一种改进的脉冲级联分离中间组分

提出了一种新的改进运行方式的脉冲级联,能减小脉冲级联过渡过程的最终脉冲数,缩短过渡时间,在工程上更易实现。与常规级联相比,用这种脉冲级联分离多组分同位素混合物,能用较少的级数和离心机数目得到相同的目标同位素丰度。而利用相同长度的级联和相同数量的离心机构成矩形级联,中间组分的精料丰度在脉冲级联中更高,其贫料丰度在脉冲级联中更低。通过优化在级联中部的适当位置增加适当大小的附加取料,脉冲级联能获得的中间组分产品的丰度远较常规级联能获得的丰度高。     

级联中部设置净化级的可行性研究

级联分离同位素的过程中,不可避免的存在轻杂质,需要在级联的中间设置净化级。如果工质中轻杂质含量较多,运行级联较长时,轻杂质的存在会影响级联的正常运行。为探索在级联中部设置净化级的可行性,采用非定常态法计算求解级联分离方程组,研究净化级的位置、净化比和级联分流比对产品中轻杂质和目标组分丰度的影响。结果表明,在级联中部设置净化级,通过选取合适的级联参数,可以提高目标组分丰度,同时去除轻杂质,实现分离和净化。     

带扩展流的矩形级联

本文建立了适用于分离中间组分同位素的扩展型(扩展流在贫料段)矩形级联数学模型,该级联模型由两部分不同流量的矩形级联构成,有4股外部流,即供料流,精料取料流、贫料取料流和附加取料流。推导了有附加取料流时的计算方程,并利用一种基于对级联主控制方程准线性化法的稳态计算方法得到数值解。同时,用该级联模型对WF_6的中间组分W-184进行级联计算,研究证明带扩展流的矩形级联在相同流量下可比常规矩形级联获取更高丰度的中间组分,为实际较重中间组分同位素生产和级联建设提供了理论支持。     

单机运行工况对多组分同位素分离级联结构参数的影响

大分离系数情况下的多组分同位素级联的设计和优化可以准理想级联为模型。已知目标组分的精料、贫料丰度及基本参量,可确定准理想级联的结构。除级联本身的参数外,组成级联的单机运行工况也是影响级联分离性能的重要因素。通过利用基本全分离系数作为中间量,理论推导了在分离多组分同位素时,单机运行工况对级联结构及分离性能的影响。同时针对Xe中间组分的分离,采用单纯形法对其优化,研究了单机运行工况对最佳级联的结构参数及最小装机量的影响,进而确定了级联分离Xe中间组分的最佳单机运行工况。     

存在损耗的多组分级联的改进模型

本工作建立了损耗同时存在于级联各级供料流、精料流与贫料流中的多组分级联的数学模型,提出了求解该类级联方程的数值方法。各级组分分流比不变的多组分级联称为准理想级联,得到了计算存在损耗的准理想级联中相对产品流、相对贫料流、级联中总物质流量以及产品流和贫料流中组分丰度的解析表达式。     

离心法生产131Xe同位素技术研究

为利用离心分离方法将¹³¹Xe同位素丰度浓缩到90%以上,本研究采用多组分矩形级联算法进行级联计算,分析中间组分的分离特性,研究级联长度、供料位置、级联分流比等参数对分离效果的影响。对分离¹³¹Xe同位素的矩形级联分离方案进行优化,制定生产丰度为90%以上的¹³¹Xe运行方案,通过解决¹³¹Xe同位素分离过程中的级联工况调整与稳定、中间组分浓缩等关键技术,最终经8遍分离获得丰度为93.786%的公斤级¹³¹Xe产品,证明级联生产高丰度¹³¹Xe产品的可行性。     

离心法生产~(131)Xe同位素技术研究

为利用离心分离方法将~(131) Xe同位素丰度浓缩到90%以上,本研究采用多组分矩形级联算法进行级联计算,分析中间组分的分离特性,研究级联长度、供料位置、级联分流比等参数对分离效果的影响。对分离~(131) Xe同位素的矩形级联分离方案进行优化,制定生产丰度为90%以上的~(131) Xe运行方案,通过解决~(131) Xe同位素分离过程中的级联工况调整与稳定、中间组分浓缩等关键技术,最终经8遍分离获得丰度为93.786%的公斤级~(131) Xe产品,证明级联生产高丰度~(131) Xe产品的可行性。     

多供取料的Q模型级联的数学描述

同位素分离中可能需要具有多个供料和取料的级联,以满足复杂的分离需求,取得更好的分离效果.对多供取料级联的分析,比传统三股流级联的分析复杂得多.获得多供取料下的级联数学描述,能够减少分析中的困难.本文针对多分段的连续流量的Q模型级联,在多供取料情况下,给出了描述级联的流量和同位素组分丰度在级联中分布的解析表达式,讨论了方...     

