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Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Resumen
Revisión de la literatura relevante indica que se ha realizado investigación aplicar electrostático
técnicas de separación para secar alimentos origen vegetal granular (I.e., orgánica) materiales. Este desarrollo se ha acelerado en el pasado 10 – 20 años, con muchos investigadores en Europa y los Estados Unidos aplicando separación electrostática técnicas para una amplia variedad de desafíos de beneficio. De esta investigación, es evidente que los métodos electrostáticos tienen el potencial para generar nuevos, Productos vegetales de mayor valor, u ofrecer una alternativa para métodos de proceso. Aunque alentando a separaciones de grano de cereal, Los materiales de legumbres y oleaginosas se han demostrado en el laboratorio y en algunos casos, Escala piloto, los sistemas electrostáticos para demostrar estos resultados no sean equipos de procesamiento conveniente o rentable para llevar a cabo tales separaciones sobre una base comercial. Muchas tecnologías electrostáticas no son adecuadas para proceso de finamente molido, polvos de baja densidad como los materiales de planta. Sin embargo, el equipo de ST & Tecnología (STET) triboelectrostatic separador de correa tiene la capacidad demostrada para procesar las partículas finas de 500 – 1 μm. El separador de banda STET es de alta tasa, dispositivo de procesamiento industrial probadas que puede ser adecuado para la comercialización de los desarrollos recientes en el procesamiento de material orgánico. El separador de la correa STET fue probado en una muestra de harina de trigo integral y fue encontrado para tener éxito en la eliminación del salvado de la fracción de almidón. Futuro con el separador STET se llevará a cabo en muestras de salvado de trigo, harina de maíz
y legumbres como la soja y el altramuz.
Palabras clave: Tribo-electrostática, Electrostático, Separación, Fraccionamiento, Trigo, Grano, Harina, Fibra, Proteína, Semillas oleaginosas, Pulsos de
Introducción
Métodos de separación electrostática se han utilizado durante los últimos 50 años en la reducción de escala comercial de
minerales industriales y reciclaje de residuos. Reducción electrostática de alimento planta-basado granular seco (es decir, orgánica) materiales han sido investigados por más de 140 años, con las primeras patentes para la separación electrostática de harinilla de trigo harina llenan como principios como 1880. [1] Reducción electrostática permite separaciones basadas en diferencias en la química de superficies (función de trabajo) o propiedades dieléctricas. En algunos casos, Estas separaciones no sería posibles usando separaciones de tamaño o densidad solo. Sistemas de separación electrostática operan sobre principios similares. Todos los sistemas de separación electrostática contienen un sistema para cargar eléctricamente las partículas, un campo eléctrico externamente generado para la separación en, y un método de transporte de las partículas en y hacia fuera el dispositivo de separación. Carga eléctrica puede ocurrir por uno o varios métodos incluyendo inducción conductiva, Tribo-carga (Electrificación de contacto) y ion o corona de carga. Sistemas de separación electrostática de utilizan al menos uno de estos mecanismos de carga. [2]
Sistemas de separación electrostática de rodillo de alta tensión se han utilizado en muchas industrias y aplicaciones donde se
el componente es más conductora que las otras. Ejemplos de aplicaciones para los separadores de rodillo de alta tensión teniendo separación de minerales de titanio, así como aplicaciones de reciclaje, clasificación por ejemplo metal de plástico. Hay múltiples variaciones y geometrías que se utilizan para alta tensión rollo sistemas, pero en general, operan sobre principios similares. Alimentación de partículas están cargadas negativamente por una descarga de corona ionizante. Las partículas de alimentos se dispersan en un tambor giratorio, donde el tambor esté eléctricamente conectado a tierra. Las partículas conductoras renunciar a su cargo al entrar en contacto con la superficie del tambor a tierra. La rotación del tambor hace que las partículas conductoras ser lanzado desde la superficie del tambor y depositado en la tolva de producto de primera. Las partículas no conductoras retienen su carga eléctrica y se cubrió la superficie del tambor. Finalmente, la carga eléctrica de las partículas no conductoras se disipará, o las partículas serán cepilladas del tambor después de que ha girado el tambor para que las partículas no conductoras se depositan en la tolva de la partícula no conductora. En algunas aplicaciones, una tolva de la harinilla se coloca entre la tolva de producto conductivo y no conductivo. La eficacia de este tipo de dispositivos de separación está generalmente limitada a las partículas que son relativamente gruesos y tienen alta gravedad específica, debido a la necesidad de que todas las partículas en contacto con la superficie del tambor. Además, dinámica del flujo de partículas es importante como el momento angular es responsable en última instancia para el transporte de las partículas de la superficie del tambor a las tolvas de producto respectivo. Las partículas finas y partículas de baja densidad son fácilmente influenciados por las corrientes de aire y así menos propensos a ser lanzada desde el tambor en una zona predecible. [2] [3] [4]
