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用颗粒分离技术处理核污染土壤,速度更快成本更低

用颗粒分离技术处理核污染土壤,速度更快成本更低

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清除核武器生产中遗留的放射性废物是一个艰巨、漫长且昂贵的过程。


现在,西北国家实验室(PNNL)的研究人员设计,并展示了一种简单的颗粒分离技术,这种技术可能会减少清理所需的时间和金钱。这项技术可能有广泛的工业用途,包括食品加工、先进制造、气溶胶科学,超临界流体、石油和天然气以及环境废物处理。


核废料的清理是复杂的。对于放射性废物和化学废物,如储存在汉福德地下储罐中的废物,通过以下方式将原始固体和液体废物分开可能有利于处理过程粒度。



在PNNL的模拟废物测试中,是一桶桶颗粒状氧化物与水混合成浆状物,新开发的分离技术快速成功地将较大颗粒与较小颗粒从几种不同的固液混合物中分离出来。


实验室规模的演示在7个小时内保持了94%的流量,没有因堵塞而停工。此外,测试以每分钟90加仑的速度通过3英寸的管道进行,这是工业操作的最佳流量。


每分钟90加仑的流量是潜在工业应用所需的数量,更快的流量是可以实现的,在大多数研究环境中,你可以设计出概念,并可能在一年内完成一两个实验室规模的测试。但是PNNL有合适的设备和合适的人来让这个项目迅速全面展开。


Michael Minette展示了使用西北国家实验室的中流体分离器从泥浆混合物中分离出的300微米及更大的颗粒。这些结果来自PNNL多相运输评估实验室的模拟试验。


设计巧妙的分离系统类似于一系列中空的冰球,里面装满了一排排独立的柱子。每排下降的柱子都与上面的一排稍微偏移。该团队给它起了个绰号“弹球”,因为它与嘉年华会和电视游戏节目中流行的游戏相似。



随着流体流以高达每分钟90加仑的速度移动,柱子产生独特的流场,使较大的颗粒沿期望的方向移动。研究人员在系统内创建了“快速通道”来移除较大的颗粒。


在全尺寸系统中,多组具有不同柱设计的圆盘将引导粒子进入自己的快速通道,分离相对较大的碎片(约1厘米或柠檬头糖的大小)至20微米(约为白细胞的大小)。通过一个接一个地堆叠冰球,可以在不增加更昂贵的基础设施的情况下获得规模经济,该分离器可以在水平和垂直模式下工作,包括自上而下和自下而上的流动。


受医疗领域中使用的凸点阵列的启发,Pease及其同事Michael Minette和Carolyn Burns知道可以在非常低的流速下从工艺流中分离出大颗粒,但该过程尚未在高流速下进行演示。


小而慢的水流是平静、稳定和可预测的。随着流动变得更大更快。


西北国家实验室的研究人员开发了一项正在申请专利的技术,适用于各种行业,来分离不同大小的颗粒。在这个视频中演示了分离器如何在高隔间实验室中通过一个3英寸的管道处理泥浆。


在3英寸的钢管中,这在核废料处理中很常见,这将把流速限制在每分钟5加仑以下,这是不理想的。在湍流条件下运行是达到所需运行流速的唯一方法。


因此,团队成员设计了他们的初始设备,在垂直管道中工作。他们预计会有一个艰巨的设计过程来克服湍流问题。


传统观点认为该系统只能在光滑的,层流但是我们证明了它也适用于湍流。当时的条件使研究小组产生了流动跟随动力学的概念。大多数较大的粒子不是从柱子上反弹回来的,而是被柱子产生的气流驱动的。


在这种设计中,柱子产生的气流将大颗粒导向快速通道,这样它们就可以被清除,大大减少了针的腐蚀,延长了设备的寿命。


注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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