Valige keel:
Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Abstraktne
Asjakohase kirjanduse ülevaade näitab, et on võetud märkimisväärseid uuringuid, et rakendada elektrostaatiliselt
eraldamine tehnikat granuleeritud taimset toitu kuivada (st, orgaaniliste) materjalid. See areng on kiirenenud varem 10 – 20 aasta, with many researchers in Europe and the United States applying electrostatic separation techniques to a wide variety of beneficiation challenges. Käesoleva uurimistöö, on ilmne, et elektrostaatilise meetodid võivad luua uus, higher-value plant products, või pakkuda alternatiivi märg töötlusviisid. Kuigi soodustada värvilahutuse teraviljad, pulse and oilseed materials have been demonstrated at the laboratory and in some cases, pilot scale, nende tulemuste tõendamiseks kasutatavad elektrostaatilised süsteemid ei pruugi olla sobivad või kulutõhus töötlemise seadmed selliste värvilahutuste tegemiseks ärilistel alustel;. Paljud elektrostaatilisi tehnoloogiad ei sobi protsessi peeneks jahvatatud, madala tihedusega pulbrid, nagu taimsed materjalid. Aga, ST seadmed & Tehnoloogia (STET) triboelectrostatic vöö eraldaja on tõestatud võime töödelda peenosakeste: 500 – 1 m. The STET belt separator is a high-rate, proovitud töötlemise seade, mis sobiva tõsimeeli Viimased edusammud orgaanilise materjali töötlemine. STET vöö eraldaja testiti terve nisujahu proovis ja leiti, et see on edukas, eemaldades kliid tärklisefraktsioonist. Tuleviku STET eraldaja testimine viiakse läbi nisu kliid proovidega, maisijahu
ja kaunviljad nagu soja ja lupiini.
Märksõnad: TRIBO-elektrostaatilise, Elektrostaatilise, Eraldamine, Fraktsioneeriv, Nisu, Tera, Jahu, Fiber, Valgu, Õliseemned, Kaunviljad
Sissejuhatus
Elektrostaatilised eraldamise meetodid on kasutatud viimase 50 aasta kommertstasandil beneficiation kohta
tööstuslike mineraalide ja jäätmete taaskasutust. Elektrostaatilise beneficiation kuiva granuleeritud taimset toitu (st, orgaaniliste) materjalid on uuritud üle 140 aasta, esimene patent elektrostaatilise lahuselu nisu jahu peenkliid täis nagu juba 1880. [1] Elektrostaatilise beneficiation võimaldab värvilahutuse surface keemia erinevuste põhjal (töö funktsiooni) või dielektrilised omadused. Mõnel juhul, neid eraldusi ei oleks võimalik kasutada ainult suuruse või tiheduse separeerimiste. Elektrostaatilised eraldamine süsteemid tegutsevad sarnastel põhimõtetel. Kõik elektrostaatilise lahususe süsteemid sisaldavad süsteemi osakesed elektriliselt laadimiseks, väliselt loodud elektrivälja eraldamise ilmnemine, ja meetodi vahendada osakesed ja sealt eraldamise seade. Elektri maksustamise võib ilmneda üks või mitu meetodid, sealhulgas juhtiv induktsioon, TRIBO-laadimine (pöörduge elektrifitseerimine) ja ion või corona laadimine. Elektrostaatilised eraldamine süsteemid kasutavad üht need maksustamise mehhanismid. [2]
Suur pinge rulli elektrostaatilise eraldamise süsteeme kasutatud paljudes valdkondades ning taotluste üks
komponent on elektriliselt juhtivam kui teised. Suur pinge rulli eraldajad taotlused on näiteks titaani pidades mineraalid eraldamine, Samuti taaskäitlemise rakendusteks, nt sortimine metall, plast. On mitmeid variante ja mõõtmete suur pinge kasutatakse ratastel süsteemid, kuid üldiselt, nad tegutsevad sarnastel põhimõtetel. Sööda osakeste nõutakse negatiivselt ioniseeriva koroona heakskiidu. Sööda osakeste kanduks pöörleval kettal, kui trumm on maandatud. Elektrit osakesed loobuma nende eest põhjendatud trumli pinnale kontakteerumisel. Trummel rotatsioon põhjustab juhtivaid osakesi visatakse trumli pinnalt ja deponeeritakse esimese toote Hopper. Puhastes osakesed säilitada oma elektrilaeng ja trumli pinnale kinnitatud. Lõpuks, hajutab puhastes osakesed elektrilaeng, või osakesed harjatakse trummel pärast seda, kui trummel on pööratud nii, et Mittejuhtivad osakesed deponeeritakse mittejuhtivas osakeshopper. Mõnedes rakendustes, keskpaigutushopper on paigutatud juhtivas ja mittejuhtivas tootehopper. Seda tüüpi eraldusseadise tõhusus on üldiselt piiratud osakestega, mis on suhteliselt jäme ja/või millel on kõrge konkreetne raskus, põhjusel, et kõik osakesed ühendust trumli pind. Lisaks, osakeste voolu dünaamika on oluline, sest nurkne hoog on lõppkokkuvõttes vastutav osakeste transportimise eest trumli pinnast vastava toote. Õhuhoovused mõjutavad kergesti peeneid osakesi ja madala tihedusega osakesi ning seega vähem tõenäoline, et see visatakse trummel prognoositaval alal. [2] [3] [4]
Suur pinge vöö eraldaja on suur pinge variant rulli eespool kirjeldatud eraldaja. Sööda osakeste on hajutatud ühtlaselt kogu elektriliselt maandatud konveierilindi laius. Osakesed tuleb maksta, tavaliselt poolt negatiivne koroona, Kuigi muud maksustamise mehhanismid on võimalik. Uuesti juhtiv osakesed annavad saavad elektrilaengu kuni põhjendatud konveierilindi, Kuigi puhastes osakesed säilitada nende eest. Juhtiv osakesed langevad välja serva vöö raskusjõu, Kuigi puhastes laetud osakesed on "kaotada" off vöö pinna elektrostaatilised jõud. Uuesti tõhusaks eraldamiseks, Kõik osad peavad klemmide vöö, mis võimaldab elektrit juhtivate osakeste loobuma oma tasuta vöö. Seetõttu, ainult ühe kihina osakesi saab toimetada eraldaja samal ajal. Nagu sööda osakeste suurus on väiksem, töötlemise seade on vähendatud. [5] [6]
