一种脉冲萃取柱运行工艺计算机辅助设计系统

摘要

本发明提供了一种脉冲萃取柱运行工艺计算机辅助设计系统，其特征在于，该系统包括：数据输入单元、数据检验单元、计算单元、计算结果检验单元和出错数据管理单元；所述数据输入单元与所述数据检验单元连接，所述数据检验单元与所述计算单元连接，所述计算单元与所述计算结果检验单元连接，所述出错数据管理单元分别与所述数据检验单元和所述计算结果检验单元连接。与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明提供的系统能够可计算并实时显示工艺运行过程中相应组分的浓度变化，并可对工艺运行过程中可能出现的非正常工况报错，系统运行结束后，结果自行存储到存储单元内，便于用户分析和处理不同条件下的运行结果。

说明书

技术领域

本发明涉及领域，具体涉及一种脉冲萃取柱运行工艺计算机辅助设计 系统。

背景技术

核燃料后处理工业是一项涉及强放射性、强腐蚀性的化工过程，其工 业过程的特殊性要求使用的设备使用寿命长，便于维护。脉冲萃取柱具有 的占地面积小、处理能力大，尤其是柱内无运动部件，容易处理产生的界 面污物，以及具有良好的临界尺寸等因素，成为了核燃料后处理工厂中普 遍使用的萃取设备。脉冲萃取柱是一种有能量输入的柱式萃取设备，通过 输入能量可以使柱内流体作快速往复脉动，既可以粉碎液滴，增加分散相 存留分数，从而大大地增加两相接触面积，又可以提高相界面的湍动，促 进传质过程。脉冲萃取柱从结构上来说可分为脉冲填料柱、脉冲筛板柱以 及环形板萃取柱等。其中，脉冲填料柱由于柱体内采用各种不同的填料， 在长期使用后，容易产生界面污物的积累，从而导致流体流动性能不佳， 产品损失等一系列的问题，因此不被核燃料后处理工业所采用。环形板筛 板萃取柱其实是普通脉冲筛板柱的变体，它将筛板串中的中心轴直径加大， 使筛板成环形，从而具有更加良好的临界体积，有利于处理高浓度的放射 性溶液。对于核燃料后处理工业来说，脉冲萃取柱实际指的就是脉冲筛板 萃取柱，是目前国内外核燃料后处理工业中主要采用的设备。

但是到目前为止还没有一种可以计算机辅助系统可以计算并实时显示 工艺运行过程中相应组分的浓度变化，并可对工艺运行过程中可能出现的 非正常工况报错，运行结束后结果自行保存，便于用户分析和处理不同条 件下的运行结果。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种脉冲萃取柱运行工艺计算机辅助设 计系统。

本发明的技术方案为：一种脉冲萃取柱运行工艺计算机辅助设计系统， 该系统包括：数据输入单元、数据检验单元、计算单元、计算结果检验单 元和出错数据管理单元；所述数据输入单元与所述数据检验单元连接，所 述数据检验单元与所述计算单元连接，所述计算单元与所述计算结果检验 单元连接，所述出错数据管理单元分别与所述数据检验单元和所述计算结 果检验单元连接；

所述数据输入单元用于输入设计参数数据和工艺运行参数数据；

所述数据检验单元用于对输入的所述设计参数数据和工艺运行参数数 据进行检验，若检验出错误信息后向所述出错信息管理单元发送错误提示 信息；

所述计算单元用于计算脉冲萃取柱内的流体水力学运行参数、流体组 分的传质系数、流体组分在脉冲萃取柱萃取段轴向的浓度分布，以及在脉 冲萃取柱水相和有机相的出口浓度；

所述计算结果检验单元用于对脉冲萃取柱内的流体水力学运行参数和 流体组分的传质系数的计算结果进行检验，若检验出错误信息后向所述出 错信息管理单元发送错误提示信息；

所述出错数据管理单元用于根据是否接收到所述数据检验单元和所述 计算结果检验单元的错误提示信息，来提示用户对输入的所述设计参数数 据和/或工艺运行参数数据进行修正；

