Seleccioneu idioma:
Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Resum
Revisió de la literatura rellevant indica que ha realitzat recerca important aplicar electrostàticament
tècniques de separació que s'assequi granular aliments d'origen vegetal (i.e., Orgànica) material. Aquest desenvolupament s'ha accelerat en el passat 10 - 20 anys, amb molts investigadors a Europa i els Estats Units sol·licitant Separació electrostàtica tècniques per a una àmplia varietat de reptes de benefici. D'aquesta investigació, és evident que electrostàtica mètodes tenen el potencial per a generar noves, Productes vegetals de més valor, o oferir una alternativa per mullar mètodes de processament. Tot i que Foment separacions de cereals, S'han demostrat materials de llegums i oleaginoses al laboratori i en alguns casos, Escala pilot, els sistemes electrostàtica utilitzats per demostrar aquests resultats poden no ser rendible o adequat processament equipament per dur a terme aquestes separacions sobre una base comercial. Molts electrostàtica tecnologies no són adequats per a procés finament mòlt, pols de baixa densitat com materials vegetals. No obstant això, l'equip del ST & Tecnologia (STET) separador de cinturó triboelectrostatic té la capacitat demostrada per processar partícules fines de 500 - 1 µm. El separador de cinturons STET és un separador d'alta taxa, dispositiu de processament industrialment demostrat que pot ser adequat per a comercialitzar els desenvolupaments recents en el processament de materials orgànic. El separador de cinturó STET va ser provat en una mostra de farina de blat i va resultar tenir èxit en l'eliminació del segó de la fracció de midó. Futur proves amb el separador STET es durà a terme en mostres de segó de blat, farina de blat de moro
i llegums com ara la soja i tramús.
Paraules clau: Funda Tribó-electrostàtica, Electrostàtica, Separació, Fraccionament, Blat, Gra, Farina, Fibra, Proteïna, Llavors oleaginoses, Polsos
Introducció
S'han utilitzat mètodes de separació electrostàtica durant els últims 50 anys a la beneficiation comercial-escala de
minerals industrials i reciclatge de materials de rebuig. Beneficiation electrostàtica d'aliments secs granular origen vegetal (i. e, Orgànica) material han estat investigats per sobre 140 anys, amb la primera patent d'electrostàtica separació de middlings de farina de blat ple com principis com 1880. [1] Beneficiation electrostàtica permet separacions basats en diferències en superfície química (funció de treball) o propietats del dielèctric. En alguns casos, Aquestes separacions no seria possibles utilitzar separacions mida o densitat sols. Sistemes de separació electrostàtica operar en principis similars. Tots els sistemes de separació electrostàtica tenen un sistema per carregar elèctricament les partícules, un camp elèctric externament generat per la separació d'ocórrer en, i un mètode de transmetre les partícules dins i fora el dispositiu de separació. Càrrega elèctrica pot passar per un o diversos mètodes, incloent inducció conductiu, funda Tribó-càrrega (efecte volta) i ions o corona de càrrega. Sistemes de separació electrostàtica utilitzar almenys un d'aquests mecanismes de càrrega. [2]
Sistemes de separació electrostàtica de rotllo de alta tensió han estat utilitzats en moltes indústries i aplicacions on un
el component és més elèctricament conductora que els altres. Exemples d'aplicacions per a separadors de rotllo d'alta tensió amb separació de minerals de titani, així com aplicacions de reciclatge, per exemple classificació metall de plàstic. Hi ha múltiples variacions i geometries utilitzats per a alta tensió rotllo sistemes, però en general, operen en principis similars. Menjar les partícules són acusats negativament per un efecte Corona ionitzants. Menjar les partícules es troben dispersos en un tambor giratori, on el tambor elèctricament es fonamenta. Les partícules elèctricament conductors renunciar al seu càrrec en contacte amb la superfície del tambor fonamentada. La rotació del tambor fa que les partícules conductives ser llançat des de la superfície del tambor i dipositats en la tremuja de producte primer. Les partícules no conductores retenir la seva càrrega elèctrica i es clavava a la superfície del tambor. Finalment, la càrrega elèctrica en les partícules no conductores es dissipen, o les partícules es ser raspallat del tambor després el tambor té girada de manera que les partícules no conductores es dipositen en la tremuja de partícules no conductores. En algunes aplicacions, una tremuja de middlings es situa entre la tremuja de producte no conductores i conductor. L'eficàcia d'aquest tipus de dispositiu de separació és generalment es limita a les partícules que són relativament gruixuts i/o tenen alta densitat, a causa de la necessitat per a totes les partícules en contacte amb la superfície del tambor. A més a més, dinàmica de flux de partícules és important perquè de moment angular és en última instància, responsable de transmetre les partícules de la superfície del tambor a les tremuges de producte respectius. Partícules fines i partícules de baixa densitat són fàcilment influenciat per les corrents d'aire i per tant menys propensos a ser expulsat del tambor en una zona previsible. [2] [3] [4]
El separador de cinturó d'alta tensió és una variant de l'alta tensió rotllo separador descrites. Menjar les partícules es troben dispersos uniformement a través de l'amplada d'una cinta transportadora connectada elèctricament. Partícules paguen, normalment per una corona negativa, encara que altres mecanismes de càrrega són possibles. Les partícules conductores dóna una nova seu càrrega elèctrica fins a la cinta transportadora fonamentada, mentre que les partícules no conductores retenir el seu càrrec. Les partícules conductives cauen de la vora de la cinta per gravetat, mentre que les partícules carregades no conductores són "aixecar" fora de la superfície de la cinta per les forces electrostàtiques. Una altra vegada per a la separació sigui eficaç, cada partícula de contactar amb la superfície de la cinta per permetre les partícules a renunciar al seu càrrec a la banda conductors. Per tant, només una capa de partícules pot ser transmesa pel separador en un moment. Com la mida de les partícules de l'aliment es torna més petit, es redueix la taxa de processament del dispositiu. [5] [6]