Paralleelse plaadi elektrostaatilise eraldajad põhinevad tavaliselt eraldab osakesed ei alusel juhtivus, kuid surface keemia erinevuste kohta, mis võimaldab elektri tasuta üleandmist Hõõrdepind. Osakesed on elektriliselt laetud jõuline sattumisel muud osakesed, või kolmas pinda nagu metall või plastik näidatakse soovitud tribo-laadimise omadused. Materjale, mis on electronegative (tribo-elektrilised seeria negatiivne otsas asub) elektronid Eemalda pinnalt tribo-laadimine ja omandada seega puhas negatiivne laeng. Kokku, materjalid, mis on positiivne lõpus TRIBO-elektriline seeria annetada elektronid ja tasu positiivselt. Laetud osakesed tuuakse seejärel vahel kahe paralleelse plaadi elektroodi erinevate transpordivahendite poolt tekitatud elektrivälja (raskusastme, Pneumaatilised, vibratsiooni). Juuresolekul elektrivälja, laetud osakesed liikuma dokumentideta laetud elektroodide ja on võetud vastava toote punkrid. Uuesti, segu osakesi sisaldavate peenkliid murd võib või ei tohi kogutud, sõltuvalt konfiguratsioonist eraldamise seade. [4] [7]
Joonis 1: Suur pinge rulli eraldaja skeem (vasakule) ja paralleelse plaadi vabalanguses eraldaja (õigus).
Tabel 1: Kokkuvõte levinud elektrostaatilise eraldamine seadmed.
Juhul 1 – Nisu ning nisu kliid Beneficiation.
Nisukliid on tavaline nisu freesimine kõrvalsaadus, esindavad 10-15% nisu tera. Sealhulgas viljakesta välimine kiht koosneb nisukliid, Testa, ja aleuroonkihist. Nisukliid sisaldab enamikku mikrotoitained, Fiber, ja fütokemikaalid, mis sisalduvad teraviljast, inimestele on tõendatud kasu tervisele. [8] Oluliselt huvitatud eraldamise ja beneficiating nisukliid on teatatud. Ajalooliselt huvipakkuvaid eraldamine nisukliid oli parandada kvaliteeti ja jahu toote väärtusest. Aga, uuemates huvi on kirjeldatud väärtuslike komponentide toibumas nisukliid.
Aastal 1880, Thomas Osborne patenteeritud esimene kaubanduslik elektrostaatilise eraldaja eemaldamiseks jahu-peenkliid-kliid. Eraldaja koosnes rullides kaetud kummist või samaväärsest materjalist, võiks süüdistus elektriliselt kaudu korraldatav hõõrdumisel tribo vill. Kuigi ei kirjeldatud, eeldada kummi rullides omandatud negatiivne laeng võrreldes vill, kooskõlas enamiku tribo-elektrilised seeria. Elektriliselt laetud rullides siis meelitas positiivselt laetud kliid fiber osakesi, vahendada neid rulli pind kuni kinnitatud fiber osakesi on harjatud pinnast rulli. See (võetud) positiivse laadimise imporditavate on vastuolus teiste poolt teatatud tulemused. TRIBO korraldatav kliid osakeste aitas all seadme õhk fluidizing, mis oli kasulik põhjustab hõredam kliid osakesed pinnale, lähemale rullis. [1]
Aastal 1958 aparatuuri kliid ja endosperm jahu peenkliid sisalduva elektrostaatilist eraldamiseks avalikustasid Branstad töötavad General Mills in patent esitamise. Seadme koosnes paralleelse plaadi eraldaja, kus toimetanud osakeste vahel kahest plaadist vibratsioon. Kliid osakesed, küsitud Hõõrdepind endosperm osakeste, võeti siis tagasi, et top elektroodide kaudu mulke top elektrood. [9]
Aastal 1988 kaubanduslike nisukliidest pärit aleuroonkihist taastamise seade ja protsess avaldati patenditaotlus-. Kaubanduslik nisukliid koos algus aleurone sisu 34% oli rikastatud kontsentraat 95% kell 10% mass saagis (28% aleurone taastamine) haamer freesimine kombineerides, kui suurus määratakse sõelumine, elutriation ja elektrostaatilised eraldamine paralleelse plaadi elektrostaatilise proovijagaja abil. Õhu elutriator seadme olid laetud osakesed, mis on kaks ülesannet kõrvaldada trahvid (<40 m) , edastades, samal ajal, kui samal ajal on aleuroonkihist osakesed positiivsed (negatiivse elektrode plaadi aruandlus) ja perikarp/TESTA osakesed negatiivsed. Kliide segu osakeste suurust kontrollis hoolikalt vasara jahvatamise ja mitmetasandilise sõeluuringu, et saada sööta, mis on enamasti 130 – 290 μm vahemikus. [10]
Hiljutine töö aleurooni taastumisel nisukliidest jätkub. Aastal 2008, Buhler AG patenteeritud elektrostaatilise eraldusseadise, mis eraldab aleuroonkihist osakesi koorelt valmistatud kliide osakestest. Seadme üks kehastus koosneb rotoris, mis tegutseb kitsalt suurusega töötlemisalas, mis võimaldab osakeste ja osakeste ning osakese-seina kontakti ja järgneva TRIBO laadimise. Seejärel veetakse laetud osakesed mehaaniliselt eraldusanuma, mis sisaldab paralleelplaadi elektroodide. Osakesed langevad läbi eraldusanuma gravitatsiooni, Kui Diferentsiaalselt laetud osakesed liiguvad elektriliselt laetud elektroodide suunas elektrivälja mõjul. [11] Kui koos söödakliide ja mehaaniliste sortimismeetodite nõuetekohase suuruse, aleuroonkihist kontsentratsioonid kuni 90% on teatatud. [12] [8]
Joonis 2: Lisatud: Hemery et al, 2007 [8].
