Изберете език:
Kyle Флин, Росица Чобанова, Франк Hrach
Абстрактни
Преглед на литературата показва, че значителни изследвания е било предприето да приложите филтърни слоя
разделяне на техники за сух гранулиран растителна основа храни (I.e., органични) материали. Това развитие е ускорено в миналото 10 – 20 години, с много изследователи в Европа и САЩ, прилагащи електростатично разделяне техники за голямо разнообразие от предизвикателства за облагодетелстване. От това изследване, Това е очевидно, че електростатични методи имат потенциал да генерира нови, растителни продукти с по-висока стойност, или да предложи алтернатива на мокро методи на обработка. Въпреки че насърчаване сепарация на зърнени култури, В лабораторията са демонстрирани импулсни и маслодайни материали, а в някои случаи и, пилотен мащаб, електростатични системи за използва за да докаже тези резултати не може да бъде подходящ или рентабилно оборудване за извършване на такава сепарация на търговска основа. Много електростатични технологии не са подходящи за процес фино смлени, ниска плътност прах като растителни материали. Въпреки това, ST оборудване & Технология (STET) triboelectrostatic колан разделител има доказана възможност за обработка на фини частици от 500 – 1 µm. Сепараторът на колана STET е с висока скорост, промишлено доказани обработка, устройство, което може да бъде подходящ за комерсиализиране на последните развития в органична преработка на материала. STET колан разделител е тестван на дадена проба от пълнозърнесто пшенично брашно и е установено, да бъде успешна в премахването на трици от нишесте фракция. Бъдещето тестване с разделителя на STET ще се извършва върху проби, пшенични трици, царевично брашно
и варива като соя и лупина.
Ключови думи: Tribo-електростатично, Електростатично, Отделяне, Фракциониране, Пшеница, Зърно, Брашно, Фибри, Протеин, Маслодайни семена, Импулси
Въведение
Електростатична сепарация методи са били използвани за миналото 50 години на търговски мащаб обогатяването на
Индустриалните минерали и рециклиране на отпадъчни материали. Електростатични обогатяването на сух гранулиран растителна основа храна (т.е., органични) материали са били изследвани за над 140 години, с първия патент за електростатична сепарация на пшеница брашно трици попълва по-рано 1880. [1] Електростатични обогатяването позволява сепарация, въз основа на разликите в повърхността на химията (функция работа) или диелектричните свойства. В някои случаи, тези сепарация не би било възможно, използвайки размер или плътност сепарация сам. Електростатична сепарация системи работят на подобни принципи. Всички електростатични разделяне системи съдържат система за електрически зареждане на частици, външно генерирани електрично поле за разделянето да се появят в, и метод за предаване частици в и вън на разделяне на устройството. Електрически зареждане може да възникне от един или няколко методи, включително проводими индукция, Зареждане на Tribo (свържете се с електрификация) и Йон или корона за таксуване. Електростатична сепарация системи използват поне един от тези механизми за таксуване. [2]
Високо напрежение поименно електростатични разделяне системи са били използвани в много индустрии и приложения, където един
компонентът е повече електропроводна от другите. Примери за приложения за високо напрежение хвърляне отделители са Титан, носещи минерали раздяла, както и рециклиране приложения, например сортиране метал от пластмаса. Има множество вариации и геометрии, използвани за високо напрежение ролкови системи, но по принцип, те работят на подобни принципи. Фуражни частици се таксуват негативно от йонизиращо коронарен разряд. Фуражни частици са разпръснати върху въртящ се барабан, Когато барабана е електрически заземена. Електропроводна частици откажат си такса при контакт с повърхността на барабана, заземен. Въртенето на барабана причинява проводими частици да бъдат хвърлени от повърхността на барабана и депозирани в първия продукт бункер. Не проводима частици запазват своите електрически заряд и закачени към повърхността на барабана. В крайна сметка, електрически заряд на не проводима частици ще разсее, или частици ще бъде матиран от барабана след барабана се завърти така, че не проводима частици са депозирани в не проводима частица бункер. В някои приложения, Хопър шлам се поставя между проводник и проводник продукт бункер. Ефективността на този тип на устройството за раздяла е обикновено се ограничава до частици, които са относително груб и/или имат високо специфично тегло, поради необходимостта от всички частици да се обърнете към повърхността на барабана. Освен това, частици поток динамика е важно, тъй като на импулса е в крайна сметка отговорност за предаване на частиците от повърхността на барабана, на съответните продуктови бункери. Фини прахови частици и ниска плътност частици са лесно повлияни от въздушни течения и по този начин по-малко вероятно да бъде изхвърлен от барабана в предвидима район. [2] [3] [4]
Колан разделителя на високо напрежение е вариант на високо напрежение поименно разделител, описани по-горе. Фуражни частици са разпръснати равномерно по ширина на електрически заземен конвейерна лента. Частици се таксуват, обикновено от отрицателни корона, Въпреки че други механизми за таксуване са възможни. Отново проводими частици дават техните електрически заряд до заземен конвейерната лента, докато не проводима частици запазват своите вземания. Проводими частици падне на ръба на колана от гравитацията, докато заредени частици не проводима са "вдигна" на разстояние от повърхността на колана от електростатични сили. Отново за разделяне, за да бъде ефективна, всяка частица трябва да се обърнете към повърхността на колана, за да позволи на проводими частици да се откажат от техните вземания към колана. Следователно, само един слой от частици могат да бъдат превозени от разделителя в даден момент. Тъй като размера на частиците на фуражите се смалява, скорост на преработка на устройството е намален. [5] [6]
