乏燃料连续溶解过程的动态仿真模型研究

本文通过分析乏燃料芯块与硝酸之间溶解反应的质量传递过程,以及溶解液中溶质的质量传递过程,基于质量衡算得到了乏燃料芯块溶解过程的动态溶解模型,并利用Comsol和Matlab软件建立了求解溶解模型的仿真程序。仿真结果表明,在温度90℃、硝酸进料浓度6 mol/L、进料流率11 L/min、回流量35 L/min的工艺条件下,溶解液需要270 min达到出料要求,而达到平衡所需时间为2 000 min。达到平衡后的溶解液出料中,铀浓度为253.23 g/L、硝酸浓度为2.78 mol/L,能满足出料要求。模拟结果的全过程质量平衡计算表明,模拟结果与理论计算值的相对误差为2.57%。模拟结果中溶质浓度变化趋势与实际过程基本一致,溶解器内铀浓度总体上呈先迅速升高、后较快减小、最后又缓慢减小,而硝酸浓度总体变化趋势则与铀浓度的变化趋势相反。以上结果表明,本研究所建立的回转式连续溶解器动态溶解仿真模型能较好地描述该溶解器中乏燃料的实际溶解行为,能为实际生产过程中乏燃料溶解工艺段提供仿真数据支撑。