陳延鑫，何 輝，唐洪彬，張春龍，于 婷

中國(guó)原子能科學(xué)研究院 放射化學(xué)研究所，北京 102413

Purex流程是復(fù)雜的多級(jí)逆流萃取流程，該流程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化往往需要耗費(fèi)大量的人力物力，得到的結(jié)果卻很有限。利用Purex流程中相應(yīng)組分的分配比、萃取設(shè)備的水力學(xué)參數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開(kāi)展計(jì)算機(jī)模擬研究，能夠在較寬的范圍內(nèi)開(kāi)展流程的分析和優(yōu)化工作，找出最佳的工藝條件，具有極其重要的實(shí)用價(jià)值。

計(jì)算機(jī)模擬方法的歷史可以追溯到20世紀(jì)30年代的圖表計(jì)算方法，當(dāng)時(shí)的Varterressian和Fenske[1]利用該方法計(jì)算了符合萃取、洗滌和反萃設(shè)計(jì)要求所需要的萃取分配系數(shù)、兩相相對(duì)流速和反應(yīng)器級(jí)數(shù)等。但這種計(jì)算方法只適合于單一溶質(zhì)或者溶質(zhì)之間沒(méi)有相互作用的體系，只是計(jì)算機(jī)模擬的雛形。

20世紀(jì)50年代后期，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的圖表計(jì)算方法繼續(xù)發(fā)展，隨后被用于核工業(yè)回收和濃縮U、Pu的TBP-煤油液-液萃取流程以及工廠的相關(guān)工藝設(shè)計(jì)。盡管這種方法是圖表性質(zhì)的，并不能解決過(guò)程中涉及的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題或?qū)r(shí)間有依賴關(guān)系的相關(guān)問(wèn)題，但由于其對(duì)很多問(wèn)題能快速給出合適的答案，所以早期采用Purex流程的很多后處理廠的設(shè)計(jì)是在這種圖表計(jì)算方法的基礎(chǔ)上完成的[2]。

20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普及，大量的計(jì)算機(jī)模擬程序被開(kāi)發(fā)出來(lái)，主要有SIMTEX[3]、SOLVEX[4]、SEPHIS(MOD1—MOD4)[5-7]、VISCO[8]、PULCO[9]、EXTRA·M[10]、CUSEP[11]和PARC[12]。其中SOLVEX、SEPHIS(MOD1—MOD4)、EXTRA·M等程序用來(lái)模擬混合澄清槽中各組分的萃取行為，PULCO和CUSEP程序用來(lái)模擬脈沖萃取柱，PARC可以模擬混合澄清槽和脈沖萃取柱，VISCO程序則對(duì)混合澄清槽、脈沖萃取柱和離心萃取器都能進(jìn)行模擬。但是由于這些程序的核燃料后處理應(yīng)用背景，其相關(guān)報(bào)道不詳細(xì)。

1 Purex流程計(jì)算機(jī)模擬體系概述

在核燃料后處理Purex流程中，同時(shí)存在硝酸、鈾、钚、還原劑和微量組分镎、裂片元素等多種組分，含有溶質(zhì)的硝酸水相通過(guò)與TBP-煤油有機(jī)相逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)達(dá)到萃取平衡。對(duì)于等溫等壓條件下的某一萃取體系來(lái)說(shuō)，該體系任何組分的分配比是一定的，與設(shè)備及工況等因素?zé)o關(guān)，組分的分配比只會(huì)隨著萃取體系中的硝酸濃度、其他組分濃度以及所使用的萃取劑濃度等的變化而變化，而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，由于所使用的設(shè)備和工況的差異，組分在兩相間的分配還由傳質(zhì)速率和化學(xué)平衡來(lái)確定，操作溫度、各組分濃度和兩相的接觸情況均影響傳質(zhì)速率和化學(xué)平衡，進(jìn)而影響到流程中各組分在兩相中的分配情況。因此，Purex流程計(jì)算機(jī)模擬研究需在大量研究各組分化學(xué)行為、分配比數(shù)據(jù)、動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)上，建立各組分的分配比模型函數(shù)，同時(shí)結(jié)合Purex流程中所使用的萃取設(shè)備開(kāi)展水力學(xué)研究，建立不同類(lèi)型萃取設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，從而分別開(kāi)展Purex流程的計(jì)算機(jī)模擬研究，最終根據(jù)不同后處理廠的設(shè)備選用情況進(jìn)行全流程計(jì)算機(jī)模擬研究。Purex流程計(jì)算機(jī)模擬體系具體示于圖1。