Електростатични сепаратори паралелни табела обикновено се основават разделяща частици не въз основа на проводимост, но на разликите в повърхността на химията, която дава възможност за трансфер на електрически заряд от триене контакт. Частици са електрически заредени от пълноценния контакт с други частици., или с трета повърхност като метал или пластмаса ще желаните tribo таксуване свойства. Материали, които са electronegative (Разположен на негативен край на серията tribo електрически) премахване на електрони от повърхността на tribo-за зареждане и по този начин придобива нетните отрицателен заряд. В контакт, материали, които са в положителен край на серията tribo електрически дари електрони и зарежда положително. Заредени частици след това се въвеждат в електрическо поле генерира между електродите на две паралелни плоча от различни транспортни средства (тежестта, пневматични, вибрация). В присъствието на електричното поле, заредени частици се движат към противоположно заредени електроди и се събират в съответния продукт бункери. Отново, шлам фракция, съдържаща смес от частици могат или не могат да бъдат събрани, в зависимост от конфигурацията на устройството на разделяне. [4] [7]
Фигура 1: Диаграма на високо напрежение ролка разделител (ляв) и паралелно плоча свободно падане разделител (десен).
Таблица 1: Обобщение на често използвани електростатична сепарация устройства.
Дело 1 -Пшеница и пшенични трици обогатяването.
Пшенични трици е страничен продукт на конвенционалните пшеница мелене, представляващи 10-15% на пшеничното зърно. Пшенични трици се състои от външните слоеве включително перикарпа, TESTA, and алейроновия. Пшенични трици съдържа повечето от микроелементи, фибри, и фитохимикали, съдържащи се в зърното, които са показали ползи за здравето на хората. [8] Значителен интерес в отделяне и beneficiating пшенични трици е съобщено. Исторически интерес при отделяне на пшенични трици е за подобряване на качеството и стойността на продукта, брашно. Въпреки това, по-новите интерес е била докладвана в възстановява ценни компоненти от пшенични трици.
В 1880, Томас Озбърн патентова първия търговски електростатични разделителя за премахване на трици от брашно шлам. Разделителя се състоеше от ролки, покрит с твърд каучук или еквивалентен материал, който е способен да се електрически заредени чрез триене tribo-зареждане с вата. Въпреки че не са описани, предполага се, гумени ролки придобитите отрицателен заряд спрямо вълна, съвместими с повечето tribo електрически серия. Електрически заредените ролки след това привлича положително заредена трици влакно частици, ги предаване на повърхността на преобръщане, докато куличка влакно частици са надраскване от повърхността на ролка. Това (приема) положително зареждане пшенични трици е в противоречие с резултатите, отчетени от други. Tribo таксуване на трици частици е подпомаган от fluidizing въвежда в долната част на устройството, който има допълнителна полза за причиняване на по-малко плътен трици частици на повърхността, близо до ролки. [1]
В 1958 апарат за електростатично отделяне на трици и ендосперм, съдържащи се в брашно шлам беше разкрита в Патентното Подаване от Branstad, работещи в General Mills. Устройството се състои от паралелно плоча разделител в която частици са били превозени между две плочи от вибрации. Трици частици, събирани от триене контакт с ендосперм частици, тогава бяха вдигнати към горния електрод чрез перфорации в горния електрод. [9]
В 1988 апаратура и процеса за възстановяване на алейроновия от търговски пшенични трици е разкрита в Патентното Подаване. Търговски пшенични трици с начална алейроновия съдържание на 34% е обогатен с концентрат от 95% в 10% масово доходност (28% алейроновия възстановяване) чрез комбинация от чук фрезоване, оразмеряване по скрининг, въздушни elutriation и електростатично раздяла с помощта на паралелни плоча електростатични разделител. Частици са обвинени във въздуха elutriator устройство, който има двойна роля за премахване на глоби (<40 µm) екзалтираните, докато едновременно зареждане на tribo частици алейроновия положителни (отчитане на отрицателния електрод плоча) и отрицателните частици перикарпа/testa. Размера на частиците на сместа трици е внимателно контролирана от чук смилане и многостепенното скрининг, да получат храна, предимно по размер в 130 – 290 µm диапазон. [10]
Продължава днес работата по възстановяване на алейроновия от пшенични трици. В 2008, Buhler AG патентована електростатична сепарация устройство за отделяне на алейроновия частици от обвивката частици от замени трици. Едно въплъщение на устройството се състои от ротор, действат в тясно размер площ, което позволява частиците на частиците и частица стена контакт и последващи tribo-зареждане. Заредени частици след това се предават механично в разделяне съд съдържащ паралелни табела електроди. Частици попадат чрез разделяне кораба от гравитацията, както differentially заредените частици се движат към противоположно заредени електроди под въздействието на електрично поле. [11] Когато се комбинират с правилното оразмеряване на фуражните трици и механични методи за сортиране, алейроновия концентрации на до 90% са докладвани. [12] [8]
Фигура 2: Възпроизведени от Хъмъри et al, 2007 [8].