Placa paral·lela electrostàtica separadors normalment es basen en que separa les partícules no basades en la conductivitat, però en diferències en superfície química que permet la transferència de càrrega elèctrica per fricció contacte. Partícules elèctricament paguen per vigorós contacte amb altres partícules, o amb una superfície de tercer com un metall o plàstic es les propietats desitjades de funda Tribó-càrrega. Materials que són electronegatiu dels (situat a l'extrem negatiu de la sèrie de la tribu elèctrics) treure els electrons de la superfície de recàrrega funda Tribó i així adquirir una càrrega neta negativa. En contacte, materials que són a l'extrem positiu de la tribu-elèctrica sèrie cedir electrons i carrega positivament. Les partícules carregades són introduïdes en un camp elèctric generat entre els dos elèctrodes de placa paral·lela per diversos mitjans de transport (gravetat, pneumàtica, vibració). En presència d'un camp elèctric, les partícules carregades avançar cap als elèctrodes oposat carregats i es recullen a les tremuges de producte corresponent. Una altra vegada, una fracció de middlings que contenen una barreja de partícules pot o no pot ser recollides, depenent de la configuració del dispositiu de separació. [4] [7]
Figura 1: Diagrama d'un separador de rotllo d'alta tensió (esquerra) i un separador de caiguda lliure de placa paral·lela (dret).
Taula 1: Resum de dispositius de separació electrostàtica utilitzats.
Cas 1 -Blat i segó de blat Beneficiation.
Segó de blat és un subproducte de la mòlta del blat convencional, en representació de 10-15% del gra blat. Segó de blat consisteix en les capes externes, com ara el pericarp, Testa, i aleurone. Segó de blat conté la majoria dels micronutrients, fibra, i fitoquímics contingudes en gra, que han demostrat els beneficis de salut per als éssers humans. [8] Gran interès en separar i beneficiating segó de blat han informat. Interès històric en la separació de segó de blat era millorar la qualitat i el valor del producte de farina. No obstant això, interès més recents s'ha informat en components de valor que es recuperen de segó de blat.
En 1880, Thomas Osborne patentat el primer separador electrostàtica comercial per a l'eliminació de segó de middlings de farina. El separador consistia en rotllos recoberts amb goma dura o material equivalent que era capaç de ser elèctricament mitjançant la fricció funda Tribó-càrrega amb llana. Encara que no descrit, se suposa que la goma rotllos adquirit una càrrega negativa en relació amb llana, coherent amb majoria funda Tribó-elèctrica sèrie. Els rotllos carregats elèctricament després va atraure les partícules de fibra de segó carregat positivament, transmetent-los a la superfície del rotllo fins que les partícules de fibra clavats els raspallat de la superfície del rotllo. Això (assumit) càrrega positiva de segó de blat està en conflicte amb resultats reportats per altres. Funda Tribó-càrrega de les partícules de segó era assistit per fluidizing introduït a la part inferior de l'aparell d'aire, que tenia el benefici addicional de causar les partícules de segó menys dens a la superfície, acostar-se als rotllos. [1]
En 1958 un aparell per separació electrostàtica de segó i endosperma continguda en middlings farina va donar a conèixer en una presentació de patent per Branstad treballant a General Mills. L'aparell consistia en un separador de placa paral·lel en el qual les partícules van ser transmesa entre les dues plaques per vibració. Partícules de segó, acusat per fricció contacte amb partícules d'endosperma, llavors es van aixecar a l'elèctrode superior a través de perforacions a l'elèctrode superior. [9]
En 1988 un aparell i procés per recuperar aleurone de segó de blat comercial va donar a conèixer en una presentació de patent. Segó de blat comercial amb una partida aleurone contingut de 34% es va enriquir a un concentrat de 95% a 10% rendiment massa (28% recuperació de aleurone) per una combinació de mòlta de martell, Dimensionament projectant, aire elutriation i separació electrostàtica utilitzant un separador de placa paral·lela electrostàtica. Les partícules van ser acusats en el dispositiu de elutriator d'aire, que té un doble paper d'eliminació de multes (<40 µm) transmetent, Si bé simultàniament tribo-càrrega de les partícules d'aleurona positiu (Presentació d'informes a la placa de l'elèctrode negatiu) i el negatiu partícules pericarp/Testa. La mida de partícula de la barreja de segó va ser controlat acuradament per fresat de martell i multi-nivell de cribratge, per obtenir un aliment majoritàriament 130 - 290 gamma de μm. [10]
Treballs recents sobre la recuperació d'aleurona del segó de blat continua. En 2008, Buhler AG va patentar un dispositiu de separació electrostàtic per separar les partícules d'aleurona de partícules de closca fetes de segó commutat. Una encarnació del dispositiu consisteix en un rotor que opera en una àrea de tractament de mida estreta, que permet el contacte de partícules a partícula i de partícula a paret i posterior càrrega tribo. Les partícules carregades són transportades mecànicament en un recipient de separació que conté elèctrodes paral·lels de placa. Partícules cauen a través del recipient de separació per gravetat, com que les partícules carregades diferencialment es mouen cap als elèctrodes opposicionalment carregats sota la influència del camp elèctric. [11] Quan es combina amb la mida adequada del segó d'alimentació i mètodes de classificació mecànica, les concentracions d'aleurona de fins a 90% s'han informat. [12] [8]
Figura 2: Reproduït de Hemery et al, 2007 [8].
