Размер имеет значение для ускорения очистки ядерных отходов

Прочитано: 54 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


Очистка старых радиоактивных отходов от производства ядерного оружия была сложным, длительным и дорогостоящим процессом.

Теперь исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) разработали и продемонстрировали простую технологию разделения частиц, которая может сократить время и деньги, необходимые для очистки. Применение в промышленных масштабах описано в разделе Химическая инженерия и переработка — Интенсификация процессов.

Более того, технология может иметь широкое промышленное применение, в том числе в пищевой промышленности, передовом производстве, науке об аэрозолях, сверхкритических жидкостях , нефти и газе и переработке отходов окружающей среды.

Если частица подходит

Очистка ядерных отходов сложна. Для радиоактивных и химических отходов, таких как хранящиеся в подземных резервуарах на объекте в Хэнфорде, в процессе обработки может оказаться полезным разделение необработанных твердых и жидких отходов по размеру частиц .

При тестировании PNNL смоделированных отходов — в данном случае ведер гранулированных оксидов, смешанных с водой в суспензию — недавно разработанная технология разделения быстро и успешно отделяла более крупные частицы от более мелких в различных масштабах с несколькими различными смесями твердой и жидкой фаз.

Демонстрация на стенде поддерживала 94-процентный поток в течение семи часов без остановки работы из-за засорения. Далее тесты работали со скоростью 90 галлонов в минуту через трехдюймовую трубу, что является оптимальным расходом для промышленных операций.


«Эта скорость потока 90 галлонов в минуту была необходимой для потенциального промышленного применения, и более высокие скорости потока достижимы», — сказал Леонард Пиз, ведущий изобретатель и инженер-химик в PNNL. По словам Пиз, в большинстве исследовательских учреждений вы можете разработать концепцию и, возможно, провести один или два лабораторных теста за один год. Но у PNNL было подходящее оборудование и подходящие люди для быстрого перехода проекта к полномасштабной работе.

Частица патинко

Умело спроектированная система разделения напоминает серию полых хоккейных шайб, заполненных рядами отдельных стоек. Каждый ряд нисходящих столбиков немного смещен относительно предыдущего ряда. Команда прозвала его «пачинко» из-за его сходства с популярной игрой, используемой на карнавалах и в телевизионных игровых шоу.

Когда поток жидкости движется со скоростью до 90 галлонов в минуту, стойки создают уникальные поля потока, которые заставляют более крупные частицы двигаться в нужном направлении. Исследователи создали в системе «экспресс-полосы» для удаления более крупных частиц. Новая компоновка стоек является значительным улучшением для турбулентных потоков .

В полномасштабной системе несколько наборов шайб с разной конструкцией стоек будут направлять частицы на свою собственную экспресс-дорожку, отделяя относительно большие кусочки (около 1 сантиметра или размером с лимонную леденец) размером до 20 микрон (размером примерно с леденец). лейкоцит). Укладывая шайбы одну за другой, «вы получаете экономию за счет масштаба без добавления более дорогостоящей инфраструктуры», — сказал Пиз. Сепаратор работает как в горизонтальном, так и в вертикальном режиме, включая потоки сверху вниз и снизу вверх, добавил Пиз.

Мозговой штурм

Вдохновленные массивами выступов, используемыми в области медицины, Пиз и его коллеги Майкл Минетт и Кэролин Бернс знали, что крупные частицы можно отделить от технологических потоков при очень низких скоростях потока, но этот процесс еще не был продемонстрирован при высоких скоростях потока.

Небольшой медленный поток, называемый ламинарным потоком, спокоен, устойчив и предсказуем. По мере того, как поток становится больше и быстрее (так называемый турбулентный поток), он начинает закручиваться.

Они думали, что им придется придерживаться ламинарного потока, чтобы частицы оставались на правильных дорожках. В 3-дюймовой стальной трубе, обычной для операций с ядерными отходами, скорость потока ограничивается менее чем пятью галлонами в минуту, что не идеально. Работа в турбулентных условиях была единственным способом достижения желаемого рабочего расхода.

Итак, члены команды спроектировали свое первоначальное устройство для работы в вертикальной трубе. Они ожидали, что трудный процесс проектирования решит проблемы с турбулентным потоком. Они были не правы.

«Согласно общепринятому мнению, система будет работать только при плавном ламинарном потоке , но мы доказали, что она работает и при турбулентном потоке», — сказал Минетт.

По словам Минетт, успех в условиях турбулентного потока привел команду к концепции динамики следования за потоком. «Мы поняли, что большинство более крупных частиц не отскакивали от столбов, а двигались потоками, создаваемыми столбами».

По словам Бернса, инженера-химика, который расширил лабораторные эксперименты, в этой конструкции стойки создают потоки, которые направляют крупные частицы в экспресс-полосу, чтобы их можно было удалить, что значительно снижает эрозию штифтов и продлевает срок службы устройств. .

«Меня поразило, что штифты не сломались и не разрушились — они выдержали поток и агрессивные материалы», — сказал Бернс. «Это экспериментальное доказательство стало большим шагом вперед в функциональности системы».

Размер имеет значение для ускорения очистки ядерных отходов



Новости партнеров