Зареждане на Tribo и корона таксуване експерименти с пшенични трици са били извършвани от работниците в електростатично на разпръснати Media Research Unit, Университет Поатие, Франция в 2010. Изследователите измерват повърхностния заряд и повърхностни потенциални време на разпад на пшенични трици с 10% влага and лиофилизиран (лиофилизирано състояние) пшенични трици. На разделянето изпитване е била изпълнена на извадка от 50% лиофилизирано състояние на пшенични трици and 50% лиофилизирани алейроновия емисия с помощта на колан тип корона електростатични разделител. (Фигура 3) Разделяне резултати за лабораторен мащаб корона разделител, посочени 67% на алейроновия е възстановена до Хопър-диригент, докато само 2% пшенични трици, докладвани на Хопър-диригент. Зареждане на Tribo експерименти са осъществени с пшенични трици и алейроновия, но само за измерване на специфични повърхността такса [µC/g] генерирани на всяка фракция, за разлика от възстановяване продукти от електростатична сепарация. Двете фуражните суровини са обвинени използване на тефлоново като контактната повърхност. Пшенични трици и алейроновия се отчитат като таксуване положителна спрямо тефлон, което е много electronegative. Размерът на таксата е намерен да зависят от работни налягания на tribo-зарядно устройство, което предполага, че по-висока турбулентност води до повече контакти и по-пълна tribo-зареждане. [13]
Фигура 3: Възпроизведени от Чолакова и др, 2010 [13]
В 2009, Изследователите оценяват електростатични таксуване свойствата на алейроновия богати и богати перикарпа фуражни суровини. [14] В 2011 Изследователите извършват електростатични разделяне, тестване на проби от фино земята пшенични трици с помощта на лабораторен мащаб електростатични табела разделител (ТПЕ система, Tribo поток сепарация, Лексингтън, САЩ). ТПЕ система използва таксуване линия, където фуражи частици са въведени в бурните сгъстен въздух поток, и пневматично предадена чрез таксуване линия до раздяла камера. Частиците са tribo таксуват на частиците на частиците контакт, както се и частиците контакт с повърхността на таксуване линия. Резултатите, получени с ТПЕ система показа, че електростатични разделяне е ефективен при модернизация алейроновия и бета-глюкан съдържание пшенични трици. Интересното е, част от материал, който е установено, че съдържат най-високата алейроновия клетъчното съдържание, в 68%, беше много добре (D50 = 8 µm) дроб, който се възстановява от таксуване тръба. Не е ясно защо този материал преференциално е концентрирана в апарата за таксуване, Въпреки това, Тя посочи, че възможността за процеса алейроновия съдържанието на клетката може да изисква електростатични техники, които са способни на много фини прахове за обработка. Освен това, тази работа показа, че фуражите подготовка за пшенични трици е важен внимание. Проби, приготвени от криогенни смилане в мелница чук са били намерени да бъдат по-малко напълно отделени (освободен) от тези земята в въздействие тип фабрика при стайна температура. [15] [16]
Фигура 4: Възпроизведени от Хъмъри et al, 2011 [16]
Последните работа учи концентрацията на arabinoxylans от пшенични трици с електростатични методи. Изследователите използват лаборатория мащаб електростатични разделител състояща се от таксуване тръба и сепарация камера, съдържаща две паралелни табела електроди. Бланширан пшенични трици е въведена в таксуване тръбата и предадена пневматично в разделяне камера с помощта на компресиран азот. Турбулентност и висока газ скорост в епруветката на таксуване при условие на частиците контакт, необходимо за зареждане на tribo. Заредени частици (продукти от разделянето) са събрани от повърхността на електродите за анализ. Благодарение на вертикалната ориентация на електродите не са събрани значително количество материал. Тази шлам фракция могат да бъдат рециклирани за по-нататъшна обработка в конвенционалните електростатично, Въпреки това, за целите на този експеримент, не Събраният материал за електродите се считат за изгубени. Изследователите отчитат увеличение на двата продукта клас (arabinoxylan съдържание на продукта) и сепарационна производителност като предаване скоростта увеличава. [17]
Последните усилия да beneficiate пшенични трици с помощта на електростатични методи са обобщени по-долу в таблица 2.
Таблица 2: Резюме от електростатичен методи, оценени за beneficiate пшенични трици.