Funda Tribó-càrrega i corona de càrrega han realitzat experiments en segó de blat per treballadors de la electrostàtica de dispersar la mitjans de comunicació unitat de recerca, Universitat de Poitiers, França a 2010. Els investigadors van mesurar la càrrega superficial i superfície potencial càries el segó de blat amb 10% humitat i liofilitzat (liofilització) segó de blat. Es va realitzar una prova de separació d'una mostra de 50% liofilització segó de blat i 50% aleurone liofilitzat alimentar mitjançant un separador electrostàtica de cinturó tipus corona. (Figura 3) Resultats de separació al separador de corona de escala de laboratori indiquen 67% de aleurone es va recuperar a la tremuja no conductor, mentre que només 2% d'informar a la tremuja no conductor el segó de blat. Funda Tribó-càrrega experiments es van fer també amb segó de blat i aleurone, però només per mesurar la càrrega superficial específic [µC/g] generen a cada fracció, en contraposició a la recuperació de productes d'una separació electrostàtica. Ambdós materials aliments van ser acusats amb tefló com la superfície de contacte. Segó de blat tant aleurone es reporten com càrrega positiva en relació amb tefló, que sí que és molt electronegatiu dels. La magnitud de la càrrega s'ha trobat a dependre de les pressions que s'utilitza en la tribu-carregador, suggerint que turbulència superior condueix a contactes més i més completa funda Tribó-càrrega. [13]
Figura 3: Reproduït de Dascalescu et al, 2010 [13]
En 2009, investigadors avaluat les propietats càrrega electrostàtica de materials alimentació rica pericarp i aleurone ric. [14] En 2011 els investigadors realitzen electrostàtica separació proves en mostres de finament terra segó de blat amb un separador de placa electrostàtica escala pilot (Sistema TEP, Funda Tribó flux separacions, Lexington, EUA). El sistema de TEP utilitza una línia de càrrega, on menjar partícules s'introdueixen en un torrent de turbulència d'aire comprimit, i pneumàticament transmesa a través de la línia de càrrega a la Cambra de separació. Les partícules es funda Tribó-carregat per la partícula per partícula contacte, com partícules en contacte amb la superfície de la línia de càrrega. Resultats obtinguts amb el sistema de TEP ha demostrat que la separació electrostàtica era eficaç en la millora de aleurone i glucan-beta de contingut de segó de blat. Curiosament, la fracció de material que s'ha trobat el contingut de la cel·la aleurone més alt, a 68%, va ser el molt fina (D50 = 8 µm) fracció que va ser recuperat de la càrrega de tub. No està clar per què aquest material preferentment es va concentrar en l'aparell de càrrega, No obstant això, va indicar que la capacitat de procés aleurone contingut de les cel·les poden requerir electrostàtica tècniques que són capaços de processar pols molt fins. D'altra banda, Aquest treball va demostrar que s'alimenten de preparació pel segó de blat va ser una consideració important. S'han trobat mostres preparats per mòlta criogènica en un molí de martell a ser menys completament dissociat (alliberat) que els de terra en un molí de tipus d'impacte a temperatura ambient. [15] [16]
Figura 4: Reproduït de Hemery et al, 2011 [16]
Obra recent estudiar la concentració de arabinoxylans de segó de blat per mètodes electrostàtica. Els investigadors utilitzen un separador electrostàtica de escala de laboratori consisteix en una cambra de tub i separació càrrega que conté dos elèctrodes de placa paral·lela. Segó de blat mòlt va ser introduïda el tub càrrega i transmetia pneumàticament a la Cambra de separació mitjançant nitrogen comprimit. La turbulència i velocitat alta de gas en el tub càrrega proporcionat el contacte partícules necessari per a la tribu-càrrega. Les partícules carregades (productes de la separació) es van aplegar a la superfície dels elèctrodes d'anàlisi. A causa de l'orientació vertical dels elèctrodes no va aplegar una quantitat significativa de material. Aquesta fracció de middlings pot ser reciclat de processament posterior a electrostàtica convencional, No obstant això, als efectes d'aquest experiment, material no recollit en els elèctrodes considerava perdut. Els investigadors van reportar un increment en tant grau de producte (arabinoxylan contingut en el producte) i l'eficiència de separació com augmentat la velocitat de transport. [17]
Esforços recents de segó de blat beneficiate utilitzant mètodes electrostàtica que resumim a continuació a la taula 2.
Taula 2: Resum dels mètodes electrostàtica avaluats per segó de blat beneficiate.
