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Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Abstrakt
Überprüfung der einschlägigen Literatur zeigt, dass erhebliche Forschung unternommen wurde, elektrostatisch anwenden
Trenntechniken granulare pflanzliche Lebensmittel zu trocknen (Dh., Bio) Materialien. Diese Entwicklung hat in der Vergangenheit beschleunigt. 10 – 20 Jahre, Viele Forscher in Europa und den Vereinigten Staaten haben sich beworben elektrostatische Trennung Techniken für eine Vielzahl von Aufbereitungsherausforderungen. Aus dieser Forschung, Es ist offensichtlich, dass elektrostatische Methoden das Potenzial haben, neu generieren, hochwertige pflanzliche Erzeugnisse, oder bieten eine Alternative Verarbeitungsmethoden auf nassem. Obwohl Trennungen von Getreide fördern, Hülsenfrüchte und Ölsaaten wurden im Labor demonstriert und in einigen Fällen, Pilotmaßstab, die elektrostatische Systeme verwendet, um diese Ergebnisse zeigen möglicherweise nicht geeignet oder kostengünstige Verarbeitungsausrüstung solche Trennungen auf kommerzieller Basis durchführen. Viele elektrostatische Technologien eignen sich nicht für Prozess fein gemahlen, Low-Density Pulver wie pflanzlichen Rohstoffen. Jedoch, die ST-Ausrüstung & Technologie (STET) Triboelectrostatic Gürtel Separator hat die nachgewiesene Fähigkeit, feine Partikel aus verarbeiten 500 – 1 µm. Der STET-Bandabscheider ist ein, industriell bewährte Verarbeitung Gerät, das möglicherweise geeignet, um die jüngsten Entwicklungen in der organischen Materialbearbeitung zu vermarkten. Das STET Gürtel Trennzeichen wurde auf einer Stichprobe von Weizenvollkornmehl getestet und erwies sich als erfolgreich bei der Beseitigung der Kleie aus der Stärke-Fraktion zu sein. Zukunft mit dem STET Separator testen wird auf Weizen Kleie Proben durchgeführt werden, Maismehl
und Hülsenfrüchten wie Soja und Lupine.
Schlüsselwörter: Tribo-elektrostatische, Elektrostatische, Trennung, Fraktionierung, Weizen, Korn, Mehl, Faser, Protein, Ölsaaten, Impulse
Einführung
Elektrostatische Trennverfahren wurden für die Vergangenheit genutzt 50 Jahren auf die gewerbsmäßige Aufbereitung der
Industriemineralien und recycling von Abfallstoffen. Elektrostatische Aufbereitung von trockenen körnigen pflanzlichen Lebensmitteln (dh, Bio) Materialien wurden untersucht für über 140 Jahre, mit dem ersten Patent für elektrostatische Trennung von Weizen Mehl Middlings gefüllt als früher als 1880. [1] Elektrostatische Aufbereitung ermöglicht Trennungen basierend auf Unterschiede in der Oberflächenchemie (Austrittsarbeit) oder die dielektrischen Eigenschaften. In einigen Fällen, diese Trennungen wäre nicht möglich mit Größe oder Dichte Trennungen allein. Elektrostatische Trennung Systeme funktionieren auf ähnlichen Prinzipien. Alle elektrostatischen Trennung Systeme enthalten ein System um die Teilchen elektrisch aufzuladen, eines extern erzeugten elektrischen Feldes für die Trennung in auftreten, und eine Methode der Vermittlung Partikel in und heraus die Trennvorrichtung. Elektrische Aufladung kann durch eine oder mehrere Methoden, einschließlich der leitenden Induktion auftreten., Tribo-Aufladung (Kontakt Elektrifizierung) und Ion oder Corona aufladen. Elektrostatische Trennung Systeme nutzen mindestens eines dieser Ladestationen Mechanismen. [2]
Hochspannung Roll elektrostatische Trennung Systeme haben in vielen Branchen und Anwendungen eingesetzt worden, wo man
die Komponente ist als die anderen mehr elektrisch leitfähigen. Beispiele für Anwendungen für Hochspannung Roll Separatoren Titan mit Mineralien Trennung, sowie recycling-Anwendungen, zum Beispiel sortieren Metall aus Kunststoff. Es gibt mehrere Variationen und Geometrien für hohe Spannungen verwendet Rollen Systeme, aber im Allgemeinen, Sie operieren auf ähnlichen Prinzipien. Feed-Partikel sind durch eine ionisierende Korona-Entladung negativ geladen.. Feed Partikel werden auf einer rotierenden Trommel verteilt., wo ist die Trommel elektrisch geerdet. Die elektrisch leitfähigen Partikel aufgeben ihre Ladung bei Kontakt mit der Oberfläche der geerdeten Trommel. Die Rotation der Trommel verursacht die leitfähigen Partikel von der Oberfläche der Trommel geworfen und in der ersten Produkttrichter hinterlegt werden. Die nicht-leitfähigen Partikel behalten ihre elektrischen Ladung und sind an die Oberfläche der Trommel