Дело 2 – Възстановяване на протеин от лупина брашно
Изследователи в групата храна процес инженерство в Вагенинген, Холандия, оценяват потенциала за протеин обогатяване с използване на бобови растения. Граха и лупина брашно са били използвани като канали за различни протеини обогатяване техники, включително въздуха класификация, съчетана с електростатична сепарация. Грах и лупина семена, необработени са били първо смлян на приблизително 200 µm. Фуражни суровини за класификация и електростатична сепарация впоследствие бяха смлян използване на въздействието мелница тип с вътрешно класификатор (Тодор алпийски ZPS50). Размер на средната частиците (D50) е отчетена като приблизително 25 µm за грахово брашно, and приблизително 200 µm за лупина брашно, преди да се въздуха класификация. Накрая, подмножество на всяка проба, граха и лупина брашно, е тогава въздух класифицирани (Тодор алпийски ATP50). Фураж за електростатично разделител се състоеше от двете нелекувани брашна, курса и фини продукт от въздуха класификация. [18]
Електростатична сепарация устройството, използвано по време на експериментите е паралелен плоча тип, с таксуване извършва чрез triboelectric таксуване в 125 mm дължина тръба за зареждане, с частици, превозвани с пневматично с компресиран азот. Устройството е подобен в конфигурацията на устройството, използвано от Уан et al (2015). [17] Електростатична сепарация експерименти са били проведени върху земята грахово брашно и брашно от лупина, както се и курса и фини фракции на грахово брашно и брашно от Вълча получени от въздуха класификация. На грахово брашно демонстрира само незначителни движение на протеини по време на електростатични изпитване. Въпреки това, брашно от Лупин доказано значително движение на протеини във всички тествани проби, три (смлян брашно – 35% протеин, бланширан класифицирана глоби — 45% протеин, смлян класифицирани груби – 29% протеин). Богати на белтъчини продукти от приблизително 60% са били възстановени на заземен електрод за всеки от тестваните проби три лупина. [18]
Дело 3 -Фибри премахване от царевица
Изследователи от катедра земеделска и биологично инженерство, Университета в щата Мисисипи извършва електростатични изпитване на земята царевично брашно, с цел отстраняване на влакна. Електростатична сепарация устройство се състои от транспортна лента с отрицателен електрод, поставени в края на транспортната. Положително заредени частици, фибри частици, в този случай, са били премахнати от лентов и сортирани в втория бункер. Частици не фибри падна от конвейера от гравитацията и са били депозирани в първия продукт бункер. Авторите не описват как се извършва електрически таксуване. Фуражната суровина за този разделител е относително груб, с размери на частиците на фуражите, вариращи от 12 окото (1,532 µm) за да 24 окото (704 µm). Не изглежда, че маломерни (<704 µm) материал е преработено по време на това проучване. Всяко условие за проверка е завършена с помощта 1 kg на фуражна суровина, която е равномерно разпръснати през колан. [6]
Фигура 5: Възпроизведен от Pandya et al, 2013 [6]
Мисисипи членка изследователите завършени електростатична сепарация, тестване на преминал царевично брашно, пресятото брашно, царевица фракции и богати на фибри фракции възстановени от въздуха класификация. Електростатични изпитване не е завършено на ниско съдържание на фибри потоци, възстановени от въздуха класификация. Анализ на резултатите от електростатични разделяне е по-долу:
Таблица 3: Резултатите от фибри раздяла възпроизведен от Pandya et al, 2013 [6]
Дело 4 – Белтъчините от маслодайни семена
Маслодайни култури като рапица (рапица), слънчоглед, сусам, горчица, соя-царевично зародиш, и лененото обикновено съдържат значително количество протеини и фибри. Технологии за обработка за премахване на влакна, и по този начин увеличаване на съдържанието на протеин, на маслодайни семена ще стават все по-важна като световното търсене на протеин се увеличава. [19] Последните работа на изследователи от френския национален институт за изследвания в селското стопанство изследва ултрафини фрезоване, съчетана с електростатични преработка на слънчогледово семе храна, да концентрира протеин. Шрот. фуражни проби са били смлени в въздействието мелница, работещи при температура на околната среда до размер на частиците (D50) на 69.5 µm. Електростатични разделителят, използван за тестване е паралелна плочка устройство където основният механизъм за таксуване tribo зареждане. Tribo таксуване е извършват нагоре по веригата на електродите в tribo-за зареждане ред, с частици, предадена чрез таксуване линия, и към електродите, чрез пневмотранспорт. Протеин е положителен резултат да се зарежда (докладване на отрицателния електрод) и богати на фибри фракция е установено да се зарежда отрицателно. Протеин селективност е установено, че е висок. Фуражни протеинови е 30.8%, с измерване на протеинов продукт 48.9% и протеин, изчерпани (богати на фибри) продукт само за измерване 5.1% протеин. Протеин за възстановяване е 93% към положителни продукт. Целулоза, hemicelluloses, и лигнин са измерени и установено, че доклад на отрицателно заредени продукт, противоположно на протеин. [20]
Таблица 4: Резултатите от слънчогледово семе храна разделяне възпроизведен от Баракат et al, 2015 [20]
В 2016, допълнително изследване е завършен using фино земята рапично масло семе храна, или рапично масло торти (ROC), като фураж за електростатично отделяне. Отново ултрафини фрезоване при стайна температура е извършена с помощта на нож мелница устройство (Retsch SM 100). Смлян материал, с размер на средната частиците (D50) от приблизително 90 µm, е обработено с помощта на лабораторен мащаб паралелни табела разделител (ТПЕ система, Tribo поток сепарация). ТПЕ системата се използва triboelectric таксуване от пневматично транспортиране на частици чрез високо налягане таксуване линия при турбулентни условия. Един преминат тест за раздяла с ТПЕ система доведе до значителна концентрация на протеин, с фуражни протеин на 37%, ниво на протеин положително заредена продукт на 47% и отрицателно заредени продукт протеин ниво на 25%. Допълнително разделяне етапи са извършени, в крайна сметка произвеждат продукт, богати на протеин с 51% протеин след 3 разделяне на последователни етапи. [21]
Таблица 5: Резултатите от рапица семена брашно разделяне възпроизведен от Басет et al, 2016 [21]
Дискусия
Преглед на литературата показва, че значителни изследвания е била предприета за разработване на техники за електростатична сепарация на органични материали. Това развитие продължава или дори ускорено в миналото 10 – 20 години, с много изследователи в Европа и Съединените щати прилагане електростатична сепарация техники за голямо разнообразие от обогатяването предизвикателства. От това изследване, е видно, че електростатични методи имат потенциал да генерира нови, растителни продукти с висока стойност, или да предложи алтернатива на мокро методи на обработка.