圖1 Purex流程計(jì)算機(jī)模擬總體設(shè)計(jì)

2 分配比模型

分配比是指萃取達(dá)到平衡后，被萃物在有機(jī)相的總濃度與水相中的總濃度之比值，也稱(chēng)分配系數(shù)，以符號(hào)D表示。物質(zhì)的分配比大小與它本身的性質(zhì)、萃取劑性質(zhì)以及萃取體系中的其他條件有關(guān)。在Purex流程中，通過(guò)控制不同的工藝條件，造成分配比的變化和差別，以實(shí)現(xiàn)萃取、分離和反萃取的目的。

由于分配比的復(fù)雜可變性，從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，國(guó)外的研究者[13-19]就對(duì)不同萃取體系下的HNO3、U、Pu等組分的分配比進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究，并試圖在大量分配比數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，擬合出Purex流程中相關(guān)組分的分配比模型，擬合的方法主要有兩種：一種是在理論分析的基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到分配比模型，函數(shù)公式中的參數(shù)具有一定的物理意義，其中最有代表性的是美國(guó)的Richardson模型[19]和俄羅斯Bochvar無(wú)機(jī)材料研究所(AUSRIIM)的研究者Rozen擬合的模型[20](以下簡(jiǎn)稱(chēng)Rozen模型)；另一種是完全通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到的分配比模型(以下簡(jiǎn)稱(chēng)擬合模型)[10]，函數(shù)公式中的參數(shù)完全沒(méi)有物理意義。

2.1 半理論模型

Richardson分配比模型涵蓋了Purex流程中HNO3、U(Ⅵ)、Pu(Ⅲ)、Pu(Ⅳ)四種組分。通過(guò)這些金屬離子Mm+在TBP-HNO3中的熱力學(xué)萃取平衡常數(shù)計(jì)算公式，建立起分配比D與表觀平衡常數(shù)、自由TBP濃度、總硝酸根濃度之間的關(guān)系，模型公式為:

DM=co(M(NO3)m·nTBP)/ca(Mm+)=

(1)

4c(Pu4+)+3c(Pu3+)+Sa

(2)

式中Sa代表其他硝酸鹽及其他不被有機(jī)相萃取的離子總濃度。

對(duì)于不同溫度、不同TBP濃度下的分配比差異主要通過(guò)調(diào)節(jié)表觀平衡常數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體的方法可以參考文獻(xiàn)[21]。從而，各組分的分配比可表示為：

(3)

(4)

(5)

(6)

式中的自由TBP濃度cf(TBP)可通過(guò)對(duì)TBP物料衡算得到，具體方法參照文獻(xiàn)[14]。

針對(duì)Richardson分配比模型的缺點(diǎn)，俄羅斯Bochvar無(wú)機(jī)材料研究所(AUSRIIM)的Rozen[20]提出用離子強(qiáng)度來(lái)代替總硝酸離子濃度進(jìn)行擬合的方法。目前采用這種方法對(duì)U(Ⅵ)、Pu(Ⅵ)、Np(Ⅵ)、U(Ⅳ)和Pu(Ⅲ)五種組分進(jìn)行了修正，得到的修正模型為：

3.29×10-3I3+1.18×10-4I4

(7)

其中I為實(shí)際有效離子強(qiáng)度：

I=c(H)+3c(U(Ⅵ))+

c(Pu(Ⅳ))+3c(Pu(Ⅵ))

(8)

同時(shí)，相對(duì)于Np(Ⅵ)與Pu(Ⅵ)的活度系數(shù)有：

γNp(Ⅵ)=γU(Ⅵ)(1-9.8×10-3I)

(9)

γPu(Ⅵ)=γU(Ⅵ)(1-1.96×10-3I)

(10)

(11)

對(duì)于Np(Ⅳ)，其表觀平衡常數(shù)則直接與Pu(Ⅳ)的表觀平衡常數(shù)擬合，同時(shí)根據(jù)是否存在U(Ⅵ)，分別加以修正，得到的模型為：

(12)

當(dāng)有U(Ⅵ)共存時(shí)：

(13)

同樣，對(duì)于U(Ⅳ)，擬合后的模型公式為：

(14)

