一种大型工业级天然铀萃取柱建模仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种大型工业级天然铀萃取柱建模仿真方法。建立脉冲折流板萃取柱的传质扩散模型，建立硝酸铀酰萃取过程的热力学模型，建立脉冲折流板萃取柱的水力学模型，将硝酸铀酰萃取过程的热力学模型和脉冲折流板萃取柱的水力学模型进行联合，利用荣格库塔法对传质扩散模型进行求解，即可计算出脉冲折流板萃取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。本发明专利技术可模拟工业级脉冲折流板柱进行浓度高达450g/L的硝酸铀酰的萃取过程，模拟结果精度较高，仿真模拟结果与真实脉冲折流板萃取柱萃取硝酸铀酰的测量值误差在8％以内。硝酸铀酰的测量值误差在8％以内。硝酸铀酰的测量值误差在8％以内。

【技术实现步骤摘要】
一种大型工业级天然铀萃取柱建模仿真方法


[0001]本专利技术涉及一种大型工业级天然铀萃取柱建模仿真方法，具体涉及天然铀湿法纯化工艺中萃取柱的建模与仿真方法，该方法可适用于工业级脉冲折流板萃取柱，直径可达850mm。

技术介绍

[0002]溶剂萃取是一种重要的化工分离技术，它是利用溶质在两种互不相溶或溶解度很小的溶剂中分配系数相差较大的性质来实现的，广泛应用于湿法冶金、石油化工、食品药物分离等行业。萃取设备主要有混合澄清槽、离心萃取器、脉冲柱等。脉冲萃取柱是能量脉冲输入的一种萃取设备，通过脉冲能量，击碎分散相，增大了两相接触面；增大两相湍动，使两相充分混合；通过脉冲提供能量，便于两相的快速分层，促进两相传质。环形折流板脉冲柱是上世纪七十年代逐渐发展起来的，与澄清混合器相比，它具有结构简单、易排污、通量大、便于维修等优点。与筛板、喷嘴板脉冲柱相比，折流板脉冲柱操作区更宽，有利于设备的正常稳定运行，由于折流板脉冲柱自由截面积大，它可以处理含有固体颗粒的料液，满足天然铀萃取纯化的要求。
[0003]早期，由于计算机与软件技术不太成熟，对折流板脉冲萃取柱的模拟仿真计算研究较少，到目前为止，没有一种模拟与仿真技术，可通过软件的方式精确再现折流板脉冲萃取柱的实际运行情况。
[0004]本专利技术提出了一种大型工业级天然铀萃取柱建模仿真方法，可建立一套萃取柱模拟软件，可以真实的模拟萃取柱的实际运行情况，在软件中，通过改变参数可观察萃取运行的变化情况，可用于优化萃取柱的运行参数，培训操作人员工艺知识，其模拟结果精度较高，仿真模拟结果与真实脉冲折流板萃取柱萃取硝酸铀酰的测量值误差在8％以内。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种大型工业级天然铀萃取柱建模仿真方法，可模拟工业级脉冲折流板柱进行浓度高达450g/L的硝酸铀酰的萃取过程，模拟结果精度较高，仿真模拟结果与真实脉冲折流板萃取柱萃取硝酸铀酰的测量值误差在8％以内。该方法建立的仿真软件可以用于优化脉冲萃取柱的运行参数，培训操作人员工艺知识。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0007]一种大型工业级天然铀萃取柱建模仿真方法，
[0008]1)建立脉冲折流板萃取柱的传质扩散模型：
[0009][0010][0011]其中，E
x
:分散相的扩散系数；c
x
:分散相浓度；z：柱高；U
x
：分散相流量；k
ox
：分散相总传质系数；α：传质系数；c
x*
：与连续相平衡的分散相浓度；E
y
:连续相扩散系数；c
y
：连续相浓度；U
y
：连续相流量；
[0012]2)基于硝酸铀酰萃取过程的热力学模型和脉冲折流板萃取柱的水力学模型对传质扩散模型求解；
[0013]3)建立硝酸铀酰萃取过程的热力学模型：
[0014][0015]其中，[U]ORG
——萃取液中硝酸铀酰浓度，gU/L；[TBP]AQ
——萃取剂中TBP体积百分比，[NO3]AQ
——萃原液中硝酸酸度，mol/L；[U]AQ
——萃原液中硝酸铀酰浓度，gU/L；T——硝酸铀酰萃取过程温度，K；
[0016]4)建立脉冲折流板萃取柱的水力学模型，分散相持液量模型结构如下：4)建立脉冲折流板萃取柱的水力学模型，分散相持液量模型结构如下：
