脉冲筛板萃取柱中连续相轴向混合及流体力学性能的研究
发布时间：2020-03-29 22:11
【摘要】：脉冲筛板萃取柱已经广泛应用于核燃料后处理厂中,一直备受关注并且进行了大量的深入研究。连续相的轴向混合、分散相的液滴直径和存留分数是脉冲筛板萃取柱进行液-液萃取设计和运行过程中的重要参数。因此,为了优化脉冲筛板萃取柱的设计,使得设计方法更为规范、可靠,针对脉冲筛板萃取柱的轴向混合、液滴直径和存留分数特性进行研究是很有必要的。本论文在内径为38 mm的标准脉冲筛板萃取柱中,以30%磷酸三丁酯(TBP) /煤油-水为实验体系,其中水为连续相,30%TBP/煤油为分散相,实验测定了各种操作条件下连续相的轴向混合系数、分散相的液滴直径和存留分数。实验过程中,采用“扰动-响应”技术实测了无传质条件下示踪剂的停留时间分布(RTD)曲线,并依照轴向扩散柱塞流模型应用时间域最小二乘法拟合求出连续相的轴向混合系数值Ec。分散相的液滴直径值d32和存留分数值φ的测定则分别采用照相法和体积置换法。本文主要研究了脉冲强度、连续相表观流速和分散相表观流速等操作条件的变化对脉冲筛板萃取柱中轴向混合、液滴直径和存留分数的影响。研究结果表明,示踪剂浓度、径向取样位置和轴向取样位置的不同对于连续相轴向混合系数的影响相对较小。连续相的轴向混合系数随脉冲强度的增大而增大,随连续相表观流速的增大而增大,随分散相表观流速的增大而增大;分散相的液滴直径则随脉冲强度的增加而减小,随连续相表观流速的增加而减小,随分散相表观流速的增加而减小;分散相的存留分数随脉冲强度的增加而增大,随连续相表观流速的增加而增大,随分散相表观流速的增加而增大。此外,亚甲基蓝溶液作示踪剂求得的连续相轴向混合系数值Ec与KC1溶液作示踪剂求得的连续相轴向混合系数值Ec比较相近,可以认为这两种示踪剂溶液作为无传质条件下测量连续相轴向混合系数所得到的结果是相同的。结合实测实验数据,对脉冲筛板萃取柱中轴向混合、液滴直径和存留分数影响因素进行分析,分别拟合得到了Ec1、E2、d32和φ的经验关联式:Ec1=9.45×10-2uc0.56ud0.95(Af)2.17(1-φ)0.82、Ec2=3.25×10-2uc0.56ud1.06(Af)2.24φ-0.36、d32=2.84uc-0.106ud-0.067(Af)-0 111 和φ=1.4×10-4uc0.505ud1.215(Af)2.097,验证发现经验关联式计算值与实验值的相对误差分别为±20%、±20、±15%和±20%。通过以上经验关联式,可以对脉冲筛板萃取柱的轴向混合和流体力学性能作出一定的估算,为脉冲筛板萃取柱的设计和放大提供基础研究数据。
【图文】：