對(duì)于Pu(Ⅲ)，由于缺乏活度系數(shù)的數(shù)據(jù)，在擬合時(shí)采用Nd(Ⅲ)的數(shù)據(jù)代替Pu(Ⅲ)進(jìn)行擬合：

lnγPu(Ⅲ)=-7.53I/(1+2.84I)+

0.391I+0.040 7I2+5.57×10-4I4

(15)

Rozen模型將各組分的活度系數(shù)作為新的參數(shù)引入了模型，從原理上使模型與實(shí)際更趨近了一步，同時(shí)擬合了Pu(Ⅲ)和U(Ⅳ)的活度系數(shù)或表觀萃取常數(shù)，從而解決了Richardson模型在模擬計(jì)算這兩種組分時(shí)的偏差較大的問(wèn)題。但是，不同組分在不同條件下的活度系數(shù)畢竟很難測(cè)定，有些組分由于價(jià)態(tài)變化迅速等原因甚至無(wú)法測(cè)定，或者測(cè)定的數(shù)據(jù)也無(wú)很好的重現(xiàn)性，因此，該模型還需進(jìn)一步的深化和改進(jìn)。

2.2 擬合模型[10]

鑒于理論推導(dǎo)中有些參數(shù)無(wú)法測(cè)定，日本原子能研究所于20世紀(jì)90年代摒棄了復(fù)雜的理論推導(dǎo)和分析，完全從大量的分配比數(shù)據(jù)出發(fā)，擬合了HNO3、U(Ⅳ)、U(Ⅵ)、Pu(Ⅲ)、Pu(Ⅳ)、Pu(Ⅴ)、Pu(Ⅵ)、Np(Ⅳ)、Np(Ⅴ)、Np(Ⅵ)、Tc(Ⅶ)、Zr(Ⅳ)的分配比模型公式。針對(duì)硝酸和金屬離子分別采用兩種公式加以擬合如下：

硝酸的分配比擬合公式：

(16)

金屬離子分配比擬合公式：

(17)

與Richardson模型和Rozen模型相比，該模型擬合的組分眾多，幾乎包含Purex流程中的全部組分，該模型在程序EXTRA·M上得到了應(yīng)用，EXTRA·M的作者通過(guò)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及一系列的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的可靠性，具有極其重要的實(shí)用參考價(jià)值。但是，該模型擬合的僅僅是30％TBP濃度、25 ℃條件下的數(shù)據(jù)，無(wú)法考察不同TBP濃度、不同溫度條件對(duì)流程的影響，有一定的缺陷。

2.3 國(guó)內(nèi)情況

國(guó)內(nèi)也開(kāi)展過(guò)類(lèi)似研究，如李光鴻等[22]對(duì)鈾、钚以及硝酸的分配比數(shù)據(jù)做過(guò)較為系統(tǒng)的研究，擬合了相應(yīng)組分的分配比模型，同時(shí)對(duì)微量钚條件下的分配比數(shù)據(jù)做了研究，彌補(bǔ)了Richardson模型的部分缺陷；陶成英等[23-24]對(duì)U(NO3)4-HNO3-H2O/30％TBP-煤油萃取體系下的U(Ⅳ)分配比進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)量和研究，擬合了U(Ⅳ)的分配比數(shù)學(xué)函數(shù)，U(Ⅳ)分配比函數(shù)的計(jì)算誤差均值為7.1％；另外，中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所的楊金峰等[25]對(duì)鈾、釷核燃料后處理萃取過(guò)程開(kāi)展了計(jì)算機(jī)模擬工作，獲得了鈾、釷的分配比模型，為鈾、釷核燃料后處理萃取過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬研究奠定了基礎(chǔ)。

3 級(jí)式萃取設(shè)備模擬

級(jí)式萃取設(shè)備包括混合澄清槽和離心萃取器兩種，能夠區(qū)分出明確的萃取級(jí)。由于兩相流體在級(jí)式萃取設(shè)備的各級(jí)混合比較充分，此類(lèi)設(shè)備的數(shù)學(xué)模型在流體狀態(tài)上均可以采用全混流模型。國(guó)內(nèi)外對(duì)于此類(lèi)設(shè)備的模擬也都是采用全混流模型而開(kāi)展模型函數(shù)的建立工作的，區(qū)別在于考慮參數(shù)的量不同。

美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室于1970—1974年間，先后開(kāi)發(fā)了SEPHIS程序的四個(gè)版本用于Purex流程不同工藝段的分析和優(yōu)化工作。該程序?qū)⒍嗉?jí)混合澄清槽的一級(jí)分為1個(gè)混合室和3個(gè)澄清段加以建模(圖2)。

