Vælg sprog:
Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Abstrakt
Gennemgang af den relevante litteratur viser, at der er foretaget betydelig forskning for at anvende elektrostatisk
adskillelse teknikker til at tørre granulerede plante-baserede fødevarer (Dvs., økologisk) materialer. Denne udvikling har accelereret i seneste 10 – 20 år, hvor mange forskere i Europa og USA ansøger elektrostatisk adskillelse teknikker til en lang række udfordringer med hensyn til udnyttelse. Fra denne forskning, Det er indlysende, at elektrostatiske metoder har potentiale til at generere nye, planteprodukter af højere værdi, eller tilbyde en alternativ våde forarbejdningsmetoder. Selv om at tilskynde separationer korn korn, Puls og oliefrømaterialer er blevet demonstreret på laboratoriet og i nogle tilfælde, Pilotskala, de elektrostatiske systemer, der anvendes til at påvise disse resultater, er muligvis ikke egnede eller omkostningseffektive databehandlingsudstyr til at udføre sådanne separationer på et kommercielt grundlag. Mange elektrostatisk teknologier er ikke egnet til processen fint formalet, pulvere med lav densitet, såsom plantematerialer. Men, ST udstyr & Teknologi (STET) triboelectrostatic bælte separator har demonstreret evnen til at behandle fine partikler fra 500 – 1 µm. STET bælteseparatoren er en høj hastighed, industrielt gennemprøvet behandling enhed, der kan være egnede til at kommercialisere den seneste udvikling i organisk materiale forarbejdning. STET bælte separator blev testet på en stikprøve af fuldkornmel, og det blev konstateret, at det lykkedes at fjerne klid fra stivelses fraktionen. Fremtiden test med STET separator vil blive gennemført på hvede klid prøver, majsmel
og bælgfrugter såsom soja og lupin.
Nøgleord: TRIBO-elektrostatisk, Elektrostatisk, Adskillelse, Fraktionering, Hvede, Korn, Mel, Fiber, Protein, Oliefrø, Pulser
Introduktion
Elektrostatisk adskillelse metoder har været udnyttet til fortiden 50 år på kommerciel skala forberednings af
industrielle mineraler og genbrug af affaldsmaterialer. Elektrostatiske forberednings af tørre granulerede plante-baserede fødevarer (dvs., økologisk) materialer er blevet undersøgt over 140 år, med først patent for elektrostatisk adskillelse af hvede mel fodermel fyldt som tidlig som 1880. [1] Elektrostatiske forberednings giver mulighed for separationer baseret på forskelle i overfladen kemi (arbejde funktion) eller dielektriske egenskaber. I nogle tilfælde, disse separationer ville ikke være mulige ved hjælp af størrelse eller tæthed separationer alene. Elektrostatisk adskillelse systemer fungerer på lignende principper. Alle elektrostatisk adskillelse systemer indeholder et system til elektrisk opladning partiklerne, et eksternt genererede elektrisk felt for adskillelse at forekomme i, og en metode til at formidle partikler ind og ud af enheden adskillelse. Elektrisk opladning kan forekomme af en eller flere metoder, herunder ledende induktion, TRIBO-opladning (Kontakt elektrificering) og ion eller corona opladning. Elektrostatisk adskillelse systemer udnytter mindst én af disse mekanismerne for afgiftsopkrævning. [2]
Høj spænding roll elektrostatisk adskillelse systemer har været anvendt i mange brancher og applikationer, hvor en
komponenten er mere elektrisk ledende end de andre. Eksempler på ansøgninger til høj spænding roll separatorer titanium forsynet med mineraler adskillelse, samt genanvendelse programmer, for eksempel sortering metal fra plast. Der er flere variationer og geometrier anvendes til høj spænding roll systemer, men i almindelighed, de fungerer på lignende principper. Feed partikler debiteres negativt af en ioniserende corona decharge. Feed partikler er spredt på en roterende tromle, hvor tromlen er jordforbundet. Elektrisk ledende partiklerne opgive deres afgift ved at kontakte jordet tromlens overflade. Tromlens rotation bevirker, at de ledende partikler kastes ud af tromlens overflade og deponeres i den første produkt tragt. De ikke-ledende partikler bevarer deres elektriske ladning og er fastgjort til tromlens overflade. Til sidst, den elektriske ladning på de ikke-ledende partikler vil sprede, eller partiklerne vil blive børstet fra tromlen, efter at tromlen er drejet, så de ikke-ledende partikler deponeres i den ikke-ledende partikel tragt. I nogle programmer, der anbringes en midtertragt mellem den ledende og den ikke-ledende produkt beholder. Effektiviteten af denne type adskillelses anordning er generelt begrænset til partikler, som er relativt grove og/eller har høj specifik tyngdekraft, på grund af behovet for alle partikler til at kontakte tromlens overflade. Derudover, partikel strømnings dynamik er vigtig, da vinkel momentum i sidste ende er ansvarlig for at formidle partiklerne fra tromlens overflade til de respektive produkt beholdere. Fine partikler og partikler med lav densitet påvirkes let af luft strømme og er derfor mindre tilbøjelige til at blive kastet ud af tromlen i et forudsigeligt område. [2] [3] [4]
Høj spænding bælte separator er en variant af den høje spænding roll separator beskrevet ovenfor. Feed partikler spredes jævnt i hele bredden af en elektrisk jordforbindelse transportbånd. Partikler er opkrævet, normalt af en negativ corona, selv om andre mekanismer for opladning er muligt. Igen give de ledende partikler deres elektriske ladning op til jordet transportbåndet, mens de ikke-ledende partikler bevarer deres ladning. De ledende partikler falder ud af kant af selen ved hjælp af tyngdekraften, mens de ladede ikke-ledende partikler er "løftes" ud af overfladen af bæltet af elektrostatiske kræfter. Igen for adskillelse at være effektive, hver partikel skal kontakte overfladen af bælte til at gøre det muligt for de ledende partikler til at opgive deres afgift til bæltet. Derfor, kun et enkelt lag af partikler kan transporteres af separatoren ad gangen. Som foder partikelstørrelse bliver mindre, forarbejdning er enheden nedsættes. [5] [6]