所述存储单元用于存储所述计算单元的计算结果，以及存储输入的所 述设计参数数据或者经过修正的设计参数数据，以及输入的所述工艺运行 参数数据或者经过修正的工艺运行参数数据。

优选的，所述数据输入单元包括设计参数数据输入单元和工艺运行参 数数据输入单元；所述设计参数数据输入单元用于输入设计参数数据，所 述工艺运行参数数据输入单元用于输入工艺运行参数数据。

优选的，所述设计参数数据包括脉冲萃取柱设计参数数据、脉冲萃取 柱操作条件参数数据和体系物性参数数据，脉冲萃取柱设计参数数据包括 萃取段高、萃取段直径、筛板板间距、筛板孔径和自由截面积；脉冲萃取 柱操作条件参数数据包括脉冲频率、脉冲振幅、流比、水相流量、有几相 流量和操作温度；体系物性参数数据包括传质溶质数、水相密度、有机相 密度；

优选的，所述工艺运行参数数据包括水相HNO₃输入浓度、有机相HNO₃输入浓度、水相铀输入浓度、有机相铀输入浓度脉冲萃取柱筛板段差分数 目、脉冲萃取柱萃取段轴向剖面浓度监控点的高度值。

优选的，所述计算单元包括第一计算单元和第二计算单元，所述第一 计算单元包括水力学运行参数计算单元和传质系数计算单元，所述水力学 运行参数计算单元用于计算脉冲萃取柱内的流体水力学运行参数，所述传 质系数计算单元用于计算脉冲萃取柱内组分的传质系数；所述第二计算单 元用于计算流体组分在脉冲萃取柱萃取段轴向的浓度分布，以及在脉冲萃 取柱水相和有机相的出口浓度。

优选的，所述流体水力学运行参数包括分散相液滴直径、分散相存留 分数、连续相轴向扩散系数、强制下沉液滴微观速度、自由下沉液滴微观 速度。

优选的，所述数据检验单元包括设计参数数据检验单元、计算结果检 验单元和工艺运行参数数据检验单元；

所述设计参数数据检验单元用于对输入的所述设计参数数据进行检 验，验证该输入的设计参数数据是否符合脉冲萃取柱的结构标准，以及是 否在水力学运行可操作区，若否，则向所述出错信息管理单元发送错误提 示信息；

所述计算结果检验单元用于对所述水力学运行参数计算单元的计算结 果和传质系数计算单元的计算结果进行检验，检验计算结果是否在正常数 据范围内，若否，则向所述出错信息管理单元发送错误提示信息；

所述工艺运行参数数据检验单元用于对输入的工艺运行参数数据进行 检验，检验工艺运行参数数据是否有误，若有，则向所述出错信息管理单 元发送错误提示信息。

优选的，该系统还包括存储单元，所述存储单元用于存储所述计算单 元的计算结果，以及存储输入的设计参数数据或者经过修正的设计参数数 据，以及输入的工艺运行参数数据或者经过修正的工艺运行参数数据。

优选的，该系统还包括帮助单元用于指导用户进行合理的输入设计参 数数据。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明提供的系统能够引导 用户设计选用参数并及时地将设计结果及出错信息反馈给用户以便作为修 改参数和下一步设计的依据。在顺次完成脉冲萃取柱的结构设计、水力学 计算、工艺参数输入后，该系统可计算并实时显示工艺运行过程中相应组 分的浓度变化，并可对工艺运行过程中可能出现的非正常工况报错，系统 运行结束后，结果自行存储到存储单元内，便于用户分析和处理不同条件 下的运行结果。采用本发明可使后处理工业中的脉冲萃取柱设计人员从繁 琐的查阅图表、迭代计算中解放出来，同时，该系统也可使后处理厂运行 操作人员能够减少大量的放射性实验操作，保证后处理厂运行安全。