fixiert. Schließlich, die elektrische Ladung auf die nicht-leitfähige Partikel wird abgeführt, oder die Partikel werden von der Trommel gebürstet werden, nachdem die Trommel gedreht hat, so dass die nicht leitfähige Partikel in den Trichter nicht leitfähige Partikel abgelagert werden. In einigen Anwendungen, zwischen der leitende und nicht leitende Produkttrichter befindet sich ein Middlings Trichter. Die Wirksamkeit dieser Art von Trennvorrichtung beschränkt sich im Allgemeinen auf Partikel, die relativ grob und/oder hohes spezifisches Gewicht, Aufgrund der Notwendigkeit für alle Partikel an der Oberfläche der Trommel. Außerdem, Partikel Strömungsdynamik ist wichtig, da der Drehimpuls ist letztlich verantwortlich für den Transport der Partikel von der Oberfläche der Trommel zu dem jeweiligen Produkt Trichter. Feinstaub und niedriger Dichte Partikel sind leicht durch Luftströmungen beeinflusst und somit weniger wahrscheinlich von der Trommel in einem vorhersehbaren Bereich ausgelöst werden. [2] [3] [4]
Die Hochspannung Gürtel Separator ist eine Variante der Hochspannung Rollen Trennzeichen, die oben beschriebenen. Feed Partikel dispergiert sind gleichmäßig über die Breite des ein elektrisch geerdete Förderband. Partikel werden in Rechnung gestellt, in der Regel durch eine negative corona, Obwohl andere Mechanismen der Aufladung möglich sind. Wieder geben die leitfähigen Partikel ihre elektrischen Ladung bis zu dem geerdeten Förderband, während die nicht-leitfähigen Partikel ihre Ladung behalten. Die leitfähigen Partikel fallen durch die Schwerkraft aus dem Rand des Gürtels, während die geladenen Teilchen nicht leitend "von der Oberfläche des Bandes durch elektrostatische Kräfte aufgehoben werden". Wieder für die Trennung wirksam sein, jedes Teilchen muss die Kontaktfläche des Bandes, um die leitfähigen Partikel zu geben, ihre Ladung an den Gürtel zu ermöglichen. Daher, nur eine einzige Schicht von Teilchen kann durch das Trennzeichen auf einmal befördert werden. Da die Partikelgröße des Futters kleiner wird, die Verarbeitung des Gerätes wird reduziert. [5] [6]
Parallelen Platten elektrostatische Separatoren sind in der Regel basierend auf trennt Partikel nicht auf der Grundlage der Leitfähigkeit, aber auf Unterschiede in der Oberflächenchemie ermöglicht, die elektrische Ladung Übertragung durch Reibkontakt. Partikel werden durch kräftige Kontakt mit anderen Teilchen elektrisch geladen., oder mit einer dritten Oberfläche wie ein Metall oder Plastik werden die gewünschten Eigenschaften der Tribo-Aufladung. Materialien, die wissenschaftlich (am negativen Ende der Baureihe Tribo-Elektro) Entfernen Sie Elektronen von der Tribo-Aufladung Oberfläche zu und so eine negative Nettoladung. In Kontakt, Materialien, die auf das positive Ende der Tribo-Elektro-Serie sind Spenden von Elektronen und positiv aufladen. Die geladenen Teilchen werden dann in ein elektrisches Feld erzeugt zwischen zwei parallelen Platten-Elektroden durch verschiedene Transportmittel eingeführt. (Schwerkraft, pneumatische, Vibration). In Anwesenheit des elektrischen Feldes, die geladenen Teilchen bewegen sich in Richtung entgegengesetzt geladenen Elektroden und gesammelt an die entsprechenden Produkt-hoppers. Wieder, ein Middlings Teil mit einer Mischung aus Teilchen kann oder kann nicht gesammelt werden, abhängig von der Konfiguration der Trennvorrichtung. [4] [7]
Abbildung 1: Diagramm der Hochspannung Roll Trennzeichen (Links) und einen parallelen Platten-Freifall-separator (Richting).
Tabelle 1: Zusammenfassung der häufigsten verwendeten elektrostatische Trennvorrichtungen.
Fall 1 – Weizen und Weizen Kleie Aufbereitung.
Weizenkleie ist ein Nebenprodukt der herkömmlichen Weizen Fräsen, Vertretung 10-15% Das Weizen-Getreide. Weizenkleie besteht aus den äußeren Schichten einschließlich der Samenschale, Testa, und Aleuronschicht. Weizenkleie enthält die meisten der Mikronährstoffe, Faser, und sekundäre Pflanzenstoffe, die im Korn enthaltenen, die gesundheitlichen Vorteile für den Menschen unter Beweis gestellt haben. [8] Erhebliches Interesse an Trennung und Anreicherung Weizenkleie wurde gemeldet. Historischem Interesse bei der Trennung Weizenkleie wurde zur Verbesserung der Qualität und den Wert des Produkts Mehl. Jedoch, neuere Interesse wurde berichtet, bei der Wiederherstellung von wertvollen Bestandteile von Weizenkleie.
