带附加供料流的准理想级联的优化.PDFVIP

第 36 卷 第 6 期 核 技 术 Vol. 36, No.6 2013 年 6 月 NUCLEAR TECHNIQUES June 2013 带附加供料流的准理想级联的优化 谢全新 杨 坤 周永胜 牟 宏 （核工业理化工程研究院 天津 300180 ） 摘要 某些同位素分离任务( 比如回收铀的浓缩、轻杂质的净化等)需要借助带附加供料流的级联来完成。这类 级联的设计目标之一是针对已知的目标组分的精料和贫料丰度，确定级联的结构参数，即确定级联总级数、 主供料级以及附加供料级位置。为对该类级联进行理论设计，建立了准理想级联的数学优化模型。优化问题 的目标函数为级联中总的物质流量，通过罚函数法把约束条件下的多变量优化问题转化为无约束优化问题， 并用单纯形法对后者进行求解。利用该优化方法对浓缩回收铀的级联进行了计算。 关键词 准理想级联，附加流，优化，罚函数，回收铀 中图分类号 TL92 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2013.hjs.36.060602 大分离系数情况下的多组分同位素分离级联的 料级位置间也同样存在解析关系式。但是在已知目 设计和优化通常以准理想级联为模型[1–6] 。先通过理 标组分精料丰度和贫料丰度情况下，只能建立两个 论计算设计出符合要求的准理想级联，然后使实际 非线性方程，却需确定三个未知量，即级联总级数、 级联的结构尽可能靠近准理想级联。关于准理想级 主供料级位置、附加供料级位置。因此，通过直接 联的计算，有一类典型问题是：已知目标组分( 目标 解非线性方程组的方法不能确定这三个未知量，需 同位素)精料和贫料丰度，确定级联的结构，即确定 要借助其它计算方法来确定。本文以级联中总物质 级联的总级数和供料级位置。对于准理想级联，精 流量为目标函数，以级联总级数、主供料级位置、 料和贫料组分丰度分别与级联总级数和供料级位置 附加供料级位置为优化参量，将带附加供料流的准 两个参量之间存在解析关系式。所以对于普通的准 理想级联的求解问题转化为多变量优化问题，通过 理想级联，即只有一股供料流、一股精料流和一股 用单纯形法对其求解，最终确定三个未知参量，进 贫料流的级联，在目标组分的精料丰度和贫料丰度 而确定级联其它参量。 已知的情况下，根据它们与级联总级数和供料级位 置之间的解析关系式，通过解非线性方程组可以求 1 数学模型及基本概念 出级联总级数和供料级位置两个参量，进而确定级 本文研究的带附加流的准理想级联是如图 1 所 联结构[3–5] 。然而，某些特殊的同位素分离任务需要 示的逆流型级联，级联具有主供料流F 、附加供料 借助带附加供料流的级联来完成，比如乏燃料中回 流 E 、精料流P 和贫料流 W，相应的组分丰度分别 收铀的再浓缩[7–9]、原料昂贵的同位素混合物分离后 为 C 、C 、C 、C ( ，m 为待分离 iF iE iP i iW m 1,..., 贫料的再利用，以及某些分离过程对轻杂质的净化 同位素混合物的组分数) 。级联共有N 级，第f 级为 等[1