Размер имеет значение для ускорения очистки ядерных отходов

Инновационная технология разделения может найти широкое промышленное применение

К

Опубликовано

Очистка устаревших 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 промышленном масштабе описано в книге «Химическая инженерия и обработка: интенсификация процессов».

Более того, эта технология может найти широкое промышленное применение, в том числе в пищевой промышленности, передовом производстве, аэрозольной науке, сверхкритических жидкостях, нефти и газе, а также в переработке экологических отходов.

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории разработали запатентованную технологию, применимую в различных отраслях промышленности, для разделения частиц разного размера. В этом видео Майкл Минетт и Натан Филлипс демонстрируют, как работает сепаратор при переработке суспензии через трехдюймовую трубу в многоярусной лаборатории. (Видео: Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория)

Очистка ядерных отходов сложна. Что касается радиоактивных и химических отходов, например тех, которые хранятся в подземных резервуарах на площадке в Хэнфорде, то в процессе обработки может быть полезно разделить необработанные твердые и жидкие отходы по размеру частиц.

При тестировании PNNL моделируемых 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 помощью нескольких различных смесей твердой и жидкой фаз.

Демонстрация в масштабе стенда поддерживала расход на уровне 94 процентов в течение семи часов без остановки работы из-за засорения. Далее испытания работали со скоростью 90 галлонов в минуту через трехдюймовую трубу, что является оптимальным расходом для промышленных операций.

«Скорость потока в 90 галлонов в минуту была цифрой, необходимой для потенциального промышленного применения, и более высокие скорости достижимы», — сказал Леонард Пиз, ведущий изобретатель и инженер-химик в PNNL. По словам Пиз, в большинстве исследовательских ситуаций вы можете разработать концепцию и, возможно, провести один или два лабораторных испытания в течение одного года. Но у PNNL были необходимые помещения и нужные люди, чтобы проект мог быстро перейти к полномасштабному осуществлению.

Исследователи PNNL изобрели оригинальное, но простое решение для сортировки частиц разного размера из суспензий веществ, таких как отходы радиологических резервуаров или жидкости гидроразрыва пласта. Используя фильтр, напечатанный на 3D-принтере, этот процесс «мезофлюидного разделения» ускорит удаление крупных частиц со скоростью как минимум до 90 галлонов в минуту, что позволяет осуществлять обработку в промышленных масштабах. Эта запатентованная конструкция фильтра исключительно экономична. Он может работать гораздо дольше, чем классические тупиковые фильтры и фильтры с перекрестным потоком, до неизбежного засорения, и требует гораздо более низкого рабочего давления, чем классические фильтры. Полномасштабные испытания мезофлюидного разделительного фильтра были проведены на объекте PNNL Multiphase Transport Evaluation Loop в начале 2019 года. Андреа Старр|Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория

Продуманная система разделения напоминает серию полых хоккейных шайб, заполненных рядами отдельных стоек. Каждый ряд нисходящих стоек немного смещен относительно ряда выше. Команда прозвала ее «патинко» из-за сходства с популярной игрой, которую используют на карнавалах и в телеигровых шоу.

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

В полномасштабной системе несколько наборов шайб с разной конструкцией штифтов будут направлять частицы по их собственной экспресс-полосе, отделяя относительно большие куски (около 1 сантиметра или размером с лимонную конфету) размером до 20 микрон (размером с леденец). лейкоцит). Ставя шайбы одну за другой, «вы получаете эффект 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.