Cas 2 -Recuperació proteïna de Lupin farina
Investigadors del grup de Enginyeria de procés aliments a Wageningen, Països Baixos, avaluar el potencial d'enriquiment de proteïnes utilitzant llegums. Pèsol i tramús farina feien menjars per a una varietat de proteïnes enriquiment tècniques incloent classificació aire combinat amb separació electrostàtica. No tractats llavors de pèsol i tramús van ser primer mòlta a aproximadament 200 µm. Pinsos materials per a la classificació i separació electrostàtica van ser posteriorment mòlta utilitzant un molí de tipus d'impacte amb un classificador interna (ZPS50 Hosokawa-alpí). Mida de partícula mitjana (D50) es va informar que aproximadament 25 µm per la farina de pèsol, i aproximadament 200 µm per la farina de tramús, abans de l'aire classificació. Finalment, un subconjunt de cada Mostra, pèsol i tramús de farina, va ser llavors aire classificats (ATP50 Hosokawa-alpí). El menjar el separador electrostàtica consistia en dues farines no tractades, així com el curs i el producte de multa de classificació d'aire. [18]
El dispositiu de separació electrostàtica durant els experiments era un tipus de placa paral·lela, amb càrrega a través de càrrega triboelèctric en un 125 longitud mm tub de càrrega, amb partícules atorga pneumàticament nitrògen comprimit. El mecanisme és similar a la configuració del dispositiu utilitzat per Wang et al (2015). [17] Separació electrostàtica experiments es van fer en terra pèsol farina i tramús farina, com el curs i fraccions fins de farina de pèsol i farina Lupino obtingudes de classificació d'aire. La farina de pèsol demostrat només menor moviment de proteïna durant la prova electrostàtica. No obstant això, la farina de tramús demostrat moviment significatiu de proteïna en totes tres mostres provat (farina- 35% proteïna, mòlts multes classificats- 45% proteïna, mòlta classificats gruixuda- 29% proteïna). Productes proteics d'aproximadament 60% van ser recuperats en l'elèctrode motivada per a cadascuna de les mostres de tres tramús provats. [18]
Cas 3 -Fibra eliminació de blat de moro
Investigadors del Departament d'Enginyeria agrícola i biològica, Mississippi State University fet proves electrostàtiques en terra farina de blat de moro, amb l'objectiu d'eliminar la fibra. El dispositiu de separació electrostàtica consistia en una cinta transportadora amb un elèctrode negatiu al final de la cinta transportadora. Les partícules carregades positivament, partícules de fibra, en aquest cas, es va enlairar la cinta transportadora i ordenats a la tolva segon. Les partícules de fibra no va caure de la cinta transportadora per gravetat i van ser dipositats en la tremuja de producte primer. Els autors no descriure com la càrrega elèctrica es realitza. El material d'alimentació d'aquest separador va ser relativament gruixut, amb mides de partícules de l'aliment des de 12 malla (1,532 µm) a 24 malla (704 µm). No sembla que la undersize (<704 µm) el material es va processar durant l'estudi. Cada condició de prova es completava utilitzant 1 kg de material d'alimentació que es va dispersar uniformement a través del cinturó. [6]
Figura 5: Reproduït de alguns et al, 2013 [6]
Els investigadors de l'estat de Mississippi completa separació electrostàtica proves sobre la farina de blat de moro unscreened, les fraccions de farina de blat de moro seleccionats i les fraccions riques en fibra recuperat de classificació d'aire. Proves electrostàtiques no es va acabar en els corrents de fibra baixa recuperats de classificació d'aire. Anàlisi dels resultats de la separació electrostàtica és proporcionat a continuació:
Taula 3: Resultats de la separació de fibra reproduït de alguns et al, 2013 [6]
Cas 4 -Concentració proteïna de llavors oleaginoses
Llavors oleaginoses com la colza (colza), gira-sol, sèsam, mostassa, germen de blat de moro de soja, i llavors de lli en general, contenen una quantitat substancial de proteïnes i fibra. Lics per eliminar la fibra, i així augmentar el contingut proteic, de llavors oleaginoses es convertirà en cada vegada més importants com la demanda global de proteïna augmenta. [19] Obra recent per investigadors de l'Institut Nacional francès de recerca agrícola examinat ultrafines mòlta combinades amb electrostàtica processament del menjar llavors de gira-sol, concentrar la proteïna. Les mostres de menjar menjar gira-sol eren de terra en un molí impacte operant a temperatura ambient a una mida de partícula (D50) de 69.5 µm. El separador electrostàtica utilitzat per a les proves era un mecanisme de placa paral·lela on el principal mecanisme de càrrega va ser funda Tribó-càrrega. La tribu recàrrega realitzat originals dels elèctrodes en línia funda Tribó-càrrega, amb partícules transmesa a través de la línia de càrrega, i els elèctrodes, transport pneumàtic. Proteïna va ser trobat a càrrec positiu (informar a l'elèctrode negatiu) i la fracció rica en fibra es trobava a càrrec negativament. Selectivitat de proteïnes es va trobar que alt. Menjar proteïna va ser 30.8%, amb la mesura producte rics en proteïnes 48.9% i la proteïna esgotat (ric en fibra) producte mesura només 5.1% proteïna. Recuperació de proteïnes era 93% al producte positiu. Cel·lulosa, hemicelluloses, i lignina van ser mesurat i es troba a l'informe al producte carregat negativament, davant de la proteïna. [20]
Taula 4: Resultats de la separació de llavor de gira-sol àpat reproduït de Barakat et al, 2015 [20]
En 2016, un estudi addicional va ser completat amb finament terra oli de colza llavor àpat, o coques d'oli de colza (ROC), com el menjar a un procés de separació electrostàtica. Nou mòlta ultrafines a temperatura ambient es va realitzar utilitzant un dispositiu de molí de ganivet (Retsch SM 100). El material blanquejat, amb una mida de partícula mitjana (D50) d'aproximadament 90 µm, era processat mitjançant un separador de placa paral·lela escala pilot (Sistema TEP, Funda Tribó flux separacions). El sistema de TEP utilitza triboelèctric cobrar en transport pneumàtic de partícules a través d'una pressió alta càrrega línia sota condicions turbulents. Un sol passar la prova de separació amb el sistema de TEP ocasionaven la important concentració de proteïnes, amb una proteïna de pinsos 37%, un nivell de proteïna producte carregat positivament de 47% i un nivell de proteïna carregat negativament producte de 25%. Etapes addicionals de separació s'han realitzat, en última instància, produint un producte rics en proteïnes amb 51% proteïna després 3 etapes successives separació. [21]
Taula 5: Resultats de la separació de farina oli de colza llavor reproduït de Basset et al, 2016 [21]
Discussió
Revisió de la literatura rellevant indica que ha realitzat recerca important desenvolupar tècniques de separació electrostàtica de materials orgànics. Aquest desenvolupament ha continuat o fins i tot accelerat en el passat 10 - 20 anys, amb molts investigadors a Europa i als Estats Units, aplicant tècniques de separació electrostàtica a una àmplia varietat de reptes de beneficiation. D'aquesta investigació, és evident que electrostàtica mètodes tenen el potencial per a generar noves, productes de planta major valor, o oferir una alternativa per mullar mètodes de processament.
