핵폐기물 처리 속도를 높이려면 크기가 중요합니다

혁신적인 분리 기술은 광범위한 산업 용도로 사용될 수 있습니다.

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핵무기 생산으로 인한 기존 방사성 폐기물을 청소하는 것은 어렵고 시간이 많이 걸리며 비용이 많이 드는 과정이었습니다. 이제 PNNL(Pacific Northwest National Laboratory)의 연구원들은 청소에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있는 간단한 입자 분리 기술을 설계하고 시연했습니다. 산업 규모의 적용은 화학 공학 및 가공: 공정 강화에 설명되어 있습니다.

또한 이 기술은 식품 가공, 첨단 제조, 에어로졸 과학, 초임계 유체, 석유 및 가스, 환경 폐기물 처리 등 광범위한 산업 분야에서 사용될 수 있습니다.

Pacific Northwest National Laboratory의 연구원들은 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 다양한 크기의 입자를 분리하기 위해 특허 출원 중인 기술을 개발했습니다. 이 비디오에서 Michael Minette와 Nathan Phillips는 고천장 실험실에서 3인치 파이프를 통해 슬러리를 처리하는 동안 분리기가 어떻게 작동하는지 보여줍니다. (영상: 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소)

핵폐기물 처리는 복잡하다. Hanford 현장의 지하 탱크에 저장된 것과 같은 방사성 및 화학 폐기물의 경우 원시 고체 및 액체 폐기물을 입자 크기별로 분리하는 처리 공정에 도움이 될 수 있습니다.

시뮬레이션된 폐기물(이 경우 물과 혼합된 입상 산화물 버킷을 슬러리로 만드는)에 대한 PNNL 테스트에서 새로 개발된 분리 기술은 여러 가지 고체-액체 혼합물을 사용하여 다양한 규모의 큰 입자와 작은 입자를 신속하고 성공적으로 분리했습니다.

벤치 규모 시연에서는 막힘으로 인한 작업 중단 없이 7시간 동안 94%의 흐름을 유지했습니다. 또한 테스트는 산업 운영에 최적인 흐름인 3인치 파이프를 통해 분당 90갤런의 속도로 진행되었습니다.

PNNL의 수석 발명가이자 화학 엔지니어인 Leonard Pease는 "분당 90갤런의 유속은 잠재적인 산업 응용 분야에 필요한 수치였으며 더 빠른 유속을 달성할 수 있습니다."라고 말했습니다. Pease는 대부분의 연구 환경에서 개념을 설계하고 1년 안에 실험실 규모 테스트를 한두 번 완료할 수 있다고 말했습니다. 그러나 PNNL은 프로젝트가 빠르게 본격화될 수 있도록 적절한 시설과 적절한 인력을 갖추고 있었습니다.

PNNL 연구원들은 방사선 탱크 폐기물이나 파쇄액과 같은 슬러리 물질에서 다양한 크기의 입자를 분류하는 독창적이면서도 간단한 솔루션을 발명했습니다. 3D 프린팅 필터를 사용하는 이 "메조유체 분리" 프로세스는 대형 입자 제거 속도를 분당 최대 90갤런까지 가속화하여 산업 규모의 처리를 가능하게 합니다. 특허 출원 중인 이 필터 설계는 매우 비용 효과적입니다. 불가피한 막힘이 발생하기 전에 기존 데드엔드 필터 및 직교류 필터보다 훨씬 더 오랫동안 작동할 수 있으며 기존 필터보다 훨씬 낮은 작동 압력이 필요합니다. 본격적인 메조유체 분리 필터 테스트는 2019년 초 PNNL의 다상 수송 평가 루프 시설에서 수행되었습니다. Andrea Starr|태평양 북서부 국립 연구소

교묘하게 설계된 분리 시스템은 개별 기둥이 줄지어 채워진 일련의 속이 빈 하키퍽과 유사합니다. 내림차순 기둥의 각 행은 위 행에서 약간 오프셋되어 있습니다. 팀은 카니발과 TV 게임 쇼에서 사용되는 인기 게임과 유사하기 때문에 "파칭코"라는 별명을 붙였습니다.

분당 최대 90갤런의 속도로 움직이는 유체 흐름으로 포스트는 더 큰 입자가 원하는 방향으로 움직이게 하는 고유한 흐름 필드를 생성합니다. 연구원들은 더 큰 입자를 제거하기 위해 시스템 내에 "고속 레인"을 만들었습니다. 새로운 포스트 레이아웃은 난류 흐름에 대한 주요 개선 사항입니다.

전체 크기 시스템에서는 서로 다른 포스트 디자인을 갖춘 여러 세트의 퍽이 입자를 자체 익스프레스 레인으로 안내하여 상대적으로 큰 조각(약 1cm 또는 레몬헤드 캔디 크기)을 20미크론(약 1cm 크기)까지 분리합니다. 백혈구). Pease는 퍽을 서로 쌓아서 "더 많은 비용이 드는 인프라를 추가하지 않고도 규모의 경제를 얻을 수 있습니다"라고 말했습니다. 분리기는 하향식 및 상향식 흐름을 포함하여 수평 및 수직 모드 모두에서 작동한다고 Pease는 덧붙였습니다.