Сборник тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2005

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность ядерных технологий»

Все доклады секции


Программный комплекс для обеспечения безопасности передела урана в каскаде экстракционных колонн

Невзорова Н.С., Истомин А.Д., Носков М.Д.

Северский государственный технологический институт

Метод экстракционного передела растворов имеет большое значение в технологии урана [1].

Экстракционный передел обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами разделения компонентов растворов: низкий расход реагентов, малая концентрация урана в рафинате, небольшой объем сбросных растворов, высокая селективность извлечения, возможность разделять компоненты смеси по их химической природе, а не по физическим свойствам.

Экстракционное извлечение урана имеет еще одно достоинство, которое отчетливо проявляется при крупномасштабном производстве. В связи с тем, что процесс связан с контактированием и разделением только жидких сред, его легко контролировать, и он может быть полностью автоматизирован.

Однако экстракционный процесс имеет некоторые недостатки, среди которых можно выделить заметную растворимость экстрагента в водной фазе, что связано с его потерями; образование трудно расслаивающихся эмульсий, что затрудняет разделение фаз и снижает эффективность экстракции. Наличие в системе больших количеств органического растворителя опасно в отношении пожаров, взрывов и требует специальных мер техники безопасности. Обеспечение ядерной безопасности, учет делящихся материалов и оптимальное управление технологическим процессом делают актуальной задачу контроля экстракционного передела в экстракционных аппаратах. Ввиду сложности и нелинейности процессов, протекающих при контактировании жидких фаз, необходимо использовать современные информационные технологии.

В настоящей работе с помощью математического моделирования исследуется переработка урана в каскаде экстракционных колонн. Широкое использование колонных экстракторов связано с их большой производительностью, отсутствием жёстких требований к присутствию в растворах взвесей, возможностью уменьшить радиационное поражение экстрагента, простотой устройства и надежностью в работе [2]. Система органический экстрагент – водный раствор находится в неравновесном состоянии на всем протяжении каскада [3]. Кроме этого, растворы, подаваемые на вход экстракционного блока каскада, могут значительно различаться по своему составу, в то время как к выходным растворам предъявляются жесткие требования по их составу. Поэтому экстракционные процессы, протекающие в колонных аппаратах, достаточно сложны для математического моделирования. Адекватная математическая модель экстракционного процесса позволяет решать многие задачи при обеспечении ядерной безопасности, учёте делящихся материалов, управлении технологическим процессом, прогнозировании оптимальных режимов и разработке оборудования. При описании неравновесного экстракционного процесса в колонне используется математическая модель, основанная на диффузионной кинетике. В модели рассматриваются конвективное движение фаз, продольное перемешивание, неравновесные процессы массопереноса между водной и органической фазами [4].

На основе численной реализации математической модели физико-химических процессов, происходящих в экстракционной колонне, создано проблемно-ориентированное программное обеспечение. Программное обеспечение позволяет изменять параметры модели и условия работы каскада, рассчитывать не только концентрационные профили по высоте колонны, но и их изменение в переходных (неустановившихся) режимах в зависимости от времени. Это позволит контролировать технологические процессы и проводить управление экстракционным процессом с помощью системы АСУТП.

Литература

1.        Галкин Н.П., Судариков Б.Н. и др. Технология урана. – М.: Атомиздат, 1964.

2.        Трейбал Р. Жидкостная экстракция. М.: Химия, 1966. – 408 с.

3.        Ягодин Г.А., Каган С.З., Тарасов В.В. и др. Основы жидкостной экстракции М.: Химия, 1981. 400 с.

4.        Броунштейн Б.И., Железняк А.С. Физико-химические основы жидкостной экстракции.– М.: Химия, 1966. – 320 с.