TRIBO-maksustamise ja corona laadimine, Electrostatics, hajutatud meedia teadus üksuses töötajate viinud läbi katseid nisukliid, Poitiers Ülikool, Prantsusmaa 2010. Teadlased mõõdeti pinnakatte ja pinna võimalikku lagunemise aega nisukliide 10% niiskus ja lüofiliseeritud (külmkuivatatud) nisukliid. Eraldamine katse viidi läbi proovi 50% külmkuivatatud nisukliid ja 50% külmkuivatatud aleuroonkihist sööt, kasutades turvavöö tüüpi Corona elektrostaatilise eraldusjoone. (Joonis 3) Eraldamise tulemused laboratoorsed skaala corona eraldaja märgitud 67% aleurone ning taastati hopper dirigent, ning vaid 2% nisukliide teatada hopper dirigent. TRIBO-laadimise katsete läbiviimise ka nisukliid ja aleurone, kuid ainult pinna erikulu mõõta [µC/g] iga osa kohta, mitte taastuvaid tooteid elektrostaatilisest eraldist. Nii söödamaterjalide olid laetud, kasutades tefloniga kontaktpind. Nisukliide ja aleurone neid kajastatakse maksustamise suhtes tefloni positiivsed, mis omakorda on väga electronegative. Tasu suuruse leiti sõltub tegeva rõhkude tribo-laadijale, võib oletada, et suurem turbulentsi toob kaasa rohkem kontakte ja täiuslikum tribo-laadimine. [13]
Joonis 3: Lisatud: Dascalescu et al, 2010 [13]
Aastal 2009, teadlased hinnatud elektrostaatilised laadimise omadused aleurone rikas ja koor rikas söödamaterjalide. [14] Aastal 2011 teadlased läbi elektrostaatilise eraldamine katsetamist proovidega imporditavate peeneks jahvatatud katse elektrostaatilise plaat proovijagaja abil (Kindlate Impordiväärtuste süsteem, TRIBO voolu värvilahutus, Lexington, USA). Kindlate Impordiväärtuste süsteem kasutab laadimise rida, kui sööda osakeste tuuakse rahutu suruõhu oja, ja pneumaatiliselt asjaomasele valitsusele edastatud kaudu laadimise rida eraldamine koda. Osakesed on TRIBO-laetud osakeste poolt osakeste kokkupuutega, Kui osakeste ühendust laadimise rea pinnaga. Kindlate Impordiväärtuste süsteem saadud tulemusi näidanud elektrostaatilise eraldamine jõustus täiendamisel imporditavate aleurone ja beeta-glükaani sisaldus. Huvitav, osa materjali, mis sisaldab kõrgeima aleurone lahtri sisu, kell 68%, oli väga hea (D50 = 8 m) osa, et laadimine toru sisse. Ei ole selge, miks see materjal eeliskorras Korea Vabariigi laadimise seade, aga, selles ei sätestata, et võime protsessi aleurone lahtrite sisu võib nõuda elektrostaatilise tehnikat, mis on võimeline töötlemiseks väga peene pulbrina. Peale selle, See töö näitas, et sööda ettevalmistamine ning nisukliid oli oluline. Hammer Mill krüogeensed tükeldamine valmis proovist leiti vähem täielikult lahutada (vabanenud) Kui jahvatatud pressimisettevõttes mõju tüüp ümbritseva õhu temperatuuril. [15] [16]
Joonis 4: Lisatud: Hemery et al, 2011 [16]
Tehtud tööd: nisukliid arabinoxylans kontsentratsioon uurinud elektrostaatilise meetodid. Teadlased kasutada labori skaala elektrostaatilise eraldaja koosneb laadimise toru ja eraldamine koda, mis sisaldavad kahe paralleelse plaadi elektroodi. Kroovitud nisukliid oli laadimise toru sisse ja toimetatud pneumaatiliselt eraldamine kambrit tihendatud lämmastiku. Turbulentsi ja suure kiiruse laadimise torus olemas vajalik tribo-maksustamise osakeste kontakt. Laetud osakesed (toodete eraldamine) koguti analüüsimiseks elektroodide pinnalt. Elektroodide vertikaalse asetuse tõttu palju materjali on kogutud. Tavapäraste electrostatics edasiseks töötlemiseks võib taaskasutada peenkliid murd, aga, See eksperiment tähenduses, elektroodid ei kogutud materjali peeti kadunud. Teadlased teatanud tõusu nii toote klass (arabinoksülani sisaldus tootes) lahutamise efektiivsus kui edastades kiirus suurenes. [17]
Märkimisväärseid beneficiate nisukliid elektrostaatilise meetoditega on kokku võetud alltoodud tabelis 2.