Parallelle plade elektrostatisk separatorer er typisk baseret på adskiller partikler ikke på grundlag af ledningsevne, men på forskelle i overfladen kemi der gør det muligt for elektrisk ladning overførsel af friktion kontakt. Partikler er elektrisk ladet ved kraftig kontakt med andre partikler, eller med en tredje overflade som en metal eller plastik bliver de ønskede tribo-opladning egenskaber. Materialer, der er elektronegative (beliggende i den negative ende af rækken tribo-elektriske) fjerne elektroner fra overfladen tribo-opladning og dermed erhverve en netto negativ ladning. Kontakt, materialer, der er på den positive ende af TRIBO-Electric Series donere elektroner og oplade positivt. Ladede partikler føres derefter ind i et elektrisk felt genereret mellem de to parallelle plade elektroder af forskellige transportmidler (tyngdekraften, pneumatisk, vibration). I overværelse af det elektriske felt, ladede partikler i retning af oppositely opladet elektroderne og er indsamlet på de tilsvarende produkt tragte. Igen, en fodermel fraktion indeholdende en blanding af partikler kan eller kan ikke indsamles, afhængigt af konfigurationen af enheden adskillelse. [4] [7]
Figur 1: Diagram af en høj spænding roll separator (venstre) og en parallel plade frit fald separator (højre).
Tabel 1: Oversigt over anvendte elektrostatisk adskillelse enheder.
Sag 1 -Hvede og hvede klid forberednings.
Hvedeklid er et biprodukt af konventionel hvede fræsning, der repræsenterer 10-15% af hvedekernen. Hvedeklid består af de ydre lag herunder sølvhinder, Testa, og i. Hvedeklid indeholder de fleste af mikronæringsstoffer, fiber, og fytokemikalier indeholdt i korn, som har demonstreret sundhedsmæssige fordele for mennesker. [8] Betydelig interesse i at adskille og beneficiating hvedeklid er blevet rapporteret. Historiske interesse i at adskille hvedeklid var at forbedre kvaliteten og værdien af mel produkt. Men, Seneste interesse er blevet rapporteret med at inddrive værdifulde komponenter fra hvedeklid.
I 1880, Thomas Osborne patenteret den første kommercielle elektrostatisk separator for at fjerne klid fra mel fodermel. Separatoren bestod af ruller belagt med hård gummi eller tilsvarende materiale, som var i stand til at blive elektrisk ladet via friktion tribo-opladning med uld. Selv om ikke beskrevet, Det antages, at gummi ruller erhvervede en negativ ladning i forhold til uld, overensstemmelse med de fleste tribo-elektriske serie. De elektrisk ladede ruller derefter tiltrukket positivt ladede klid fiber partikler, formidle dem på overfladen af rullen, indtil de fastgjorte fiber partikler er børstet fra overfladen af roll. Dette (antaget) positive ladning hvedeklid er i strid med resultaterne rapporteres af andre. TRIBO-opladning af klid partikler blev assisteret af fluidizing luft indføres i bunden af enheden, som havde den yderligere fordel af forårsager mindre tætte klid partikler til overfladen, tættere på ruller. [1]
I 1958 en apparater til elektrostatiske adskillelse af klid og frøhvide indeholdt i mel fodermel blev offentliggjort i et patent arkivering af Branstad arbejder på General Mills. Enheden bestod af en parallel plade separator hvori partikler blev overføres mellem de to plader af vibrationer. Klid partikler, opkrævet ved friktion kontakt med frøhvide partikler, blev derefter løftes til den øverste elektrode gennem huller i de øverste elektrode. [9]
I 1988 et apparat og en proces til genvinding af aleuron fra kommerciel hvedeklid blev offentliggjort i en patentansøgning. Kommercielle hvedeklid med en begyndende aleurone indhold 34% blev beriget til et koncentrat af 95% på 10% masse udbytte (28% aleurone inddrivelse) ved en kombination af hammer fræsning, dimensionering af screening, Air elutriation og elektrostatiske adskillelse ved hjælp af en parallel plade elektrostatisk separator. Partikler blev opkrævet i luften elutriator enhed, som har en dobbelt rolle for at fjerne bøder (<40 µm) ved at formidle, mens TRIBO-opladning af i-partiklerne samtidig er positiv (rapportering til den negative elektrode plade) og pericarp/TESTA partiklerne negative. Partikelstørrelsen af Bran blandingen blev omhyggeligt kontrolleret af hammer fræsning og multi-niveau screening, for at opnå et feed, der for det meste 130 – 290 μm-område. [10]
Det seneste arbejde med at inddrive aleuron fra hvedeklid fortsætter. I 2008, Buhler AG patenterede en elektrostatisk separations anordning til adskillelse af i partikler fra Shell partikler fremstillet af pendlede klid. En udformning af anordningen består af en rotor, der opererer i et snævert mellemstort behandlingsområde, som tillader partikel-til-partikel-og partikel-til-væg-kontakt og efterfølgende TRIBO-opladning. De ladede partikler transporteres derefter mekanisk ind i et separations fartøj, der indeholder parallelle. Partikler falder gennem separations beholderen ved hjælp af tyngdekraften, da de differentielt ladede partikler bevæger sig mod de optisk ladede elektroderne under påvirkning af det elektriske felt. [11] Kombineret med korrekt dimensionering af foder klid og mekaniske sorteringsmetoder, aleuron koncentrationer på op til 90% er blevet rapporteret. [12] [8]
Figur 2: Gengivet fra Hemery mfl, 2007 [8].
