天然铀萃取中反萃柱的一种大型工业级筛板硝酸铀酰反萃柱的模拟仿真方法，利用该方法可以建立一套模拟系统，具备工艺参数探索与优化，工艺故障排查，工艺人员培训等多项功能。模拟结果与真实结果误差在8％以内。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种大型工业级筛板硝酸铀酰反萃柱的建模方法，可用于模拟真实脉冲筛板反萃柱的运行结果，与真实结果误差8％以内，其中输入项包括两类：一是脉冲筛板反萃柱水相入口物料浓度、流量、酸度、温度等，二是脉冲筛板反萃柱有机相入口物料浓度、流量等。相对应的，输出项也包括两类：一是脉冲筛板反萃柱水相物料浓度，二是脉冲筛板反萃柱有机相出口物料浓度。该方法建模准确性高，过程简单，通过该方法建立的模型具备优化工艺参数，可控制变量多，准确性高的特点。
[0007]为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0008]一种大型工业级筛板硝酸铀酰反萃柱的建模方法，
[0009]第一步:输入脉冲筛板反萃柱的参数，分为工艺操作参数与结构参数；
[0010]第二步：对输入的参数进行判断，判断其归属于工艺操作参数或结构参数，并将其输入所对应的接收单元，工艺操作参数输送至工艺控制接收单元，结构参数传递至结构参数接收单元；
[0011]第三步：模型计算：该模型由硝酸铀酰反萃过程的热力学模型与脉冲筛板反萃柱水力学模型综合组成，其建模过程如下：
[0012]建立硝酸铀酰反萃过程的热力学模型：
[0013][0014]其中，
[0015][U]AQ
——脉冲筛板反萃柱出口水相中硝酸铀酰浓度，gU/L；
[0016][NO3]ORG
——脉冲筛板反萃柱入口有机相中酸度，mol/L；
[0017][U]ORG
——脉冲筛板反萃柱入口有机相中硝酸铀酰浓度，gU/L；
[0018]T——脉冲筛板反萃柱反萃过程反应温度，℃；
[0019]建立脉冲筛板反萃柱水力学模型，其中分散相持液量模型结构如下：
[0020]x
d
＝1.1*106*exp[50.56*|Af
‑
(Af)
m
|]*v
d0.86
*(v
c
+vd)
0.28
*Δρ
‑
0.3
*ρ
d
‑
0.93
*μ
d0.77
*α
‑
0.56
*h
‑
0.56
*0.55
[0021][0022][0023]其中，x
d
——分散相持液量；Af——脉冲筛板反萃柱脉冲强度，m/s；v
d
——分散相速度，m/s；v
c
——连续相速度，m/s；Δρ——分散相与连续相两相密度差，kg/m3；ρ
d
——分散相密度，kg/m3；μ
d
——分散相粘度，Pas；α——脉冲筛板反萃柱筛板开孔率；γ——分散相表面张力，N/m；h——脉冲筛板反萃柱筛板之间的板间距，m；(Af)
m
——脉冲筛板反萃柱平均脉冲强度，m/s；
[0024]将硝酸铀酰反萃过程的热力学模型与脉冲筛板反萃柱水力学模型进行联合，利用荣格库塔法进行求解；在带入脉冲筛板反萃柱的工艺操作参数和结构参数前提条件下，计算出脉冲筛板反萃柱水相与有机相出口硝酸铀酰浓度结果；
[0025]第四步：对计算结果进行校验，对符合要求的输出，得出最终计算结果，对不符合要求的重新返回进行计算。
[0026]工艺操作参数包括脉冲筛板反萃柱水相入口物料流量、浓度、酸度，有机相入口物料浓度、流量。
[0027]结构参数包括脉冲筛板反萃柱筛板的开孔率，筛板孔径大小，脉冲筛板反萃柱的高度、直径。
[0028]通过开展硝酸铀酰在与不同浓度反萃剂的萃取平衡试验，获得硝酸铀酰反萃过程的热力学平衡数据，建立硝酸铀酰反萃过程的热力学平衡方程，通过规划求解，建立硝酸铀酰反萃过程的热力学模型。
[0029]硝酸铀酰反萃过程的热力学模型适用于浓度范围1mg/L
‑
450g/L硝酸铀酰反萃过程。
[0030]本专利技术所取得的有益效果为：
[0031]本专利技术可用于建立天然铀萃取过程中脉冲筛板反萃柱运行计算的多功能模拟仿真系统。该专利技术的优势有：
[0032]1)该方法系统性的阐述了以一种新型的建模方法，其适用于脉冲筛板反萃柱进行天然铀反萃过程中的模拟，该方法准确性高，模拟数据均在实际数据8％的误差范围之内。
[0033]2)通过该方法在国内首次实现了天然铀萃取纯化系统模拟软件，软件精度高，处
于国内领先水平。
[0034]3)该方法建立的模型可控变量多，可控制脉冲筛板反萃柱水相入口物料浓度、流量、酸度、温度等，有机相入口物料浓度、流量等，能够更好的方便工艺人员操作。
附图说明
[0035]图1为大型工业级筛板硝酸铀酰反萃柱的建模方法流程图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0037]如图1所示，本专利技术步骤如下：
[0038]第一步:输入脉冲筛板反萃柱的参数，针对输入的参数，将其分为工艺操作参数与结构参数。其中工艺操作参数是指在系统设计过程中，可以变动，可以实现工艺操作控制的参数，包括脉冲筛板反萃柱水相入口物料流量、浓度、酸度，有机相入口物料浓度、流量等等。结构参数是指脉冲筛板反萃柱的物理结构相关的参数，包括脉冲筛板反萃柱筛板的开孔率，筛板孔径大小，脉冲筛板反萃柱的高度、直径等几何尺寸等。
[0039本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型工业级筛板硝酸铀酰反萃柱的建模方法，其特征在于：第一步:输入脉冲筛板反萃柱的参数，分为工艺操作参数与结构参数；第二步：对输入的参数进行判断，判断其归属于工艺操作参数或结构参数，并将其输入所对应的接收单元，工艺操作参数输送至工艺控制接收单元，结构参数传递至结构参数接收单元；第三步：模型计算：该模型由硝酸铀酰反萃过程的热力学模型与脉冲筛板反萃柱水力学模型综合组成，其建模过程如下：建立硝酸铀酰反萃过程的热力学模型：其中，[U]
AQ
——脉冲筛板反萃柱出口水相中硝酸铀酰浓度，gU/L；[NO3]
ORG
——脉冲筛板反萃柱入口有机相中酸度，mol/L；[U]
ORG
——脉冲筛板反萃柱入口有机相中硝酸铀酰浓度，gU/L；T——脉冲筛板反萃柱反萃过程反应温度，℃；建立脉冲筛板反萃柱水力学模型，其中分散相持液量模型结构如下：板反萃柱水力学模型，其中分散相持液量模型结构如下：其中，x
d
——分散相持液量；Af——脉冲筛板反萃柱脉冲强度，m/s；v
d
——分散相速度，m/s；v
c
——连续相速度，m/s；
△
ρ——分散相与连续相两相密度差，kg/m3；ρ
d
——分散相密度，kg/m3；μ
d
——分散相粘度，Pas；α—...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，侯彦龙，李贺成，魏刚，王勇，蒙金红，陈登科，茹发全，马振荣，马治军，
申请(专利权)人：中核四零四有限公司，
类型：发明
国别省市：