Въпреки че насърчаване сепарация на зърна от зърнени култури, импулси, и маслодайни материали са доказали в лабораторията и в някои случаи лабораторен мащаб, електростатични системи за използва за да докаже тези резултати в крайна сметка не може да служи като най-подходящ или рентабилна обработка оборудване за извършване на такава сепарация на търговска основа. Съществуващите търговски електростатични системи са най-често използвани в сепарация на минерали, метали и пластмаси. Минерали и метали са двете сравнително плътни материали с високо специфично тегло, в сравнение с растителни материали. Дори и с високо специфично тегло на минерали и метали, ефективна частиците размер ограничения за барабана roll и паралелни табела електростатични сепаратори е сравнително груба, с няколко частици по-долу 100 µm например. Пластмаси са с ниска плътност от минерали и метали, но често се обработват от груби частици размери, като пластмасови люспи за пример. Въвеждането на фини частици създава оперативни трудности както за ролки с високо напрежение, така и за паралелни сепаратори на плочи. Глоба, ниска плътност частици са много чувствителни към въздушни течения, особено в сравнение с минерали и метали. Малки разлики в въздушни течения вътре в устройството за разделяне на въздействието пътуване Пътят на фини частици, подлагане на сили причинени от електростатично поле.
За повечето системи за разделител на паралелни плоча, фино земята и ниска плътност частици, които се таксуват филтърни слоя се събират на електродите на паралелни плоча сепаратори. Ако тези фини електрически прикачени частици не се премахват на постоянна основа, електричното поле силата и ефективността на устройството се разграждат. Работата на изследователите в храните процес инженерингова група Вагенинген Ру (Уан et al, 2015) се възползваха от това явление за събиране на проби от повърхността на електродите на паралелни плоча разделителя за анализиране на продукти от разделянето. Системи за паралелно табела разделител, особено тези, които разчитат на гравитацията, за да предадат частици чрез електричното поле, са се опитали да реши този проблем в няколко начина. Камък et al (1988) описан един процес, в който са премахнати фини частици на електростатични разделителя от въздуха elutriation. [10] Други са докладвани поддържане ламинарен поток от въздух, преминаващ през електродите да попречи на фини частици да бъдат повлияни от въздушни течения. [22Въпреки това, поддържане на ламинарен въздушен поток става предизвикателство, тъй като устройството на разделянето става по-голям, ефективно ограничаване на капацитета за преработване на такива устройства. В крайна сметка размера на частиците, в която компоненти са физически отделени от другите (присъства като дискретни частици), ще бъде най-големият шофьор при определяне на размера на частиците в която обработката трябва да се появят.
Както бе споменато по-рано, конвенционални електростатична сепарация устройства са с ограничен капацитет за преработка, особено с ниска плътност и фино смлени прахове като растителни материали. За устройства за разделяне на барабани и колани с високо напрежение, ефективността е ограничена до частици, които са сравнително груби и/или имат висока специфична гравитация, поради необходимостта от всички частици да се обърнете към повърхността на барабана. Тъй като частици стават по-малки темпове на трансформация се намалява. Паралелни табела сепаратори са допълнително ограничени от плътността на частиците, които могат да бъдат преработени в зоната на електрод. Частиците натоварване трябва да бъде относително ниска, за да предотврати космически заряд ефекти.
ST оборудване & Технология колан разделител
ST оборудване & Технология (STET) triboelectrostatic колан разделител има доказана възможност за обработка на фини частици от 500 – 1 µm. STET разделителя е паралелна плочка електростатични разделител, Въпреки това, електрод плаките са ориентирани хоризонтално за разлика да вертикално, както е случаят в повечето паралелни табела сепаратори. (Виж фигура 6) Освен това, STET разделителя осъществява частицата tribo зареждане и предаване едновременно чрез високоскоростен отворен окото лентов транспортьор. Тази функция дава възможност за двете скорост на много високо специфична преработка на фуражи, както и възможност да обработва прахове много по-фини от конвенционалните електростатични устройства. Този вид разделяне устройство е било в търговска експлоатация от 1995 отделяне на неизгорял въглерод от летлива пепел минерали (типични D50 приблизително 20 µm) в въглищни електроцентрали. Електростатична сепарация устройството също е била успешна в beneficiating други неорганични материали, включително минерали като калциев карбонат, талк, барит, и други.