In 1880, Thomas Osborne patentiert die erste kommerzielle elektrostatische Trennzeichen zum Entfernen von Kleie vom Mehl middlings. Der Separator bestand aus Brötchen, beschichtet mit Hartgummi oder gleichwertigen Material, das in der Lage, über reibschlüssige Tribo-Aufladung mit Wolle elektrisch geladen wurde. Obwohl nicht beschrieben, Es wird davon ausgegangen, der Kautschuk erworbenen eine negative Ladung im Vergleich zu Wolle rollt, Einklang mit den meisten Tribo-e Serie. Die elektrisch geladenen Rollen zog dann die positiv geladenen Kleie Faser Partikel, vermitteln sie auf der Oberfläche der Rolle, bis die angehefteten Faser Partikel von der Oberfläche der Walze gereinigt werden. Dies (angenommen) positive Aufladung von Weizenkleie steht im Widerspruch zu Ergebnisse durch andere. Tribo-Aufladung der Kleie Partikel wurde unterstützt durch Fluidisierung Luft an der Unterseite des Gerätes eingeführt, die hatte des zusätzlichen Vorteil der weniger dichten Kleie Partikel an der Oberfläche zu verursachen, näher an die Rollen. [1]
In 1958 eine Vorrichtung zur elektrostatischen Trennung von Kleie und Endosperm in Mehl Middlings enthaltenen war in einer Patentanmeldung durch Arbeiten bei General Mills war bekannt.. Das Gerät bestand aus einem parallelen Platten Separator in dem Partikel zwischen den beiden Platten durch Vibration vermittelt wurden. Kleie-Partikel, Endosperm Partikel durch Reibkontakt angeklagt, wurden dann an die obere Elektrode durch Löcher in der oberen Elektrode aufgehoben.. [9]
In 1988 eine Vorrichtung und Verfahren zur Rückgewinnung von Aleuron aus kommerziellen Weizenkleie wurde bekannt gegeben, in einer Patentanmeldung. Kommerzielle Weizenkleie mit ein Ausgangspunkt Aleuronschicht Inhalt 34% wurde, ein Konzentrat von bereichert. 95% bei 10% Masse-Ertrag (28% Aleuronschicht Erholung) durch eine Kombination von Hammer Fräsen, Dimensionierung durch screening, Luft Sammelnetzwerk und elektrostatische Abscheidung mittels einer parallelen Platten elektrostatische Abscheider. Partikel wurden in die Luft Elutriator Gerät geladen., die hat einer Doppelrolle Geldbußen zu entfernen (<40 µm) durch die Vermittlung, Weile gleichzeitig Tribo-Aufladung die Aleuronschicht Partikel positiv (Berichterstattung an die negative Elektrodenplatte) und die Samenschale/Testa Teilchen negativ. Die Partikelgröße der Kleie Mischung wurde von Hammer Fräs- und mehrstufigen Screening sorgfältig kontrolliert., um einen Feed meist Größe zu erhalten die 130 – 290 µm-Bereich. [10]
Neuere Arbeiten zur Wiederherstellung der Aleuronschicht von Weizenkleie geht weiter. In 2008, Bühler AG patentiert eine elektrostatische Trennvorrichtung für das Trennen der Aleuronschicht Partikel von Shell-Teilchen, die von pendelten Kleie. Eine Ausführungsform der Vorrichtung besteht aus einem Rotor in einer knapp dimensionierte Behandlungsbereich tätig, die Partikel-Partikel- und Partikel-Wand-Kontakt und anschließende Tribo-Aufladung ermöglicht. Die geladenen Teilchen werden dann mechanisch in einem Trennbehälter mit parallelen Plattenelektroden transportiert.. Partikel fallen durch die Schwerkraft durch Trennbehälter, Da die differentiell geladenen Teilchen auf den entgegengesetzt geladenen Elektroden unter dem Einfluss des elektrischen Feldes bewegen. [11] In Kombination mit der richtigen Dimensionierung der feed Kleie und mechanische Sortierverfahren, Aleuronschicht Konzentrationen von bis zu 90% wurden berichtet. [12] [8]
Abbildung 2: Reproduziert aus Hemery Et al, 2007 [8].
Tribo-Aufladung und Corona laden Experimente an Weizenkleie durch Arbeitnehmer bei der Elektrostatik der zerstreut Media Research Unit durchgeführt wurden, Universität Poitiers, Frankreich in 2010. Die Forscher Maßen die Oberflächenladung und möglichen Zerfall Oberflächenzeit auf Weizenkleie mit 10% Feuchtigkeit und lyophilisiert (gefriergetrocknet) Weizenkleie. Eine Trennung durchgeführt wurde an einer Stichprobe von 50% Gefriergetrocknete Weizenkleie und 50% Gefriergetrocknete Aleuronschicht feed mit einem Gürtel Typ Corona elektrostatische Abscheider. (Abbildung 3) Trennung-Ergebnisse für das Labor Waage Korona Trennzeichen angegeben 67% der Aleuronschicht wurde zum nicht-Leiter Trichter geborgen., während nur 2% Die Weizenkleie berichtet, dass die nicht-Leiter hopper. Tribo-Aufladung wurden auch Weizenkleie und Aleuronschicht Experimente mit, sondern nur die spezifischen Oberflächenladung messen [µC/g] auf jede Fraktion generiert, im Gegensatz zu Produkten von eine elektrostatische Trennung erholt. Beide Futtermittel-Ausgangserzeugnisse wurden angeklagt, mit Teflon als die Kontaktfläche. Weizenkleie und Aleuronschicht sind als aufladen positiv gegenüber Teflon gemeldet., die selbst ist sehr wissenschaftlich. Das Ausmaß der Belastung wurde festgestellt, dass die Betriebsdrücke auf die Tribo-Ladegerät verwendet abhängen, darauf hindeutet, dass höhere Turbulenz zu mehr Kontakten führt und vollständigere Tribo-Aufladung. [13]
Abbildung 3: Reproduziert von Dascalescu Et al., 2010 [13]