带附加供料流的准理想级联的优化

某些同位素分离任务(比如回收铀的浓缩、轻杂质的净化等)需要借助带附加供料流的级联来完成。这类级联的设计目标之一是针对已知的目标组分的精料和贫料丰度,确定级联的结构参数,即确定级联总级数、主供料级以及附加供料级位置。为对该类级联进行理论设计,建立了准理想级联的数学优化模型。优化问题的目标函数为级联中总的物质流量,通过罚函数法把约束条件下的多变量优化问题转化为无约束优化问题,并用单纯形法对后者进行求解。利用该优化方法对浓缩回收铀的级联进行了计算。     

铀浓缩产品丰度控制分析

从离心级联实际生产运行出发,基于价值函数公式,推算出因丰度波动在精料收料容器中造成的分离功损失的表达式。公式显示,丰度波动会导致精料容器内发生分离功损失,且与收料质量呈线性关系,与丰度波动大小呈二次函数关系。分析引起级联精料丰度波动的各种因素变化是否会造成级联内部分离功损失的变化。结果表明,每一种影响因素的参数变化时,级联内部机组压力、流量都会重新调整并进入新的稳态,导致级联偏离理想工况,分离能力下降且级联混合分离功损失相应增加。因此,对精料流产品丰度控制提出优化策略,在实际运行中,应尽可能减少影响产品丰度的参数变化,以减小分离功的损失。     

Model of Quasi-Ideal Cascade with an Additional Feed Flow and Losses of Working Substances

A mathematical model for the quasi-ideal cascade with an additional feed flow and losses of working substances was established. Analytical relations to calculate the relative product and waste flows, component concentrations in the product and waste flows and the total substance flow in this cascade model were obtained by solving cascade equations. Cascade calculations were performed for separation of the recycled uranium. It was analyzed that the effects of loss factor and ratio between base and additional flows on the product concentration of cascade, in which the natural uranium was fed as a base feed flow and the recycled uranium as an additional one.     

高纯气体制备膜分离级联的组分分布模拟

膜分离技术已广泛应用于气体纯化。由于单台膜分离器的分离能力有限,使用时需将多台分离器连接构成级联。根据同位素分离级联理论并结合膜分离级联实验结果,建立了膜分离级联的计算模型,在此基础上完成了级联参数的数值模拟。模拟结果表明,净化后的产品纯度可达99.999%以上,而杂质端取出的物料中基本不含目标成分。可通过增大杂质端取料量来提升级联对摩尔质量较大的杂质成分的净化效果以获得更纯的产品。只要目标成分与杂质成分的摩尔质量差达到一定程度,即可通过膜分离级联进行气体纯化。总体看来,利用膜分离级联制备高纯气体具有净化效果好、工艺简单、目标成分损失率低的优点,有很大的实用价值。     

多组分同位素分离中不同级联的比较研究

多组分同位素分离中,对于给定的分离任务,存在多种不同类型的分离级联。级联总流量是级联优化设计的重要性能指标。通过引入虚拟组分,采用数值计算的方法,研究了匹配丰度比级联、匹配X级联以及准理想级联这3类级联的优化,比较分析了完成相同分离任务时这些级联的分离性能。研究结果表明:在绝大多数情况下,准理想级联及匹配丰度比级联分离效果较好,准理想级联较匹配丰度比级联略优,匹配X级联分离效果较差。因此,在级联类型选择上,应优先采用准理想级联。     

Gas Separation Performance of Tapered Cascade with Membrane

Membrane gas separation cascades are analyzed at steady state. The methods of calculating the flow rate and concentration profiles in the cascade are examined, using formulas expressing the various membrane separation cell characteristics. The method adopted is applicable to relatively high concentrations and separation factors. Considerations are further given on the steady state performance of four theoretical forms of cascade : (a) with common value of cut for all stages, (b) with symmetric separation cells, (c) with no mixing at the junction at each stage, and (d) ideal cascade.

The analysis showed that, with membrane cells, the ideal cascade would have a pressure ratio varying from stage to stage. The symmetric separation cascade would provide a separation performance lower than the ideal cascade on account of the mixing at the junctions of streams possessing different concentrations, whereas the cut and separation factor of the no-mixing cascade requiring minimum membrane area exhibits zig-zag curves when plotted against stage number. Both these circumstances contribute to the lower separation performance obtained with these two forms as compared with the ideal cascade, and results in larger total membrane area; but these semi-ideal forms retain the advantage of easy practical treatment with their pressure ratio common to all stages.     

轻同位素分离级联系统的简捷设计

为了寻求基于实验设计的轻同位素分离级联系统的简捷设计方法,以级联系统的年总费用为考察指标,以各分离级的相对抽取率、关键组分的富集倍数为决策变量,采用均匀设计法对低温精馏分离稳定同位素13CO的三级联系统进行了优化设计。通过对均匀实验的结果进行回归分析,得到了级联系统的年总费用与各决策变量之间关系的数学模型,从而得到当年总费用最低时级联系统的各决策变量,以此进行各分离级的工艺设计。通过使用DPS软件数据处理系统对均匀实验结果进行回归分析,得到了级联系统年总费用对各级联参量的数学模型,并得到了年总费用达到最小值时的各级联参量值。     

膜分离级联间断取杂质时参数的动态模拟

利用膜分离级联制备某些高纯气体时,杂质端取料量很小,不利于级联运行控制,为此考虑采用间断取杂质的运行方式。本文根据膜分离级联计算模型,采用动力学数值模拟方法,完成了级联间断取杂质时参数的动态模拟。模拟结果表明,纯化后气体纯度可达99.999%以上,但取出杂质中含有微量的目标成分。总体来看,间断取杂质能在增大杂质端取料量的同时使级联仍保持良好的纯化效果、较低目标成分损失,是一种合理可行的运行方式。