Kies jou taal:
Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
abstrakte
Oorsig van die relevante literatuur dui aan dat beduidende navorsing onderneem om toe te pas electrostatically
skeidingstegnieke te korrel plant-gebaseerde voedsel droog (dws., organiese) materiaal. Hierdie ontwikkeling het versnel in die verlede 10 - 20 jaar, with many researchers in Europe and the United States applying elektrostatiese skeiding techniques to a wide variety of beneficiation challenges. Van hierdie navorsing, is dit duidelik dat elektrostatiese metodes het die potensiaal om nuwe te genereer, hoërwaarde plantprodukte, of bied 'n alternatief vir die verwerking metodes nat. Hoewel bemoedigende skeiding van graan graan, pulse and oilseed materials have been demonstrated at the laboratory and in some cases, pilot scale, die elektrostatiese stelsels gebruik om te demonstreer hierdie resultate dalk nie geskik of koste-effektiewe verwerking toerusting verrig sodanige skeidings op 'n kommersiële basis. Baie elektrostatiese tegnologie is nie geskik vir proses fyngemaal, low-Density poeiers soos plant materiaal. Maar, die ST Toerusting & Tegnologie (STET) triboelectrostatic gordel separator die bewese vermoë om fyn deeltjies van die proses 500 - 1 μm. The STET belt separator is a high-rate, industrieel bewys verwerking toestel wat geskik is vir die onlangse ontwikkelinge in organiese materiaal verwerking kommersialiseer mag wees. Die STET gordel skeierbladsy is getoets op 'n steekproef van volkoringmeel en was gevind om suksesvol te wees in die semels te verwyder uit die stysel breuk. Toekomstige toetsing met die STET separator sal gedoen word op koringsemels monsters, mieliemeel
en polse soos soja en lupiene.
sleutelwoorde: Tribo-Elektrostatiese, elektrostatiese, skeiding, fraksionering, koring, graan, meel, vesel, proteïen, oliesade, polse
inleiding
Elektrostatiese skeiding metodes is aangewend vir die afgelope 50 jaar op die kommersiële skaal veredeling van
industriële minerale en herwinning van afvalmateriaal. Elektrostatiese veredeling van droë korrel plant-gebaseerde voedsel (d.w.z, organiese) materiaal is ondersoek vir meer as 140 jaar, met die eerste patent vir elektrostatiese skeiding van koringmeel growwe meel so vroeg as gevul 1880. [1] Elektrostatiese veredeling maak voorsiening vir skeiding gebaseer op verskille in oppervlak chemie (werkfunksie) of diëlektriese eienskappe. In sommige gevalle, Hierdie skeidings nie moontlik sou wees met behulp van grootte of digtheid skeidings alleen. Elektrostatiese skeiding stelsels te bedryf op dieselfde beginsels. Alle elektrostatiese skeiding stelsels bevat 'n stelsel om die deeltjies elektries hef, 'n ekstern gegenereerde elektriese veld vir die skeiding plaasvind in, en 'n metode van die oordra van deeltjies in en uit die skeiding toestel. Elektriese laai kan voorkom word deur een of meer metodes insluitend geleidende induksie, tribo-laai (kontak elektrifisering) en ioon of corona laai. Elektrostatiese skeiding stelsels aan te wend ten minste een van hierdie heffing meganismes. [2]
Hoë spanning roll elektrostatiese skeiding stelsels is gebruik in baie nywerhede en aansoeke waar 'n mens
die komponent is meer elektries geleidende as die ander. Voorbeelde van aansoeke vir 'n hoë spanning roll skeiding sluit titanium draende minerale skeiding, asook herwinning programme, byvoorbeeld sorteer metaal van plastiek. Daar is verskeie variasies en geometrieën gebruik vir hoë spanning roll stelsels, maar in die algemeen, hulle werk op dieselfde beginsels. Voer deeltjies is negatief gelaai deur 'n ioniserende corona ontslag. Voer deeltjies versprei op 'n roterende drom, waar die drom elektries is gegrond. Die elektries geleidend deeltjies gee om hul beheer oor die kontak met die oppervlak van die gegronde drom. Die rotasie van die drom veroorsaak die geleidende deeltjies vanaf die oppervlak van die drom gegooi en gedeponeer in die eerste produk vulbak word. Die nie-geleidende deeltjies behou hul elektriese lading en is vasgepen op die oppervlak van die drom. uiteindelik, die elektriese lading op die nie-geleidende deeltjies sal ontbind, of die deeltjies sal uit die drom geborselde word nadat die drom het gedraai sodat die nie-geleidende deeltjies is gedeponeer in die nie-geleidende deeltjie vulbak. In sommige toepassings, 'n middlings vulbak is geplaas tussen die geleidende en nie-geleidende produk vulbak. Die effektiwiteit van hierdie tipe van skeiding toestel is oor die algemeen beperk tot deeltjies wat relatief growwe en/of het hoë spesifieke swaartekrag, as gevolg van die behoefte aan alle deeltjies om kontak met die oppervlak van die drom. Daarbenewens, deeltjie vloei dinamika is belangrik as hoekige bewegings momentum is uiteindelik verantwoordelik vir die vervoer van die deeltjies van die oppervlak van die drom om die onderskeie produk hoppers. Fyn deeltjies en low-density deeltjies word maklik beïnvloed deur lug strome en dus minder geneig om uit die drom in 'n voorspelbare area gegooi word. [2] [3] [4]
Die hoë spanning gordel separator is 'n variant van die hoë spanning roll separator hierbo beskryf. Voer deeltjies eweredig versprei oor die breedte van 'n elektries gegrond vervoerband. Deeltjies word gehef, gewoonlik deur 'n negatiewe corona, hoewel ander meganismes van die heffing is moontlik. Weer die geleidende deeltjies gee hul elektriese lading tot die minste gegrond vervoerband, terwyl die nie-geleidende deeltjies behou hul beheer. Die geleidende deeltjies val af van die rand van die band deur swaartekrag, terwyl die gelaaide nie-geleidende deeltjies "opgehef" af van die oppervlak van die band deur elektrostatiese kragte. Weer vir die skeiding om doeltreffend te wees, elke deeltjie moet kontak die oppervlak van die band om voorsiening te maak vir die geleidende deeltjies om hul beheer te gee tot die gordel. daarom, slegs 'n enkele laag deeltjies kan deur die skeiding oorgedra word op 'n tyd. As die deeltjiegrootte van die voer word kleiner, die verwerking koers van die toestel is verminder. [5] [6]