In 2009, Forscher bewerteten die elektrostatische aufladen Eigenschaften der Aleuronschicht reich und Perikarp reiche Futtermittel-Ausgangserzeugnisse. [14] In 2011 die Forscher führten elektrostatische Trennung Tests an Proben von fein Boden Weizenkleie mittels eines Probenteilers Pilotmaßstab elektrostatische Platte (TEP-System, Tribo-Flow Trennungen, Lexington, VEREINIGTE STAATEN). Die TEP-System nutzt eine Ladestation Linie, wo sind Futtermittel Partikel in einen turbulenten Druckluft Strom eingeführt., und pneumatisch vermittelt durch die Ladestation Linie zu den Separationsraum. Die Partikel sind Tribo-aufgeladen durch die Partikel-Partikel-Kontakt, sowie Partikel Kontakt mit der Oberfläche der Ladestation Linie. Ergebnisse, die mit dem TEP-System gezeigt, dass elektrostatische Trennung wirksam bei der Modernisierung Aleuronschicht und Beta-Glucan Inhalt Weizenkleie. Interessanterweise, der Bruch des Materials, das gefunden wurde, um den höchsten Aleuronschicht Zelleninhalt enthalten, bei 68%, war sehr gut (D50 = 8 µm) Bruch, die aus der Ladestation Tube wiederhergestellt wurde. Es ist nicht klar, warum dieses Material bevorzugt in der Ladestation Vorrichtung konzentrierte, jedoch, Es bedeutet, dass die Fähigkeit, Prozess Aleuronschicht Zellinhalte elektrostatische Techniken erfordern kann, die sehr feine Pulver verarbeiten. Des weiteren, Diese Arbeit gezeigt, dass die Vorbereitung auf die Weizenkleie füttern eine wichtige Überlegung war. Proben von kryogenen Schleifen in einer Hammermühle vorbereitet wurden gefunden, um weniger vollständig dissoziiert (befreit) als Boden in eine Art Prallmühle bei Umgebungstemperatur. [15] [16]
Abbildung 4: Reproduziert aus Hemery Et al, 2011 [16]
Neuere Arbeiten untersucht die Konzentration der Arabinoxylane aus Weizenkleie von elektrostatischen Methoden. Die Forscher verwendeten ein Labor Skala elektrostatische Abscheider bestehend aus einer Ladestationen Rohr- und Trennung Kammer mit zwei parallelen Platten-Elektroden. Gefräste Weizenkleie wurde eingeführt in die Ladestation Röhre und pneumatisch in die Trennkammer mit komprimiertem Stickstoff gefördert. Die Turbulenzen und hohen Gasgeschwindigkeit in der Ladestation Röhre zur Verfügung gestellt die Partikel Kontakts benötigt für die Tribo-Aufladung. Die geladenen Teilchen (Produkte der Trennung) gesammelt von der Oberfläche der Elektroden für die Analyse wurden. Durch die vertikale Ausrichtung der Elektroden wurde eine erhebliche Menge an Material nicht erfasst.. Diese Middlings Bruchteil kann zur weiteren Verarbeitung in konventionellen Elektrostatik recycelt werden., jedoch, für die Zwecke dieses Experiments, Material, das nicht an den Elektroden gesammelt wurde als verschollen. Die Forscher berichteten eine Zunahme der beiden Produktklasse (Arabinoxylan Inhalt in das Produkt) und Trennleistung als die Förder-Geschwindigkeit erhöht. [17]
Die jüngsten Bemühungen zur Unterstützung Weizenkleie mit elektrostatischen Methoden sind in Tabelle unten zusammengefasst. 2.
Tabelle 2: Zusammenfassung der elektrostatischen Methoden ausgewertet, sauberer Weizenkleie.
Fall 2 -Proteingewinnung aus Lupin Mehl
Forscher an der Food Process Engineering Group in Wageningen, Die Niederlande, bewertet das Potenzial zur Proteinanreicherung mit Hülsenfrüchten. Erbse und Lupine Mehl dienten als RSS-Feeds für eine Vielzahl von Protein Anreicherung Techniken einschließlich Windsichten kombiniert mit elektrostatische Trennung. Unbehandelte Erbse und Lupine Samen wurden zuerst zu rund gefräst 200 µm. Futtermittel-Ausgangserzeugnissen für die Klassifizierung und elektrostatische Trennung wurden anschließend gefräst mit einer Prallmühle Typ mit einem internen Sichter (Hosokawa Alpine ZPS50). Mittlere Korngröße (D50) wurde berichtet, wie etwa 25 µm für die Erbsenmehl, und ca. 200 µm für die Lupin-Mehl, vor Windsichten. Schließlich, eine Teilmenge von jeder Probe, Erbse und Lupine Mehl, Luft wurde dann eingestuft werden (Hosokawa Alpine ATP50). Das Futter für die elektrostatische Abscheider bestand aus beiden unbehandelten Mehle, der Kurs sowie feines Produkt aus Windsichten. [18]
Die elektrostatische Trennung Gerät während der Experimente wurde eine parallele Plattenart, mit der Aufladung durchgeführt über triboelektrische Aufladung in einem 125 mm Länge laden Rohr, mit Partikeln pneumatisch von komprimiertem Stickstoff vermittelt. Das Gerät ähnelt in der Konfiguration auf dem Gerät verwendet von Wang Et al. (2015). [17] Am Boden Erbsenmehl und Lupin Mehl wurden elektrostatische Trennung Experimente durchgeführt., sowie den Verlauf und die feinen Fraktionen Erbsenmehl und lupine Mehl gewonnenen Windsichten. Das Erbsenmehl zeigten nur geringe Bewegung des Proteins während der elektrostatischen Tests. Jedoch, Lupin Mehl zeigte deutliche Bewegung des Proteins in allen drei Proben getestet (gemahlene Mehl – 35% Protein, gefräste klassifizierte Geldbußen – 45% Protein, gefräste klassifiziert grob – 29% Protein). Eiweißreichen Produkten von ca. 60% wurden auf die geerdete Elektrode für jede der getesteten Proben drei Lupin geborgen. [18]
Fall 3 – Faser Entfernung aus Mais
Forscher am Institut für Agricultural and Biological Engineering, Elektrostatischen Tests am Boden Maismehl durchgeführt Mississippi State University, mit dem Ziel des Entfernens Faser. Die elektrostatische Trennung Gerät bestand aus einem Förderband mit einer negativen Elektrode, die am Ende des Förderbandes. Die positiv geladenen Teilchen, Faser-Partikel, In diesem Fall, wurden von dem Förderband gehoben und in einen zweiten Behälter sortiert. Die nicht-Faser Partikel fiel das Förderband durch die Schwerkraft und waren die ersten Produkttrichter eingezahlt. Die Autoren beschreiben nicht, wie die elektrische Aufladung erfolgt. Das Aufgabematerial zu dieser Abscheider war relativ grob, mit Korngrößen des Futters bis hin 12 Mesh (1,532 µm) An 24 Mesh (704 µm). Es scheint, dass nicht das Untermaß (<704 µm) Material verarbeitet wurde während der Studie. Jede Testbedingung wurde abgeschlossen mit 1 kg Futtermittel-Ausgangserzeugnisse, die gleichmäßig über den Belt verteilt wurde. [6]