Tabel 2: Elektrostaatilise meetoditega hinnata beneficiate nisukliid ülevaadet.
Juhul 2 – Proteiin toibumine lupiini jahu
Teadlaste Wageningen toidu protsessi tehnika grupp, Madalmaad, hinnata potentsiaali kasutades kaunviljad valgu rikastamiseks. Hernes ja lupiini jahu kasutati kanalitena erinevaid valgu rikastamise meetodeid, sealhulgas elektrostaatilise eraldamine koos õhu klassifikatsioon. Töötlemata hernes ja lupiini seemned olid esmalt peenestatud ligikaudu 200 m. Söödatoorainete klassifikatsioon ja elektrostaatilised eristamine olid seejärel jahvatatud, kasutades mõju tüüp mill sisemine klassifitseerijale (Hosokawa-ülese ZPS50). Keskmine osakese suurus (D50) registreeriti ligikaudu 25 Herne jahu m, ja umbes 200 lupiini jahu m, enne õhu klassifikatsioon. Lõpuks, iga proovi osa, hernes ja lupiini jahu, tehti siis õhu salastatud (Hosokawa-ülese ATP50). Elektrostaatilised eraldaja sööda koosnes nii töötlemata jahu, Samuti kursuse ja peene toote kohta õhu klassifitseerimisel. [18]
Katsete ajal elektrostaatilist eraldamise seade oli paralleelse plaadi tüüp, kasutades triboelektrilise laadimise teel teostatud 125 mm pikkus toru laadimine, osakeste pneumaatiliselt toimetada tihendatud lämmastiku. Seade on sarnane seade, mida kasutatakse Wang et al. konfiguratsioon (2015). [17] Elektrostaatilised eraldamine katsete läbiviimise maa Herne jahu ja lupiini jahu, ning õhuklassifitseerimisel saadud hernesjahu ja lumännisjahu kursust ja peeneid fraktsioone. Herne jahu näitas ainult väike liikumine valgu elektrostaatilise testimisel. Aga, lupiini jahu näidanud märkimisväärne liikumine kõik kolm proovide proteiini (jahvatatud jahu- 35% valgu, kroovitud salastatud trahvid – 45% valgu, jahvatatud salastatud jäme- 29% valgu). Valgurikkad tooted ligikaudu 60% iga uuritud proovide kolm lupiin maandatud elektroodis jäetud. [18]
Juhul 3 – Mais kiu eemaldamine
Põllumajandus- ja bioloogiliste inseneri osakonna teadlaste, Mississippi Ülikool läbi jahvatatud maisijahu elektrostaatilise katsetamine, kusjuures eesmärgiks on kõrvaldada fiber. Elektrostaatilised eraldamise seade koosnes konveierilindi koos negatiivse elektroodi, asetatakse konveierile lõpus. Positiivselt laetud osakesed, kiudude osakesed, Sel juhul, konveierilindi välja tõsta ja jagada teise punker. -Fiber osakesi kukkus maha konveierilindi raskusjõu ja esimese toote punkrist hoiule. Autorid kirjeldavad, kuidas elektri laadimine toimub. Et see eraldaja söödatooraine oli suhteliselt jäme, osakeste suurused alates sööda 12 võrgusilma (1,532 m) et 24 võrgusilma (704 m). See ei ole, mis on undersize (<704 m) uuringu käigus töödeldi materjali. Iga katsetingimus viidi lõpule, kasutades 1 kg söödamaterjali, mis oli ühtlaselt hajutatud üle vöö. [6]
Joonis 5: Lisatud: Pandya et al, 2013 [6]
Mississippi osariigi teadlased lõpetanud elektrostaatiliste eraldamise katsed karastatud maisi jahu, karastatud maisijahu fraktsioonid ja õhu klassifitseerimisel saadud kiud-rikkad fraktsioonid. Elektrostaatilist testimist ei viidud läbi õhu klassifitseerimisel taastatud madala kiudainesoogudega. Elektrostaatilise eraldamise tulemuste analüüs on esitatud allpool:
Tabel 3: Tulemused kiu eraldamine on esitatud Pandya et Al, 2013 [6]
Juhul 4 – Valgu kontsentratsioon õliseemnete
Õliseemned nagu vägistatud (Canola), Päevalill, Sesame, Sinep, sojaoa-Corn idu, ja linaseemned sisaldavad üldjuhul olulist kogust nii valku kui ka kiudaineid. Töötlemise tehnoloogiad kiu eemaldamiseks, ja seega suurendada valgu sisaldust, muutub üha olulisemaks, kuna ülemaailmne nõudlus valgu järele suurendab. [19] Prantsuse National Institute teadlaste poolt tehtud töö põllumajandusteaduse uuris üliväikeste koos elektrostaatiline töötlemine päevalille seemne jahu jahvatamine, suunata valgu. Sööda päevalille sööki proovid olid jahvatatud pressimisettevõttes mõju osakestest ümbritseva õhu temperatuuril (D50) ning 69.5 m. Katsetamiseks kasutatav elektrostaatilise eraldaja oli paralleelse plaadi ühendus, kus oli esmane maksustamismehhanismi tribo-laadimine. Tribo-laadimine toimus ülesvoolu tribo tasulise liini elektroodid, osakeste neile edastada laadimise rida, ja elektroodid, Via pneumaatiline transport. Valgu leiti eest positiivse (aruandluse negatiivne elektrood) ja kiudaine fraktsioon leiti, et ta vastutab negatiivselt. Valkude selektiivsus osutus kõrge. Söödavalgu 30.8%, valgurikka toote mõõtmise 48.9% ja valgu kahanenud (kiud-rikas) ainult toote mõõtmine 5.1% valgu. Valgu taastumine oli 93% positiivsele tootele. Tselluloos, hemicselluloosi, ja lignati hinnati ning leiti, et nad esitavad aruande negatiivse laetud toote, Vastupidiselt valgu. [20]