El separador de alta tensión de la correa es una variante de la alta tensión del rodillo separador descrito. Las partículas de alimentos se dispersan uniformemente a lo ancho de una cinta transportadora conectada eléctricamente a tierra. Las partículas están cargadas, generalmente por una corona negativa, Aunque son posibles otros mecanismos de carga. Las partículas conductoras dan otra vez su carga eléctrica hasta la cinta de conexión a tierra, mientras que las partículas no conductoras conservan su carga. Las partículas conductoras caen fuera del borde de la banda por gravedad, mientras que las partículas no conductoras cargadas son "levantadas" de la superficie de la correa por fuerzas electrostáticas. Otra vez para la separación eficaz, cada partícula debe póngase en contacto con la superficie de la correa para permitir que las partículas conductoras a renunciar a su cargo a la correa. Por lo tanto, solamente una sola capa de partículas puede ser transportada por el separador al mismo tiempo. Cuanto más pequeño el tamaño de partícula del alimento, la velocidad de procesamiento del dispositivo se reduce. [5] [6]
Separadores electrostáticos de placas paralelas se basan típicamente en separar partículas no sobre la base de conductividad, pero en diferencias en la química superficial que permite la transferencia de carga eléctrica por contacto friccional. Las partículas se cargan eléctricamente por contacto vigoroso con otras partículas, o con una tercera superficie como metal o plástico las propiedades deseadas de carga tribo. Materiales que son electronegativas (situado en el extremo negativo de la serie tribo-eléctrica) quitar electrones de la superficie de carga tribo y así adquieren una carga negativa neta. En contacto, materiales que se encuentran en el extremo positivo de la serie tribo-eléctrica donan electrones y carga positiva. Las partículas cargadas se introducen entonces en un campo eléctrico generado entre los dos electrodos de placa paralela por varios medios de transporte (gravedad, neumático, vibración). En presencia de campo eléctrico, las partículas cargadas hacia los electrodos de cargados opuesta y se recogen en las tolvas de producto correspondiente. Otra vez, una fracción de harinilla que contiene una mezcla de partículas puede o no puede recoger, dependiendo de la configuración del dispositivo de separación. [4] [7]
Figura 1: Esquema de un separador de rodillo de alta tensión (izquierda) y un separador de placas paralelas caída libre (Correcto).
Tabla 1: Resumen de uso general dispositivos de separación electrostática.
Caso 1 -Trigo y reducción de salvado de trigo.
Salvado de trigo es un subproducto de la molienda de trigo convencional, que representa 10-15% del grano de trigo. Salvado de trigo se compone de las capas externas incluyendo el pericarpio, Testa, y aleurona. Salvado de trigo contiene la mayoría de los micronutrientes, fibra, y fitoquímicos contenidos en grano, que han demostrado beneficios para la salud a los seres humanos. [8] Gran interés en la separación y beneficio salvado de trigo se ha divulgado. Fue de interés histórico en la separación del salvado de trigo mejorar la calidad y el valor de los productos de harina. Sin embargo, interés más reciente se ha divulgado en la recuperación de componentes valiosos del salvado de trigo.
En 1880, Thomas Osborne patentado el primer separador electrostático comercial para eliminar el salvado de harinilla de harina. Consistió en el separador de rodillos recubiertos con caucho o de material equivalente que era capaz de ser cargado eléctricamente por fricción de carga tribo con lana. Aunque no se describe, se asume que la goma rollos adquirido una carga negativa en relación con lana, compatible con la mayoría de la serie tribo-eléctrica. Los rodillos eléctricamente cargados entonces atrajeron a las partículas de fibra de salvado positivamente cargado, les de transporte en la superficie del rollo hasta que las partículas de fibra fijados son cepilladas de la superficie del rodillo. Esto (asume) carga positiva de salvado de trigo está en conflicto con los resultados reportados por otros. Tribo-carga de las partículas de salvado fue asistido por aire en la parte inferior del dispositivo para fluidez, que tenía la ventaja adicional de que las partículas de salvado menos densas en la superficie, más cerca de los rodillos. [1]
En 1958 un aparato para la separación electrostática de salvado y el endospermo en harinilla de harina fue revelado en una solicitud de patente por Branstad en General Mills. El dispositivo consistió en un separador de placas paralelas en el cual las partículas fueron transportadas entre las dos placas por vibración. Partículas de salvado, acusado por el contacto por fricción de las partículas del endospermo, entonces se levantaron al electrodo superior a través de perforaciones en el electrodo superior. [9]
En 1988 un aparato y proceso para la recuperación de aleurona de trigo comercial fue divulgada en una solicitud de patente. Salvado de trigo comercial con una contenido de partida de la aleurona 34% se enriqueció a un concentrado de 95% en 10% rendimiento de masa (28% recuperación de aleurona) por una combinación de molienda de martillo, tamaño de proyección, elutriación de aire y separación electrostática usando un separador electrostático de placas paralelas. Las partículas fueron acusadas en el dispositivo de elutriator de aire, que tiene una doble función de quitar multas (<40 μm) por transporte, mientras que simultáneamente carga tribo las partículas de aleurona positivo (informar a la placa del electrodo negativo) y la negativa de las partículas de pericarpio/testa. La granulometría de la mezcla de salvado fue controlada cuidadosamente por la molienda de martillo y el análisis multinivel, para obtener una alimentación tamaño sobre todo en el 130 – 290 gama del μm. [10]