Abbildung 5: Reproduziert von Pandya Et al., 2013 [6]
Die Mississippi State Forscher abgeschlossen elektrostatische Trennung Tests auf nicht durchsuchtem Maismehl, die abgeschirmten Maismehl Brüche und ballaststoffreiche Brüche erholt Windsichten. Elektrostatischen Tests wurde auf die Low-Faser-Streams von Windsichten erholt nicht abgeschlossen.. Analyse der Ergebnisse der elektrostatische Trennung ist unten angegeben.:
Tabelle 3: Ergebnisse der Faser Trennung reproduziert aus Pandya Et al, 2013 [6]
Fall 4 -Proteinkonzentration von Ölsaaten
Ölsaaten wie Raps (Raps), Sonnenblume, Sesam, Senf, Soja-Mais-Keim, und Leinsamen enthalten in der Regel eine erhebliche Menge an Proteinen und Ballaststoffen. Verarbeitungstechnologien, die Faser zu entfernen, und erhöhen somit den Eiweißgehalt, von Ölsaaten werden immer wichtiger als die weltweite Nachfrage nach Protein erhöht werden. [19] Den letzten Arbeit von Forschern an der französischen nationalen Institut für landwirtschaftliche Forschung untersucht ultrafeine Fräsen kombiniert mit elektrostatischen Verarbeitung von Sonnenblumen-Extraktionsschrot, Protein zu konzentrieren. Die Futtermittel Sonnenblumenschrot Proben wurden in eine Prallmühle Betrieb bei Umgebungstemperatur auf Korngröße gemahlen (D50) der 69.5 µm. Die elektrostatische Abscheider verwendet für die Prüfung war eine parallele Platte Gerät aufladen Hauptmechanismus Tribo-Aufladung. Die Tribo-Aufladung erfolgte stromaufwärts der Elektroden in einer Linie Tribo-Aufladung, mit Partikeln, vermittelt durch die Ladestation Linie, und zu den Elektroden, über pneumatischen transport. Protein erwies sich als aufladen positiv (Berichterstattung an die negative Elektrode) und ballaststoffreiche Bruchteil erwies sich negativ aufzuladen. Protein-Selektivität erwies sich als hoch sein. Feed-Protein wurde 30.8%, mit dem Mess-und eiweißhaltigen Produkt 48.9% und das Protein verbraucht (ballaststoffreiche) Produkt nur messen 5.1% Protein. Proteingewinnung war 93% zum positiven Produkt. Zellulose, Hemicellulosen, und Lignin gemessen und Bericht an die negativ geladenen Produkt wurden, gegenüber von Protein. [20]
Tabelle 4: Ergebnisse der Sonnenblumenkerne Essen Trennung reproduziert aus Barakat Et al, 2015 [20]
In 2016, eine weitere Studie wurde abgeschlossen mit fein Boden-Rapsöl-Extraktionsschrot, oder Rapsöl Kuchen (ROC), als Feed, um eine elektrostatische Trennverfahren. Ultrafeine Fräsen bei Raumtemperatur erfolgte wieder mit einem Messer Mühle Gerät (RETSCH SM 100). Das Fräsgut, eine mittlere Korngröße (D50) von ca. 90 µm, mittels eines Probenteilers Pilotmaßstab parallelen Platten verarbeitet wurde (TEP-System, Tribo-Flow Trennungen). Die TEP-System nutzt triboelektrische Aufladung durch pneumatische Förderung von Partikeln durch einen hohen Druck laden Schlussstrich unter turbulenten Bedingungen. Eine einzige Prüfung Trennung mit dem TEP-System führte zu erheblichen Konzentration des Proteins, mit einem feed Protein der 37%, ein positiv geladenes Produkt-Protein-Ebene des 47% und ein negativ geladenes Produkt protein 25%. Zusätzliche Trennstufen wurden durchgeführt, schließlich produziert ein Protein-reiche Produkt mit 51% Protein nach 3 aufeinanderfolgenden Trennstufen. [21]
Tabelle 5: Ergebnisse der Rapsöl Samen essen Trennung reproduziert aus Basset Et al, 2016 [21]
Diskussion
Überprüfung der einschlägigen Literatur weist darauf hin, dass erhebliche Forschung unternommen wurde, um elektrostatische Trennverfahren für organische Materialien zu entwickeln. Diese Entwicklung fortgesetzt oder in der Vergangenheit sogar noch beschleunigt hat 10 – 20 Jahre, mit vielen Forschern in Europa und den Vereinigten Staaten Anwendung elektrostatische Trennung Techniken, um eine Vielzahl von Herausforderungen Aufbereitung. Aus dieser Forschung, Es ist offensichtlich, dass elektrostatische Methoden das Potenzial haben, neu generieren, höherwertige Anlage Produkte, oder bieten eine Alternative Verarbeitungsmethoden auf nassem.
Obwohl Trennungen von Getreide fördern, Impulse, und Ölsaaten Materialien wurden im Labor und in einigen Fällen Pilotmaßstab nachgewiesen, die elektrostatische Systeme verwendet, um diese Ergebnisse zeigen können letztlich nicht als geeignet oder kostengünstige Datenverarbeitungsanlagen durchführen solche Trennungen auf kommerzieller Basis dienen.. Bestehende gewerbliche elektrostatische Systeme sind am häufigsten in Trennungen von Mineralien verwendet., Metalle oder Kunststoffe. Mineralien und Metalle sind beide relativ dichten Materialien mit hoher Dichte, im Vergleich zu pflanzlichen Rohstoffen. Auch mit das hohe spezifische Gewicht von Mineralien und Metallen, Rollen Sie die wirksame Teilchen Größenbeschränkungen für die Trommel und parallelen Platten elektrostatische Separatoren ist relativ grob, mit wenigen Teilchen unten 100 µm zum Beispiel. Kunststoffe sind von geringerer Dichte als Mineralien und Metalle, aber werden häufig bei groben Korngrößen verarbeitet, als Kunststoff-Flakes zum Beispiel. Das Einbringen von feinen Partikeln führt sowohl bei Hochspannungswalzen- als auch bei Parallelplattenabscheidern zu Betriebsschwierigkeiten. Bildenden, niedriger Dichte Partikel sind sehr empfindlich gegen Luftströmungen, vor allem im Vergleich zu Mineralien und Metalle. Kleine Unterschiede in der Luftströmungen in die Trennvorrichtung Auswirkungen der Verfahrweg von feinen Partikeln, unterwerfen sie andere Kräfte als die durch das elektrostatische Feld.
