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Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Résumé
Examen de la documentation pertinente montre que des recherches importantes ont été entrepris pour appliquer électrostatiquement
techniques de séparation pour sécher les granulés à base de plantes alimentaires (c'est-à-dire, organique) matériaux. Cette évolution s’est accélérée dans le passé 10 – 20 années, avec de nombreux chercheurs en Europe et aux États-Unis qui ont postulé Séparation électrostatique techniques pour une grande variété de défis d’enrichissement. De cette recherche, Il est évident que des méthodes électrostatiques ont le potentiel de générer de nouveaux, produits végétaux de plus grande valeur, ou offrir une alternative pour mouiller les méthodes de traitement. Bien qu’encourageant les séparations des grains de céréales, Des légumineuses et des oléagineux ont fait l’objet de démonstrations en laboratoire et, dans certains cas,, Échelle pilote, les systèmes électrostatiques utilisés pour démontrer ces résultats peut-être pas l’équipement de traitement de convenable ou rentable d’effectuer ces séparations sur une base commerciale. Nombreuses technologies électrostatiques ne conviennent pas pour les processus finement moulu, poudres de faible densités comme matières végétales. Cependant, l’équipement de ST & Technology (STET) triboelectrostatic séparateur de ceinture a la capacité démontrée de traiter les fines particules de 500 – 1 µm. Le séparateur de bande STET est un, dispositif de traitement industriellement éprouvées qui peut-être convenir commercialiser les récents développements dans le traitement des matériaux organique. Le séparateur de ceinture STET a été testé sur un échantillon de farine de blé entier et s’est avéré efficace pour éliminer le son de l’amidon. Avenir des tests avec le séparateur STET se dérouleront sur des échantillons de blé bran, farine de maïs
et des légumineuses comme le soja et de lupin.
Mots-clés: Tribo-électrostatique, Électrostatique, Séparation, Fractionnement, Blé, Grain, Farine, Fibre, Protéine, Graines oléagineuses, Impulsions
Introduction
Méthodes de séparation électrostatique ont été utilisés au cours des dernières 50 ans sur l’enrichissement à l’échelle commerciale de
minéraux industriels et recyclage des déchets. Électrostatique enrichissement d’aliments à base de plantes granulaires secs (C’est à dire, organique) matériaux ont été étudiés pour plus 140 années, avec le premier brevet pour une séparation électrostatique d’issues de farine de blé remplie comme dès 1880. [1] La valorisation électrostatique permet pour les séparations basées sur les différences dans la chimie de surface (fonction de travail) ou des propriétés diélectriques. Dans certains cas, ces séparations ne serait pas possibles à l’aide de la taille ou la densité des séparations seules. Systèmes de séparation électrostatique fonctionnent selon des principes similaires. Tous les systèmes de séparation électrostatique comportent un système pour charger électriquement les particules, un champ électrique extérieur généré pour la séparation de se produire dans, et une méthode de transmission des particules en entrée et de sortie du dispositif de séparation. Charge électrique peut se produire par une ou plusieurs méthodes y compris l’induction conductrice, tribo-recharge (électrification de contact) et ion ou corona de charge. Séparation électrostatique systèmes utilisent au moins un de ces mécanismes de chargement. [2]
Systèmes de séparation électrostatique de rouleaux de haute tension ont été utilisés dans de nombreuses industries et applications où l'on
le composant est plus conductrice que les autres. Exemples d’applications pour les séparateurs de rouleau de haute tension portant séparation des minéraux de titane, ainsi que les applications de recyclage, par exemple Tri métal, en plastique. Il existe de multiples variantes et géométries utilisées pour haute tension roulent systèmes, mais en général, ils fonctionnent selon des principes similaires. Flux de particules sont chargées négativement par une décharge de corona ionisante. Flux de particules est dispersées sur un tambour rotatif, Lorsque le tambour est relié à la terre. Les particules conductrices renoncer à leur charge après contact avec la surface du tambour mise à la terre. La rotation du tambour entraîne les particules conductrices d’être éjecté de la surface du tambour et déposés dans la trémie de produit premier. Les particules non conducteurs conservent leur charge électrique et épinglez sur la surface du tambour. Par la suite, la charge électrique sur les particules non conducteurs se dissipe, ou les particules vont être brossés du tambour après que le tambour a une rotation afin que les particules non conducteurs sont déposés dans la trémie de particules non conducteurs. Dans certaines applications, une trémie de middlings est placée entre la trémie produit conducteurs et non conducteurs. L’efficacité de ce type de dispositif de séparation est généralement limitée aux particules qui sont relativement grossier et/ou ont haute densité, en raison de la nécessité pour toutes les particules au contact avec la surface du tambour. De plus,, dynamique de flux de particules est importante comme le moment angulaire est responsable en dernier ressort pour transporter les particules de la surface du tambour pour les trémies produit respectif. Des particules fines et faible densité sont facilement influencés par des courants d’air et donc moins susceptibles d’être levées à partir du tambour dans une zone prévisible. [2] [3] [4]
