联合电解催化交换分离氢同位素的模拟研究

摘要

核裂变反应会产生氢同位素，核聚变需要氢同位素作为燃料。且氢同位素在日常生活中和军工事业中有很广泛的应用。所以，氢同位素分离技术变得很重要。本文使用联合电解催化交换(CECE)的方法分离氢同位素，该方法分离系数大、系统装置可以在常温下运行。通过使用 Matlab软件，对整个交换过程进行模拟计算，在模拟过程中，可以改变分离因子的大小，催化剂和填料传质系数的大小，温度的高低等条件，分析不同条件对整体同位素交换效果的影响。
　　本文采用了气-汽-液三相传递的理论模型，使用了默弗里板效率、操作线和平衡线等加以细化，使得整个模拟计算结果更准确。对初始条件气相流量G=155.2mol/h；进料液量为F=0.7L/h；进料位置为NF=25；进料液液相中氘浓度为XFD=0.999；进料液液相中氚浓度为XFT=10-8Bq/mol；交换柱内径为96mm；催化层厚度为hcat=0.002m；填料层厚度为hscr=0.008m；运行温度为T=348K进行模拟计算50层。模拟结果与俄罗斯相关文献进行比对，结果准确而真实，也印证了所使用的理论模型和所写程序的正确性。使用该程序，调试参数，并得到LPCE柱进出口浓度的分布和氢同位素浓度在整个交换柱内的分布曲线。模拟结果表明，进料液会对液相浓度产生很大的影响，液相浓度会在进料液位置产生突变，而气相浓度在进料液位置并没有太大变化。改善催化剂和填料的性能都会提高整个交换柱的分离效率，而且催化剂传质系数的增加对分离效率的影响更大。改变温度也会对分离效率产生影响，分离因子增大，交换柱的分离效率增加。最佳进料液位置会随着实验条件和参数的变化而变化。增加气流比也会提高交换柱的分离效率。而后对某核电厂含氚废水处理，在一定的条件下达到浓缩倍数20倍、脱氚率90％，模拟计算得到所需交换柱柱高为2.08m。

目录

声明

第1章 绪论

1.1概述

1.2氚水的产生及对周边环境的影响

1.3氢-水同位素交换方法和模拟研究进展

1.4本课题主要研究内容

第2章 LPCE柱数学模型的建立与参数的选取

2.1 CECE法分离氢同位素的工艺流程

2.2 LPCE柱内氢同位素三相间传递模型的建立

2.3 LPCE柱内分离效果影响因素的分析及参数选取

2.4 LPCE柱内温度的影响及分离因子的选取

2.5本章小结

第3章 LPCE柱内氢同位素分离模拟结果分析

3.1 柱顶向柱底及柱底向柱顶计算结果及对比分析

3.2 对无进料情况的模拟结果及分析

3.3 分离因子对模拟结果的影响及分析

3.4 催化剂性能对模拟结果的影响及分析

3.5 填料性能对模拟结果的影响及分析

3.6 气相流率对模拟结果的影响及分析

3.7 本章小结

第4章 LPCE交换柱柱高模拟计算

4.1 模拟LPCE柱高程序逻辑图

4.2 气-汽-液三相逐板计算法

4.3 使用MATLAB软件编写与程序调试

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

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