圖2 SEPHIS(MOD1—MOD4)采用的混合澄清槽模型

其中每一級(jí)混合室接受來(lái)自相鄰級(jí)的液流(Aj-1和Oj+1)或由萃取器外引入的料液(Afj和Ofj)，流出液從澄清室的第三室流出(APj和OPj)，可以為下一相鄰級(jí)提供料液(Aj和Oj)或生成產(chǎn)品液(APj和OPj)而離開(kāi)萃取器，也可以設(shè)定內(nèi)部料液循環(huán)模式(Afj和Ofj)。根據(jù)以上思想，從設(shè)備運(yùn)行的不平衡階段作為開(kāi)始，建立各級(jí)萃取器的模型公式如下：

Oj+1yi,j+1+Af,jxf,i,j+Of,jyf,i,j-

(Aj+Ap,j)xi,j-(Oj+Op,j)yi,j

(18)

由于假設(shè)萃取器的容積和流體的流量是恒定的，并且認(rèn)為各級(jí)的萃取都能夠達(dá)到萃取平衡，從而兩相間的組分濃度滿足：

yi,j=Dixi,j

(19)

通過(guò)聯(lián)立以上兩式就可以解得穩(wěn)態(tài)時(shí)兩相的各組分濃度。該模型僅涵蓋Purex流程中的HNO3、U(Ⅵ)、Pu(Ⅲ)、Pu(Ⅳ)四種組分，同時(shí)可模擬以U(Ⅳ)、HAN、Fe2+中的其中一種作為還原劑的模擬研究。該程序主要用于模擬以混合澄清槽作為萃取設(shè)備的Purex流程的相關(guān)工藝工程，雖然也可以用于脈沖萃取柱的模擬，但是模擬結(jié)果較差。

EXTRA·M程序是日本核能研究機(jī)構(gòu)東海研究所的燃料循環(huán)安全工學(xué)部于1989年至1994年開(kāi)發(fā)的[10]，該程序僅以混合澄清槽作為模擬對(duì)象，繼承了SEPHIS程序的數(shù)學(xué)模型建立方法，同時(shí)對(duì)該模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，忽略了有機(jī)相料液的內(nèi)循環(huán)，僅考慮水相的料液循環(huán)，因此簡(jiǎn)化了模型計(jì)算過(guò)程。另外，鑒于SEPHIS程序所涵蓋的組分?jǐn)?shù)目較少的缺點(diǎn)，該程序添加了Np(Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ)、Tc、Zr、Ru等18種組分的分配比模型，大大提高了程序的模擬范圍和實(shí)用性。該程序分為3個(gè)版本，其中EXTRA·M1版本涵蓋8個(gè)氧化還原反應(yīng)，EXTRA·M2版本涵蓋30個(gè)氧化還原反應(yīng)，EXTRA·M3涵蓋18個(gè)氧化還原反應(yīng)。通過(guò)考慮氧化還原反應(yīng)，就可以模擬組分在不同條件下的價(jià)態(tài)變化對(duì)流程的影響情況，使程序模擬與實(shí)際情況更加接近，可靠性和準(zhǔn)確度都有了較大幅度的提高。

日本原子力基礎(chǔ)工學(xué)研究部于2008年發(fā)布了一個(gè)新開(kāi)發(fā)的程序PARC[12]，該程序可實(shí)現(xiàn)對(duì)混合澄清槽和脈沖萃取柱兩種設(shè)備的模擬。對(duì)于混合澄清槽的模擬仍然繼承了SEPHIS程序所采用的模型，不同的是，PARC程序不再將混合澄清槽的澄清室分為3個(gè)澄清段建模，而是和實(shí)際的混合澄清槽一樣，分為1個(gè)混合室和1個(gè)澄清室分別進(jìn)行物料衡算，從而建立數(shù)學(xué)模型，使得模型和實(shí)際更加趨近。與EXTRA·M中涵蓋的Purex流程組分?jǐn)?shù)相比，PARC共涵蓋了29種組分，除了包含HNO3、U(Ⅳ、Ⅵ)、Pu(Ⅲ、Ⅳ)等組分外，還添加了因輻解而產(chǎn)生的DBP、MBP等。PARC程序除了能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)條件下各級(jí)的濃度剖面計(jì)算外，由于考察了時(shí)間因素，還能夠?qū)崿F(xiàn)混合澄清槽運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)模擬。在模型參數(shù)方面，由于添加了總傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)面積，使模擬結(jié)果與實(shí)際值更加接近。