TRIBO-opladning og corona opladning eksperimenter på hvedeklid blev udført af arbejdstagere på koncentrationsgradient af spredt Media Research Unit, University of Poitiers, Frankrig i 2010. Forskerne målte overflade ladning og overflade potentiel forfald tid på hvedeklid med 10% fugt og lyofiliseret (frysetørret) hvedeklid. En separation test blev udført på en stikprøve af 50% frysetørret hvedeklid og 50% frysetørret aleuron foder ved hjælp af en bælte type Corona elektrostatisk separator. (Figur 3) Adskillelse resultater for corona laboratorium Skalaseparator angivet 67% af aleurone blev gendannet til ikke-dirigent hopper, mens kun 2% hvedeklid er rapporteret til ikke-dirigent hopper. TRIBO-opladning eksperimenter blev også udført med hvedeklid og aleurone, men kun til at måle den specifikke overflade afgift [Μchiler/g] genereret på hver fraktion, i modsætning til at inddrive produkter fra en elektrostatisk adskillelse. Begge fodermidler blev opkrævet ved hjælp af Teflon som kontakt overfladen. Både hvedeklid og aleurone indberettes som opladning positive i forhold til Teflon, som selv er meget elektronegative. Størrelsen af tillægget blev fundet for at afhænge af det transporterende pres anvendt på tribo-oplader, tyder på, at højere turbulens fører til flere kontakter og mere komplet tribo-opladning. [13]
Figur 3: Gengivet fra Dascalescu mfl, 2010 [13]
I 2009, forskere evalueret af aleurone rige og sølvhinderne rige fodermidler elektrostatisk opladning egenskaber. [14] I 2011 Forskerne udførte elektrostatisk adskillelse test på prøver af fint jorden hvedeklid ved hjælp af pilotstørrelse elektrostatisk plade separator (TEP System, TRIBO Flow separationer, Lexington, USA). TEP-systemet anvender en opladning linje, hvor feed partikler føres ind i en turbulent trykluft stream, og pneumatisk befordrede gennem den opladning linje til den adskillelse afdeling. Partiklerne er TRIBO-ladet af partikel til partikel kontakt, samt partikel kontakt med overfladen af den opladning linje. Opnåede resultater med TEP-systemet viste, at elektrostatiske adskillelse var effektive i at opgradere aleurone og beta-glucan indhold hvedeklid. Interessant, brøkdel af materiale, der fandtes for at indeholde den højeste aleurone celleindhold, på 68%, var det meget fint (D50 = 8 µm) brøkdel, der blev gendannet fra opladning røret. Det er ikke klart, hvorfor dette materiale var fortrinsvis koncentreret i apparatet opladning, men, Det betyder, at evnen til at processen aleurone celleindhold kan kræve elektrostatisk teknikker, der kan behandle meget fint pulver. Desuden, Dette arbejde viste at fodre forberedelse til hvedeklid var en vigtig overvejelse. Prøver udarbejdet af kryogene slibning i en hammer mølle blev anset for at være mindre helt adskilt (befriet) end jorden i en indvirkning type mølle ved stuetemperatur. [15] [16]
Figur 4: Gengivet fra Hemery mfl, 2011 [16]
Seneste arbejde studerede koncentrationen af arabinoxylaner fra hvedeklid af elektrostatiske metoder. Forskerne udnyttet et laboratorium elektrostatisk Skalaseparator bestående af en opladning tube og adskillelse salen indeholdende to parallelle plade elektroder. Sleben hvedeklid blev indført i opladning røret og formidles pneumatisk ind i adskillelse kammeret ved hjælp af komprimeret kvælstof. Turbulens og høj Gashastigheden i opladning røret forudsat partikel kontakt behov for tribo-opladning. Ladede partikler (produkter af adskillelse) blev indsamlet fra overfladen af elektroder til analyse. På grund af den lodrette orientering af elektroderne var en betydelig mængde af materiale ikke indsamles. Denne fodermel fraktion kan genbruges til videreforarbejdning i konventionelle koncentrationsgradient, men, med henblik på dette eksperiment, materiale ikke indsamlet på elektroderne blev anset for tabt. Forskerne rapporterede en stigning i både produkt grade (arabinoxylan indhold i produktet) og adskillelse effektivitet som formidle hastigheden øges. [17]
Seneste bestræbelser på at beneficiate hvedeklid ved hjælp af elektrostatisk metoder sammenfattes nedenfor i tabel 2.
Tabel 2: Resumé af elektrostatiske metoder evalueres til beneficiate hvedeklid.