Основните детайли на разделителя на STET са илюстрирани на фигура 7. Частиците са налагани от triboelectric ефект чрез сблъсъци на частици до частици в пространството между електродите. Прилагане на напрежение между електродите е между ±4 и прецизиран kV спрямо земята, даване на общото напрежение разлика на 8 – 20 kV през много тесен електрод липси на номинално 1.5 см (0.6 инча). Фуражни частици са въведени STET разделителя в едно от трите места (Feed портове) чрез дистрибутор въздух слайд система с Ножови шибъри. STET разделителя произвежда само два продукта, отрицателно заредени частици поток събрани на положително заредена електрод, и положително заредените частици поток събрани на отрицателно заредени електрод. Продуктите са превозени до съответните бункери във всеки край на разделителя на STET от колана на разделител и предадена от разделителя от гравитацията. STET разделител не произвеждат трици или рециклират поток, Въпреки че множество проход конфигурации за подобряване чистотата на продукта и/или оползотворяване са възможни.
Фигура 6: STET Triboelectric колан разделител
Частици са превозени през процепа електрод (разделяне на зоната) чрез непрекъснат цикъл, отворен окото колан. Коланът работи с висока скорост, променлива от 4 за да 20 m/s (13 – 65 фута/сек). Геометрията на колана служи да почистват фини частици от повърхността на електродите, предотвратяване на натрупването на фини частици, които разрушават производителността и напрежение областта на традиционните свободно падане паралелни плоча тип разделяне устройства. Освен това, колан генерира високи отвесни, висока турбулентност зона между двата електрода, насърчаване на tribo-зареждане. Противотоков ходът на колана на разделител позволява непрекъснато зареждане и повторно зареждане или частици в рамките на разделителя, премахва нуждата от предварително зареждане система нагоре от STET разделител.
Фигура 7: Основи на работата на STET колан разделител
STET сепаратора е висока скоростта на захранване, търговски доказана система за обработка на. Максималната преработвателния капацитет на разделителя на STET е предимно функция на скоростта на обемния захранване, които могат да бъдат превозени през процепа електрод от STET разделител колан. Други променливи, като скоростта на колана, разстоянието между електродите и газирани плътността на прах ефект максималната скорост на подаване, обикновено за по-малка степен. За относително висока плътност материали, за пример, летлива пепел, обработка на максималния размер на 42 инч (106 см) електрод ширина търговски разделяне единица е приблизително 40 – 45 Тона на час на фуражи. За по-малко плътен фуражни суровини, максимална фуражните процент е по-ниска.
Таблица 6: Приблизителни максимална скорост за различни материали, обработени с STET на подаване 42 инч електростатични разделител.
Прах експлозии са основна опасност в зърно и други органични прах операции по обработка. STET разделителя е подходящо за преработка на горими органични прахове със само незначителни изменения. Няма никакви нагревните повърхности в STET разделител. Само движещи се части са разделител колан и карам ролери. Ролкови лагери се намират извън потока на прах на външен черупка на единица. Следователно те не са риск за прегряване/искри в материалния поток. Освен това, STET разделител лагери се предлагат с фабрика монтирани температура измерване способността да открива авария добре преди да са достигнали опасно високи температури. Разделител за колан и диск система представляват не по-висок риск от други конвенционални въртящи се машини. STET разделител на високо напрежение компоненти също са разположени извън материалния поток и съдържащи се в прах здраво заграждения. Максималната енергия на Искра през разделителя разликата е ограничен от проектирането на компонентите на високо напрежение. Допълнително ниво на безопасност може да бъде въведена чрез прочистване на азот.
Пълнозърнесто пшенично брашно, обработка от STET разделител
Пълнозърнесто пшенично брашно произлиза от смилане на цялото зърно пшеница (трици, кълнове, and ендосперм). Търговската мрежа, шелф, пълнозърнесто пшенично брашно е закупен за използване като тестов материал да се оцени способността на STET разделителя за премахване на влакнести трици и зародиш скорбяла ендосперма се част от пшенично брашно. Пълнозърнесто пшенично брашно проба беше анализирана от STET преди началото на изпитването. Съдържание на пепел, е изследвана чрез ICC стандарт 104 / 1 (900° C). Повторни пепел измервания на една и съща проба, неразфасовани проба храна за животни, измерени 10 пъти, са били намерени да имат съдържание на пепел 1.61%, стандартно отклонение 0.01 и относителното стандартно отклонение на 0.7%. Размер на частиците е завършен от лазерни дифракция, използвайки Malvern Mastersizer 3000 с един апарат, суха дисперсия. Анализ на протеин е проведено метода на DUMAS, с елементарни бързо N надхвърля азот/протеин анализатор. Коефициент на преобразуване на N x 6.25 е бил използван. Различните свойства на цялото пшенично брашно проба са обобщени по-долу. (Виж таблицата 7)
Таблица 7: Анализ на цялото пшенично брашно, фуражи от STET
Съдържание на пепел и съдържание на протеин са били намерени да бъде много възпроизводими, когато се изпитва в една и съща проба, но значителна променливост е идентифициран между няколко торби с пълнозърнесто пшенично брашно, използвани като проба храна за животни. (Виж таблицата 8) Това емисия проба променливост е довело до някои разсейване в тестови данни.