Continúan los trabajos recientes sobre recuperación de aleurona de salvado de trigo. En 2008, Buhler AG patentó un dispositivo de separación electrostática para separar partículas de aleurona de las partículas de cáscara de salvado conmutada. Una encarnación del dispositivo consiste en un rotor operando en un área de tratamiento por tamaño, que permite el contacto de partícula a partícula y partícula a la pared y tribo-carga posterior. Las partículas cargadas son entonces transportadas mecánicamente en un recipiente de separación que contiene electrodos de placas paralelas. Las partículas caen a través de la vasija de separación por gravedad, como las partículas cargadas diferencialmente se mueven hacia los electrodos opuesto cargados bajo la influencia del campo eléctrico. [11] Cuando se combina con una medición correcta de la bran alimentación y métodos de clasificación mecánicos, concentraciones de aleurona de hasta 90% se han reportado. [12] [8]
Figura 2: Reproducido de Hemery et al, 2007 [8].
Tribo-carga y corona de carga se realizaron experimentos en salvado de trigo por los trabajadores en la electrostática de dispersión Media unidad de investigación, Universidad de Poitiers, Francia en 2010. Los investigadores midieron la carga superficial y el tiempo de decaimiento potencial superficial en salvado de trigo con 10% humedad y liofilizado (secado por congelación) salvado de trigo. Se realizó una prueba de separación de una muestra de 50% liofilizado de salvado de trigo y 50% aleurona liofilizado de alimentación usando un separador electrostático de correa tipo corona. (Figura 3) Resultados de separación para el separador de corona de escala de laboratorio 67% de aleurona se recuperó a la tolva no conductor, mientras que sólo 2% del salvado de trigo a la tolva no conductor. También se realizaron experimentos de carga Tribo con aleurona y salvado de trigo, pero sólo para medir la carga de superficie específica [ΜC/g] generado en cada fracción, en lugar de recuperar los productos de una separación electrostática. Ambas materias primas fueron acusados de uso de teflón como la superficie de contacto. Salvado de trigo y aleurona son registrados como carga positiva con respecto al Teflon, que sí mismo es muy electronegativo. La magnitud de la carga se encontró que dependen de las presiones de operación en el tribo-cargador, lo que sugiere que mayor turbulencia conduce a más contactos y más completo de carga tribo. [13]
Figura 3: Reproducido de Dascalescu et al, 2010 [13]
En 2009, los investigadores evaluaron las propiedades carga electrostáticas de materiales alimentación rica pericarpio y aleurona rica. [14] En 2011 los investigadores realizaron pruebas en muestras de finamente salvado de trigo en tierra utilizando un separador electrostático de la placa de escala piloto de separación electrostática (Sistema TEP, Separaciones de flujo Tribo, Lexington, ESTADOS UNIDOS). El sistema TEP utiliza una línea de carga, donde se introducen partículas de alimento en una corriente turbulenta de aire comprimido, y transportado neumáticamente a través de la línea de carga a la cámara de separación. Las partículas son tribo-cargado por el contacto de partícula a partícula, así como partículas en contacto con la superficie de la línea de carga. Resultados obtenidos con el sistema TEP demostraron que la separación electrostática fue efectiva en la mejora de aleurona y beta-glucano contenido de salvado de trigo. Es interesante que, la fracción de material que contenía el mayor contenido de células de aleurona, en 68%, estaba muy bien (D50 = 8 μm) fracción que fue recuperado del tubo de carga. No está claro por qué este material se concentró preferentemente en el aparato de carga, sin embargo, indican que la capacidad de contenido de la celda de proceso aleurona puede requerir técnicas electroestáticas que son capaces de procesar polvos muy finos. Además, Este trabajo demostró que alimentan la preparación para el salvado de trigo era una consideración importante. Muestras preparadas por molienda criogénica en un molino de martillo fueron encontradas para ser menos completamente disociado (liberado) que los molió en un molino del tipo de impacto a temperatura ambiente. [15] [16]
Figura 4: Reproducido de Hemery et al, 2011 [16]
Trabajo reciente estudió la concentración de arabinoxilanos de salvado de trigo por métodos electrostáticos. Los investigadores utilizaron un separador electrostático de escala laboratorio que consiste en una cámara de tubo y separación de carga que contiene dos electrodos de placas paralelas. Salvado de trigo molido fue introducido en el tubo de carga y transporta neumáticamente en la cámara de separación con nitrógeno comprimido. La turbulencia y velocidad alta gas en el tubo de carga proporcionan el contacto de partícula necesario para la carga de tribo. Las partículas cargadas (productos de la separación) fueron recogidos de la superficie de los electrodos para el análisis. Debido a la orientación vertical de los electrodos no se recolectó una importante cantidad de material. Esta fracción de harinilla puede ser reciclada para su posterior procesamiento en electrostática convencional, sin embargo, para los propósitos de este experimento, material no recogido en los electrodos era considerado perdido. Los investigadores reportaron un aumento en el grado del producto de ambos (contenido de arabinoxilano en el producto) y mayor eficiencia de separación como la velocidad de transporte. [17]
A continuación se resumen los esfuerzos recientes para beneficiar salvado de trigo utilizando métodos electrostáticos en tabla 2.