附图说明

图1为本发明一种脉冲萃取柱运行工艺计算机辅助设计系统结构示意 图；

图2为本发明系统的工作原理流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的 说明。

如图1所示，为本发明提供的一种脉冲萃取柱运行工艺计算机辅助设 计系统结构示意图。该系统包括：数据输入单元、数据检验单元、计算单 元、计算结果检验单元、出错数据管理单元和存储单元。数据输入单元与 数据检验单元连接，数据检验单元与计算单元连接，计算单元与计算结果 检验单元连接，出错数据管理单元分别与数据检验单元和计算结果检验单 元连接，存储单元与数据输入单元和计算单元连接。

数据输入单元用于输入设计参数数据和工艺运行参数数据；数据检验 单元用于对输入的设计参数数据和工艺运行参数数据进行检验，若检验出 错误信息后向出错信息管理单元发送错误提示信息；计算单元用于计算脉 冲萃取柱内的流体水力学运行参数、流体组分的传质系数、流体组分在脉 冲萃取柱萃取段轴向的浓度分布，以及在脉冲萃取柱水相和有机相的出口 浓度；计算结果检验单元用于对脉冲萃取柱内的流体水力学运行参数和流 体组分的传质系数的计算结果进行检验，若检验出错误信息后向出错信息 管理单元发送错误提示信息；出错数据管理单元用于根据是否接收到数据 检验单元和计算结果检验单元的错误提示信息，来提示用户对输入的设计 参数数据和/或工艺运行参数数据进行修正；存储单元用于存储计算单元的 计算结果，以及存储输入的设计参数数据或者经过修正的设计参数数据， 以及输入的工艺运行参数数据或者经过修正的工艺运行参数数据。另外该 系统还包括帮助单元用于指导用户进行合理的输入设计参数数据。

其中，数据输入单元包括：设计参数数据输入单元1和工艺运行参数 数据输入单元6；数据检验单元包括：设计参数数据检验单元2、计算结果 检验单元5和工艺运行参数数据检验单元7；计算单元包括：第一计算单 元和第二计算单元8，第一计算单元包括水力学运行参数计算单元3和传 质系数计算单元4。设计参数数据输入单元1与设计参数数据检验单元2 连接，设计参数数据检验单元2与第一计算单元连接，第一计算单元与计 算结果检验单元5连接，计算结果检验单元5与工艺运行参数数据输入单 元6连接，工艺运行参数数据输入单元6与工艺运行参数数据检验单元7 连接，工艺运行参数数据检验单元7与第二计算单元连接，出错信息管理 单元9分别与设计参数数据检验单元2、计算结果检验单元5和工艺运行 参数数据检验单元7连接，存储单元10分别与设计参数数据输入单元1、 工艺运行参数数据输入单元6和第二计算单元8连接。

设计参数数据输入单元1用于输入设计参数数据，设计参数数据包括： 脉冲萃取柱设计参数数据、脉冲萃取柱操作条件参数数据和体系物性参数 数据，脉冲萃取柱设计参数数据包括萃取段高、萃取段直径、筛板板间距、 筛板孔径和自由截面积；脉冲萃取柱操作条件参数数据包括脉冲频率、脉 冲振幅、流比、水相流量、有几相流量和操作温度；体系物性参数数据包 括传质溶质数、水相密度、有机相密度。

设计参数数据检验单元2用于对设计参数数据输入单元1输入的设计 参数数据进行检验，验证该输入的设计参数数据是否符合脉冲萃取柱的结 构标准，以及是否在水力学运行可操作区，若否，则向出错信息管理单元 9发送错误提示信息。

水力学运行参数计算单元3用于计算输入的设计参数数据条件下脉冲 萃取柱内的流体水力学运行参数，流体水力学运行参数包括分散相液滴直 径、分散相存留分数、连续相轴向扩散系数、强制下沉液滴微观速度、自 由下沉液滴微观速度。传质系数计算单元4用于计算输入的设计参数数据 条件下脉冲萃取柱内组分的传质系数，本实施例中的流体组分为硝酸和铀。 计算结果检验单元5用于对水力学运行参数计算单元3的计算结果和传质 系数计算单元4的计算结果进行检验，检验计算结果是否在正常数据范围 内，若否，则向出错信息管理单元9发送错误提示信息。