Für die meisten parallelen Platten Abscheideranlagen, fein Boden und niedriger Dichte Partikel, die elektrostatisch aufgeladen sind an den Elektroden der parallelen Platten Separatoren gesammelt. Wenn diese feinen elektrisch angehängte Partikel auf einer konstanten Grundlage nicht entfernt werden, die elektrische Feldstärke und die Leistungsfähigkeit des Gerätes beeinträchtigen. Die Arbeit der Forscher bei The Food Process Engineering Gruppe Wageningen UR (Wang Et al., 2015) nutzten dieses Phänomens Proben von der Oberfläche der Elektroden von der parallelen Platten Trennlinie zu analysieren, die Produkte der Trennung zu sammeln. Parallelen Platten Abscheideranlagen, insbesondere die Schwerkraft vermitteln Partikel durch das elektrische Feld verlassen, haben versucht, dieses Problem auf verschiedene Weise zu lösen. Stein Et al. (1988) bezeichnet ein Verfahren, in denen Feinstaub entfernt wurden, oberhalb der elektrostatische Abscheider durch Luft Sammelnetzwerk. [10] Andere haben berichtet, Pflege einen laminaren Luftstrom fließt zwischen den Elektroden zu verhindern, dass Feinstaub von Luftströmungen beeinflusst. [22Jedoch, Pflege laminaren Luftstrom wird schwierig, wenn die Trennvorrichtung größer wird, die Verarbeitungskapazität von solchen Geräten effektiv zu begrenzen. Letztlich die Partikelgröße, in der Komponenten physisch voneinander getrennt sind (als diskrete Teilchen vorhanden), werden der größte Fahrer bei der Bestimmung der Partikelgröße stattfinden muss, bei der Verarbeitung.
Wie bereits erwähnt, herkömmliche elektrostatische Trennung Geräte begrenzt Verarbeitungskapazität, insbesondere bei dünndichten und fein gemahlenen Pulvern wie z.B. Pflanzenmaterialien. Für Hochspannungs-Trommel- und Bandtrennvorrichtungen, Die Wirksamkeit beschränkt sich auf Partikel, die relativ grob sind und/oder ein hohes spezifisches Gewicht aufweisen, Aufgrund der Notwendigkeit für alle Partikel an der Oberfläche der Trommel. Da Partikel kleiner sinkt die Verarbeitungsrate. Parallelen Platten Separatoren werden weiter durch die Teilchendichte begrenzt, die in der Elektrode Zone verarbeitet werden können. Partikelbeladung muss relativ niedrig Raumladung Auswirkungen zu verhindern sein..
ST-Geräte & Technologie-Gürtel-Separator
Die ST-Ausrüstung & Technologie (STET) Triboelectrostatic-Gürtel-Trennzeichen hat die nachgewiesene Fähigkeit, feine Partikel aus verarbeiten 500 – 1 µm. Das STET Trennzeichen ist ein parallelen Platten elektrostatische Abscheider, jedoch, die Elektrodenplatten orientieren sich horizontal im Gegensatz zu vertikal wie bei den meisten parallelen Platten Separatoren. (Siehe Abbildung 6) Des weiteren, STET Separator vollbringt das Teilchen Tribo-Aufladung und vermitteln gleichzeitig durch ein High-Speed-offene Mesh-Förderband. Mit dieser Funktion können für beide eine sehr hohe spezifische Verarbeitung von Futtermitteln, sowie die Fähigkeit, viel feiner als herkömmliche elektrostatische Geräte Pulver verarbeiten. Diese Art der Trennvorrichtung wurde im kommerziellen Betrieb seit 1995 Trennung von unverbranntem Kohlenstoff aus Flugasche Mineralien (typische D50 ca. 20 µm) in kohlebefeuerten Kraftwerken. Dieses Gerät elektrostatische Trennung wurde auch erfolgreich bei Anreicherung anderen anorganischen Materialien, auch Mineralien wie Calcium Carbonat, Talkum, Baryt, und andere.
Die grundlegenden Details des Separators STET sind in Abbildung dargestellt. 7. Die Partikel werden durch den triboelektrischen Effekt durch Partikel-Partikel-Kollisionen in der Lücke zwischen den Elektroden in Rechnung gestellt.. Die angelegte Spannung zwischen den Elektroden beträgt ±4 bis ± 10 kV relativ zum Boden, geben eine Gesamtspannung Differenz von 8 – 20 kV über eine sehr schmale Elektrodenabstand von nominal 1.5 cm (0.6 Zoll). Feed Partikel werden in den Separator STET an einem der drei Standorte eingeführt. (Feed-Ports) über einen Verteiler Folie Luftsystem mit Plattenschiebern. Das STET Trennzeichen produziert nur zwei Produkte, ein Strom von negativ geladenen Teilchen auf der positiv geladenen Elektrode gesammelt, und ein positiv geladenes Teilchen Stream auf der negativ geladenen Elektrode gesammelt. Die Produkte sind die jeweiligen Hoppers an jedem Ende des Separators STET durch den Separator Gürtel übermittelt und vermittelt durch die Schwerkraft aus dem separator. Das STET Trennzeichen kein Middlings zu produzieren oder recyceln stream, auch wenn mehrere Konfigurationen zu verbessern sind Produktreinheit und/oder Wiederherstellung möglich.