Parallelplaatkapasitor elektrostatiese skeiers is tipies wat gebaseer is op die skeiding van deeltjies nie op grond van geleiding, maar op verskille in oppervlak chemie wat dit moontlik maak vir elektriese lading oordrag deur wrywingskrag kontak. Deeltjies elektries gelaaide deur kragtige kontak met ander deeltjies, of met 'n derde oppervlak soos 'n metaal of plastiek sal die verlangde-tribo laai eienskappe. Materiaal wat elektronegatiewe is (geleë op die negatiewe kant van die tribo-elektriese reeks) verwyder elektrone vanaf die tribo laai oppervlak en dus 'n netto negatiewe lading verkry. In kontak, materiaal wat aan die positiewe kant van die tribo-elektriese reeks elektrone skenk en hef positief. Die gelaaide deeltjies word dan opgeneem in 'n elektriese veld gegenereer tussen die twee parallelle plaat elektrodes deur verskeie vervoer middel (swaartekrag, pneumatiese, vibrasie). In die teenwoordigheid van die elektriese veld, die gelaaide deeltjies beweeg na die teenoorgestelde gelaaide elektrodes en word versamel by die ooreenstemmende produk hoppers. weer, 'n growwe meel fraksie bevat 'n mengsel van deeltjies mag of nie mag nie afgehaal, afhangende van die opset van die skeiding toestel. [4] [7]
Figuur 1: Diagram van 'n hoë spanning roll separator (links) en 'n parallelplaatkapasitor vryval separator (reg).
tafel 1: Opsomming van wat algemeen gebruik word elektrostatiese skeiding toestelle.
geval 1 - Koring en koringsemels Groef.
Koringsemels is 'n byproduk van konvensionele koring maal, verteenwoordig 10-15% van die koring graan. Koringsemels bestaan uit die buitenste lae insluitend die opperhuid, testa, en aleurone. Koringsemels bevat die meeste van die mikrovoedingstowwe, vesel, en fitochemikalieë vervat in graan, wat voordele vir die gesondheid vir mense het getoon. [8] Beduidende belang in die skeiding van en beneficiating koringsemels is berig. Historiese belang in die skeiding van koring semels was om die gehalte en die waarde van die meel produk te verbeter. Maar, meer onlangse belangstelling is aangemeld in die herstel waardevolle komponente van koringsemels.
in 1880, Thomas Osborne gepatenteer die eerste kommersiële elektrostatiese skeier vir die verwydering van semels uit meel growwe meel. Die skeiding bestaan uit rolle bedek met harde rubber of gelykstaande materiaal wat in staat is om elektries gelaaide via wrywingskrag was tribo-laai met wol. Alhoewel dit nie beskryf, dit word aanvaar die rubber rolle het 'n negatiewe lading in vergelyking met wol, in ooreenstemming met die meeste tribo-elektriese reeks. Die elektries gelaaide rolle gelok dan die positief gelaaide semels vesel deeltjies, oordra van hulle op die oppervlak van die rol totdat die vasgepen vesel deeltjies gesmeer van die oppervlak van die rol. hierdie (aanvaar) positiewe laai van koring semels is in konflik met resultate deur ander berig. Tribo-heffing van die semels deeltjies is bygestaan deur fluidizing lug bekendgestel aan die onderkant van die toestel, wat die bykomende voordeel van die oorsaak van die minder digte semels deeltjies na die oppervlak het, nader aan die rolle. [1]
in 1958 'n apparaat vir elektrostatiese skeiding van semels en endosperm vervat in meel growwe meel aan die lig gekom in 'n patent liassering deur Branstad werk by General Mills. Die toestel bestaan uit 'n parallelplaatkapasitor separator waarin deeltjies tussen die twee plate deur vibrasie is oorgedra. Bran deeltjies, gehef deur wrywingskrag kontak met endosperm deeltjies, was dan om die top elektrode opgehef deur gate in die top elektrode. [9]
in 1988 'n apparaat en proses vir aleurone van kommersiële koring semels herstel was onthul in 'n patent liassering. Kommersiële koring semels met 'n begin aleurone inhoud van 34% is verryk met 'n konsentraat van 95% by 10% massa opbrengs (28% aleurone herstel) deur 'n kombinasie van hamer maal, sizing deur sifting, lug elutriatie en elektrostatiese skeiding met behulp van 'n parallelplaatkapasitor elektrostatiese skeier. Deeltjies is aangekla in die lug elutriator toestel, wat 'n dubbele rol van die verwydering van boetes het (<40 μm) deur die vervoer, rukkie gelyktydig tribo-laai die aleurone deeltjies positiewe (verslagdoening aan die negatiewe electrode bord) en die opperhuid/testa deeltjies negatiewe. Die Partikel grootte van die semels mengsel was versigtig beheer deur hamer maal en multi vlak sifting, kry 'n toevoer meestal grootte die 130 - 290 μm reeks. [10]
Onlangse werk op aleurone van koring semels herstel steeds. in 2008, Buhler AG gepatenteer 'n elektrostatiese skeiding toestel vir skei aleurone deeltjies uit dop deeltjies gemaak van gekommuteerde semels. Een verpersoonliking van die toestel bestaan uit 'n rotor opereer in 'n haglike grootte behandeling area, wat voorsiening maak vir deeltjie vir deeltjie en deeltjie-tot-muur kontak en daaropvolgende tribo-besig om te laai. Die gelaaide deeltjies dan vervoer meganies in 'n skeiding vaartuig wat parallel bord elektrodes bevat. Deeltjies val deur die skeiding vaartuig deur swaartekrag, soos die differentially gelaaide deeltjies beweeg teenoor die oppositely gelaaide elektrodes onder die invloed van die elektriese veld. [11] Wanneer gekombineer met behoorlike vulstof van die voer semels en meganiese sortering metodes, aleurone konsentrasies van tot 90% aangemeld. [12] [8]
Figuur 2: Gereproduseer uit Hemery et al, 2007 [8].