Tot i que Foment separacions de cereals, polsos, i farines material s'ha comprovat al laboratori i en alguns escala pilot de casos, la electrostàtica sistemes utilitzats per demostrar aquests resultats en última instància, no poden servir com els equips de tractament més rendible o adequat per dur a terme aquestes separacions sobre una base comercial. Sistemes Electrostàtica comercials existents s'utilitzen comunament en separacions de minerals, metalls o plàstics. Minerals i metalls són ambdós materials relativament dens amb alta densitat, en comparació amb materials vegetals. Fins i tot amb la densitat alta de minerals i metalls, les limitacions de mida de partícula eficaç per al tambor rotllo i separadors electrostàtica placa paral·lela és relativament gruixuts, amb poques partícules sota 100 µm per exemple. Plàstics són de menor densitat que tant minerals i metalls, però sovint són processats al gruixut de granulometries, com flocs de plàstic per exemple. La introducció de partícules fines crea dificultats operatives tant per als separadors de rotllos d'alta tensió com per als de plaques paral·. Belles, partícules de baixa densitat són molt sensibles als corrents d'aire, especialment en comparació amb minerals i metalls. Petites diferències de corrents d'aire interior del dispositiu de separació impacte camí viatge de les partícules fines, sotmetent-los a les forces que aquelles causada pel camp electrostàtic.
Per a la majoria dels sistemes de separadors placa paral·lela, finament terra i partícules de baixa densitat que paguen electrostàticament es recullen en els elèctrodes dels separadors placa paral·lela. Si aquestes fines partícules elèctricament adjunts no s'eliminen de manera constant, la força del camp elèctric i l'eficiència del mecanisme degraden. El treball dels investigadors a la alimentació procés Enginyeria grup Wageningen UR (Wang et al, 2015) es va aprofitar d'aquest fenomen per recollir mostres de la superfície dels elèctrodes del separador placa paral·lela per analitzar els productes de la separació. Sistemes de separadors placa paral·lela, especialment els que es basen en gravetat transmetre partícules a través d'un camp elèctric, han intentat abordar aquest problema de diverses maneres. Pedra et al (1988) descriu un procés en el qual es treien partícules fines originals del separador electrostàtica per elutriation d'aire. [10] Altres han informat que mantenir un flux laminar de l'aire flueix a través d'elèctrodes per evitar partícules fines de ser influenciat per les corrents d'aire. [22No obstant això, mantenir el flux laminar es torna desafiant com el mecanisme de separació es fa més gran, efectivament, limitant la capacitat de processament d'aquests dispositius. En última instància, la mida de la partícula en el qual els components són físicament separats dels altres (present com a partícules discretes), serà el conductor més gran en la determinació de la mida de partícula al processament que han de passar.
Com es va esmentar anteriorment, dispositius de separació electrostàtica convencional estan limitades a la capacitat de processament, especialment amb pols de baixa densitat i finament mòltes com els materials vegetals. Per a dispositius de separació de tambor i cinturó d'alta tensió, l'eficàcia es limita a partícules que són relativament gruixudes i/o tenen una alta gravetat específica, a causa de la necessitat per a totes les partícules en contacte amb la superfície del tambor. Com les partícules es fan més petites es redueix la taxa de tramitació. Separadors placa paral·lel són més limitats per la densitat de partícules que poden ser processats en la zona d'elèctrode. Càrrega de partícules ha de ser relativament baix per evitar efectes de càrrega de l'espai.
ST equips & Tecnologia cinturó separador
L'equip del ST & Tecnologia (STET) triboelectrostatic separador de cinturó té la capacitat demostrada per processar partícules fines de 500 - 1 µm. El separador STET és un separador de placa paral·lela electrostàtica, No obstant això, les plaques d'elèctrode estan orientats horitzontalment en lloc de verticalment com és el cas en la majoria dels separadors placa paral·lela. (Veure figura 6) D'altra banda, el separador STET acompleix la partícula funda Tribó-càrrega i transport simultàniament per una malla d'alta velocitat obre cinta transportadora. Aquesta característica permet per tant un ritme altíssim tractament específic d'alimentació, així com la capacitat per processar pols molt fins que els dispositius convencionals electrostàtica. Aquest tipus de dispositiu de separació ha estat en operació comercial des de 1995 separar sense cremar carboni de cendres minerals (típic D50 aproximadament 20 µm) en plantes d'energia de carbó. Aquest dispositiu de separació electrostàtica també ha tingut èxit a beneficiating altres materials inorgànics, incloent minerals com el carbonat de calci, talc, baritat, i altres.