Sag 2 -Protein Recovery fra Lupin mel
Forskere på mad proces Engineering Group i Wageningen, Nederlandene, vurderet potentiale for protein berigelse ved hjælp af bælgplanter. Ært og lupin mel blev brugt som feeds for en række protein berigelse teknikker herunder air klassificering kombineret med elektrostatiske adskillelse. Ubehandlet ært og lupin frø blev først sleben til ca 200 µm. Fodermidler for klassificering og elektrostatiske adskillelse blev efterfølgende sleben ved hjælp af en indvirkning type mølle med en indre klassificering (HOSOKAWA Alpine ZPS50). Median partikelstørrelse (D50) blev rapporteret som ca 25 µm for ærter mel, og ca 200 µm af lupin-mel, forud for air klassificering. Endelig, en delmængde af hver prøve, ært og lupin mel, derefter var luft klassificeret (HOSOKAWA Alpine ATP50). Foder til elektrostatiske separatoren bestod af både ubehandlede mel, samt kurset og fint produkt fra luft klassifikation. [18]
Elektrostatisk adskillelse anordningen under forsøgene blev en parallel plade type, med opladning udført via triboelektrisk opladning i en 125 mm længde opladning tube, med partikler fragtes pneumatisk med komprimeret kvælstof. Enheden er ens i konfiguration til den enhed, der bruges af Wang et al (2015). [17] Elektrostatisk adskillelse eksperimenter blev udført på jorden ært mel og lupin mel, samt kursets og fine fraktioner af ært mel og lupinmel fremstillet af luft klassifikation. Ært mel påvist under elektrostatisk test kun mindre bevægelse af protein. Men, lupin-mel påvist betydelig bevægelse af protein i alle tre prøver testet (sleben mel- 35% protein, sleben klassificerede bøder – 45% protein, sleben klassificeret grove- 29% protein). Protein rige produkter af ca. 60% blev genoprettet på jordet elektroden for hver af de tre lupin stikprøver, der undersøges. [18]
Sag 3 -Fiber fjernelse fra majs
Forskere ved Institut for landbrugs- og biologiske teknik, Mississippi State University udført elektrostatisk afprøvning på jorden majs mel, med en målsætning om at fjerne fiber. Den elektrostatiske adskillelse enhed bestod af et transportbånd med en negativ elektrode placeret for enden af transportbånd. De positivt ladede partikler, fiber partikler, i dette tilfælde, blev løftet ud af transportbåndet og sorteret i en anden hopper. Ikke-fiber partikler faldt ud af transportbåndet ved hjælp af tyngdekraften og blev indsat på den første produkt tragt. Forfatterne beskriver ikke, hvordan den elektriske opladning foregår. Fodermiddel til denne separator var relativt grove, med partikelstørrelser af foderet spænder fra 12 mesh (1,532 µm) til 24 mesh (704 µm). Det synes ikke at den understørrelse (<704 µm) materiale blev behandlet i løbet af denne undersøgelse. Hver test betingelse blev afsluttet med 1 kg fodermiddel, der er jævnt fordelt over bæltet. [6]
Figur 5: Gengivet fra Pandya mfl, 2013 [6]
Mississippi State forskerne afsluttet elektrostatisk adskillelse test på den screenede maizena, de screenede majs melfraktioner og de fiberrige fraktioner genvundet fra luft klassifikation. Elektrostatisk test var ikke afsluttet på lav-fiber streams inddrives fra luften klassificering. Analyse af resultaterne af den elektrostatiske adskillelse er angivet nedenfor:
Tabel 3: Resultaterne af fiber adskillelse gengivet fra Pandya mfl, 2013 [6]
Sag 4 – Proteinkoncentration fra oliefrø
Oliefrø såsom rapsolie (raps), solsikke, sesam, sennep, sojabønne-majs Kim, og hørfrø indeholder generelt en betydelig mængde af både protein og fiber. Behandling teknologier til at fjerne fiber, og dermed øge proteinindholdet, af oliefrø vil blive stadig vigtigere som den globale efterspørgsel efter protein øger. [19] De seneste arbejde af forskere ved det franske nationale Institut for landbrugsforskning undersøgt ultrafine fræsning kombineret med elektrostatiske behandling af solsikkefrø måltid, at koncentrere protein. Feed solsikke måltid prøver blev jorden i en indvirkning mill opererer ved stuetemperatur til en partikelstørrelse (D50) af 69.5 µm. Den elektrostatiske separator bruges til afprøvning var en parallel plade enheden, hvor den primære opladning mekanisme er tribo-opladning. Tribo-opladning blev gennemført opstrøms af elektroder i en tribo-opladning linje, med partikler formidles gennem den opladning linje, og at elektroderne, via pneumatisk transport. Protein fandtes for at opkræve positive (rapportering til den negative elektrode) og den fiberrige fraktion blev fundet at oplade negativt. Protein selektivitet fandtes for at være høj. Foderprotein var 30.8%, med den proteinrige produkt måling 48.9% og protein forarmet (fiber-rige) produkt måling kun 5.1% protein. Protein opsving var 93% til den positive produkt. Cellulose, hemicelluloserne, og lignin blev målt og fundet at rapportere til det negativt ladede produkt, modsatte af protein. [20]
Tabel 4: Resultaterne af solsikkefrø måltid adskillelse gengivet fra Barakat mfl, 2015 [20]
I 2016, en supplerende undersøgelse blev gennemført med fint jorden rapsolie frø måltid, eller rapsolie kager (ROC), som foder til en elektrostatisk adskillelse proces. Igen blev ultrafine fræsning ved omgivelsestemperatur udført ved hjælp af en kniv mill enhed (Retsch SM 100). Sleben materialet, med en median partikelstørrelse (D50) af cirka 90 µm, blev behandlet ved hjælp af pilotstørrelse parallelle plade separator (TEP System, TRIBO Flow separationer). TEP-systemet udnytter triboelektrisk opladning ved pneumatisk transport af partikler gennem en højtryks opladnings linje under turbulente forhold. En enkelt bestået separations test med TEP-systemet resulterede i en signifikant koncentration af protein, med et foderprotein af 37%, et positivt ladede produkt protein niveau af 47% og et negativt ladede produkt protein niveau af 25%. Yderligere adskillelse faser blev udført, i sidste ende producerer et proteinrigt produkt med 51% protein efter 3 successive adskillelse faser. [21]
Tabel 5: Resultaterne af rapsolie frø måltid adskillelse gengivet fra Basset mfl, 2016 [21]
Diskussion
Oversigt over den relevante litteratur angiver, at betydelig forskning har været forpligtet sig til at udvikle elektrostatisk adskillelse teknikker til organiske materialer. Denne udvikling er fortsat eller endda accelereret i fortiden 10 – 20 år, med mange forskere i Europa og USA anvender elektrostatisk adskillelse teknikker til en bred vifte af forberednings udfordringer. Fra denne forskning, Det er klart at elektrostatiske metoder har potentiale til at generere nye, højere værdi vegetabilske produkter, eller tilbyde en alternativ våde forarbejdningsmetoder.