Tribo-laai en corona laai eksperimente op koringsemels is deur werkers by die Elektrostatika van verspreide Media Navorsingseenheid gedra, Universiteit van Poitiers, Frankryk in 2010. Die navorsers gemeet die oppervlak las en oppervlak potensiële verrotting keer op koring semels met 10% vog en lyophilized (gevriesdroogde) koringsemels. A skeiding toets is uitgevoer op 'n monster van 50% gevriesdroogde koring semels en 50% gevriesdroogde aleurone voed met 'n gordel tipe corona elektrostatiese skeierbladsy. (Figuur 3) Skeiding resultate vir die laboratorium skaal corona separator aangedui 67% van aleurone verhaal om die nie-dirigent hopper, terwyl slegs 2% van die koring semels gerapporteer word aan die nie-dirigent hopper. Tribo-laai eksperimente is ook gevoer met koringsemels en aleurone, maar net om die spesifieke oppervlak beheer meet [micro controllers / g] gegenereer op elke fraksie, in teenstelling met produkte van 'n elektrostatiese skeiding herstel. Beide voer materiaal is aangekla met behulp van Teflon as die kontak oppervlak. Beide koringsemels en aleurone word geopenbaar as die heffing positiewe relatief tot Teflon, wat self is baie elektronegatief. Die grootte van die lading is gevind om afhanklik van die bedryfstelsel druk wat op die tribo-laaier, wat daarop dui dat 'n hoër onstuimigheid lei tot meer kontakte en meer volledige tribo-heffing. [13]
Figuur 3: Gereproduseer uit Dascalescu et al, 2010 [13]
in 2009, navorsers geëvalueer die elektrostatiese laai eienskappe van aleurone ryk en opperhuid ryk voedermiddelen. [14] in 2011 die navorsers uitgevoer elektrostatiese skeiding toets op monsters van fyngemaalde koring semels met behulp van 'n vlieënier skaal elektrostatiese plaat separator (TOP System, Tribo Flow Separaties, Lexington, VSA). Die TEP System gebruik van 'n heffing lyn, waar voer deeltjies word bekendgestel in 'n onstuimige saamgeperste lug stroom, en pneumatisch oorgedra deur die heffing tot by die skeiding kamer. Die deeltjies word tribo-gehef deur die deeltjie vir deeltjie kontak, sowel as deeltjie kontak met die oppervlak van die heffing lyn. Resultate verkry met die TEP System getoon dat elektrostatiese skeiding was effektief in die opgradering van aleurone en beta-glucane inhoud van koringsemels. Interessant, die fraksie van materiaal wat gevind is om die hoogste aleurone selinhoud bevat, by 68%, was die baie fyn (D50 = 8 μm) breuk wat uit die laai buis verhaal. Dit is nie duidelik waarom hierdie materiaal voorkeur is gekonsentreer in die laai-apparaat, egter, dit dui daarop dat die vermoë om aleurone selinhoud verwerk elektrostatiese tegnieke wat in staat is van die verwerking baie fyn poeiers is vereis. Verder, hierdie werk getoon dat voer voorbereiding vir die koring semels was 'n belangrike oorweging. Monsters wat voorberei is deur cryogene maal in 'n hamermeul is bevind dat minder heeltemal geskei (bevryde) as dié grond in 'n tipe impak meul by kamertemperatuur. [15] [16]
Figuur 4: Gereproduseer uit Hemery et al, 2011 [16]
Onlangse werk bestudeer die konsentrasie van arabinoxylans van koring semels deur elektrostatiese metodes. Die navorsers gebruik 'n laboratorium skaal elektrostatiese skeier bestaande uit 'n laai buis en skeiding kamer met twee parallelle plaat elektrodes. Gemaal koringsemels is opgeneem in die laai buis en oorgedra pneumatisch in die skeiding kamer met behulp van saamgeperste stikstof. Die onstuimigheid en 'n hoë gas snelheid in die laai buis op voorwaarde dat die deeltjie kontak wat nodig is vir tribo-heffing. Die gelaaide deeltjies (produkte van die skeiding) versamel uit die oppervlak van die elektrodes vir analise. As gevolg van die vertikale oriëntasie van die elektrodes 'n beduidende hoeveelheid materiaal is nie afgehaal. Hierdie growwe meel fraksie mag herwin word vir verdere verwerking in konvensionele elektrostatika, egter, vir die doeleindes van hierdie eksperiment, materiaal nie afgehaal op die elektrodes is verlore beskou. Die navorsers het 'n verhoging in beide produk graad (arabinoxylan inhoud in die produk) en skeiding doeltreffendheid as die oordra snelheid verhoog. [17]
Onlangse pogings om koringsemels veredel met behulp van elektrostatiese metodes word hieronder opgesom in Table 2.
tafel 2: Opsomming van elektrostatiese metodes geëvalueer om koringsemels veredel.