Tabel 4: Päevalilleseemnete eraldamise tulemused, mis on reprodutseeritud Barakat et Al, 2015 [20]
Aastal 2016, viidi läbi Täiendav uuring, kasutades peeneks jahvatatud rapsiõli seemnejahu, või rapsiõli koogikesi (Roc), Kui sööt elektrostaatilise eraldusprotsessi. Jällegi ultrapeen freesimine ümbritseva õhu temperatuuril viidi läbi nuga veski seade (Retsch SM 100). Jahvatatud materjal, osakeste keskmise suurusega (D50) ligikaudu 90 m, töödeldud katseskaala paralleelplaadi eraldusjoone abil (Kindlate Impordiväärtuste süsteem, TRIBO voolu värvilahutus). TEP süsteem kasutab triboelectric laadimine pneumaatiline transportimise osakesed läbi kõrge rõhu laadimisliini all turbulentse tingimused. Ühe läbiv eralduskatse koos TEP-süsteemiga tõi kaasa valgu olulise kontsentratsiooni, mille söödavalk on 37%, positiivselt laetud toote valgu tase 47% ja negatiivse laetud toote valgu tase 25%. Viidi läbi täiendavad lahususe etapid, lõpuks toota valgurikas toode 51% valgu 3 järjestikused eraldusetapid. [21]
Tabel 5: Rapsiõli seemnejahu eraldamise tulemused, mis on reprodutseeritud Basset et Al, 2016 [21]
Arutelu
Asjakohase kirjanduse ülevaade näitab, et on võetud märkimisväärseid uuringuid, et töötada välja orgaaniliste materjalide elektrostaatilised eraldusmeetodid. See areng on minevikus jätkunud või isegi kiirendanud 10 – 20 aasta, paljud teadlased Euroopas ja Ameerika Ühendriikides elektrostaatilise eraldamine tehnikat rakendada erinevaid beneficiation probleeme. Käesoleva uurimistöö, on ilmne, et elektrostaatilised meetodid võivad tekitada uusi, kallimate taimsete toodete, või pakkuda alternatiivi märg töötlusviisid.
Kuigi teraviljaterade värvilahutuste soodustamine, Kaunviljad, ja õliseemnete materjale on laboris tõendatud ja mõningatel juhtudel katseskaalal, nende tulemuste tõendamiseks kasutatavad elektrostaatilised süsteemid ei pruugi lõppkokkuvõttes olla kõige sobivamad või kulutõhusad töötlemisseadmed selliste värvilahutuste tegemiseks ärilistel alustel.. Olemasolevaid kommertselektrostaatilisi süsteeme kasutatakse kõige sagedamini mineraalide eraldamiseks, metallid või plastid. Mineraalid ja metallid on suhteliselt tihedad materjalid, millel on suur, võrreldes Taimse materjaliga. Isegi mineraalide ja metallide suure spetsiifilise raskusastmega, ja paralleelplaadi elektrostaatilise separaatorite efektiivne osakeste suuruse piirang on suhteliselt jäme, väheste osakestega alla 100 μm näiteks. Plastid on madalama tihedusega kui nii mineraalid kui ka metallid, kuid neid töödeldakse sageli jämeda osakeste suurusega, näiteks plasthelvestena. The introduction of fine particles creates operational difficulties for both high-tension roll and parallel plate separators. Trahvi, madala tihedusega osakesed on väga tundlikud õhuvoolu suhtes, eelkõige mineraalide ja metallidega võrreldes. Väikesed erinevused õhuvoolu sees eraldusseadmes mõjutavad peenosakeste reisiteed, muude kui elektrostaatilise põllul tekkinud jõududele..
Enamiku paralleelplaadi eraldussüsteemide jaoks, peenestatud ja madala tihedusega osakesed, mis on elektrostaatiliselt laetud, kogutakse paralleelplaadi separaatorite elektroodide. Kui neid peeneid elektriliselt kinnitatud osakesi ei eemaldata pidevalt, elektrilist väljatugevust ja efektiivsust seadme halvendada. Toiduprotsessi inseneri grupi Wageningen UR teadlaste töö (Wang et Al, 2015) took advantage of this phenomenon to collect samples off the surface of the electrodes of the parallel plate separator to analyze the products of the separation. Parallel plate separator systems, particularly those that rely upon gravity to convey particles through the electric field, have attempted to address this problem in several ways. Stone et al (1988) kirjeldatud protsess, kus eemaldati peenosakeste ülesvoolu elektrostaatilise eraldaja poolt õhu elutriation. [10] Teised on teatanud, et säilitada laminaarse õhu voolamisel üle elektroodide peenosakeste takistada neid mõjutaksid ebamugavusi oja. [22Aga, laminaarse õhuvoolu säilitada muutub raske, sest eraldamise seade muutub suuremaks, tõhusalt piirata selliste seadmete töötlemise võimsus. Lõpuks osakestest, mille komponendid on füüsiliselt eraldi teiste (eraldiseisvate osakesed käesoleva), suurim draiver osakeste suuruse määramisel kus töötlemine peab toimuma.