Tabla 2: Resumen de métodos electrostáticos evaluadas a beneficiar salvado de trigo.
Caso 2 – Recuperación proteína de la harina de altramuz
Investigadores en el grupo de ingeniería de proceso de alimentos en Wageningen, Los países bajos, evaluar el potencial para el enriquecimiento de proteína con leguminosas. Guisante y lupin harina fueron utilizados como alimentos para una variedad de técnicas de enriquecimiento de proteína incluyendo clasificación de aire combinado con separación electrostática. Sin tratar las semillas de guisante y lupin primero fueron molidas a aproximadamente 200 μm. Materias primas para la clasificación y separación electrostática fueron posteriormente molidos con un molino de tipo de impacto de un clasificador interno (Hosokawa Alpine ZPS50). Tamaño de partícula promedio (D50) fue divulgado como aproximadamente 25 μm para la harina de guisante, y aproximadamente 200 μm para la harina de altramuz, antes de la clasificación de aire. Finalmente, un subconjunto de cada muestra, harina de guisante y lupin, fue entonces aire clasificado (Hosokawa Alpine ATP50). La alimentación al separador electrostático consistió en ambas harinas no tratadas, así como el curso y el producto fino de clasificación de aire. [18]
El dispositivo de separación electrostática utilizado durante los experimentos era un tipo de placas paralelas, con la carga realiza vía triboeléctrico de carga en un 125 mm de longitud, tubo de carga, con partículas transmitidas neumáticamente por nitrógeno comprimido. El dispositivo es similar en configuración al dispositivo utilizado por Wang et al. (2015). [17] Se realizaron experimentos de separación electrostática en harina de guisante de tierra y lupin, así como el curso y fracciones finas de harina y harina de lupino de clasificación de aire. La harina de guisante demostraron solamente menor movimiento de la proteína durante pruebas electroestáticas. Sin embargo, la harina de altramuz demostró movimiento significativo de la proteína en todas las tres muestras probadas (harina molida, 35% proteína, multas clasificadas molidos – 45% proteína, molido clasificado grueso – 29% proteína). Productos ricos en proteínas de la aproximadamente 60% fueron recuperados en el electrodo de puesta a tierra para cada una de las muestras tres lupin. [18]
Caso 3 : Eliminación de fibra de maíz
Investigadores en el Departamento de ingeniería agrícola y biológica, Mississippi State University realizaron pruebas electroestáticas en harina de maíz molido, con el objetivo de la eliminación de la fibra. El dispositivo de separación electrostática consisten en una cinta transportadora con un electrodo negativo situado en el extremo del transportador. Las partículas positivamente cargadas, partículas de fibra, en este caso, se despegó de la cinta transportadora y ordenados en una segunda tolva. Las partículas de fibra no cayeron fuera de la cinta transportadora por gravedad y fueron depositadas en la tolva de producto de primera. Los autores describen cómo la carga eléctrica se lleva a cabo. El material alimentado al separador de este fue relativamente grueso, con tamaños de partícula del alimento desde 12 malla (1,532 μm) Para 24 malla (704 μm). No parece que el tamaño insuficiente (<704 μm) material fue procesado durante este estudio. Cada condición de la prueba se completó con 1 kg de material de la alimentación que fue dispersada uniformemente a través de la correa. [6]
Figura 5: Reproducido de Pandya et al, 2013 [6]
Los investigadores del estado de Mississippi completa separación electrostática de prueba en la harina de maíz cribada, las fracciones de harina de maíz seleccionados y las fracciones de fibra rica recuperaron de clasificación de aire. Prueba electrostática no se completó en las corrientes bajas en fibra recuperadas de clasificación de aire. Análisis de los resultados de la separación electrostática es a continuación:
Tabla 3: Resultados de la separación de la fibra reproducen de Pandya et al, 2013 [6]
Caso 4 – Concentración proteína de semillas oleaginosas