工艺运行参数数据输入单元6用于输入工艺运行参数数据，工艺运行 参数数据包括水相HNO₃输入浓度、有机相HNO₃输入浓度、水相铀输入浓度、 有机相铀输入浓度脉冲萃取柱筛板段差分数目、脉冲萃取柱萃取段轴向剖 面浓度监控点的高度值。工艺运行参数数据检验单元7用于对输入的工艺 运行参数数据进行检验，检验工艺运行参数数据是否有误，若有，则向出 错信息管理单元9发送错误提示信息。第二计算单元8用于计算流体组分 在脉冲萃取柱萃取段轴向的浓度分布，以及在脉冲萃取柱水相和有机相的 出口浓度。

存储单元10用于存储第二计算单元8的计算结果，以及存储输入的设 计参数数据或者经过修正的设计参数数据，以及输入的工艺运行参数数据 或者经过修正的工艺运行参数数据。出错信息管理单元9用于根据是否接 收到设计参数数据检验单元2、计算结果检验单元5和工艺运行参数数据 检验单元7发送的错误提示信息，来提示用户对输入的设计参数数据和工 艺运行参数数据进行修正。

如图2所示，为本发明提供的系统的工作原理流程图。用户根据自己 的选择或者根据帮助单元的指导，向设计参数数据输入单元1输入设计参 数数据，设计参数数据检验单元2开始对该输入的参数数据进行验证，验 证该输入的设计参数数据是否满足要求，即是否符合脉冲萃取柱的结构标 准，以及是否在水力学运行可操作区，若不符合，则向出错信息管理单元 9发送错误提示信息，出错信息管理单元9接收到该错误提示信息后提示 用户对输入的设计参数数据进行修正，若符合，则第一计算单元中的水力 学运行参数计算单元3计算出脉冲萃取柱内的流体水力学运行参数，传质 系数计算单元4计算出脉冲萃取柱内组分的传质系数。然后，计算结果检 验单元5对第一计算单元的计算结果，即脉冲萃取柱内的流体水力学运行 参数和脉冲萃取柱内组分的传质系数进行检验，检验其是否在正常数据范 围内，若否，则向出错信息管理单元9发送错误提示信息，出错信息管理 单元9接收到该错误提示信息后提示用户对输入的设计参数数据进行再次 修正，若是，则向工艺运行参数数据输入单元6输入工艺运行参数数据， 工艺运行参数数据检验单元7对输入的工艺运行参数数据进行检验，检验 工艺运行参数数据是否有误，若有，则向出错信息管理单元9发送错误提 示信息，出错信息管理单元9接收到该错误提示信息后提示用户对输入的 运行参数数据进行修正，若没有错误，则第二计算单元8计算出流体组分 在脉冲萃取柱萃取段轴向的浓度分布，以及在脉冲萃取柱水相和有机相的 出口浓度。最后，存储单元10将第二计算单元8计算出的结果存储起来， 另外，存储单元10还将输入的设计参数数据或者经过修正的设计参数数 据，以及输入的工艺运行参数数据或者经过修正的工艺运行参数数据也存 储起来，以便用户分析和处理不同条件下的运行结果。

本发明提供的系统能够引导用户设计选用参数并及时地将设计结果及 出错信息反馈给用户以便作为修改参数和下一步设计的依据。在顺次完成 脉冲萃取柱的结构设计、水力学计算、工艺参数输入后，该系统可计算并 实时显示工艺运行过程中相应组分的浓度变化，并可对工艺运行过程中可 能出现的非正常工况报错，系统运行结束后，结果自行存储到存储单元内， 便于用户分析和处理不同条件下的运行结果。采用本发明可使后处理工业 中的脉冲萃取柱设计人员从繁琐的查阅图表、迭代计算中解放出来，同时， 该系统也可使后处理厂运行操作人员能够减少大量的放射性实验操作，保 证后处理厂运行安全。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而 非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围 内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围 内。