Nagu eespool mainitud, tavalise elektrostaatilise eraldamine seadmed on piiratud tootmismahu, especially with low-density and finely ground powders such as plant materials. For high-tension drum and belt separation devices, the effectiveness is limited to particles that are relatively coarse and/or have high specific gravity, põhjusel, et kõik osakesed ühendust trumli pind. As particles become smaller the processing rate is reduced. Parallel plate separators are further limited by the particle density that can be processed in the electrode zone. Particle loading must be relatively low to prevent space charge effects.
ST seadmed & Technology Belt Separator
ST seadmed & Tehnoloogia (STET) triboelectrostatic vöö eraldaja tõendatud võimaldab töödelda peenosakeste: 500 – 1 m. STET-separaatoriks on paralleelplaadi elektrostaatiline eraldaja, aga, elektroodiplaadid on horisontaalselt suunatud, erinevalt vertikaalselt, nagu see on enamikus paralleelsetes plaadieraldajates. (See Figure 6) Peale selle, STET-eraldaja saavutab osakeste tribolaadimise ja samaaegselt edastatava kiire avatud võrgukonveierilindi abil. See funktsioon võimaldab nii väga kõrge spetsiifiline töötlemise määr sööda, samuti võime töödelda pulbriid palju peenemalt kui tavalised elektrostaatilised seadmed. This type of separation device has been in commercial operation since 1995 põletamata süsiniku eraldamine lendtuha mineraalidest (tüüpiline D50 ligikaudu 20 m) in coal-fired power plants. See elektrostaatiline eraldusseade on olnud edukas ka teiste anorgaaniliste materjalide, sealhulgas mineraalid, nagu kaltsiumkarbonaat, Talk, barüüdi, ja teised.
STET eraldaja põhiandmed on kujutatud joonisel 7. Osakesed võetakse triboelektrilist efekti kasutades osakeste ja osakeste kokkupõrgete kaudu elektroodide vahelise lõhe. Elektroodide rakendatav pinge on vahemikus ± 4 kuni ± 10 kV maapinna suhtes, andes kokku pinge erinevus 8 – 20 kV üle väga kitsas elektroodide vahe peaaegu 1.5 cm (0.6 Tolli). Sööda osakeste tutvustatakse STET eraldaja ühes kolmes kohas (Sööda sadamate) läbi edasimüüja õhuslaidi süsteemi nuga värava klapid. STET eraldaja toodab ainult kaks toodet, negatiivselt laetud osakeste voog kogutud positiivselt laetud elektroodi, ja positiivselt laetud osakeste voog kogutud laenguga elektrood. Tooted edastatakse igale STET eraldaja iga otsa otsast eraldusvööga ja viiakse eraldajast välja raskusastmega. STET eraldaja on peenkliid toota või recycle oja, Kuigi mitme pass koosseisud parandada toote puhtuse ja/või taastamine on võimalik.
Joonis 6: STET Triboelectric vöö eraldaja
Osakesed veetakse läbi elektrode lõhe (eraldustsoon) pidev tsükkel, avatud võrgusilma vöö. Vöö töötab suurel kiirusel, muutuja 4 et 20 m/s (13 – 65 jalga/s). Vöö geomeetria aitab pühkima elektroodide pinnalt peenosakesed, preventing the accumulation of fine particles that degrade the performance and voltage field of traditional free-fall parallel plate type separation devices. Lisaks, vöö tekitab kõrge õhuke, kõrge turbulentsustsooni kahe elektroodide vahel, tribomaksustamise edendamine. Separaatori vöö vastuvoolu võimaldab pidevat laadimist ja taaslaadimist või osakesi separaatoris, eelmaksustamissüsteemi vajalikkust STET-i eraldajast ülesvoolu.
Joonis 7: Fundamentals of operation of STET Belt Separator
STET-eraldaja on kõrge söödakiirus, kaubanduslikult tõestatud töötlemissüsteem. STET-separaatori maksimaalne töötlemisvõimsus on enamasti mahulise söötmiskiiruse funktsioon, mida saab elektroodide kaudu STET-i eralduslindi abil edastada.. Muud muutujad, nagu turvavöö kiirus, elektroodide ja pulbri gaseeritud tiheduse vaheline kaugus, on maksimaalne söödakiirus, tavaliselt vähemal määral. For relatively high-density materials, for example, veidi, maksimaalne töötlemismäär, mille 42 tolli (106 cm) elektroodide laius kaubanduslik eraldusseade on ligikaudu 40 – 45 Tonni tunnis sööda. Vähem tihe söödatooraine, maksimaalne söödakiirus on väiksem.
Tabel 6: Approximate maximum feed rate for various materials processed with STET 42 inch electrostatic separator.