Selv om at tilskynde separationer af korn, Pulser, og oliefrø materialer er blevet påvist på laboratoriet og i nogle tilfælde pilotskala, de elektrostatiske systemer, der anvendes til at påvise disse resultater, kan i sidste ende ikke tjene som det mest velegnede eller omkostningseffektive forarbejdningsudstyr til at udføre sådanne separationer på et kommercielt grundlag. Eksisterende kommercielle elektrostatisk systemer er mest almindeligt anvendt i separationer af mineraler, metaller eller plast. Mineraler og metaller er begge relativt tætte materialer med høj densitet, i forhold til plantematerialer. Selv med den høje vægtfylde af mineraler og metaller, de effektive partikel størrelsesbegrænsninger for tromle rullens og parallel pladens elektrostatiske separatorer er relativt grove, med få partikler nedenfor 100 µm f.eks.. Plast er af lavere densitet end både mineraler og metaller, men er ofte forarbejdet på grove partikelstørrelser, som plast flager for eksempel. Indførelsen af fine partikler skaber driftsvanskeligheder for både højspændingsruller og parallelle pladeseparatorer. Bøde, partikler med lav densitet er meget følsomme over for luft strømme, især i forhold til mineraler og metaller. Små forskelle i luftstrømme inde i adskillelse enheden indvirkning rejse stien til de fine partikler, underkaste dem til kræfter end dem, der forårsages af feltet elektrostatisk.
For de fleste parallelle plade separator systemer, fintmalet og lavdensitet partikler, der er elektrostatisk ladet, opsamles på elektroderne på de parallelle plade separatorer. Hvis disse fine elektrisk vedlagte partikler ikke fjernes på en konstant basis, elektrisk feltstyrke og effektiviteten af enheden nedbrydes. Forskere ved The mad proces Engineering Group Wageningen UR arbejde (Wang mfl, 2015) benyttede sig af dette fænomen til at indsamle prøver fra overfladen af elektroderne af parallel plade separatoren til at analysere produkterne af separationen. Parallel plade separator systemer, især dem, der er afhængige af tyngdekraften til at formidle partikler gennem det elektriske felt, har forsøgt at løse dette problem på flere måder. Stone et al (1988) beskrevet en proces, hvor fine partikler blev fjernet opstrøms for den elektrostatiske separator ved luft elutriering. [10] Andre har rapporteret at opretholde en laminar strøm af luft strømmer over elektroderne for at forhindre fine partikler i at blive påvirket af luft strømme. [22Men, vedligeholdelse af laminar luftstrømmen bliver udfordrende, da separations anordningen bliver større, effektivt begrænse forarbejdningskapaciteten for sådanne anordninger. I sidste ende partikelstørrelse, hvor komponenter er fysisk adskilt fra andre (stede som diskrete partikler), vil være den største drivkraft i bestemmelse af partikelstørrelsen på hvor forarbejdning skal ske.
Som tidligere nævnt, konventionelt elektrostatisk adskillelse enheder er begrænset i forarbejdningskapaciteten, især med lavdensitet og fint formalet pulver såsom plantematerialer. Til højspændingstromle- og bælteseparationsanordninger, effektiviteten er begrænset til partikler, der er relativt grove og/eller har høj vægtfylde, på grund af behovet for alle partikler til at kontakte tromlens overflade. Efterhånden som partiklerne bliver mindre er forarbejdning satsen nedsat. Parallelle plade separatorer er yderligere begrænset af partikel tætheden, som kan behandles i zonen elektrode. Partikel lastning skal være relativt lavt til at hindre plads opladning effekter.
ST udstyr & Teknologi bælte Separator
ST udstyr & Teknologi (STET) triboelectrostatic bælte separator har demonstreret evnen til at behandle fine partikler fra 500 – 1 µm. STET separator er parallelle plade elektrostatisk separator, men, elektrode pladerne er orienteret horisontalt i modsætning til lodret som er tilfældet i de fleste parallelle plade separatorer. (Se figur 6) Desuden, STET-separatoren opnår partikel TRIBO-opladning og transport samtidig med et højhastigheds åbent mesh-transportbånd. Denne funktion giver mulighed for både en meget høj specifik behandling sats af foder, samt kapacitet til at behandle pulver meget finere end konventionelle elektrostatiske enheder. Denne type af adskillelse enhed har været i kommerciel drift siden 1995 adskille uforbrændt kulstof fra flyveaske mineraler (typiske D50 ca 20 µm) i kulfyrede kraftværker. Elektrostatisk adskillelse enheden har også haft succes på beneficiating andre uorganiske stoffer, herunder mineraler, såsom calcium karbonat, talkum, baryt, og andre.