geval 2 - Proteïen Herstel van lupine efa
Navorsers by die proses Food Engineering Group in Wageningen, Nederland, geëvalueer die potensiaal vir proteïen verryking met behulp van peulplante. Pea en lupiene meel is gebruik as voer vir 'n verskeidenheid van proteïen verryking tegnieke, insluitend lug klassifikasie gekombineer met elektrostatiese skeiding. Onbehandelde ertjie en lupien saad is die eerste maal na ongeveer 200 μm. Voedermiddelen vir klassifikasie en elektrostatiese skeiding is daarna gemaal met behulp van 'n tipe impak meul met 'n interne klassifiseerder (Hosokawa-Alpine ZPS50). Mediaan deeltjiegrootte (d50) is gerapporteer as ongeveer 25 μm vir die ertjie meel, en ongeveer 200 μm vir die lupien meel, voor lug klassifikasie. uiteindelik, 'n subset van elke monster, meel ertjie en lupiene, is dan geklassifiseer lug (Hosokawa-Alpine ATP50). Die voer om die elektrostatiese skeier bestaan uit beide onbehandelde Meel, sowel as die kursus en fyn produk uit lug klassifikasie. [18]
Die elektrostatiese skeiding toestel wat gebruik word tydens die eksperimente was 'n parallelplaatkapasitor tipe, met laai uitgevoer via triboelectric besig om te laai 'n 125 mm lengte laai buis, met deeltjies oorgedra pneumatisch deur saamgeperste stikstof. Die toestel is soortgelyk in opset om die toestel wat gebruik word deur Wang et al (2015). [17] Elektrostatiese skeiding eksperimente is uitgevoer op meel grond ertjie en meel lupine, asook die kursus en fyn breuke van ertjie meel en lupine meel verkry uit lug klassifikasie. Die ertjie meel gedemonstreer slegs geringe beweging van proteïen gedurende elektrostatiese toets. Maar, die lupien meel gedemonstreer beduidende beweging van proteïen in al drie getoets monsters (gemaal meel - 35% proteïen, gemaal geklassifiseer boetes - 45% proteïen, gemaal geklassifiseer growwe - 29% proteïen). Proteïenryke produkte van ongeveer 60% verhaal op die gegronde elektrode vir elk van die drie getoets lupine monsters. [18]
geval 3 - Vesel Die opheffing van Corn
Navorsers by die Departement van Landbou en Biologiese Engineering, Mississippi State University uitgevoer elektrostatiese toets op mielieblom grond, met 'n doel van die verwydering van vesel. Die elektrostatiese skeiding toestel bestaan uit 'n vervoerband met 'n negatiewe elektrode geplaas aan die einde van die vervoerband. Die positief gelaaide deeltjies, vesel deeltjies, in hierdie geval, was af die vervoerband opgehef en gesorteer in 'n tweede hopper. Die nie-vesel deeltjies afgeval van die vervoerband deur swaartekrag en is gedeponeer in die eerste produk hopper. Die skrywers nie beskryf hoe die elektriese laai uitgevoer. Die voer materiaal om hierdie skeiding was relatief growwe, met deeltjies groottes van die voer wat wissel van 12 maas (1,532 μm) om 24 maas (704 μm). Dit lyk nie dat die undersize (<704 μm) materiaal was tydens hierdie studie verwerk. Elke toets toestand is voltooi met behulp van 1 kg voer material wat was gelykmatig versprei regoor die gordel. [6]
Figuur 5: Gereproduseer uit Pandya et al, 2013 [6]
Die navorsers Mississippi State voltooi elektrostatiese skeiding toets op die ongesifte koring meel, die gesifte mielieblom breuke en die vesel-ryk breuke verhaal uit lug klassifikasie. Elektrostatiese toets is nog nie voltooi nie op die lae-vesel strome verhaal van lug klassifikasie. Ontleding van die resultate van die elektrostatiese skeiding word hieronder verskaf:
tafel 3: Resultate van vesel skeiding gereproduseer uit Pandya et al, 2013 [6]
geval 4 - Proteïne Konsentrasie van Oliesade
Oliesade soos raapsaad (canola), sonneblom, sesam, mosterd, sojabone-koring kiem, en lijnzaad bevat gewoonlik 'n aansienlike bedrag van beide proteïen en vesel. Verwerking van tegnologie om die vesel te verwyder, en dus die proteïeninhoud verhoog, van oliesade sal al hoe belangriker as globale vraag na proteïen verhoog word. [19] Onlangse werk deur navorsers by die Franse Nasionale Instituut vir Landbou Navorsing wat ondersoek ultrafine maal gekombineer met elektrostatiese verwerking van sonneblomsaad maaltyd, om proteïen te konsentreer. Die ete voer sonneblom monsters is gemaal in 'n impak meul wat teen kamertemperatuur tot 'n deeltjiegrootte (D50) van 69.5 μm. Die elektrostatiese skeier gebruik word vir die toets was 'n parallelplaatkapasitor toestel waar die primêre laai meganisme was tribo-heffing. Die tribo-heffing is in 'n tribo laai lyn stroomop van die elektrodes uitgevoer, met deeltjies oorgedra deur die heffing lyn, en om die elektrodes, via pneumatiese vervoer. Proteïen gevind te hef positiewe (verslagdoening aan die negatiewe elektrode) en die vesel-ryk breuk gekry om te hef negatief. Proteïen selektiwiteit gevind hoog. Voerproteïen was 30.8%, met die proteïenryke produk meet 48.9% en die proteïen arm (vesel-ryk) produk net meet 5.1% proteïen. Proteïen herstel was 93% om die positiewe produk. sellulose, hemicelluloses, en lignien was gemeet en gevind om verslag aan die negatief gelaaide produk, teenoorgestelde wat van proteïen. [20]
tafel 4: Resultate van sonneblomsaad ete skeiding gereproduseer uit Barakat et al, 2015 [20]
in 2016, 'n bykomende studie voltooi met behulp van fyngemaalde raapsaad olie saad maaltyd, of raapsaad olie koek (ROC), as die voer om 'n elektrostatiese skeiding proses. Weer ultrafine maal by kamertemperatuur is uitgevoer met behulp van 'n mes meul toestel (Retsch SM 100). Die gemaalde materiaal, met 'n gemiddelde deeltjiegrootte (D50) van ongeveer 90 μm, verwerk met behulp van 'n vlieënier skaal parallelplaatkapasitor separator (TOP System, Tribo Flow Separaties). Die TEP stelsel utilizes triboelectric laai deur pneumatiese vervoer van deeltjies deur 'n hoë druk laai lyn onstuimige toestande. 'N enkele slaag skeiding toets met die TEP stelsel het gelei tot die beduidende konsentrasie van proteïen, met 'n voer proteïen van 37%, 'n positief gelaaide produk proteïen vlak van 47% en 'n negatief gelaaide produk proteïen vlak van 25%. Bykomende skeiding stadiums uitgevoer, uiteindelik produseer 'n proteïenryke produk met 51% proteïen na 3 opeenvolgende skeiding stadiums. [21]
tafel 5: Resultate van raapsaad olie saad maaltyd skeiding gereproduseer uit Basset et al, 2016 [21]
bespreking
Hersiening van die relevante literatuur dui daarop dat beduidende navorsing is onderneem om elektrostatiese skeiding tegnieke vir organiese materiaal te ontwikkel. Hierdie ontwikkeling het voortgegaan en selfs versnel in die verlede 10 - 20 jaar, met baie navorsers in Europa en die Verenigde State van Amerika toepassing elektrostatiese skeiding tegnieke om 'n wye verskeidenheid van veredeling uitdagings. Van hierdie navorsing, dit is duidelik dat elektrostatiese metodes het die potensiaal om nuwe te genereer, hoër waarde plantprodukte, of bied 'n alternatief vir die verwerking metodes nat.