Semillas oleaginosas como la colza (canola), girasol, sésamo, mostaza, germen de soja-maíz, y la linaza contienen generalmente una cantidad considerable de proteína y fibra. Tecnologías de procesamiento para eliminar la fibra, y aumentar así el contenido de proteína, de semillas oleaginosas volverá cada vez más importantes como la demanda global de proteínas aumenta. [19] Trabajo reciente de investigadores del Instituto Nacional francés para la investigación agrícola examinadas molienda ultrafina combinado con tratamiento electrostático de harina de semilla de girasol, para concentrar la proteína. Las muestras de harina de girasol alimentación fueron molidas en un molino de impacto operando a temperatura ambiente a un tamaño de partícula (D50) de 69.5 μm. La clasificadora electroestática utilizada para la prueba fue un dispositivo de placas paralelas donde el principal mecanismo de carga tribo-carga. El tribo de carga se llevó a cabo aguas arriba de los electrodos en una línea de carga tribo, con las partículas que transmiten a través de la línea de carga, y a los electrodos, través de transporte neumático. Proteína fue encontrada positivo para cargar (informes para el electrodo negativo) y la fracción rica en fibra se carga negativamente. Selectividad de proteína resultó para ser alta. Alimentación de proteína fue 30.8%, con la medición de productos ricos en proteínas 48.9% y la proteína agotado (ricos en fibra) producto sólo de medición 5.1% proteína. Recuperación de proteína fue 93% el producto positivo. Celulosa, hemicelulosas, y lignina se midieron y que informe al producto cargado negativamente, opuesta a la de la proteína. [20]
Tabla 4: Resultados de la separación de la harina de semilla de girasol reproducen de Barakat et al, 2015 [20]
En 2016, un estudio adicional se completó finalmente con tierra comida de la semilla de colza, o tortas de aceite de colza (ROC), como la alimentación a un proceso de separación electrostática. Otra vez molienda ultrafina a temperatura ambiente se realizó mediante un dispositivo de molino de cuchilla (Retsch SM 100). El material molido, con un tamaño de partícula promedio (D50) de aproximadamente 90 μm, se procesó utilizando un separador de placas paralelas de la escala piloto (Sistema TEP, Separaciones de flujo Tribo). El sistema TEP utiliza triboeléctrico de carga por transporte neumático de partículas a través de una línea bajo condiciones turbulentas de carga de alta presión. Un solo paso prueba de separación con el sistema TEP dio lugar a la importante concentración de la proteína, con una alimentación de proteína de 37%, un nivel de proteína del producto cargado positivamente de 47% y un nivel de proteínas de carga negativa producto de 25%. Etapas de separación adicional se realizaron, en última instancia, producir un producto rico en proteínas con 51% proteína después 3 etapas sucesivas de la separación. [21]
Tabla 5: Resultados de la separación de aceite de colza semilla comida reproducen de Basset et al, 2016 [21]
Discusión
Revisión de la literatura relevante indica que se ha realizado investigación para el desarrollo de técnicas de separación electrostática de materiales orgánicos. Este desarrollo ha continuado o incluso se aceleró en el pasado 10 – 20 años, con muchos investigadores en Europa y los Estados Unidos aplicación de técnicas de separación electrostática a una amplia variedad de desafíos de reducción. De esta investigación, es evidente que los métodos electrostáticos tienen el potencial para generar nuevos, productos de la planta de mayor valor, u ofrecer una alternativa para métodos de proceso.
Aunque fomentar la separación de granos de cereales, pulsos de, y materiales de semillas oleaginosas se han demostrado en el laboratorio y en cierta escala experimental de casos, los sistemas electrostáticos para demostrar estos resultados, en definitiva, no pueden servir como el equipo de proceso más convenientes o rentables para realizar tales separaciones sobre una base comercial. Sistemas electrostáticos comerciales existentes son más comúnmente utilizados en la separación de minerales, metales o plásticos. Minerales y metales son ambas relativamente denso con alta gravedad específica, en comparación con los materiales de planta. Incluso con la alta gravedad específica de minerales y metales, las limitaciones de tamaño de partícula efectivo para el tambor de rodillo y separadores electrostáticos de placas paralelas es relativamente gruesa, con pocas partículas de abajo 100 μm por ejemplo. Los plásticos son de una densidad más baja que los metales y minerales pero se procesan a menudo en tamaños de partícula gruesos, como escamas de plástico por ejemplo. La introducción de partículas finas crea dificultades operativas tanto para los separadores de rodillos de alta tensión como para los separadores de placas paralelas. Bellas, partículas de baja densidad son muy sensibles a las corrientes de aire, especialmente en comparación con los minerales y metales. Pequeñas diferencias en las corrientes de aire dentro del dispositivo de separación del impacto la ruta de viaje de las partículas finas, someterlos a fuerzas distintas de las causadas por el campo electrostático.