Grundlæggende oplysninger om STET separator er illustreret i figur 7. Partiklerne oplades af den triboelektriske effekt gennem partikel-til-partikel kollisioner inden for kløften mellem elektroderne. Den anvendte spænding mellem elektroderne er mellem ±4 og ±10 kV i forhold til jorden, at give en samlet spændingsforskel i 8 – 20 kV over en meget smal elektrode kløft af nominelt 1.5 cm (0.6 inches). Feed partikler er introduceret til STET separator på en af tre steder (Feed porte) via en distributør luft slide system med kniv Gate ventiler. STET separator producerer kun to produkter, en negativt ladet partikel stream indsamlet på de positivt ladede elektrode, og en positivt ladet partikel stream indsamlet på den negativt ladede elektrode. Produkterne transporteres til de respektive tragte i hver ende af STET-separatoren af separator bæltet og transporteres ud af separatoren ved tyngdekraften. STET-separatoren producerer ikke et mellemled eller en genbrugs strøm, Selvom multiple pass-konfigurationer for at forbedre produktets renhed og/eller nyttiggørelse er mulige.
Figur 6: STET Triboelektrisk bælte separator
Partikler transporteres gennem elektrode hullet (separations zone) af en kontinuerlig løkke, åbent mesh bælte. Bæltet opererer ved høj hastighed, variabel fra 4 til 20 m/s (13 – 65 ft/s). Båndets geometri tjener til at feje fine partikler ud af elektrodernes overflade, forebyggelse af ophobning af fine partikler, der forringer ydeevne og spændingsfelt af traditionelle frit fald parallel plade type separations anordninger. Derudover, bæltet genererer en høj lutter, høj turbulens zone mellem de to elektroderne, fremme af tribo-opladning. Den modstrøms rejse af separator bæltet giver mulighed for kontinuerlig opladning og genopladning eller partikler i separatoren, eliminering af behovet for et præ-opladningssystem opstrøms for STET-separatoren.
Figur 7: Grundlæggende principper for betjening af STET bælte separator
STET-separatoren er en høj tilspænding, kommercielt dokumenteret behandlingssystem. Den maksimale forarbejdningskapacitet for STET-separatoren er for det meste en funktion af den volumetriske tilspændings hastighed, der kan transporteres gennem elektrode hullet af STET separator bælte. Andre variabler, f.eks. Båndets hastighed, afstanden mellem elektroderne og kulsyre tætheden af pulver virkning feed maksimalt rate, typisk i mindre grad. For relativt high-density materialer, for eksempel, flyveaske, de maksimale behandling på et 42 tommer (106 cm) elektrode bredde kommercielle adskillelse enhed er omtrent 40 – 45 Tons i timen af foder. For mindre tætte fodermidler, den maksimale tilførselshastigheden er lavere.
Tabel 6: Omtrentlige maksimale feed rate for forskellige materialer behandlet med STET 42 tommer elektrostatisk separator.
Støv eksplosioner udgør en stor fare i korn og andre organiske pulver forarbejdningsprocesser. STET separator er velegnet til behandling af brændbare økologisk pulvere med kun mindre ændringer. Der er ingen opvarmet overflader i STET separator. De eneste bevægelige dele er separator bælte og drev rullerne. Rulningslejerne er placeret uden for pulver strømmen på enhedens udvendige skal. Derfor er de ikke en risiko for overophedning/gnide i materialestrømmen. Desuden, STET separator lejer fås med fabriksmonteret temperaturmålings evne til at detektere lejesvigt godt, inden der opnås faretruende høje temperaturer. Separator bæltet og drivsystemet udgør ikke en højere risiko end andre konventionelle roterende maskiner. Højspændings komponenterne i STET separator er også placeret uden for materialestrømmen og indeholdt i støvtætte kabinetter. Den maksimale energi af en gnist på tværs af separator kløften er begrænset af konstruktionen af højspændings komponenterne. Der kan indføres et ekstra sikkerhedsniveau via kvælstof udsugning.
Forarbejdning af hele hvedemel af STET separator
Hele hvedemel er afledt af slibning af hele kornet af hvede (Klid, Kim, og endosperm). Kommercielt tilgængelige, Off-the-shelf, hele hvedemel blev indkøbt til brug som testmateriale til at evaluere STET separator's evne til at fjerne fibrøs klid og Kim fra den stivelsesholdige endosperm fraktion af hvedemel. Hele hvedemel prøven blev analyseret af STET før påbegyndelse af testen. Askeindhold blev testet af ICC standard 104 / 1 (900°C). Gentagne aske målinger af samme prøve, en ikke-separeret feed-prøve, Målt 10 Gange, fandtes at have et askeindhold på 1.61%, en standardafvigelse på 0.01 og en relativ standardafvigelse på 0.7%. Partikel størrelses analyse blev udført af laser diffraktion ved hjælp af en Malvern MasterSizer 3000 med et tørt dispersions apparat. Protein analyse blev udført ved hjælp af DUMAS-metoden, med en elementær Rapid N overstiger kvælstof/protein analysator. En omregningsfaktor på N x 6.25 blev anvendt. De forskellige egenskaber af hele hvedemel prøven er opsummeret nedenfor. (Se tabel 7)
Tabel 7: Analyse af hele hvedemel foder af STET
Det blev konstateret, at askeindhold og proteinindhold var meget gentageligt, når det blev testet i samme prøve, men der blev påvist signifikant variation mellem de mange poser af hele hvedemel anvendt som foder prøven. (Se tabel 8) Dette feed Sample variabilitet resulterede i nogle scatter i testdata.