Els detalls fonamentals del separador STET són il·lustrades en xifra 7. Les partícules són acusats per l'efecte triboelèctric mitjançant col·lisions de partícules-a-partícules dins la bretxa entre els elèctrodes. La tensió aplicada entre els elèctrodes és entre ±4 i ±10 kV relativa a la terra, donant una diferència de voltatge total de 8 - 20 kV a través d'un buit molt estret elèctrode de nominalment 1.5 cm (0.6 polzades). Menjar les partícules s'introdueixen en el separador STET en un dels tres llocs (Ports de l'alimentació) mitjançant un sistema de diapositiva distribuïdor aire amb vàlvules de guillotina. El separador STET produeix només dos productes, un flux de partícules carregades negativament recollides en l'elèctrode carregat positivament, i un flux de partícules carregades positivament recollides en l'elèctrode carregat negativament. Els productes són atorga a les tremuges corresponents a cada extrem del separador STET el cinturó separador i transmesa de la separació per gravetat. El separador STET no produeixen una middlings o paperera Riera, tot i múltiples configuracions pass per millorar la puresa del producte i/o recuperació són possibles.
Figura 6: STET triboelèctric cinturó separador
Les partícules són transmesos a través de la bretxa d'elèctrode (zona de separació) per un bucle continu, cinturó de malla obert. El cinturó Opera a alta velocitat, variable de 4 a 20 m/s (13 - 65 peus/s). La geometria de la cinta serveix per escombrar partícules fines de la superfície dels elèctrodes, prevenir l'acumulació de partícules fines que degraden el rendiment i camp de tensió dels dispositius de separació de tipus de placa paral·lela tradicional caiguda lliure. A més a més, el cinturó genera una alta pura, zona d'alta turbulència entre els dos elèctrodes, promoció funda Tribó-càrrega. El viatge del cinturó separador contracorrent permet la càrrega contínua i recàrrega o partícules dins el separador, eliminant la necessitat d'un sistema de pre-càrrega aigües amunt del separador STET.
Figura 7: Fonaments de l'operació d'STET cinturó separador
El separador STET és una alta taxa de pinsos, sistema de processament comercialment provada. La capacitat màxima de processament del separador STET és sobretot una funció de la taxa de pinsos volumètrica que pot transmetre a través de la bretxa elèctrode per cinturó STET separador. Altres variables, com la velocitat de la cinta, la distància entre els elèctrodes i la densitat gasoses de l'efecte de pols al màxim alimentar taxa, típicament en menor mesura. Materials d'alta densitat relativament, per exemple, cendra volant, la taxa de tramitació màxim d'un 42 polzada (106 cm) elèctrode amplada separació comercial unitat és aproximadament 40 - 45 Tones per hora d'alimentació. Menys dens materials alimentació, la taxa màxima alimentació és inferior.
Taula 6: Màxim aproximat alimentar taxa per diversos materials processats amb STET 42 polzada separador electrostàtica.
Les explosions de pols són un gran perill en gra i altres pols orgànica operacions de processament. El separador STET és adequat per al processament de combustibles orgànics en pols amb només lleus modificacions. No hi ha cap superfícies climatitzades en el separador STET. Els elements mòbils només són els rodets de cinta i empenta separador. Els coixinets es troben fora de la corrent de pols en la closca externa de la unitat de. Per tant no són un risc de sobreescalfament/va desencadenar en el flux de materials. D'altra banda, rodaments separador STET estan disponibles amb capacitat de mesura de temperatura cuina equipada de fàbrica per detectar fracàs de rodament abans que s'assoleixen perillosament altes temperatures. El sistema de cinturó i empenta separador suposen cap risc més alt que altre rotació maquinària convencional. Els components d'alta tensió de separador STET també estan situades fora el flux de material i continguda en pols-ajustat tancaments. La màxima energia d'una espurna a través de la bretxa de separador està limitada pel disseny de les components d'alta tensió. Un nivell addicional de seguretat es poden introduir mitjançant purga de nitrogen.
Farina de blat integral de processament per STET separador
Farina de blat integral deriva de moldre el gra de blat sencer (segó, germen, i endosperma). Comercialment disponible, acabat, farina de blat integral va ser adquirida per al seu ús com a material de prova per avaluar la capacitat del separador STET treure la fibrosa segó i el germen de la fracció d'endosperma midó de la farina de blat. Les mostres de farina de blat integral va ser analitzada per STET abans de començar la prova. Contingut de cendres va ser provat per ICC estàndard 104 / 1 (900° C). Mesures de cendra repetit la mateixa Mostra, una mostra de pinsos unseparated, mesurat 10 vegades, tenen un contingut de cendres de 1.61%, una desviació estàndard de 0.01 i una desviació estàndard relativa de 0.7%. Anàlisi de mida de partícula va ser completada per difracció de làser utilitzant una Malvern Mastersizer 3000 amb un aparell de dispersió sec. Anàlisi de proteïnes es va realitzar amb el mètode de DUMAS, amb un elemental N ràpid excedir Analitzador de nitrògen/proteïna. Un factor de conversió de N x 6.25 es va utilitzar. Les diverses propietats de les mostres de farina de blat que resumim a continuació. (Veure taula 7)
Taula 7: Anàlisi de farina de blat integral alimentar els STET
Contingut de cendres i contingut proteic van resultar ser molt repetible quan provat en la mateixa Mostra, però la variabilitat significativa va ser identificada entre les múltiples bosses de farina de blat utilitzat com la Mostra de pinsos. (Veure taula 8) Aquesta alimentació variabilitat Mostra ocasionaven alguns dispersió en les dades de prova.