Para la mayoría sistemas del separador de placas paralelas, finamente el suelo y partículas de baja densidad que se cargan electrostáticamente se recogen en los electrodos de los separadores de placa paralela. Si no se retiran estas finas partículas eléctricamente conectadas de forma constante, degradarán la intensidad de campo eléctrico y la eficiencia del aparato. El trabajo de los investigadores en el comida proceso ingeniería grupo Wageningen UR (Wang et al., 2015) aprovecharon este fenómeno para recolectar muestras de la superficie de los electrodos del separador de placas paralelas para analizar los productos de la separación de. Sistemas del separador de placas paralelas, particularmente aquellos que dependen de la gravedad para transportar partículas a través del campo eléctrico, han intentado abordar este problema de varias maneras. Stone et al. (1988) se describe un proceso en el que las partículas finas se retiraron aguas arriba del separador electrostático por elutriación de aire. [10] Otras personas han reportado que mantener un flujo laminar de aire que fluye a través de los electrodos para evitar que las partículas finas se vea influenciada por las corrientes de aire. [22Sin embargo, mantener el flujo laminar se vuelve desafiante como el dispositivo de separación se hace más grande, con eficacia limitando la capacidad de procesamiento de tales dispositivos. En última instancia, el tamaño de partícula en que componentes están físicamente separados de otros (presente como partículas discretas), será el motor más grande en la determinación de la granulometría en el que el procesamiento debe ocurrir.
Como se mencionó anteriormente, dispositivos de separación electrostática convencional están limitados en su capacidad de procesamiento, especialmente con polvos de baja densidad y finamente molidos, como materiales vegetales. Para dispositivos de separación de tambores y correas de alta tensión, la eficacia se limita a partículas relativamente gruesas y/o con alta gravedad específica, debido a la necesidad de que todas las partículas en contacto con la superficie del tambor. Como las partículas más pequeñas se reduce la velocidad de procesamiento. Separadores de placas paralelas están más limitados por la densidad de la partícula que puede ser procesada en la zona del electrodo. Carga de la partícula debe ser relativamente baja para evitar efectos de carga de espacio.
Equipo ST & Separador de la correa de la tecnología
El equipo de ST & Tecnología (STET) separador de la correa de triboelectrostatic tiene la capacidad demostrada para procesar las partículas finas de 500 – 1 μm. El separador STET es un separador electrostático de placas paralelas, sin embargo, las placas del electrodo están orientadas horizontalmente como contraposición a verticalmente como es el caso de más separadores de placas paralelas. (Ver figura 6) Además, el separador STET logra la partícula tribo-carga y transporte al mismo tiempo por una banda transportadora de malla abierta de alta velocidad. Esta característica permite una tasa de procesamiento específico muy alto de alimento, así como la capacidad para procesar polvos mucho más finos que los dispositivos electrostáticos convencionales. Este tipo de dispositivo de separación ha sido en operación comercial desde 1995 incombusto carbón separa minerales de las cenizas volantes (D50 típico aproximadamente 20 μm) en centrales eléctricas de carbón. Este dispositivo de separación electrostática ha sido exitosa en beneficio otros materiales inorgánicos, incluye minerales como carbonato de calcio, talco, Barita, y otros.
Los detalles fundamentales del separador STET se ilustran en la figura 7. Las partículas son cargadas por el efecto triboeléctrico a través de colisiones de la partícula a partícula dentro de la distancia entre los electrodos. El voltaje aplicado entre los electrodos está entre ± 4 y ±10 kV concerniente a tierra, dando una diferencia de voltaje total de 8 – 20 kV a través de una brecha muy estrecha electrodo de nominal 1.5 cm (0.6 pulgadas de). Partículas de alimentos son introducidas en el separador STET en uno de tres puntos (Puertos de alimentación) través de un sistema distribuidor de aire diapositiva con Tajaderas de guillotina. El separador STET produce solamente dos productos, una corriente de partículas cargadas negativamente recogida en el electrodo cargado positivamente, y una corriente de partículas cargadas positivamente en el electrodo cargado negativamente. Los productos son transportados a las tolvas respectivas en cada extremo del separador STET por la correa del separador y descargan del separador por gravedad. El separador STET no produce una harinilla o reciclar corriente, Aunque son posibles múltiples configuraciones de paso para mejorar la pureza del producto y la recuperación.