Tabel 8: Analyse af resultaterne af separations testen af hele hvedemel af STET
Elektrostatisk separations prøvning af hele hvede mel prøven blev udført på ST-udstyret & Teknologi (STET) pilotanlæg anlæg i Needham, Massachusetts. STET-pilotanlægget indeholder to» pilot Scale STET «-separatorer sammen med hjælpeudstyr, der anvendes til at undersøge adskillelsen af materialer fra kandidat kilder. De har samme længde som en kommerciel STET separat separator, på 30 Fødder (9.1 Meter) lang, men, pilot anlæggets separator elektrode bredde er kun 6 inches (150 mm), eller en syvende bredde af den største kommercielle STET separator ved 42 inches (1070 mm) elektrode bredde. STET-separatorens tilførsels kapacitet er direkte proportional med elektrodernes bredde, Derfor, indføringshastigheden af pilotanlægget separator er en syvende feed rate af 42-tommer bred kommerciel separator enhed. Den maksimale indføringshastighed for hele hvedemel blev 2.3 Tons pr. time i pilotskala, som svarer til 16 Tons pr. time for den 42-tommer brede kommercielle separator. I forhold til den skala, hvor størstedelen af de elektrostatiske separations undersøgelser er blevet gennemført til dato, den STET separator test blev udført med en betydeligt højere tilspændfrekvens. Test blev udført i 10 kg (20 pund) batch tests, på grund af de praktiske overvejelser for at levere 2.3 Tons pr. time foder løbende. For hver batch test-tilstand, produkter af adskillelse proces blev vejet for at beregne den mass opsving. Delprøver fra hver test blev indsamlet og analyseret for askeindhold og proteinindhold.
Figur 8: STET Pilot Plant Separator.
Partikel størrelse måling af hele hvede mel foder og to vareprøver er vist nedenfor i figur 9.
Figur 9: Feed-partikel størrelse måling af hele hvedemel, og to adskilt vareprøver.
Et billede af de gendannede adskillelse produkter er medtaget nedenfor. (Se figur 10) En mærkbar farveskift blev observeret under separationen, som høj aske indhold produkt brøkdel betydeligt mørkere end foder hele hvede mel prøve.
Figur 10: Typiske produkter, som er inddrevet fra den STET adskillelses proces.
Askeindhold for alle produkter fra separationsprocessen blev målt. (Se figur 11)
Figur 11: Askeindhold i forhold til masse genvinding af lavaske produkt for fuldkorns separerings test af hvede
Afprøvning af STET elektrostatisk separator med hele hvedemel viste signifikant bevægelse af den høje aske (Klid) brøkdel af hvede kernen til den positive elektrode. Det reducerede aske produkt blev efterfølgende indsamlet på den negative elektrode. Testning blev udført på en enkelt pass-ordning, men, Det er muligt at foretage yderligere opgradering af en af separations produkterne ved at udføre en anden separations fase. Fremtiden test med STET separator vil blive gennemført på hvede klid prøver, samt majs mel og bælgfrugter såsom Lupin.
Konklusioner
Oversigt over den relevante litteratur angiver, at betydelig forskning har været forpligtet sig til at udvikle elektrostatisk adskillelse teknikker til organiske materialer. Denne udvikling er fortsat eller endda accelereret i fortiden 10 – 20 år, med mange forskere i Europa og USA anvender elektrostatisk adskillelse teknikker til en bred vifte af forberednings udfordringer. Fra denne forskning, Det er indlysende, at elektrostatiske metoder har potentiale til at generere nye, højere værdi vegetabilske produkter, eller tilbyde en alternativ våde forarbejdningsmetoder. Selv om tilskyndelse til separationer af hvede, majs og Lupin-baserede plantematerialer er blevet påvist på laboratoriet og i nogle tilfælde pilotskala, de elektrostatiske systemer, der anvendes til at påvise disse resultater, er muligvis ikke det mest velegnede eller omkostningseffektive forarbejdningsudstyr til at udføre sådanne separationer på et kommercielt grundlag. Mange elektrostatisk teknologier er ikke egnet til processen fint formalet, pulvere med lav densitet, såsom plantematerialer. Men, ST udstyr & Teknologi (STET) triboelectrostatic bælte separator har demonstreret evnen til at behandle fine partikler fra 500 – 1 µm til høje priser. STET bælte separator er en høj, industrielt gennemprøvet behandling enhed, der kan være egnede til at kommercialisere den seneste udvikling i plante materiale forarbejdning. STET bælte separator blev testet på en stikprøve af fuldkornmel, og det blev konstateret, at det lykkedes at fjerne klid fra stivelses fraktionen. Fremtiden test med STET separator vil blive gennemført på hvede klid prøver, så godt som majs mel og bælgfrugter såsom soja og lupin.
Referencer
[1] T. B. Osborne, “Fodermel-Purifier”. USA Patent 224,719, 17 Februar 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Lone Rud og K. Forsberg, “Gennemgang af elektrisk adskillelse metoder – En del 1: Grundlæggende aspekter,” Mineraler & Metallurgiske behandling, Vol. 17, Nej. 1, PP. 23-36, 2000.
[3] JØRGENSEN. Ældste og E. Yan, “eForce – Nyeste generation af den elektrostatiske separator til mineralerne Sands Industry,” i tunge mineraler konference, Johannesburg, 2003.