Hoewel moedig skeiding van graan, polse, en oilseed materiale het gedemonstreer is by die laboratorium en in sommige gevalle vlieënier skaal, die elektrostatiese stelsels gebruik om te demonstreer hierdie resultate mag uiteindelik nie dien as die mees geskikte of koste-effektiewe verwerking toerusting verrig sodanige skeidings op 'n kommersiële basis. Bestaande kommersiële elektrostatiese stelsels mees gebruikte in skeidings van minerale, metale of plastiek. Minerale en metale is albei relatief digte materiaal met 'n hoë soortlike gewig, in vergelyking met plantmateriaal. Selfs met die hoë soortlike gewig van minerale en metale, die effektiewe Partikel grootte beperkings vir die drom rol en parallelle bord elektrostatiese skeiers is relatief growwe, met 'n paar deeltjies onder 100 μm byvoorbeeld. Plastiek word van laer digtheid as minerale en metale maar dikwels aan growwe deeltjie groottes verwerk, as plastiek flakes byvoorbeeld. The introduction of fine particles creates operational difficulties for both high-tension roll and parallel plate separators. fyn, low-Density deeltjies is baie sensitief vir lug strome, veral in vergelyking met minerale en metale. Klein verskille in lugstrome binne die skeiding toestel invloed op die reis weg van die fyn deeltjies, hulle aan ander as dié wat veroorsaak word deur die elektrostatiese veld kragte.
Vir die meeste parallelplaatkapasitor separator stelsels, fyn grond en low-density deeltjies wat electrostatically gehef is ingesamel op die elektrodes van die parallelle bord skeiers. As hierdie fyn elektries gekoppel deeltjies nie verwyder word op 'n konstante basis, die elektriese veldsterkte en doeltreffendheid van die toestel te verneder. Die werk van die navorsers by die proses Food Engineering Group Wageningen UR (Wang et al, 2015) het gebruik gemaak van hierdie verskynsel aan monsters in te samel van die oppervlak van die elektrodes van die parallelplaatkapasitor separator om die produkte van die skeiding analiseer. Parallelplaatkapasitor separator stelsels, veral diegene wat staatmaak op swaartekrag deeltjies te dra deur middel van die elektriese veld, probeer om hierdie probleem op verskeie maniere aan te spreek. Stone et al (1988) beskryf 'n proses waarin fyn deeltjies stroomop van die elektrostatiese skeier verwyder deur die lug elutriatie. [10] Ander het berig die handhawing van 'n laminêre stroom van die lug vloei oor die elektrodes om te verhoed dat fyn deeltjies van beïnvloed deur lugstrome. [22Maar, die handhawing van laminêre lugvloei raak uitdagend as die skeiding toestel word groter, effektief die beperking van die verwerking van kapasiteit van sulke toestelle. Uiteindelik die deeltjiegrootte in watter komponente is fisies apart van ander (teenwoordig as diskrete deeltjies), sal die grootste drywer wees in die bepaling van die deeltjiegrootte waarteen moet verwerking voorkom.
Soos voorheen genoem, konvensionele elektrostatiese skeiding toestelle is beperk in die verwerking van kapasiteit, especially with low-density and finely ground powders such as plant materials. For high-tension drum and belt separation devices, die effektiwiteit is beperk tot deeltjies wat relatief grof is en/of 'n hoë spesifieke swaartekrag het, as gevolg van die behoefte aan alle deeltjies om kontak met die oppervlak van die drom. As deeltjies kleiner geword het van die verwerking koers verminder. Parallelplaatkapasitor skeiding word verder beperk deur die deeltjie digtheid wat in die elektrode sone verwerk kan word. Deeltjie laai moet relatief laag wees om ruimte beheer effekte voorkom.
ST Toerusting & Tegnologie Belt afskeiding
Die ST Toerusting & Tegnologie (STET) triboelectrostatic gordel separator het die bewese vermoë om te verwerk fyn deeltjies van 500 - 1 μm. Die STET separator is 'n parallelplaatkapasitor elektrostatiese skeier, egter, die elektrode plate horisontaal georiënteerde in teenstelling met vertikaal soos in die geval in die meeste parallelplaatkapasitor skeiding. (sien Figuur 6) Verder, die STET skeierbladsy accomplishes die deeltjie tribo-laai en vervoer gelyktydig deur 'n hoëspoed oop maas vervoerband gordel. Hierdie funksie maak voorsiening vir beide 'n baie hoë spesifieke verwerking koers van voer, sowel as die vermoë om poeiers baie fyner as konvensionele elektrostatiese toestelle verwerk. Hierdie tipe van skeiding toestel is in kommersiële operasie sedert 1995 skei onverbrande koolstof uit vliegas minerale (tipiese D50 ongeveer 20 μm) in steenkool-aangedrewe kragsentrales. Dit elektrostatiese skeiding toestel het ook suksesvol by beneficiating ander anorganiese materiaal, insluitend minerale soos kalsium karbonaat, talk, barite, en ander.
