CECE系统模拟计算以及LPCE柱水力学性能研究
发布时间：2021-06-09 11:37
联合电解催化交换分离（CECE）作为一种复合式工艺,将氢-水同位素化学催化交换与电解技术结合为一体,可用于含氚废水的氢同位素分离。采取数学方法对稳态与动态传质过程进行模拟计算研究极为重要,液相催化交换柱的水力学性能对整体传质效果意义重大。建立了稳态与动态传质模型,该模型能够分别对CECE系统动态传质过程以及液相催化交换（LPCE）柱稳态传质过程完成有关模拟计算研究。考察了装填方式、催化剂性能、气液两相流量与温度等因素对稳态与动态传质效果的影响。另一方面,设计、搭建液相催化交换柱水力学性能测试实验台架,考察了温度、气液相流量对LPCE柱持液量、压力降等的影响。模拟计算研究结果表明,气-汽-液三相传质模型能反映液相催化交换柱内氢同位素稳态传质过程的空间分布情况;确定影响液相催化交换反应的主要因素,包括温度、压力、传质系数等。降低电解池持液量能提高系统达到稳定运行状态的速度;提高LPCE柱的分离性能及电解分离系数能够有效增加CECE系统的浓缩倍数。水力学实验的研究结果表明,在混合装填和分层装填的条件下,气相流速对压力降的影响较液相流速效果显著;同时,随着温度的升高床层压力降增大。在分层装填方...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
压水堆核电站液态氚释放途径
然水）7.储罐（回流液）8.储罐（原料液） 9.液相催化交换柱图 2.1 CECE 系统基本结构图图 2.1 为 CECE 系统的基本结构图。CECE 系统由液相催化交换（LPCE）柱、电解池、增湿加热器、贮液池、氢氧燃烧器、储气池、干燥器等主要部分组成[9]，最重要的设备为液相催化交换（LPCE）柱与电解池。LPCE 柱装填有载带铂的疏水球形固体高效催化剂与高比表面积亲水填料，柱内采用气液两相逆流操作；电解池现多采用固体高分子膜（SPE）或质子交换膜（PEM）。试验料液（氚化水）由 LPCE 柱中间适当的进料点加入，在液态水沿交换柱向下均匀流动过程中，上升氢气与液流发生逆流交换，氚同位素由气相转移至液相。当氢气流经浓缩段（即柱的下半段）时，会实
图 2.2 催化剂颗粒传质机理图 图 2.3 相交换传质机理图综上所述，氢同位素交换反应可由两步基元反应构成：反应 1 发生在疏水催化剂所有活性位点上，为气相与蒸汽相的催化交换反应（2-1），为并流过程。反应 2 发生在所有亲水填料气液接触面上，为蒸汽相和液相的相交换传质反应（2-2），为逆流过程[9; 52]：HT(g)+H2O(v)→HTO(v)+H2(g)（2-1）HTO(v)+H2O(l)→HTO(l)+H2O(v)（2-2）将上述两反应合并，即为气-液相间氢同位素交换的总反应式（2-3）：HT(g)+H2O(l)→HTO(l)+H2(g)（2-3）其中，催化交换反应是弱放热反应（△H=-15.9 J/mol），在中等温度条件下反应优先进行，同时疏水性催化剂能加速反应进行。为了完整描述上述催化交换过程，需采用气-汽-液三相传质模型。2.1.3 电解浓集理论基础
【参考文献】：
期刊论文
[1]水-氢交换氢同位素体系HD/H2O、DT/D2O和HT/H2O分离性能模拟研究[J]. 吴栋,阮皓,胡石林,尹玉国,张丽,黄登高,窦勤成. 核化学与放射化学. 2016(04)
[2]压水堆核电站含氚废水产生与排放[J]. 高飞,杨林君,潘跃龙. 核化学与放射化学. 2016(01)
[3]新建核电厂(华龙一号)运行的环境影响评估[J]. 赵博,王晓亮,毛亚蔚,郑伟,熊章辉. 辐射防护. 2015(S1)
[4]中国核电发展战略研究[J]. 叶奇蓁. 电网与清洁能源. 2010(01)
[5]压水堆核电厂接入电力系统建模[J]. 赵洁,刘涤尘,吴耀文. 中国电机工程学报. 2009(31)
[6]三种压水堆核电厂的放射性环境影响比较[J]. 李红,张凌燕,方栋. 辐射防护. 2009(04)
[7]水饱和蒸汽压的Antoine方程常数的比较[J]. 刘晖,张洪涛,肖红. 内蒙古石油化工. 2009(13)