Dust explosions are a major hazard in grain and other organic powder processing operations. The STET separator is suitable for processing combustible organic powders with only minor modifications. There are no heated surfaces in the STET separator. The only moving parts are the separator belt and drive rollers. The roller bearings are located outside of the powder stream on the external shell of the unit. Therefore they are not a risk for overheating/sparking in the material stream. Peale selle, the STET separator bearings are available with factory fitted temperature measurement capability to detect bearing failure well before dangerously high temperatures are reached. The separator belt and drive system pose no higher risk than other conventional rotating machinery. The STET separator high voltage components are also located outside of the material stream and contained in dust-tight enclosures. The maximum energy of a spark across the separator gap is limited by the design of the high voltage components. An additional level of safety can be introduced via nitrogen purging.
Whole Wheat Flour Processing by STET Separator
Whole wheat flour is derived from grinding the entire grain of wheat (bran, germ, and endosperm). Commercially available, off-the-shelf, whole wheat flour was purchased for use as test material to evaluate the capability of the STET separator to remove the fibrous bran and germ from the starchy endosperm fraction of wheat flour. The whole wheat flour sample was analyzed by STET prior to beginning the testing. Ash content was tested by ICC Standard 104 / 1 (900°C). Repeated ash measurements of the same sample, an unseparated feed sample, measured 10 times, were found to have an ash content of 1.61%, a standard deviation of 0.01 and a relative standard deviation of 0.7%. Particle size analysis was completed by laser diffraction using a Malvern Mastersizer 3000 with a dry dispersion apparatus. Protein analysis was conducted using the DUMAS method, with an Elementary rapid N exceed nitrogen/protein analyzer. A conversion factor of N x 6.25 was used. The various properties of the whole wheat flour sample are summarized below. (See Table 7)
Tabel 7: Analysis of whole wheat flour feed by STET
Ash content and protein content were found to be very repeatable when tested in the same sample, but significant variability was identified between the multiple bags of whole wheat flour used as the feed sample. (See Table 8) This feed sample variability resulted in some scatter in the test data.
Tabel 8: Analysis of separation test results of whole wheat flour by STET
Electrostatic separation testing of the whole wheat flour sample was performed at the ST Equipment & Tehnoloogia (STET) pilot plant facility in Needham, Massachusetts. The STET pilot plant contains two pilot scale STET separators along with ancillary equipment used to investigate the separation of materials from candidate sources. The pilot-scale STET separators are the same length as a commercial STET separator, kell 30 Jalga (9.1 meetrit) pikk, aga, the pilot plant separator electrode width is only 6 Tolli (150 mm), or one-seventh the width of the largest commercial STET separator at 42 Tolli (1070 mm) electrode width. The feed capacity of the STET separator is directly proportional to the width of the electrodes, therefore, the feed rate of the pilot plant separator is one-seventh the feed rate of the 42-inch wide commercial separator unit. The maximum feed rate with whole wheat flour was 2.3 Tons per hour at pilot scale, which corresponds to 16 Tons per hour for the 42-inch wide commercial separator. In comparison to the scale at which the majority of the electrostatic separation studies have been conducted to date, the STET separator testing was carried out at a considerably higher feed rate. Testing was performed in 10 kg (20 pound) batch tests, due to the practical considerations of supplying 2.3 Tons per hour of feed continuously. For each batch test condition, the products of the separation process were weighed to calculate the mass recovery. Subsamples from each test were collected and analyzed for ash content and protein content.
Joonis 8: STET Pilot Plant Separator.
Particle size measurement of the whole wheat flour feed and two product samples is shown below in Figure 9.
Joonis 9: Particle size measurement of whole wheat flour feed, and the two separated product samples.
A picture of the recovered separation products is included below. (See Figure 10) A noticeable color shift was observed during the separation, which the high ash content product fraction considerably darker than the feed whole wheat flour sample.
Joonis 10: Typical products recovered from the STET separation process.
Ash content for all products from the separation process was measured. (See Figure 11)
Joonis 11: Ash content versus the mass recovery of low ash product for whole wheat flour separation tests by STET
Testing of the STET electrostatic separator with whole wheat flour demonstrated significant movement of the high ash (bran) fraction of the wheat kernel to the positive electrode. The reduced ash product was subsequently collected on the negative electrode. Testing was performed on a single pass scheme, aga, it is possible to perform further upgrading of either of the separation products by performing another separation stage. Tuleviku STET eraldaja testimine viiakse läbi nisu kliid proovidega, as well as corn flour and legumes such as Lupin.
Conclusions
Asjakohase kirjanduse ülevaade näitab, et on võetud märkimisväärseid uuringuid, et töötada välja orgaaniliste materjalide elektrostaatilised eraldusmeetodid. See areng on minevikus jätkunud või isegi kiirendanud 10 – 20 aasta, paljud teadlased Euroopas ja Ameerika Ühendriikides elektrostaatilise eraldamine tehnikat rakendada erinevaid beneficiation probleeme. Käesoleva uurimistöö, on ilmne, et elektrostaatilise meetodid võivad luua uus, kallimate taimsete toodete, või pakkuda alternatiivi märg töötlusviisid. Although encouraging separations of wheat, corn and lupin-based plant materials have been demonstrated at the laboratory and in some cases pilot scale, the electrostatic systems used to demonstrate these results may not be the most suitable or cost-effective processing equipment to perform such separations on a commercial basis. Paljud elektrostaatilisi tehnoloogiad ei sobi protsessi peeneks jahvatatud, madala tihedusega pulbrid, nagu taimsed materjalid. Aga, ST seadmed & Tehnoloogia (STET) triboelectrostatic vöö eraldaja on tõestatud võime töödelda peenosakeste: 500 – 1 µm at high rates. STET vöö eraldaja on kõrge, industrially proven processing device that may be suitable to commercialize the recent developments in plant material processing. STET vöö eraldaja testiti terve nisujahu proovis ja leiti, et see on edukas, eemaldades kliid tärklisefraktsioonist. Tuleviku STET eraldaja testimine viiakse läbi nisu kliid proovidega, as well as corn flour and pulses such as soy and lupin.