哈尔滨工程大学硕士学位论文逡逑一步提高裂变产物和次量锏系元素的去污。Ｐｕｒｅｘ二循环流程的示意图如图１．１所示，逡逑Ｐｕｒｅｘ二循环流程包含铀钚共去污分离、铀净化和钚净化三个萃取循环％逡逑１ＡＸ邋１ＡＦ邋ＩＡＳ逡逑ＩＬＬ逡逑ＤｌＶＴｉｐ＂邋Ｈ邋１ＢＸ逡逑ｐ——Ｊ逦１邋ｉ逦１逦ｕ逡逑１ＡＷ逦Ｊ邋ＩＢ邋｜」妒１逦Ｙ逡逑＾逦邋＇逦Ｌ逡逑Ｉ逦ｉｃｗ逡逑＾邋Ｈ把逡逑２ＡＸ逦２ＡＳ邋逦邋邋２ＤＸ逦２ＤＳ逡逑ｉ逦．逦１逦ｉ逦２ＤＦ１逡逑ｒ逦逦＾＿２ＡＰ逦Ｐ逦逦ｎ邋２ＤＵ逦２ＥＸ逡逑２Ａ逦２ＢＸ逦２Ｄ逡逑￣邋＾邋１邋＾｜Ｊ－，逦Ｊ邋２Ｅ邋｜￣１逡逑广邋２Ｂ逦］逦ｐ—＾２ｅ＼ｖ逡逑２ＢＰ逦２ＢＷ逦２ＥＵ逡逑逦有机相液流逦水相液流逡逑Ｕ：铀的走向邋Ｐｕ．？钚的走向邋ＦＰ：裂变产物走向逡逑图１．１邋Ｐｕｒｅｘ二循环流程的示意图逡逑１．２核用萃取设备逡逑在乏燃料后处理过程的Ｐｕｒｅｘ流程中，，液－液溶剂萃取是非常重要的。液－液溶剂萃逡逑取过程首先需要实现两相的充分接触，然后使两相能够比较完全的分离，因此核用萃取逡逑设备必须满足这两个方面的使用要求。核用萃取设备种类多样Ｍ。通常所说的的核用萃逡逑取设备主要有混合澄清槽、萃取柱和离心萃取器。在混合澄清槽中，两相溶剂萃取发生逡逑在一些单独的接触阶段中。在萃取柱中，两相溶剂萃取发生在连续逆流过程中。在离心逡逑萃取器中，两相溶剂萃取过程混合与分离的发生需要借助于离心力。三种核用萃取设备逡逑的性能比较如表Ｕ所示。逡逑由表Ｕ可以看出，混合澄清槽的应用技术是最成熟的，但由于受其适应体系的限逡逑制
自１９４９年美国橡树岭国家实验室首次将脉冲筛板萃取柱引入Ｐｕｒｅｘ流程以来，它在核逡逑燃料后处理领域中受到了高度的重视，对其进行了大量的研究，取得了长足的发展和广逡逑泛的应用。脉冲筛板萃取柱的结构示意图如图１．２所示。逡逑ＩＩ邋－—蜇相进口逡逑□一轻相出口逡逑逦上澄清段逡逑＼１／邋．逡逑逦］逡逑筛板逦］逡逑逦］逡逑逦□逦取样口逡逑逦］逡逑支撑轴逦逡逑逦］逡逑逦萃取板段逡逑逦］逡逑逦□逡逑逦］逡逑逦］逡逑／１｜＼逡逑脉冲管———Ｆ澄m五义希保卞危睿恚湾宄隹阱义锨嵯嘟阱义贤迹保猜龀迳赴遢腿≈慕峁故疽馔煎义嫌赏迹保部梢钥闯觯龀逯闹魈宀糠质歉呔侗群艽蟮脑仓瓮蔡澹屑渌降刈板义嫌行矶嗫榇椎牟恍飧只蚱渌牧现瞥傻谋∩赴澹ǔ３浦拜腿“宥巍薄６杂谛≈义贤ǔＳ靡桓行闹幔ㄖС胖幔┙赴逵泄嬖虻卮悠鹄础＝洗蟮闹釉蛐栌眉父岽渝义希村义
本文编号：2606575
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自１９４９年美国橡树岭国家实验室首次将脉冲筛板萃取柱引入Ｐｕｒｅｘ流程以来，它在核逡逑燃料后处理领域中受到了高度的重视，对其进行了大量的研究，取得了长足的发展和广逡逑泛的应用。脉冲筛板萃取柱的结构示意图如图１．２所示。逡逑ＩＩ邋－—蜇相进口逡逑□一轻相出口逡逑逦上澄清段逡逑＼１／邋．逡逑逦］逡逑筛板逦］逡逑逦］逡逑逦□逦取样口逡逑逦］逡逑支撑轴逦逡逑逦］逡逑逦萃取板段逡逑逦］逡逑逦□逡逑逦］逡逑逦］逡逑／１｜＼逡逑脉冲管———Ｆ澄m五义希保卞危睿恚湾宄隹阱义锨嵯嘟阱义贤迹保猜龀迳赴遢腿≈慕峁故疽馔煎义嫌赏迹保部梢钥闯觯龀逯闹魈宀糠质歉呔侗群艽蟮脑仓瓮蔡澹屑渌降刈板义嫌行矶嗫榇椎牟恍飧只蚱渌牧现瞥傻谋∩赴澹ǔ３浦拜腿“宥巍薄６杂谛≈义贤ǔＳ靡桓行闹幔ㄖС胖幔┙赴逵泄嬖虻卮悠鹄础＝洗蟮闹釉蛐栌眉父岽渝义希村义
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