Таблица 8: Анализ на разделяне тест резултати от пълнозърнесто пшенично брашно от STET
Електростатична сепарация изпитване на цялото пшенично брашно проба е била изпълнена в ST оборудване & Технология (STET) пилотна съоръжение в Нийдам, Масачузетс. STET пилотна съдържа два пилотни мащаб STET разделители заедно със спомагателното оборудване, използвано за разследването отделянето на материали от кандидат източници. Лабораторен мащаб STET сепаратори са със същата дължина като търговски STET разделител, в 30 крака (9.1 м.) дълъг, Въпреки това, ширината на пилотния завод разделител електрод е само 6 инча (150 мм), или една седма от ширината на най-големия търговски STET разделител в 42 инча (1070 мм) електрод ширина. Фуражна капацитет от STET разделител е пряко пропорционална на ширината на електродите, Следователно, скоростта на захранване от разделителя на пилотния завод е една седма скоростта на захранване на единица, 42-инчов широк търговски разделител. Скоростта на максималното захранване с пълнозърнесто пшенично брашно е 2.3 Тона на час в лабораторен мащаб, който отговаря на 16 Тона на час за 42-инчов широк търговски разделител. В сравнение със скала, която по-голямата част от електростатична сепарация проучвания са били проведени към днешна дата, STET разделител изпитване беше извършено в значително по-висока скоростта на подаване. Тестването е проведено в 10 кг (20 лира) пакетно тестове, поради практически съображения за доставяне 2.3 Тона на час на фуражи непрекъснато. За всяка партида тест състояние, продуктите на процеса на разделяне бяха претеглени за изчисляване на масата възстановяване. Субпроби от всеки тест са събрани и анализирани за съдържание на пепел и съдържание на протеин.
Фигура 8: STET Пилотен завод разделител.
Частиците размер измерване на цялото пшенично брашно фуражи и два продукта проби е показано по-долу фигура 9.
Фигура 9: Емисия на частици размера измерване на цялото пшенично брашно, и двете отделени мостри на продукти.
Снимка на възстановения разделяне продукти е включена по-долу. (Виж фигура 10) Забележим цвят промяна е наблюдавана по време на раздяла, което на високо пепел съдържание продукт фракция значително по-тъмен от фуражната пълнозърнесто пшенично брашно проба.
Фигура 10: Типични продукти са възстановени от процеса на отделяне на STET.
Пепелно съдържание за всички продукти от процеса на разделяне е измерена. (Виж фигура 11)
Фигура 11: Съдържание спрямо масата възстановяване на ниска пепел продукт за цялата пшенично брашно разделяне на пепел тестове от STET
Тестване на STET електростатични разделител с пълнозърнесто пшенично брашно демонстрира значително движение на високо пепел (трици) част от ядрото на пшеница към положителния електрод. Намалените пепел продукт впоследствие е събрана на отрицателния електрод. Изпитване е била изпълнена на един пропуск схема, Въпреки това, възможно е да се извърши повишаване на някоя от разделяне продукти чрез извършване друг разделяне етап. Бъдещето тестване с разделителя на STET ще се извършва върху проби, пшенични трици, както и брашно, царевица и бобови растения като лупина.
Заключения
Преглед на литературата показва, че значителни изследвания е била предприета за разработване на техники за електростатична сепарация на органични материали. Това развитие продължава или дори ускорено в миналото 10 – 20 години, с много изследователи в Европа и Съединените щати прилагане електростатична сепарация техники за голямо разнообразие от обогатяването предизвикателства. От това изследване, Това е очевидно, че електростатични методи имат потенциал да генерира нови, растителни продукти с висока стойност, или да предложи алтернатива на мокро методи на обработка. Въпреки че насърчаване сепарация на пшеница, царевица и лупина базирани растителни материали са били демонстрирани в лабораторията и в някои случаи лабораторен мащаб, електростатични системи за използва за да докаже тези резултати не може да бъде най-подходящ или рентабилно оборудване за обработка за извършване на такава сепарация на търговска основа. Много електростатични технологии не са подходящи за процес фино смлени, ниска плътност прах като растителни материали. Въпреки това, ST оборудване & Технология (STET) triboelectrostatic колан разделител има доказана възможност за обработка на фини частици от 500 – 1 µm високи темпове. STET колан разделител е по-висока честота, промишлено доказани обработка, устройство, което може да бъде подходящ за комерсиализиране на последните развития в растителен материал обработка. STET колан разделител е тестван на дадена проба от пълнозърнесто пшенично брашно и е установено, да бъде успешна в премахването на трици от нишесте фракция. Бъдещето тестване с разделителя на STET ще се извършва върху проби, пшенични трици, както извор както царевично брашно и бобови култури като соя и лупина.
Препратки
[1] Т. Б. Озбърн, “Пречистване на шлам”. Съединените щати Патентното 224,719, 17 Февруари 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Радо и K. Forsberg, “Преглед на електрическо разделяне методи – Част 1: Основните аспекти,” Минерали & Металургична обработка, об. 17, Не. 1, п.п.. 23-36, 2000.
