基于MESH方程精馏回收磷酸三丁酯和煤油的动态模型与实验研究
摘要
乏燃料后处理工艺中，经PUREX（PlutoniumUraniumReductionExtraction）流程产
生的污溶剂磷酸三丁酯（TBP）和煤油（OK），通常以贮存的方式来处理，这种方式既
不经济又有一定的安全隐患。在保持萃取效率一定的前提下，精馏回收技术可以实现
TBP与OK的重复利用。同时，搭建后处理工艺过程实时仿真模型可为核燃料后处理厂
的设计提供参考。因此，污溶剂回收精馏过程的模型建立具有一定工程意义。
本论文构建了基于MESH方程的污溶剂精馏回收动态模型，此模型同时考虑物料
平衡方程和相平衡方程，结合各塔板数的液相摩尔分数、温度分布、压力分布、各组分
汽液相焓值及混合物焓值，依托安托因方程与塔板水力学方程，可针对污溶剂通过精馏
法回收TBP与稀释剂进行动态计算和过程特性分析。
在负压条件下，计算30%TBP-OK精馏过程的动态的数值解，获得了污溶剂回收工
段开车过程中精馏塔塔顶、塔釜各组分（TBP、C10、C11、C12、C13）浓度随时间变化的
规律。计算结果表明，在进料浓度为8.078mol/h、TBP含量0.2205、C10含量0.0644、
C11含量0.1993、C12含量0.2957、C13含量0.2201的进料条件下，运行20h后塔顶各组
分浓度趋于平缓，在运行50h后塔釜TBP浓度趋于平缓。此时，TBP塔顶浓度为0.4%，
塔釜浓度为96%。使用AspenPlus软件对其模型的合理性进行交互验证，结果表明，此
模型动态模拟稳定后的结果与其稳态模拟结果接近，且误差不高于10%，计算可信度较
高。同时，本模型可计算塔顶塔釜产品含量达到稳态后，加入系统扰动与操作变量阶跃
扰动的塔顶、塔釜浓度动态响应过程。此外，为了验证模型的准确性，开展污溶剂精馏
回收过程的实验，得到了动态实验的精馏操作温度的选择方法，结果为塔釜150℃时的
精馏效果最佳；得到了开车过程、系统扰动过程、操作变量阶跃扰动过程的实验数据。
实验与模型对比，动态响应趋势相同，且稳定时TBP在塔顶塔釜的含量的实验值与模拟
值误差小于5%。
关键词：污溶剂；精馏；TBP-OK；动态过程
基于MESH方程精馏回收磷酸三丁酯和煤油的动态模型与实验研究
Abstract
Inthespentfuelreprocessingprocess,thedirtysolventtributylphosphate(TBP)and
kerosene(OK)producedbythePUREX(PlutoniumUraniumReductionExtraction)process
areusuallydisposedofbystorage,whichisbothuneconomicalandhascertainsafetyrisks.The
distillationrecoverytechnologycanrealizethereuseofTBPandOKunderthepremiseof
maintainingacertainextractionefficiency.Atthesametime,buildingareal-timesimulation
modelofthereprocessingprocesscanprovideareferenceforthedesignofnuclearfuel
reprocessingplants.Therefore,themodelingofthedistillationprocessofdirtysolventrecovery
hassomeengineeringsignificance.
Inthisthesis,adynamicmodelbasedonMESHequationisconstructed