Abbildung 6: STET triboelektrische Gürtel Separator
Partikel werden durch den Elektrodenabstand vermittelt. (Trennbereich) durch eine Endlosschleife, offene Mesh-Gürtel. Die Band arbeitet mit hoher Geschwindigkeit, Variable aus 4 An 20 m/s (13 – 65 ft/s). Die Geometrie des Gürtels serviert feine Partikel von der Oberfläche der Elektroden zu fegen, verhindert die Ansammlung von feinen Partikeln, die die Leistung und Spannung Bereich der traditionellen freien Fall parallelen Platten Typ Trennvorrichtungen verschlechtern. Außerdem, der Gürtel erzeugt eine hohe sheer, hohe Turbulenz Zone zwischen den beiden Elektroden, Förderung der Tribo-Aufladung. Die Gegenstromanlage Reisen der Separator Gürtel ermöglicht kontinuierliche Erhebung und aufladen oder Partikel innerhalb der separator, wodurch die Notwendigkeit für eine Pre-Ladesystem stromaufwärts des Separators STET.
Abbildung 7: Grundlagen der Betrieb von STET Gürtel Separator
Der STET-Separator ist ein hoher Vorschubgeschwindigkeit, kommerziell bewährte Verarbeitungssystem. Die maximale Verarbeitungskapazität des Separators STET ist hauptsächlich eine Funktion der volumetrischen Vorschub, der durch den Elektrodenabstand kann, durch die STET Separator Gürtel vermittelt werden. Andere Variablen, wie die Geschwindigkeit des Bandes, der Abstand zwischen den Elektroden und der belüftete Dichte des Effekts Pulver Vorschubgeschwindigkeit die maximale, in der Regel in geringerem Maße. Bei relativ hoher Dichte Materialien, Zum Beispiel, Flugasche, die maximale Verarbeitung bei einem 42 Zoll (106 cm) Elektrodeneinheit breite kommerzielle Trennung ist ungefähr 40 – 45 Tonnen pro Stunde von Futtermitteln. Für weniger dichten Futtermittel-Ausgangserzeugnisse, die maximale Vorschubgeschwindigkeit ist niedriger.
Tabelle 6: Ungefähre maximale Vorschubgeschwindigkeit für die unterschiedlichsten Materialien, verarbeitet mit STET 42 Zoll-elektrostatische Abscheider.
Staubexplosionen sind eine große Gefahr in Getreide und anderen organischen Pulver Verarbeitungen. Das STET Trennzeichen ist geeignet für die Verarbeitung von brennbaren organischen Pulver mit nur geringfügigen Änderungen. Es gibt keine beheizten Oberflächen im STET separator. Die einzigen beweglichen Teile sind Rückhalterollen Gürtel und fahren. Die Wälzlager befinden sich außerhalb der Pulver-Stream auf die Außenhülle des Referats. Daher sind sie kein Risiko für Überhitzung/Funken in dem Materialstrom. Des weiteren, die STET Separator Lager gibt es mit werksseitig ausgestattet Temperatur Messung-Fähigkeit zu Lagerschäden zu erkennen, lange bevor gefährlich hohe Temperaturen erreicht werden. Die Abscheideranlage Gürtel und Laufwerk stellen kein höheres Risiko als andere herkömmliche rotierende Maschinen. Separator-Hochspannungskomponenten STET auch außerhalb der Materialstrom und in staubdichte Gehäuse enthalten. Die maximale Energie der ein Funke über die Trennzeichen-Lücke wird durch das Design der Hochvolt-Komponenten beschränkt.. Ein zusätzliches Maß an Sicherheit kann eingeführt werden, über Stickstoff zu spülen.
Verarbeitung durch Vollkornmehl STET Separator
Vollkornmehl wird von abgeleitet Schleifen das ganze Weizenkorn (Kleie, Keim, und endosperm). Im Handel erhältlich, handelsübliche, Vollkornmehl wurde für den Einsatz als Testmaterial, bewerten die Fähigkeit des Separators STET, die faserige Kleie und Keime aus der stärkehaltige Endosperm Anteil Weizenmehl entfernen gekauft.. Die Vollkorn-Mehl-Probe wurde von STET vor Beginn der Tests analysiert.. Aschegehalt wurde von ICC-Standard getestet. 104 / 1 (900° C). Wiederholte Asche-Messungen der gleichen Probe, eine ungeteilte Futter Probe, gemessen 10 Male, wurden gefunden, um einen Aschegehalt von haben 1.61%, eine Standardabweichung von 0.01 und eine relative Standardabweichung von 0.7%. Partikelgrößenanalyse wurde durch Laserbeugung mit einem Malvern Mastersizer abgeschlossen. 3000 mit einem trocken-Dispergierung Apparat. Protein-Analyse wurde durchgeführt mit der DUMAS-Methode, überschreiten Sie mit einem elementaren rapid N Stickstoff/Protein-Analysator. Ein Umrechnungsfaktor von N X 6.25 verwendet wurde. Die verschiedenen Eigenschaften der Probe Vollkorn Mehl sind nachfolgend zusammengefasst.. (Siehe Tabelle 7)
Tabelle 7: Analyse der Futtermittel durch STET Weizenvollkornmehl
Aschegehalt und Proteingehalt erwiesen sich als sehr wiederholbar, wenn in der gleichen Probe getestet werden, aber erhebliche Variabilität zwischen mehrere Säcke mit Weizenvollkornmehl verwendet als Futter Probe identifiziert wurde. (Siehe Tabelle 8) Das Futter Probe Variabilität führte zu einigen Streuung in den Testdaten.