[0017]其中：xd——分散相持液量；Af——脉冲折流板萃取柱脉冲强度，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；ρ
c
——连续相密度，kg/m3；μ
d
——分散相粘度，Pas；μ
c
——连续相粘度，Pas；α——脉冲折流板萃取柱环隙率；γ——分散相表面张力，N/m；(Af)
m
——脉冲折流板萃取柱平均脉冲强度，m/s；g
‑
重力加速度，kg/N；
[0018]5)将硝酸铀酰萃取过程的热力学模型和脉冲折流板萃取柱的水力学模型进行联合，利用荣格库塔法对传质扩散模型进行求解，即可计算出脉冲折流板萃取柱水相与有机相出口硝酸铀酰浓度结果；
[0019]6)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。
[0020]以微分法建立脉冲折流板萃取柱的传质扩散模型。
[0021]对建立的脉冲折流板萃取柱的传质扩散模型进行无量纲化。
[0022]通过开展硝酸铀酰萃取平衡试验，获得硝酸铀酰的热力学平衡数据，建立硝酸铀酰的热力学平衡方程，通过规划求解，实现硝酸铀酰萃取过程的热力学模型的建立。
[0023]硝酸铀酰萃取过程的热力学模型适用于浓度范围1g/L
‑
450g/L硝酸铀酰萃取过程。
[0024]本专利技术所取得的有益效果为：
[0025]1)该方法可模拟计算天然铀循环中，天然铀“湿法”纯化工艺中大型折流板脉冲萃取柱的萃取运行结果，该建模方法准确，且精确度高，与真实脉冲折流板萃取柱萃取硝酸铀酰的测量值误差在8％以内。
[0026]2)该方法建立的模型，可计算出不同条件下的萃取率及萃残液的铀浓度，有机相的铀浓度，通过这些参数可直观的看到萃取柱的运行情况、排放残液是否达标等信息，对于
萃取柱的运行、优化参数、查找故障原因有一定指导意义。
[0027]3)该方法首次在国内实现了天然铀“湿法”纯化工艺中大型折流板脉冲萃取柱的萃取过程的模拟，精确度高，处于国内领先水平。
附图说明
[0028]图1为扩散模型的质量平衡图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0030]本专利技术提供了一种天然铀“湿法”纯化工艺中萃取柱的建模与仿真方法。其具体建模过程如下:
[0031]1)针对脉冲萃取柱，首先基于质量平衡，以微分法建立脉冲折流板萃取柱的传质扩散模型，具体的质量平衡可以表示为如图1所示：其中，
[0032]Feed：萃原液，Raffinate：萃余水，Solvent：萃取剂，Extract：萃取液
[0033]X
‑
Phase:分散相；Y
‑
Phase：连续相；
[0034]U
x
：分散相流量；U
y
：连续相流量；
[0035]c
x
:分散相浓度；c
y
：连续相浓度；c
x*
：与连续相平衡的分散相浓度；
[0036]E
x
:分散相的扩散系数；E
y
:连续相扩散系数；
[0037]k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型工业级天然铀萃取柱建模仿真方法，其特征在于：1)建立脉冲折流板萃取柱的传质扩散模型：流板萃取柱的传质扩散模型：其中，E
x
:分散相的扩散系数；c
x
:分散相浓度；z：柱高；U
x
：分散相流量；k
ox
：分散相总传质系数；α：传质系数；c
x*
：与连续相平衡的分散相浓度；E
y
:连续相扩散系数；c
y
：连续相浓度；U
y
：连续相流量；2)基于硝酸铀酰萃取过程的热力学模型和脉冲折流板萃取柱的水力学模型对传质扩散模型求解；3)建立硝酸铀酰萃取过程的热力学模型：其中，[U]
ORG
——萃取液中硝酸铀酰浓度，gU/L；[TBP]
AQ
——萃取剂中TBP体积百分比，[NO3]
AQ
——萃原液中硝酸酸度，mol/L；[U]
AQ
——萃原液中硝酸铀酰浓度，gU/L；T——硝酸铀酰萃取过程温度，K；4)建立脉冲折流板萃取柱的水力学模型，分散相持液量模型结构如下：4)建立脉冲折流板萃取柱的水力学模型，分散相持液量模型结构如下：其中：xd——分散相持液量；Af——脉冲折流板萃取柱脉冲强度，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...

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