Viited
[1] T. B. Osborne, “Middlings-Purifier”. United States of America Patent 224,719, 17 Veebruar 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Hanumantha Rao and K. Forsberg, “Review of electrical separation methods – Osa 1: Aluspõhimõtteid,” Mineraalid & Metallurgiline töötlemine, Vol. 17, Ei. 1, PP. 23-36, 2000.
[3] J. Elder and E. Yan, “eForce – Newest generation of the electrostatic separator for the minerals sands industry,” in Heavy Minerals Conference, Johannesburg, 2003.
[4] R. H. Perry and D. W. Green, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook Seventh Edition, New York: McGraw-Hill, 1997.
[5] S. Messal, R. Corondan, Ma. Chetan, R. Ouiddir, K. Medles and L. Dascalescu, “Electrostatic separator for micronized mixtures of metals and plastics originating from waste electric and electronic equipment,” Journal of Physics, Vol. 646, PP. 1-4, 2015.
[6] T. S. Pandya, R. Srinivasan and C. P. Thompson, “Fiber Separation for Ground Corn Flour Using an Electrostatic Method,”Cereal Chemistry, Vol. 90, Ei. 6, PP. 535-539, 2013.
[7] L. Brändid, P. M. Beier, and I. Stahl, Elektrostaatilised eraldamine, Weinheim: Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.
[8] Y. Hemery, X. Rouau, V. Lullien-Pellerin, C. Barron and J. Abecassis, “Dry process to develop wheat fractions and products with enhanced nutritional quality,” Journal of Cereal Science, Ei. 46, PP. 327-347, 2007.
[9] W. A. Brastad and E. C. Gear, “Method and Apparatus for Electrostatic Separation”. United States of America Patent 2,848,108, 19 August 1958.
[10] B. A. Stone and J. Minifie, “Recovery of Aleurone Cells from Wheat Bran”. United States of America Patent 4,746,073,24 Võib 1988.
[11] A. Bohm and A. Kratzer, “Method for Isolating Aleurone Particles”. United States of America Patent 7,431,228, 7 Oktoober 2008.
[12] J. A. Delcour, X. Rouau, C. M. Courtin, K. Poutanen and R. Ranieri, “Technologies for enhanced exploitation of the health-promoting potential of cereals,” Trends in Food Science & Tehnoloogia, PP. 1-9, 2012.
[13] L. Dascalescu, C. Dragan, M. Bilici, R. Beleca, Y. Hemery and X. Rouau, “Electrostatic Basis for Separation of Wheat Bran Tissues,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 46, Ei. 2, PP. 659-665, 2010.
[14] Y. Hemery, X. Rouau, C. Dragan, R. Bilici and L. Dascalescu, “Electrostatic properties of wheat bran and its constitutive layers: Influence of particle size, composition, and moisture content,” Journal of Food Engineering, Ei. 93, PP. 114-124, 2009.
[15] Y. Hemery, M. Chaurand, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, V. Piironen, A. Sadoudi and X. Rouau, “Potential of dry fractionation of wheat bran for the development of food ingredients, part I: Influence of ultra-fine grinding,” Journal of Cereal Science, Ei. 53, PP. 1-8, 2011.
[16] Y. Hemery, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, T. Nurmi, V. Piironen, M. Edlemann and X. Rouau, “Potential of dry fractionation of wheat bran for the development of food ingredients, part II: Electrostatic separation of particles,” Journal of Cereal Science, Ei. 53, PP. 9-18, 2011.
[17] J. Wang, E. Smits, R. M. Boom, and M. A. Schutyser, “Arabinoxylans concentrates from wheat bran by electrostatic separation,” Journal of Food Engineering, Ei. 155, PP. 29-36, 2015.
[18] P. J. Pelgrom, J. Wang, R. M. Boom, and M. A. Schutyser, “Pre- and post-treatment enhance the protein enrichment from milling and air classification of legumes,” Journal of Food Engineering, Ei. 155, PP. 53-61, 2015.
[19] D. Chereau, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Motte, S. Belaid, J. Ventureira and M. Lopez, “Combination of existing and alternative technologies to promote oilseeds and pulses proteins in food applications,” Õliseemned & fats Crops and Lipids, Vol. 23, Ei. 4, PP. 1-11, 2016.
[20] A. Barakat, F. Jerome and X. Rouau, “A Dry Platform for Separation of Proteins from Biomass-Containing
Polysaccharides, Lignin, and Polyphenols,” ChemSusChem, Vol. 8, PP. 1161-1166, 2015.
[21] C. Basset, S. Kedidi and A. Barakat, “Chemical- and Solvent-Free Mechanophysical Fractionation of Biomass Induced by Tribo-Electrostatic Charging: Separation Proteins and Lignin,” ACS Sustainable Chemistry & Engineering, Vol. 4, PP. 4166-4173, 2016.
[22] J. M. Stencel, J. L. Schaefer, H. Ban, and J. K. Neathery, “Apparatus and Method for Triboelectrostatic Separation”.United States of America Patent 5,938,041, 17 August 1999.