國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始也開(kāi)展了類(lèi)似的研究，中國(guó)原子能科學(xué)研究院的陶成英[26]曾就3B工藝段中羥胺還原钚的工藝流程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬研究，通過(guò)27次的模擬計(jì)算，探索研究了5個(gè)重要因子對(duì)3B槽钚收率和分離系數(shù)影響的定量關(guān)系，從而節(jié)省了大量的人力和時(shí)間，為后期的計(jì)算機(jī)模擬工作奠定了良好的基礎(chǔ)。到了21世紀(jì)初，中國(guó)原子能科學(xué)研究院的何輝[27]采用新型還原劑N,N-二甲基羥胺作為還原劑開(kāi)展了相關(guān)的計(jì)算機(jī)模擬工作，同時(shí)采用穩(wěn)態(tài)趨近模型對(duì)1A工藝段開(kāi)展了計(jì)算機(jī)模擬工作，以典型的1A工藝流程作為輸入條件，考察了流量變化對(duì)鈾钚收率的影響，獲得了流量的邊界條件，為工藝運(yùn)行提供了參考。

4 微分式萃取設(shè)備模擬

與混合澄清槽不同，兩相流體在脈沖萃取柱內(nèi)傳質(zhì)始終處于不平衡狀態(tài)，無(wú)法劃分出明確的萃取級(jí)，組分在兩相間的傳質(zhì)除了依靠濃度差的傳質(zhì)推動(dòng)力之外，還與外界能量輸入有很大的關(guān)系，因此，脈沖萃取柱的數(shù)學(xué)模型與混合澄清槽有較大的差別。國(guó)內(nèi)外對(duì)于脈沖萃取柱的模擬也開(kāi)展了大量的研究，但是真正能夠適用于后處理工藝Purex流程模擬的程序軟件并不多見(jiàn)，目前見(jiàn)諸報(bào)道的僅有日本的PULCO程序、英國(guó)的CUSEP程序、Hass程序、Visco程序和近期的PARC程序，這些程序大部分都沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)報(bào)道，僅就其中的部分內(nèi)容給予了介紹。通過(guò)對(duì)比相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道，脈沖萃取柱的計(jì)算機(jī)模擬研究主要采用的數(shù)學(xué)模型有2種，分別是20世紀(jì)五、六十年代由Danckwerts以及Sleicher分別建立的擴(kuò)散模型和返混模型。由于返混模型較多的應(yīng)用于RDC、Scheibel柱，對(duì)于有強(qiáng)烈凝聚和再分散的場(chǎng)合較為適用；而擴(kuò)散模型不但考慮了篩板內(nèi)的傳質(zhì)和返混特性，而且物理意義又較為明確，所以國(guó)內(nèi)外的大部分研究者都采用擴(kuò)散模型來(lái)描述脈沖萃取柱內(nèi)流體流動(dòng)行為和傳質(zhì)行為。

擴(kuò)散模型(或稱(chēng)軸向擴(kuò)散柱塞流模型)假定在連續(xù)逆流傳質(zhì)過(guò)程中，除了相際傳質(zhì)外，每相中都存在從高濃度向低濃度的擴(kuò)散傳遞過(guò)程，將柱內(nèi)所有使其偏離柱塞流模型的原因歸結(jié)為兩個(gè)軸向擴(kuò)散系數(shù)Ex、Ey，每一相中的擴(kuò)散都符合Fick定律。該模型假設(shè)分散相亦為一“連續(xù)相”，這樣使模型能夠較好的預(yù)測(cè)連續(xù)相的軸向混合，模型示意圖示于圖3。

圖3 擴(kuò)散模型示意圖

圖3中表示的是兩相逆流接觸(假設(shè)Y相為分散相)，取其中一個(gè)微元作物料衡算，設(shè)向下為正方向，柱子截面積為S，留存分?jǐn)?shù)為Φ，柱高為H，微元高為dh，且假設(shè)在兩相逆流接觸過(guò)程中，兩相流速u(mài)x、uy不發(fā)生變化。在微元內(nèi)X相體積為(1-Φ)Sdh，Y相體積為ΦSdh。經(jīng)過(guò)相關(guān)的物料衡算以及歸一化得到一個(gè)方程組。

