Аннотация
Введение 3
1 Литературный обзор 4
1.1 Общие сведения 4
1.2 Анализ существующего оборудования 11
2 Физико-математическая модель процесса экстракции 17
2.1 Физическая постановка задачи 17
2.2 Математическая постановка задачи 20
3 Моделирование процесса экстракции и полученные результаты 27
3.1 Исходные данные 27
3.2 Результаты моделирования 27
4 Эффективность экстракционного процесса 33
4.1 Материальный расчет 34
4.2 Эффективность экстракционных аппаратов 36
Заключение 38
Литература 39
С развитием ядерной энергетики повышается роль и значимость экстракционных процессов извлечения, концентрирования и очистки урана, применяемых на стадиях: извлечения урана из раствора после выщелачивания и товарных сорбционных регенератов, при аффинаже урана, переработке облученного ядерного горючего.
Процесс экстракции стал одним из наиболее эффективных методов разделения смесей и выделения продуктов в чистом виде. Современные экстракционные аппараты представляют собой сложные геометрические конструкции, реализующие гидродинамические и массообменные процессы. Одним из таких устройств является аппарат колонного типа с диспергирующими элементами тарельчатого типа для взаимодействия несмешивающихся жидкостей разной плотности в процессах разделения и очистки продуктов методом жидкостной экстракции.
Математическая модель процесса экстракции позволит решить поставленные задачи при проектировании аппарата, прогнозировании оптимальных режимов работы каскада экстракционных колонн, с целью получения выходных потоков с заданными характеристиками в зависимости от расходов и составов входных потоков. Сложность математического моделирования экстракционных процессов в колонных аппаратах требует новых подходов к обоснованию физико-химических процессов и использование математических методов.
Данная работа направлена на создание математической модели пульсационной экстракционной колонны. Выполнено численное решение задачи моделирования с помощью двух подходов. В первом подходе решение задачи проводилось на основе осредненных по объему аппарата параметров и критериальных зависимостей с учетом кинетики процесса. Во втором подходе проводилось численное решение дифференциальных уравнений второго порядка с частными производными в физических переменных скорость, концентрация.
В ходе работы магистрантом создана физическая модель экстракционной колонны с диспергирующими элементами тарельчатого типа.
Построена математическая модель рассматриваемого химикотехнологического процесса. Написан код программы и проведены численные расчеты. Проведена проверка адекватности созданной модели на основе экспериментальных данных.
Анализ полученных данных показал, что при увеличении коэффициента массопередачи можно значительно сократить высоту колонного аппарата. Также была проведена проверка эффективности процесса экстракции при различном коэффициенте массопередачи.
Полученная информация может быть использована при проектировании новых конструкций экстракционных аппаратов. Эти данные можно учитывать при оценки стабильности и безопасности работы существующих конструкций пульсационных экстракционных колонн.