Taula 8: Resultats de farina de blat per STET de prova d'anàlisi de la separació
Separació electrostàtica proves de la Mostra de farina de blat es va realitzar a l'Equipment ST & Tecnologia (STET) equipament de planta pilot de Needham, Massachusetts. La planta pilot STET conté dos separadors d'STET escala pilot juntament amb equips auxiliars utilitzats per investigar la separació de materials de fonts de candidat. Els separadors STET escala pilot tenen la mateixa longitud com a separador STET comercial, a 30 peus (9.1 metres) llarg, No obstant això, la planta pilot separador elèctrode amplada és només 6 polzades (150 mm), o una setena part l'amplada del separador STET comercial més gran a 42 polzades (1070 mm) amplada d'elèctrode. La capacitat d'alimentació del separador STET és directament proporcional a l'amplada dels elèctrodes, per tant, la taxa d'alimentació del separador planta pilot és una setena part la taxa d'alimentació de la unitat de 42 polzades comercials àmplies separador. Va ser la màxima taxa menjar amb farina de blat 2.3 Tones per hora a escala pilot, que correspon a 16 Tones per hora en el separador comercial àmplies de 42 polzades. En comparació amb l'escala a la qual la majoria dels estudis electrostàtica separació s'han realitzat fins a la data, el testatge de separador STET es realitza a una velocitat considerablement superior menjar. Les proves es va realitzar en 10 kg (20 lliura) proves per lots, a causa de les consideracions pràctiques de subministrament 2.3 Tones / hora de menjar contínuament. Prova per a cada lot de condició, els productes del procés de separació es pesaven per calcular la massa recuperació. Subsamples de cada prova van ser recollits i analitzats per al contingut de cendres i contingut proteic.
Figura 8: STET planta separador de pilots.
Càlcul de mida de partícules de l'alimentació de farina de blat i dues mostres és mostrat per sota a la figura 9.
Figura 9: Càlcul de mida de partícula de farina de blat integral alimentar, i separat de les dues mostres de producte.
S'inclou una fotografia dels productes recuperats separació per sota. (Veure figura 10) Es va observar un canvi de color notable durant la separació, que la fracció de producte contingut de cendres alta considerablement més fosc que les mostres de farina de blat de tot menjar.
Figura 10: Productes típics recuperat del procés de separació STET.
Es va mesurar el contingut de cendres de tots els productes del procés de separació. (Veure figura 11)
Figura 11: Proves de cendra contingut contra la massa recuperació de producte de cendra baixa per separació de farina de blat per STET
Proves del separador electrostàtica STET amb farina de blat demostrat moviment significatiu de la cendra alta (segó) fracció del nucli blat a l'elèctrode positiu. El producte reduït cendra fou aplegada en l'elèctrode negatiu. Les proves es va realitzar en un pas senzill esquema, No obstant això, és possible realitzar l'actualització més de qualsevol dels productes separació realitzant una altra etapa de separació. Futur proves amb el separador STET es durà a terme en mostres de segó de blat, així com la farina de blat de moro i llegums com ara Lupin.
Conclusions
Revisió de la literatura rellevant indica que ha realitzat recerca important desenvolupar tècniques de separació electrostàtica de materials orgànics. Aquest desenvolupament ha continuat o fins i tot accelerat en el passat 10 - 20 anys, amb molts investigadors a Europa i als Estats Units, aplicant tècniques de separació electrostàtica a una àmplia varietat de reptes de beneficiation. D'aquesta investigació, és evident que electrostàtica mètodes tenen el potencial per a generar noves, productes de planta major valor, o oferir una alternativa per mullar mètodes de processament. Tot i que Foment separacions de blat, blat de moro i materials basats en tramús planta han demostrat en el laboratori i en alguns escala pilot de casos, la electrostàtica sistemes utilitzats per demostrar aquests resultats poden no ser els equips de tractament més rendible o adequat per dur a terme aquestes separacions sobre una base comercial. Molts electrostàtica tecnologies no són adequats per a procés finament mòlt, pols de baixa densitat com materials vegetals. No obstant això, l'equip del ST & Tecnologia (STET) separador de cinturó triboelectrostatic té la capacitat demostrada per processar partícules fines de 500 - 1 µm a altes taxes. El separador de cinturó STET és una alta taxa, dispositiu de processament industrialment demostrat que pot ser adequat per a comercialitzar els desenvolupaments recents en l'elaboració de material vegetal. El separador de cinturó STET va ser provat en una mostra de farina de blat i va resultar tenir èxit en l'eliminació del segó de la fracció de midó. Futur proves amb el separador STET es durà a terme en mostres de segó de blat, així com blat de moro farina i llegums com ara la soja i tramús.
Referències
[1] T. B. Osborne, “Middlings-purificador”. Patent de Estats Units d'Amèrica 224,719, 17 Febrer 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Hanumantha Rao i K. Forsberg, “Revisió dels mètodes de separació elèctrica – Part 1: Aspectes fonamentals,” Minerals & Processament metal·lúrgic, vol. 17, no hi ha. 1, PP. 23-36, 2000.