Die fundamentele besonderhede van die STET separator geïllustreer in Figuur 7. Die deeltjies word gehef deur die triboelectric effek deur deeltjie vir deeltjie botsings binne die gaping tussen die elektrodes. Die toegepaste spanning tussen die elektrodes is tussen ± 4 en ± 10 kV relatief tot die grond, gee 'n totale spanning verskil van 8 - 20 kV oor 'n baie smal elektrode gaping van nominaal 1.5 cm (0.6 duim). Voer deeltjies word bekendgestel aan die STET separator by een van drie plekke (voer Hawe) via 'n verspreider lug skyfie stelsel met mes hek kleppe. Die STET separator produseer slegs twee produkte, 'n negatief gelaaide deeltjie stroompie wat ingesamel is op die positief gelaaide elektrode, en 'n positief gelaaide deeltjie stroompie wat ingesamel is op die negatief gelaaide elektrode. Die produkte is oorgedra aan die onderskeie hoppers aan elke einde van die STET skeierbladsy deur die Verdelerblad gordel en oorgedra uit die Verdelerblad deur swaartekrag. Die STET separator produseer nie 'n growwe meel of herwin stroom, hoewel verskeie pass konfigurasies om produk suiwerheid en / of herstel te verbeter is moontlik.
Figuur 6: STET Triboelectric Belt afskeiding
Deeltjies oorgedra deur die elektrode gaping (skeiding sone) deur 'n deurlopende lus, oop mesh gordel. Die gordel bedryf teen 'n hoë spoed, veranderlike uit 4 om 20 m / s (13 - 65 ft / s). Die geometrie van die gordel dien om fyn deeltjies vee af die oppervlak van die elektrodes, voorkom die opeenhoping van fyn deeltjies wat degrade die prestasie en spanning veld van tradisionele free-fall parallel bord tipe skeiding toestelle. Daarbenewens, die gordel genereer 'n hoë pure, hoë turbulensie sone tussen die twee elektrodes, bevordering tribo-heffing. Die teen-huidige reis van die skeiding gordel maak voorsiening vir deurlopende laai en re-heffing of deeltjies binne die skeiding, uitskakeling van die behoefte vir 'n pre-laai stelsel stroomop van die STET separator.
Figuur 7: Grondbeginsels van werking van STET Belt afskeiding
Die STET separator is 'n hoë voer koers, kommersieel bewys stelsel verwerking. Die maksimum verwerking kapasiteit van die STET separator is meestal 'n funksie van die volumetriese voer koers wat deur die elektrode gaping deur die STET separator gordel oorgedra kan word. ander veranderlikes, soos die spoed van die gordel, die afstand tussen die elektrodes en die deurlug digtheid van die poeier te bewerkstellig die maksimum voer koers, tipies in 'n mindere mate. Vir relatief hoëdigtheid materiaal, Byvoorbeeld, vliegas, die maksimum verwerking koers van 'n 42 duim (106 cm) breedte elektrode kommersiële skeiding eenheid is ongeveer 40 - 45 Ton per uur van voer. Vir minder dig voedermiddelen, die maksimum voer koers is laer.
tafel 6: Benaderde maksimum voer koers vir verskillende materiale verwerk met STET 42 duim elektrostatiese skeier.
Stof ontploffings is 'n groot gevaar in graan en ander organiese poeier veredeling. Die STET separator is geskik vir die verwerking van brandbare organiese poeiers met slegs geringe wysigings. Daar is geen verhitte oppervlaktes in die STET separator. Die enigste bewegende dele is die skeiding gordel en ry rollers. Die rollaers is geleë buite die poeier stroom op die eksterne dop van die eenheid. Daarom is dit nie 'n risiko vir oorverhitting/sparking in die materiële stroom. Verder, die STET skeierbladsy laers is beskikbaar met fabriek toegerus temperatuur meting vermoë bespeur draende mislukking goed voordat dangerously hoë temperature bereik word. Die skeiding gordel en aandryfstelsel inhou nie hoër risiko as ander konvensionele roterende masjinerie. Die STET skeierbladsy hoë spanning komponente is ook geleë buite die wesenlike stroom en vervat in die stof-stywe kampe. Die maksimum energie van 'n vonk oor die skeiding gaping is beperk deur die ontwerp van die hoë spanning komponente. 'N bykomende vlak van veiligheid ingestel kan word via stikstof reiniging.
Hele koringmeel Processing deur STET afskeiding
Volgraan meel is afgelei van die maal die hele koringkorrel (semels, kiem, en endosperm). Kommersieel beskikbaar, off-the-Shelf, volkoringmeel gekoop vir gebruik as toets materiaal te evalueer die vermoë van die STET skeierbladsy verwyder die veselagtige semels en kiem van die styselagtige endosperm fraksie van koring meel. Die hele koringmeel monster ontleed deur STET voor die aanvang van die toets. Asinhoud getoets deur ICC Standard 104 / 1 (900° C). Herhaal as metings van dieselfde monster, 'n unseparated Voermonster, gemeet 10 keer, Daar is gevind dat 'n asinhoud van het 1.61%, 'n standaardafwyking van 0.01 en 'n relatiewe standaardafwyking van 0.7%. Deeltjiegrootte analise is voltooi deur laser diffraksie met behulp van 'n Malvern Mastersizer 3000 met 'n droë verspreiding apparaat. Proteïen analise is uitgevoer met behulp van die DUMAS metode, met 'n elementêre vinnige N oorskry stikstof/proteïen analyzer. A omskakelingsfaktor van N x 6.25 was gebruik. Die verskillende eienskappe van die hele koring meel monster word hieronder opgesom. (sien tabel 7)
tafel 7: Ontleding van die hele koring meel voer deur STET
Asinhoud en proteïeninhoud is gevind baie herhaal word wanneer getoets in dieselfde voorbeeld, maar beduidende variasie is geïdentifiseer tussen die verskeie sakke koring meel hele gebruik as die Voermonster. (sien tabel 8) Dit voer monster variasie tot gevolg gehad dat 'n paar strooi in die toetsdata.