[4] RASMUSSEN. H. Perry og D. W. Grøn, Perrys kemiske ingeniører’ Håndbog syvende udgave, New York: McGraw-Hill, 1997.
[5] S. Messal, RASMUSSEN. Corondan, Jeg. Chetan, RASMUSSEN. Ouiddir, K. Medles og L. Dascalescu, “Elektrostatiske separatorer til mikronerede blandinger af metaller og plast med oprindelse i affald af elektrisk og elektronisk udstyr,” Journal of Physics, Vol. 646, PP. 1-4, 2015.
[6] T. S. Pandya, RASMUSSEN. Srinivasan og C. P. Thompson, “Fiber separation til jord majs mel ved hjælp af en elektrostatisk metode,”Korn kemi, Vol. 90, Nej. 6, PP. 535-539, 2013.
[7] L. Mærker, P. M. Beier, og jeg. Stahl, Elektrostatisk adskillelse, Weinheim: Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.
[8] Y. Hemery, X. Rouau, V. Lullien-Pellerin, C. Barron og J. Abecassis delte et vågent isen, “Tør proces til udvikling af hvedefraktioner og produkter med forbedret ernæringsmæssig kvalitet,” Tidsskrift for kornvidenskab, Nej. 46, PP. 327-347, 2007.
[9] W. A. Brastad og E. C. Gear, “Metode og apparater til elektrostatisk separation”. USA Patent 2,848,108, 19 August 1958.
[10] B. A. Stone og J. Minifie (Minifie), “Inddrivelse af Aleurone Celler fra Hvede Bran”. USA Patent 4,746,073,24 Maj 1988.
[11] A. Bohm og A. Kratzer (Kratzer), “Metode til isolering af Aleurone-partikler”. USA Patent 7,431,228, 7 Oktober 2008.
[12] JØRGENSEN. A. Delcour (Delcour), X. Rouau, C. M. Courtin (Hof), K. Poutanen og R. Ranieri, “Teknologier til øget udnyttelse af kornets sundhedsfremmende potentiale,” Tendenser inden for fødevarevidenskab & Teknologi, PP. 1-9, 2012.
[13] L. Dascalescu, C. Dragan, M. Bilici (Bilici), RASMUSSEN. Beleca (Beleca), Y. Hemery og X. Rouau, “Elektrostatisk grundlag for adskillelse af hvede klid væv,” IEEE-transaktioner vedrørende industriapplikationer, Vol. 46, Nej. 2, PP. 659-665, 2010.
[14] Y. Hemery, X. Rouau, C. Dragan, RASMUSSEN. Bilici og L. Dascalescu, “Elektrostatiske egenskaber af hvedeklid og dens konstituerende lag: Partikelstørrelsens påvirkning, Sammensætning, og fugtindhold,” Tidsskrift for fødevareteknik, Nej. 93, PP. 114-124, 2009.
[15] Y. Hemery, M. Chaurand (Chaurand), U. Holopainen (Holopainen), A.-M.. Lampi (Lampi), P. Lehtinen, V. Piironen (Piironen), A. Sadoudi og X. Rouau, “Potentiale for tør fraktionering af hvedeklid til udvikling af fødevareingredienser, Del I: Indflydelse af ultra-fine slibning,” Tidsskrift for kornvidenskab, Nej. 53, PP. 1-8, 2011.
[16] Y. Hemery, U. Holopainen (Holopainen), A.-M.. Lampi (Lampi), P. Lehtinen, T. Nurmi, V. Piironen (Piironen), M. Edlemann og X. Rouau, “Potentiale for tør fraktionering af hvedeklid til udvikling af fødevareingredienser, Del II: Elektrostatisk adskillelse af partikler,” Tidsskrift for kornvidenskab, Nej. 53, PP. 9-18, 2011.
[17] JØRGENSEN. Wang, E. Smits, RASMUSSEN. M. Boom, og M. A. Schutyser, “Arabinoxylaner koncentrater af hvedeklid ved elektrostatisk separation,” Tidsskrift for fødevareteknik, Nej. 155, PP. 29-36, 2015.
[18] P. JØRGENSEN. Nærheden, JØRGENSEN. Wang, RASMUSSEN. M. Boom, og M. A. Schutyser, “Pre- og efter behandling øger protein berigelse fra fræsning og luft klassifikation af bælgplanter,” Tidsskrift for fødevareteknik, Nej. 155, PP. 53-61, 2015.
[19] D. Chereau, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Motte, S. Værelagt, JØRGENSEN. Ventureira og M. Lopez, “Kombination af eksisterende og alternative teknologier til fremme af oliefrø og pulser proteiner i fødevare applikationer,” Oliefrø & fedt afgrøder og lipiderne, Vol. 23, Nej. 4, PP. 1-11, 2016.
[20] A. Barakat, F. Jerome og X. Rouau, “En tør platform til adskillelse af proteiner fra biomasse-holdige
Polysaccharider, Lignin, og polyphenoler,” ChemSusChem, Vol. 8, PP. 1161-1166, 2015.
[21] C. Basset, S. Kedidi og en. Barakat, “Kemiske- og opløsningsmiddel fri mekanisk fraktionering af biomasse induceret af TRIBO-elektrostatisk opladning: Adskillelses proteiner og lignin,” ACS Sustainable Chemistry & Engineering, Vol. 4, PP. 4166-4173, 2016.
[22] JØRGENSEN. M. Stencel, JØRGENSEN. L. Schaefer, H. Forbud, og J. K. Neathery, “Apparatur og metode til Triboelektro statisk separation”.USA Patent 5,938,041, 17 August 1999.