[3] J. Major i E. Yan, “eForce – Generació més recent del electrostàtica separador per a la indústria de sorres de minerals,” en la conferència de Minerals pesats, Johannesburg, 2003.
[4] R. H. Perry i D. W. Verd, Enginyers químics de Perry’ Setena edició manual, Nova York: McGraw-Hill, 1997.
[5] S. Messal, R. Corondan, Jo. Cheta, R. Ouiddir, K. Medles i L. Dascalescu, “Electrostàtica separador per a mescles micronitzats de metalls i plàstics procedents de residus d'aparells elèctrics i electrònics,” Revista de física, vol. 646, PP. 1-4, 2015.
[6] T. S. Pandya va rebre, R. Srinivasan i C. P. Thompson, “Separació de fibra per terra la farina de blat de moro amb un mètode electrostàtica,”Química de cereals, vol. 90, no hi ha. 6, PP. 535-539, 2013.
[7] L. Marques, P. M. Beier, i jo. Stahl, Separació electrostàtica, Weinheim: Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.
[8] Y. Hemery, X. Rouau, V. Lullien-Pellerin, C. Barron i J. ABECASSIS, “Procés sec per desenvolupar productes amb major qualitat nutricional i fraccions de blat,” Revista de ciència de cereals, no hi ha. 46, PP. 327-347, 2007.
[9] W. A. Brastad i E. C. Engranatge, “Mètode i aparells per separació electrostàtica”. Patent de Estats Units d'Amèrica 2,848,108, 19 Agost 1958.
[10] B. A. Pedra i J. Minifie, “Recuperació de les cèl·lules Aleurone de segó de blat”. Patent de Estats Units d'Amèrica 4,746,073,24 Maig 1988.
[11] A. Böhm i A. Kratzer, “Mètode per a que aïlla les partícules Aleurone”. Patent de Estats Units d'Amèrica 7,431,228, 7 Octubre 2008.
[12] J. A. Delcour, X. Rouau, C. M. Courtin, K. Poutanen i R. Ranieri, “Tecnologies per a la major explotació del potencial beneficiosos de cereals,” Tendències en Ciències dels aliments & Tecnologia, PP. 1-9, 2012.
[13] L. Dascalescu, C. Dragan, M. Bilici, R. Beleca, Y. Hemery i X. Rouau, “Electrostàtica base per a la separació dels teixits de segó de blat,” IEEE les transaccions sobre aplicacions de la indústria, vol. 46, no hi ha. 2, PP. 659-665, 2010.
[14] Y. Hemery, X. Rouau, C. Dragan, R. Bilici i L. Dascalescu, “Propietats electrostàtica de segó de blat i les seves capes constitutives: Influència de la mida de les partícules, composició, i contingut d'humitat,” Revista de l'Enginyeria d'aliments, no hi ha. 93, PP. 114-124, 2009.
[15] Y. Hemery, M. Chaurand, U. Holopainen, membre, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, V. Piironen, A. Sadoudi i X. Rouau, “Potencial de fraccionament sec de segó de blat per al desenvolupament d'ingredients alimentaris, primera part: Influència de moldre ultrafi,” Revista de ciència de cereals, no hi ha. 53, PP. 1-8, 2011.
[16] Y. Hemery, U. Holopainen, membre, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, T. Nurmi, V. Piironen, M. Edlemann i X. Rouau, “Potencial de fraccionament sec de segó de blat per al desenvolupament d'ingredients alimentaris, Segona part: Electrostàtica separació de partícules,” Revista de ciència de cereals, no hi ha. 53, PP. 9-18, 2011.
[17] J. Wang, E. Smits, R. M. Auge, i M. A. Schutyser, “Arabinoxylans es concentra de segó de blat per separació electrostàtica,” Revista de l'Enginyeria d'aliments, no hi ha. 155, PP. 29-36, 2015.
[18] P. J. Pelgrom, J. Wang, R. M. Auge, i M. A. Schutyser, “Pre- i post-tractament realçar l'enriquiment de proteïna de classificació mòlta i aire de llegums,” Revista de l'Enginyeria d'aliments, no hi ha. 155, PP. 53-61, 2015.
[19] D. Chereau, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Mota, S. Belaid, J. Ventureira i M. Lopez, “Combinació de tecnologies existents i alternatives per promoure les proteïnes llavors oleaginoses i els llegums en aplicacions d'aliments,” Llavors oleaginoses & greixos cultius i lípids, vol. 23, no hi ha. 4, PP. 1-11, 2016.
[20] A. Barakat, F. Jeroni i X. Rouau, “Una plataforma seca per separació de proteïnes de biomassa que contenen
Polisacàrids, Lignina, i els polifenols,” ChemSusChem, vol. 8, PP. 1161-1166, 2015.
[21] C. Corno di, S. Kedidi i A. Barakat, “Química- i dissolvents Mechanophysical fraccionament de la biomassa induïda per càrrega electrostàtica tribu: Separació de proteïnes i lignina,” ACS química sostenible & Enginyeria, vol. 4, PP. 4166-4173, 2016.
[22] J. M. Stencel, J. L. Schaefer, H. Prohibició, i J. K. Neathery, “Aparell i mètode per a la separació de Triboelectrostatic”.Patent de Estats Units d'Amèrica 5,938,041, 17 Agost 1999.