tafel 8: Ontleding van skeiding toetsuitslae van koringmeel hele deur STET
Elektrostatiese skeiding toetsing van die hele koring meel monster uitgevoer by die ST Toerusting & Tegnologie (STET) loodsaanleg fasiliteit in Needham, Massachusetts. Die STET loodsaanleg bevat twee vlieënier skaal STET skeiding saam met die toepaslike toerusting wat gebruik word om die skeiding van materiaal uit kandidaat bronne te ondersoek. Die vlieënier-skaal STET skeiers is dieselfde lengte as 'n kommersiële STET skeierbladsy, by 30 voete (9.1 meter) lank, egter, die skeiding elektrode breedte loodsaanleg is slegs 6 duim (150 mm), of een-sewende van die breedte van die grootste kommersiële STET separator by 42 duim (1070 mm) breedte elektrode. Die voer kapasiteit van die STET separator is direk eweredig aan die breedte van die elektrodes, daarom, die voer koers van die vlieënier plant skeierbladsy is een-sewende die voer koers van die 42-duim breed kommersiële skeierbladsy eenheid. Die maksimum voer koers met meel volgraan was 2.3 Ton per uur op proefaanlegskaal, wat ooreenstem met 16 Ton per uur vir die 42-duim breed kommersiële skeierbladsy. In vergelyking met die skaal waarteen die meerderheid van die elektrostatiese skeiding studies is gedoen tot op hede, die STET separator toets is uitgevoer op 'n aansienlik hoër voer koers gedra. Toets is uitgevoer in 10 kg (20 pond) joernaal toetse, as gevolg van die praktiese oorwegings van die verskaffing van 2.3 Ton per uur van voer voortdurend. Vir elke joernaal toets toestand, die produkte van die skeidingsproses geweeg om die massa herstel bereken. Submonsters van elke toets is ingesamel en geanaliseer vir asinhoud en proteïeninhoud.
Figuur 8: STET Pilot Plant afskeiding.
Deeltjiegrootte meting van die koringmeel hele voer en twee produk monsters is onder in Figuur getoon 9.
Figuur 9: Deeltjiegrootte meting van die hele koring meel voer, en die twee van mekaar geskei produk monsters.
'N foto van die verhaal skeiding produkte word hieronder ingesluit. (sien Figuur 10) A opvallend kleur verskuiwing is waargeneem tydens die skeiding, wat die hoë asinhoud produk fraksie aansienlik donkerder as die voer volgraan meel monster.
Figuur 10: Tipiese produkte verhaal van die STET skeidingsproses.
Asinhoud vir alle produkte uit die skeidingsproses gemeet. (sien Figuur 11)
Figuur 11: Ash inhoud versus die massa herstel van lae ash produk vir hele koring meel skeiding toetse deur STET
Toetsing van die STET elektrostatiese skeier met koringmeel hele gedemonstreer beduidende beweging van die hoë ash (semels) fraksie van die koring kern tot die positiewe elektrode. Die verminderde as produk is daarna ingesamel op die negatiewe elektrode. Toets is uitgevoer op 'n enkele slaag skema, egter, is dit moontlik om verdere opgradering van een van die skeiding produkte uit te voer deur die uitvoering van 'n ander skeiding stadium. Toekomstige toetsing met die STET separator sal gedoen word op koringsemels monsters, sowel as koring meel en peulgewasse soos Lupiene.
gevolgtrekkings
Hersiening van die relevante literatuur dui daarop dat beduidende navorsing is onderneem om elektrostatiese skeiding tegnieke vir organiese materiaal te ontwikkel. Hierdie ontwikkeling het voortgegaan en selfs versnel in die verlede 10 - 20 jaar, met baie navorsers in Europa en die Verenigde State van Amerika toepassing elektrostatiese skeiding tegnieke om 'n wye verskeidenheid van veredeling uitdagings. Van hierdie navorsing, is dit duidelik dat elektrostatiese metodes het die potensiaal om nuwe te genereer, hoër waarde plantprodukte, of bied 'n alternatief vir die verwerking metodes nat. Hoewel moedig skeiding van koring, koring en Lupiene-gebaseerde plant materiaal het aangedui is by die laboratorium en in sommige gevalle vlieënier skaal, die elektrostatiese stelsels gebruik om te demonstreer hierdie resultate dalk nie die mees geskikte of koste-effektiewe verwerking toerusting verrig sodanige skeidings op 'n kommersiële basis. Baie elektrostatiese tegnologie is nie geskik vir proses fyngemaal, low-Density poeiers soos plant materiaal. Maar, die ST Toerusting & Tegnologie (STET) triboelectrostatic gordel separator die bewese vermoë om fyn deeltjies van die proses 500 - 1 μm teen 'n hoë pryse. Die STET gordel separator is 'n hoë koers, industrieel bewys verwerking toestel wat geskik is vir die onlangse ontwikkelinge in plantmateriaal verwerking kommersialiseer mag wees. Die STET gordel skeierbladsy is getoets op 'n steekproef van volkoringmeel en was gevind om suksesvol te wees in die semels te verwyder uit die stysel breuk. Toekomstige toetsing met die STET separator sal gedoen word op koringsemels monsters, asook meel en polse soos soja en lupiene koring.
verwysings
[1] T. B. Osborne, “Growwe meel-Suiweraar”. Verenigde State van Amerika Patent 224,719, 17 Februarie 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Hanumantha Rao en K. Forsberg, “Hersiening van elektriese skeidingsmetodes – Deel 1: fundamentele aspekte,” minerale & Metallurgiese Processing, vol. 17, geen. 1, pp. 23-36, 2000.