Figura 6: STET triboeléctrico separador de correa
Las partículas se transportan a través de la brecha del electrodo (zona de separación) por un bucle continuo, cinturón de malla abierta. El cinturón funciona a alta velocidad, variable de 4 Para 20 m/s (13 – 65 ft/s). La geometría del cinturón sirve para barrer las partículas finas en la superficie de los electrodos, prevenir la acumulación de partículas finas que degradan el rendimiento y la campo de tensión de caída libre tradicional placas paralelas tipo separación dispositivos. Además, la banda genera un alto escarpado, zona de alta turbulencia entre los dos electrodos, promoción de carga tribo. El recorrido contra corriente de la correa del separador permite la carga continua y recarga o partículas dentro del separador, eliminando la necesidad de un sistema de pre carga aguas arriba del separador STET.
Figura 7: Fundamentos de operación del separador de la correa STET
El separador STET es una alta tasa de alimentación, sistema de procesamiento comercialmente probada. La capacidad de procesamiento máximo del separador STET es sobre todo una función de la velocidad de alimentación volumétrica que puede ser transportada a través de la brecha del electrodo por la correa del separador STET. Otras variables, como la velocidad de la correa, la distancia entre los electrodos y la densidad celular del efecto polvo la máxima velocidad de avance, por lo general en menor medida. Para los materiales relativamente de alta densidad, por ejemplo, las cenizas volantes, la velocidad de procesamiento máxima de un 42 pulgadas (106 cm) electrodo ancho separación comercial unidad es aproximadamente 40 – 45 Toneladas por hora de alimentación. Para los menos densos materiales alimentación, la velocidad de alimentación máxima es más baja.
Tabla 6: Máximo aproximado velocidad para varios materiales procesados con STET 42 separador electrostático de pulgadas.
Explosiones de polvo son un peligro importante en grano y otro operaciones de perfeccionamiento orgánico en polvo. El separador STET es conveniente para procesar polvos orgánicos combustibles con sólo pequeñas modificaciones. Hay no hay superficies calientes en el separador STET. Las únicas partes móviles son los rodillos de cinta y disco separador. Los rodamientos de rodillos se encuentran fuera de la corriente de polvo en la cáscara externa de la unidad. Por lo tanto no son un riesgo de sobrecalentamiento/chispas en el flujo de material. Además, los STET separador rodamientos están disponibles con capacidad de medición de temperatura de fábrica para detectar falla de rodamiento bien antes de alcanzaron las temperaturas peligrosamente altas. El sistema de banda y disco separador no plantean ningún riesgo mayor que otras máquinas giratorias convencionales. Los componentes de alto voltaje del separador STET también situados fuera de la corriente de material y contenidos en recintos herméticos al polvo. La máxima energía de una chispa a través de la brecha del separador está limitada por el diseño de los componentes de alto voltaje. Un nivel adicional de seguridad puede ser introducido a través de la purga con nitrógeno.
Harina de trigo integral de procesamiento por STET separador
Harina de trigo integral se deriva de la molienda del grano entero de trigo (salvado de, germen de, y endospermo). Disponible en el mercado, estándar, harina de trigo integral fue adquirido para su uso como material de prueba para evaluar la capacidad del separador STET para quitar el fibroso salvado y el germen de la fracción del endospermo con almidón de harina de trigo. Se analizó la muestra de harina de trigo integral por STET antes de comenzar la prueba. Contenido de cenizas fue probada por el Standard de la ICC 104 / 1 (900° C). Mediciones repetidas de la ceniza de la misma muestra, una muestra de alimento cuarto, mide 10 veces, se encontró que tienen un contenido de cenizas de 1.61%, una desviación estándar de 0.01 y una desviación estándar relativa de 0.7%. Análisis de tamaño de partícula fue realizada por difracción de láser utilizando un Malvern Mastersizer 3000 con un aparato de dispersión seca. Análisis de la proteína se realizan mediante el método de DUMAS, con un elemental rápido N exceder analizador de nitrógeno/proteínas. Un factor de conversión n x 6.25 se utilizó. A continuación se resumen las propiedades de la muestra de harina de trigo integral. (Ver tabla 7)
Tabla 7: Análisis de harina de trigo integral alimentación por STET
Contenido de cenizas y contenido de proteína fueron encontrados para ser muy repetible en la misma muestra, pero importante variabilidad fue identificada entre las múltiples bolsas de harina de trigo integral como la muestra de alimento. (Ver tabla 8) Esta variabilidad de la muestra de alimentación resultó en cierta dispersión en los datos de prueba.