Tabelle 8: Analyse der Trennung die Testergebnisse von Vollkornmehl von STET
Elektrostatische Trennung wurden der Vollkorn-Mehl-Probe bei der ST-Equipment Tests & Technologie (STET) Pilotanlage Anlage in Needham, Massachusetts. Die Pilotanlage STET enthält zwei Pilotmaßstab STET Separatoren zusammen mit Zusatzgeräten verwendet, um die Trennung der Materialien von Kandidaten Quellen zu untersuchen. Pilotmaßstab STET Separatoren sind die gleiche Länge wie eine kommerzielle STET separator, bei 30 Füße (9.1 Meter) lange, jedoch, die Pilotanlage Separator Elektrode Breite ist nur 6 Zoll (150 mm), oder ein Siebtel der Breite eines der größten kommerziellen STET Separator an 42 Zoll (1070 mm) Elektrode breite. Die Aufgabeleistung von STET Separator ist direkt proportional zur Breite der Elektroden, Daher, der Vorschub des Separators Pilotanlage ist ein Siebtel der Vorschubgeschwindigkeit des Referats 42-Zoll breite kommerzielle separator. Wurde die maximale Vorschubgeschwindigkeit mit Vollkornmehl 2.3 Tonnen pro Stunde im Pilotmaßstab, Das entspricht 16 Tonnen pro Stunde für das 42-Zoll breite kommerzielle Trennzeichen. Im Vergleich zu den Maßstab, an dem die Mehrzahl der elektrostatische Trennung Studien bisher durchgeführt wurden, die STET Separator Prüfung erfolgte bei einem deutlich höheren Vorschub. Die Tests wurden durchgeführt in 10 kg (20 Pfund) Batch-tests, durch die praktischen Erwägungen zu versorgen 2.3 Tonnen pro Stunde Feed kontinuierlich. Für jede Charge Testbedingung, die Produkte des Trennung Prozesses wurden gewogen, um die Masse Erholung berechnen. Teilproben von jedem Test wurden gesammelt und analysiert, Aschegehalt und Eiweißgehalt.
Abbildung 8: STET Pilot Plant Separator.
Messung der Partikelgröße Vollkorn Mehl Futtermittel-und zwei Produkt-Proben ist in Abbildung unten gezeigt. 9.
Abbildung 9: Die Messung der Partikelgröße von Weizenvollkornmehl feed, und die beiden getrennt Produktproben.
Ein Bild der wiederhergestellten Trennung Produkte ist unten enthalten.. (Siehe Abbildung 10) Während die Trennung wurde eine deutliche Farbverschiebung festgestellt., die hohe Asche Inhalte Produkt Bruchteil wesentlich dunkler als die ganze Futterweizen Mehl Probe.
Abbildung 10: Typische Produkte aus der STET Trennverfahren zurückgewonnen.
Aschegehalt für alle Produkte aus dem Separationsprozess wurde gemessen. (Siehe Abbildung 11)
Abbildung 11: Aschegehalt im Vergleich zu der Masse Erholung der niedrige Asche Produkt für Vollkorn Mehl Trennung testet durch STET
Prüfung von der STET elektrostatische Abscheider mit Vollkornmehl zeigte bedeutende Bewegung der hohen Asche (Kleie) Bruchteil des Weizenkorns, die positive Elektrode. Das reduzierte Asche-Produkt wurde anschließend an der negativen Elektrode gesammelt.. Die Tests wurden auf einem single-Pass-System durchgeführt., jedoch, Es ist möglich, weitere Modernisierung des entweder der Trennung Produkte durch Ausführen einer anderen Trennstufe. Zukunft mit dem STET Separator testen wird auf Weizen Kleie Proben durchgeführt werden, Neben Mais Mehl und Hülsenfrüchte wie Lupin.
Schlussfolgerungen
Überprüfung der einschlägigen Literatur weist darauf hin, dass erhebliche Forschung unternommen wurde, um elektrostatische Trennverfahren für organische Materialien zu entwickeln. Diese Entwicklung fortgesetzt oder in der Vergangenheit sogar noch beschleunigt hat 10 – 20 Jahre, mit vielen Forschern in Europa und den Vereinigten Staaten Anwendung elektrostatische Trennung Techniken, um eine Vielzahl von Herausforderungen Aufbereitung. Aus dieser Forschung, Es ist offensichtlich, dass elektrostatische Methoden das Potenzial haben, neu generieren, höherwertige Anlage Produkte, oder bieten eine Alternative Verarbeitungsmethoden auf nassem. Obwohl Trennungen von Weizen zu fördern, Mais und Lupin-basierte pflanzlichen Materialien wurden im Labor und in einigen Fällen Pilotmaßstab nachgewiesen, die elektrostatische Systeme verwendet, um diese Ergebnisse zeigen möglicherweise nicht geeignet oder kostengünstige Verarbeitungsausrüstung solche Trennungen auf kommerzieller Basis durchführen. Viele elektrostatische Technologien eignen sich nicht für Prozess fein gemahlen, Low-Density Pulver wie pflanzlichen Rohstoffen. Jedoch, die ST-Ausrüstung & Technologie (STET) Triboelectrostatic Gürtel Separator hat die nachgewiesene Fähigkeit, feine Partikel aus verarbeiten 500 – 1 µm mit hohen Geschwindigkeiten. Der STET Gürtel Separator ist eine hohe rate, industriell bewährte Verarbeitung Gerät, das möglicherweise geeignet, um die jüngsten Entwicklungen in der Materialbearbeitung Anlage zu vermarkten. Das STET Gürtel Trennzeichen wurde auf einer Stichprobe von Weizenvollkornmehl getestet und erwies sich als erfolgreich bei der Beseitigung der Kleie aus der Stärke-Fraktion zu sein. Zukunft mit dem STET Separator testen wird auf Weizen Kleie Proben durchgeführt werden, ebenso wie Mais, Mehl und Hülsenfrüchte wie Soja und Lupine.
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