[3] J. Ouderling en E. Yan, “eForce – Nuutste generasie van die elektrostatiese skeierbladsy vir die minerale afskuur bedryf,” in swaarminerale Konferensie, Johannesburg, 2003.
[4] R. H. Perry en D. W. groen, Perry se Chemiese Ingenieurs’ Handboek sewende uitgawe, New York: McGraw-Hill, 1997.
[5] S. Messal, R. Corondan, Ek. Chetan, R. Ouiddir, K. Medles en L. dascalescu, “Elektrostatiese skeier vir micro mengsels van metale en plastiek afkomstig van afval elektriese en elektroniese toerusting,” Tydskrif vir Fisika, vol. 646, pp. 1-4, 2015.
[6] T. S. Pandya, R. Srinivasan en C. P. Thompson, “Vesel skeiding vir Grond mielieblom Die gebruik van 'n elektrostatiese Metode,”graan Chemie, vol. 90, geen. 6, pp. 535-539, 2013.
[7] L. Brands, P. M. Beier, en ek. Stahl, elektrostatiese skeiding, Weinheim: Wiley VCH Verlag GmbH & mede. KGaA, 2005.
[8] en. Hemery, X. Rouau, V. Lullien-Pellerin, C. Barron en J. Abecassis, “Droë proses om koring breuke en produkte met verbeterde voedingswaarde te ontwikkel,” Journal of Cereal Science, geen. 46, pp. 327-347, 2007.
[9] W. A. Brastad en E. C. rat, “Metode en apparaat vir Elektrostatiese skeiding”. Verenigde State van Amerika Patent 2,848,108, 19 Augustus 1958.
[10] B. A. Stone en J. Minifie, “Herstel van Aleurone Selle van koringsemels”. Verenigde State van Amerika Patent 4,746,073,24 Mag 1988.
[11] A. Bohm en 'n. krap, “Metode vir Isola Aleurone Deeltjies”. Verenigde State van Amerika Patent 7,431,228, 7 Oktober 2008.
[12] J. A. Delcour, X. Rouau, C. M. Courtin, K. Poutanen en R. Ranieri, “Tegnologie vir 'n beter benutting van die gesondheidsbevorderende potensiaal van graan,” Tendense in Voedselwetenskap & Tegnologie, pp. 1-9, 2012.
[13] L. dascalescu, C. Dragan, M. Bilici, R. skoonheid, en. Hemery en X. Rouau, “Elektrostatiese Basis vir skeiding van koringsemels Weefsels,” IEEE Transactions industrie Aansoeke, vol. 46, geen. 2, pp. 659-665, 2010.
[14] en. Hemery, X. Rouau, C. Dragan, R. Seer en L. dascalescu, “Elektrostatiese eienskappe van koring semels en sy konstitutiewe lae: Invloed van deeltjiegrootte, samestelling, en voginhoud,” Journal of Engineering Food, geen. 93, pp. 114-124, 2009.
[15] en. Hemery, M. Chaurand, die. Holopainen, A.-M. lampe, P. Lehtinen, V. piironen, A. Sadoudi en X. Rouau, “Potensiaal van droë fraksionering van koring semels vir die ontwikkeling van voedsel bestanddele, deel I: Invloed van ultra-fyn maal,” Journal of Cereal Science, geen. 53, pp. 1-8, 2011.
[16] en. Hemery, die. Holopainen, A.-M. lampe, P. Lehtinen, T. gras, V. piironen, M. Edlemann en X. Rouau, “Potensiaal van droë fraksionering van koring semels vir die ontwikkeling van voedsel bestanddele, deel II: Elektrostatiese skeiding van deeltjies,” Journal of Cereal Science, geen. 53, pp. 9-18, 2011.
[17] J. Wang, E. Smits, R. M. Spuitbalk, en M. A. Schutyser, “Arabinoxylans konsentreer uit koringsemels deur elektrostatiese skeiding,” Journal of Engineering Food, geen. 155, pp. 29-36, 2015.
[18] P. J. Pelgrim, J. Wang, R. M. Spuitbalk, en M. A. Schutyser, “pre- en post-behandeling te verbeter die proteïen verryking van maal en in die lug klassifikasie van peulplante,” Journal of Engineering Food, geen. 155, pp. 53-61, 2015.
[19] D. Chereau, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Motte, S. Belaid, J. Ventureira en M. Lopez, “Kombinasie van bestaande en alternatiewe tegnologie om oliesade en polse proteïene in kos aansoeke te bevorder,” oliesade & vette Gewasse en Lipiede, vol. 23, geen. 4, pp. 1-11, 2016.
[20] A. Barakat, F. Jerome en X. Rouau, “A Dry platform vir skeiding van proteïene uit biomassa-bevattende
polisakkariede, lignien, en polifenole,” ChemSusChem, vol. 8, pp. 1161-1166, 2015.
[21] C. Basset, S. Kedidi en 'n. Barakat, “chemiese- en oplosmiddel-vrye Mechanophysical fraksionering van biomassa geïnduseer deur Tribo-elektrostatiese laai: Skeiding Proteïene en Lignien,” ACS Volhoubare Chemie & Engineering, vol. 4, pp. 4166-4173, 2016.
[22] J. M. Stencel, J. L. Schaefer, H. Verbod, en J. K. Neathery, “Apparaat en metode vir Triboelectrostatic Skeiding”.Verenigde State van Amerika Patent 5,938,041, 17 Augustus 1999.