[8]Pt催化氢水液相交换反应机理的理论研究[J]. 胡胜,王和义,罗顺忠. 中国核科技报告. 2008(02)
[9]水-氢同位素汽-气并流催化交换反应动力学研究[J]. 阮皓,李金英,胡石林,张丽,窦勤成. 核化学与放射化学. 2008(03)
[10]PTFE含量对Pt/C/PTFE疏水催化剂氢水液相催化交换性能的影响[J]. 胡胜,肖成建,朱祖良,罗顺忠,王和义,罗阳明,王昌斌. 原子能科学技术. 2007(05)
本文编号：3220507
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
压水堆核电站液态氚释放途径
然水）7.储罐（回流液）8.储罐（原料液） 9.液相催化交换柱图 2.1 CECE 系统基本结构图图 2.1 为 CECE 系统的基本结构图。CECE 系统由液相催化交换（LPCE）柱、电解池、增湿加热器、贮液池、氢氧燃烧器、储气池、干燥器等主要部分组成[9]，最重要的设备为液相催化交换（LPCE）柱与电解池。LPCE 柱装填有载带铂的疏水球形固体高效催化剂与高比表面积亲水填料，柱内采用气液两相逆流操作；电解池现多采用固体高分子膜（SPE）或质子交换膜（PEM）。试验料液（氚化水）由 LPCE 柱中间适当的进料点加入，在液态水沿交换柱向下均匀流动过程中，上升氢气与液流发生逆流交换，氚同位素由气相转移至液相。当氢气流经浓缩段（即柱的下半段）时，会实
图 2.2 催化剂颗粒传质机理图 图 2.3 相交换传质机理图综上所述，氢同位素交换反应可由两步基元反应构成：反应 1 发生在疏水催化剂所有活性位点上，为气相与蒸汽相的催化交换反应（2-1），为并流过程。反应 2 发生在所有亲水填料气液接触面上，为蒸汽相和液相的相交换传质反应（2-2），为逆流过程[9; 52]：HT(g)+H2O(v)→HTO(v)+H2(g)（2-1）HTO(v)+H2O(l)→HTO(l)+H2O(v)（2-2）将上述两反应合并，即为气-液相间氢同位素交换的总反应式（2-3）：HT(g)+H2O(l)→HTO(l)+H2(g)（2-3）其中，催化交换反应是弱放热反应（△H=-15.9 J/mol），在中等温度条件下反应优先进行，同时疏水性催化剂能加速反应进行。为了完整描述上述催化交换过程，需采用气-汽-液三相传质模型。2.1.3 电解浓集理论基础
【参考文献】：
期刊论文
[1]水-氢交换氢同位素体系HD/H2O、DT/D2O和HT/H2O分离性能模拟研究[J]. 吴栋,阮皓,胡石林,尹玉国,张丽,黄登高,窦勤成. 核化学与放射化学. 2016(04)
[2]压水堆核电站含氚废水产生与排放[J]. 高飞,杨林君,潘跃龙. 核化学与放射化学. 2016(01)
[3]新建核电厂(华龙一号)运行的环境影响评估[J]. 赵博,王晓亮,毛亚蔚,郑伟,熊章辉. 辐射防护. 2015(S1)
[4]中国核电发展战略研究[J]. 叶奇蓁. 电网与清洁能源. 2010(01)
[5]压水堆核电厂接入电力系统建模[J]. 赵洁,刘涤尘,吴耀文. 中国电机工程学报. 2009(31)
[6]三种压水堆核电厂的放射性环境影响比较[J]. 李红,张凌燕,方栋. 辐射防护. 2009(04)
[7]水饱和蒸汽压的Antoine方程常数的比较[J]. 刘晖,张洪涛,肖红. 内蒙古石油化工. 2009(13)
[8]Pt催化氢水液相交换反应机理的理论研究[J]. 胡胜,王和义,罗顺忠. 中国核科技报告. 2008(02)
[9]水-氢同位素汽-气并流催化交换反应动力学研究[J]. 阮皓,李金英,胡石林,张丽,窦勤成. 核化学与放射化学. 2008(03)
[10]PTFE含量对Pt/C/PTFE疏水催化剂氢水液相催化交换性能的影响[J]. 胡胜,肖成建,朱祖良,罗顺忠,王和义,罗阳明,王昌斌. 原子能科学技术. 2007(05)
本文编号：3220507
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