動(dòng)態(tài)條件下：

當(dāng)多組分共存時(shí)，該方程組的計(jì)算十分復(fù)雜，后期的研究者都進(jìn)行了大量的研究以合理簡(jiǎn)化該模型方程。Steiner等[28]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使分散相的軸向擴(kuò)散系數(shù)發(fā)生了顯著的變化，沿脈沖萃取柱軸向的濃度變化也非常小，因此趨向于將分散相的軸向擴(kuò)散系數(shù)忽略，該研究也得到了其他一些研究者[29]的認(rèn)同。

另外，隨著水力學(xué)研究的深入以及技術(shù)手段的增強(qiáng)，液滴的尺寸分布被越來(lái)越多的研究者所重視。由Olney[30]首先報(bào)道液滴尺寸分布的影響以來(lái)，一些研究者[31-34]研究認(rèn)為，相對(duì)于液滴的尺寸分布來(lái)說(shuō)，分散相的軸向擴(kuò)散系數(shù)可以被忽略。因此，最近的一些相關(guān)研究都從液滴的角度去考慮分散相的相關(guān)行為，將液滴按照不同的尺寸歸類(lèi)，認(rèn)為每一類(lèi)液滴有著各自的傳質(zhì)速率，然后通過(guò)積分得到模型方程。

我國(guó)對(duì)于后處理工藝Purex流程體系下的脈沖萃取柱計(jì)算機(jī)模擬研究尚不充分。盡管清華大學(xué)對(duì)脈沖萃取柱的操作性能、流體力學(xué)等方面開(kāi)展過(guò)較詳細(xì)的研究[35-43]，對(duì)脈沖萃取柱的數(shù)學(xué)模型和解法等方面也取得了一定的研究成果[31-34]，但是這些研究都停留在單組分硝酸體系下，在應(yīng)用到核燃料后處理工業(yè)中的脈沖萃取柱模擬時(shí)還存在一系列需要解決的問(wèn)題，如多組分共存體系的模型數(shù)學(xué)解法、后處理體系中各組分的傳質(zhì)系數(shù)等。

5 結(jié)論與展望

對(duì)于后處理工藝Purex流程計(jì)算機(jī)模擬已經(jīng)開(kāi)展了大量的研究工作，在各組分分配比模型、混合澄清槽模擬、脈沖萃取柱模擬等方面都取得了令人矚目的成就。由于程序的核燃料后處理應(yīng)用背景，大部分均未完全公開(kāi)，就目前獲得的文獻(xiàn)資料可知：

(1)分配比模型研究是計(jì)算機(jī)模擬研究的基礎(chǔ)；目前的分配比模型主要采用半理論模型，其中最具代表性的是Richardson模型，在該模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)拓寬組分?jǐn)?shù)目和引入新的參數(shù)等方法，能夠使模型的可靠性和準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高；

(2)混合澄清槽和離心萃取器都屬于級(jí)式萃取設(shè)備，該類(lèi)設(shè)備的模擬研究主要集中于混合澄清槽；根據(jù)混合澄清槽的流體狀態(tài)，一般選用全混模型來(lái)建立數(shù)學(xué)模型，國(guó)內(nèi)采用穩(wěn)態(tài)趨近算法具有較好的可靠性和準(zhǔn)確度；由于離心萃取器的使用較少，目前以離心萃取器開(kāi)展Purex流程計(jì)算機(jī)模擬的程序較少；

(3)脈沖萃取柱主要采用擴(kuò)散模型進(jìn)行研究，由于模型中涉及大量的水力學(xué)參數(shù)，因此，除需分配比數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)外，還需建立可靠的水力學(xué)參數(shù)模型，才能保證模擬的可靠性和準(zhǔn)確度。

目前，對(duì)于Zr、Ru、HNO2等化學(xué)形態(tài)和萃取行為復(fù)雜的組分，適用數(shù)據(jù)擬合的方式獲得分配比模型；對(duì)于相對(duì)含量較高且化學(xué)行為研究充分的組分，適宜采用半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?duì)于混合澄清槽和脈沖萃取柱計(jì)算機(jī)模擬，國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段僅能模擬組分價(jià)態(tài)不變化、不涉及氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，因此，需進(jìn)一步開(kāi)展涉及氧化還原反應(yīng)、高濃度钚的模擬研究；同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)離心萃取器方面的計(jì)算機(jī)模擬研究工作。

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