Tabla 8: Resultados de harina de trigo integral por STET de la prueba de análisis de la separación
Pruebas de separación electrostática de la muestra de harina de trigo integral se realizó en el ST Equipment & Tecnología (STET) instalación de planta piloto en Needham, Massachusetts. La planta piloto de STET contiene dos separadores STET de escala piloto junto con equipo auxiliar utilizado para investigar la separación de materiales de fuentes de candidatos. Los separadores STET piloto son la misma longitud que un separador STET comercial, en 30 pies (9.1 metros) largo, sin embargo, la anchura de electrodo de separador de planta piloto es sólo 6 pulgadas de (150 mm), o una séptima parte del ancho del separador STET comercial más grande en 42 pulgadas de (1070 mm) ancho del electrodo. La capacidad de alimentación del separador STET es directamente proporcional a la anchura de los electrodos, por lo tanto, la velocidad de alimentación del separador de la planta piloto es una séptima parte la velocidad de alimentación de la unidad separador ancho comercial de 42 pulgadas. Fue la máxima velocidad de alimentación con harina de trigo integral 2.3 Toneladas por hora a escala piloto, que corresponde a 16 Toneladas por hora para el separador ancho comercial de 42 pulgadas. En comparación con la escala en que se han realizado hasta la fecha la mayoría de los estudios de separación electrostática, la prueba de separador STET se llevó a cabo a un ritmo considerablemente mayor alimentación. Las pruebas se realizaron en 10 kg (20 libra) pruebas por lotes, debido a consideraciones prácticas de suministro de 2.3 Toneladas por hora de alimentación continua. Condición de prueba para cada lote, los productos del proceso de separación se pesaron para calcular la recuperación total. Submuestras de cada prueba fueron recogidos y analizados por el contenido de cenizas y contenido de proteína.
Figura 8: STET piloto planta separador.
Medición de tamaño de partícula del alimento de harina de trigo integral y muestras de dos productos a continuación se muestra en la figura 9.
Figura 9: Medición de tamaño de partícula de harina de trigo integral de alimentación, y las dos muestras de productos.
Una imagen de los productos recuperados de la separación se incluye a continuación. (Ver figura 10) Un cambio de color notable se observó durante la separación, que la fracción de producto content ceniza alto considerablemente más oscura que la muestra de harina de trigo integral alimentación.
Figura 10: Productos típicos del proceso de separación de STET.
Se midió el contenido de cenizas para todos los productos del proceso de separación de. (Ver figura 11)
Figura 11: Prueba de ceniza contenido versus la recuperación total del producto bajo en cenizas para la separación de harina de trigo integral por STET
La prueba de la clasificadora electroestática de STET con harina de trigo integral demostró movimiento significativo de la alta ceniza (salvado de) fracción del grano de trigo para el electrodo positivo. El producto reducido ceniza fue posteriormente recogido en el electrodo negativo. Las pruebas se realizaron en un esquema solo paso, sin embargo, es posible realizar más actualización de cualquiera de los productos de separación mediante la realización de otra fase de separación. Futuro con el separador STET se llevará a cabo en muestras de salvado de trigo, así como de harina de maíz y leguminosas como Lupin.
Conclusiones
Revisión de la literatura relevante indica que se ha realizado investigación para el desarrollo de técnicas de separación electrostática de materiales orgánicos. Este desarrollo ha continuado o incluso se aceleró en el pasado 10 – 20 años, con muchos investigadores en Europa y los Estados Unidos aplicación de técnicas de separación electrostática a una amplia variedad de desafíos de reducción. De esta investigación, es evidente que los métodos electrostáticos tienen el potencial para generar nuevos, productos de la planta de mayor valor, u ofrecer una alternativa para métodos de proceso. Aunque alentando a separaciones de trigo, maíz y materiales vegetales base de lupin se han demostrado en el laboratorio y en cierta escala experimental de casos, los sistemas electrostáticos para demostrar estos resultados pueden no ser el equipo de proceso más convenientes o rentables para realizar tales separaciones sobre una base comercial. Muchas tecnologías electrostáticas no son adecuadas para proceso de finamente molido, polvos de baja densidad como los materiales de planta. Sin embargo, el equipo de ST & Tecnología (STET) triboelectrostatic separador de correa tiene la capacidad demostrada para procesar las partículas finas de 500 – 1 μm, altas tasas de. El separador de cinta STET es una alta tasa, dispositivo de procesamiento industrial probadas que puede ser adecuado para comercializar los últimos acontecimientos en el proceso material de la planta. El separador de la correa STET fue probado en una muestra de harina de trigo integral y fue encontrado para tener éxito en la eliminación del salvado de la fracción de almidón. Futuro con el separador STET se llevará a cabo en muestras de salvado de trigo, así como de maíz harina de legumbres como la soja y el altramuz.
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