[3] J. Старейшина и E. Ян, “eForce – -Новото поколение на електростатични разделителя за минерали пясъци промишленост,” в тежки минерали конференция, Йоханесбург, 2003.
[4] R. H. Пери и D. W. Грийн, Пери химически инженери’ Наръчник за седмото издание, Ню Йорк: McGraw-Hill, 1997.
[5] S. Messal, R. Corondan, Аз. Велизар, R. Ouiddir, K. Medles и L. Янев, “Електростатични разделител за микронизирани смеси от метали и пластмаси, с произход от отпадъци от електрическо и електронно оборудване,” Вестник на физиката, об. 646, п.п.. 1-4, 2015.
[6] Т. S. Pandya, R. Калоян и C. P. Томпсън, “Фибри раздяла за земята царевично брашно с помощта на електростатични метод,”Зърнени химия, об. 90, Не. 6, п.п.. 535-539, 2013.
[7] L. Марки, P. М. Beier, и аз. Щал, Електростатична сепарация, Вайнхайм: Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.
[8] Y. Хъмъри, X. Rouau, V. Lullien-Пелерин, C. Барън и J. Abecassis, “Сух производствен процес за разработване на фракции на пшеница и продукти с подобрено качество на хранителни,” Дневник на науката, зърнени култури, Не. 46, п.п.. 327-347, 2007.
[9] W. А. Brastad и E. C. Съоръжения, “Метод и апарат за електростатична сепарация”. Съединените щати Патентното 2,848,108, 19 Август 1958.
[10] Б. А. Камък и J. Minifie, “Възстановяване на алейроновия клетки от пшенични трици”. Съединените щати Патентното 4,746,073,24 Май 1988.
[11] А. Бом и А. Kratzer, “Метод за изолиране на алейроновия частици”. Съединените щати Патентното 7,431,228, 7 Октомври 2008.
[12] J. А. Delcour, X. Rouau, C. М. Куртен, K. Poutanen и R. Раниери, “Технологии за засилено използване на здравето насърчаване потенциал на зърнени култури,” Тенденции в храните науки & Технология, п.п.. 1-9, 2012.
[13] L. Янев, C. Драган, М. Bilici, R. Beleca, Y. Хъмъри и X. Rouau, “Електростатични основа за разделяне на пшеница трици тъкани,” IEEE транзакции в индустрията приложения, об. 46, Не. 2, п.п.. 659-665, 2010.
[14] Y. Хъмъри, X. Rouau, C. Драган, R. Bilici и L. Янев, “Електростатични свойства на пшенични трици и неговите учредителни слоеве: Влияние на размера на частиците, състав, и съдържание на влага,” Дневник на храните Инженеринг, Не. 93, п.п.. 114-124, 2009.
[15] Y. Хъмъри, М. Chaurand, U. Холопаинен, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, V. Piironen, А. Sadoudi и X. Rouau, “Потенциал на сухи фракциониране на пшенични трици, за развитие на хранителни съставки, част I: Влияние на ултра фини шлайфане,” Дневник на науката, зърнени култури, Не. 53, п.п.. 1-8, 2011.
[16] Y. Хъмъри, U. Холопаинен, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, Т. Nurmi, V. Piironen, М. Edlemann и X. Rouau, “Потенциал на сухи фракциониране на пшенични трици, за развитие на хранителни съставки, част II: Електростатична сепарация на частици,” Дневник на науката, зърнени култури, Не. 53, п.п.. 9-18, 2011.
[17] J. Уан, E. Смитс, R. М. Бум, и М. А. Schutyser, “Arabinoxylans концентрати от пшенични трици с електростатична сепарация,” Дневник на храните Инженеринг, Не. 155, п.п.. 29-36, 2015.
[18] P. J. Pelgrom, J. Уан, R. М. Бум, и М. А. Schutyser, “Предварително- и последващата обработка подобряване протеин обогатяване от смилане и въздуха класификация на бобови растения,” Дневник на храните Инженеринг, Не. 155, п.п.. 53-61, 2015.
[19] D. Шеро, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Motte, S. Belaid, J. Ventureira и М.. Лопес, “Комбинация от съществуващите и алтернативни технологии за насърчаване на маслодайни семена и варива протеини в храните приложения,” Маслодайни семена & мазнини култури и липиди, об. 23, Не. 4, п.п.. 1-11, 2016.
[20] А. Баракат, F. Джером и X. Rouau, “Сух платформа за отделяне на протеини от биомаса-съдържащи
Полизахариди, Лигнин, и полифеноли,” ChemSusChem, об. 8, п.п.. 1161-1166, 2015.
[21] C. Басет, S. Kedidi и А. Баракат, “Химично вещество- и фракциониране на разтворители Mechanophysical на биомаса предизвикани от Tribo електростатично таксуване: Разделяне на протеини и лигнин,” ACS устойчивата химия & Инженеринг, об. 4, п.п.. 4166-4173, 2016.
[22] J. М. Stencel, J. L. Шафер, H. Бан, и J. K. Neathery, “Апаратура и метод за отделяне на Triboelectrostatic”.Съединените щати Патентното 5,938,041, 17 Август 1999.