Le séparateur de ceinture de haute tension est une variante de la haute tension Rouleau séparateur décrit ci-dessus. Flux de particules sont dispersés uniformément sur toute la largeur d’une bande transporteuse électriquement reliée à la terre. Les particules sont facturés, habituellement par un corona négatif, Bien que les autres mécanismes de tarification sont possibles. Encore une fois les particules conductrices donnent leur charge électrique jusqu'à la mise à la terre bande transporteuse, tandis que les particules non conducteurs conservent leur charge. Les particules conductrices tombent hors du bord de la ceinture par gravité, alors que les particules chargées non conducteurs sont « levées » hors de la surface de la bande par des forces électrostatiques. Encore une fois pour la séparation efficace, chaque particule doit communiquer avec la surface de la ceinture afin de permettre les particules conductrices à renoncer à leur charge à la ceinture. C’est pourquoi, seulement une seule couche de particules peut être transmise par le séparateur en même temps. Comme la taille des particules de l’aliment devient plus petite, le taux de traitement de l’appareil est réduit. [5] [6]
Les séparateurs électrostatiques de plaques parallèles reposent généralement lors de la séparation des particules non sur la base de la conductivité, mais sur les différences dans la chimie de surface qui permet le transfert de charge électrique par contact par frottement. Les particules sont chargés électriquement par contact vigoureux avec d’autres particules, ou avec une troisième surface comme un métal ou du plastique sera les propriétés désirées tribo-recharge. Matériaux qui sont électronégatifs (Situé à l’extrémité négative de la série tribo électriques) arracher un électron de la surface de chargement tribo et ainsi acquérir une charge nette négative. En contact, les matières qui sont du côté positif de la série tribo électriques donnent des électrons et charger positivement. Les particules chargées sont ensuite introduites dans un champ électrique généré entre les deux électrodes de plaques parallèles par divers moyens de transport (gravité, pneumatique, vibration). En présence du champ électrique, les particules chargées se déplacent vers les électrodes de chargés opposée et sont collectés dans les trémies de produit correspondant. Encore une fois, une fraction de middlings contenant un mélange de particules peut-être ou ne peut-être pas être obtenue, selon la configuration de l’appareil de séparation. [4] [7]
Figure 1: Diagramme d’un séparateur de rouleau de haute tension (gauche) et un séparateur de chute libre de plaques parallèles (Oui).
Tableau 1: Résumé de couramment utilisés des dispositifs de séparation électrostatique.
Cas 1 – Le blé et blé Bran valorisation.
Son de blé est un sous-produit de mouture de blé conventionnel, ce qui représente 10-15% le grain de blé. Son de blé se compose des couches extérieures dont le péricarpe, Testa, et aleurone. Son de blé contient la plupart des micronutriments, fibre, et les composés phytochimiques contenus dans les céréales, qui ont démontré les bienfaits pour l’être humain. [8] On a signalé des intérêts importants dans la séparation et enrichir son de blé. Intérêt historique pour la séparation de son de blé était d’améliorer la qualité et la valeur du produit farine. Cependant, intérêt plus récent a été signalée dans la récupération des éléments précieux de son de blé.
Dans 1880, Thomas Osborne breveté le premier séparateur électrostatique commercial pour retirer son issues de farine. Le séparateur se composait de rouleaux revêtus de caoutchouc ou en matériau équivalent qui ne pouvait être chargé électriquement par frottement tribo-charge avec de la laine. Bien que non mentionnés, Il est supposé que le caoutchouc rouleaux acquis une charge négative par rapport à la laine, compatible avec la plupart des séries tribo électriques. Les rouleaux chargés électriquement puis attire les particules de fibre de son chargés positivement, transmettre sur la surface du rouleau jusqu'à ce que les particules de fibres épinglés sont brossés à la surface du rouleau. Ceci (supposé) la charge positive de son de blé est en contradiction avec les résultats fournis par d’autres. Tribo-charge des particules bran était assisté de fluidification air introduit au bas de l’appareil, qui a l’avantage supplémentaire de causer les moins denses particules de son à la surface, rapprocher les rouleaux. [1]
Dans 1958 un appareil de séparation électrostatique de sons et de l’endosperme contenues dans issues de farine a été révélé dans un dépôt de brevet par Branstad travailler chez General Mills. L’appareil se composait d’un séparateur parallèle dans laquelle les particules ont été transmis entre les deux plaques par vibration. Particules de son, chargé par contact par frottement de particules d’endosperme, ont été ensuite levée à l’électrode supérieure par perforations dans l’électrode supérieure. [9]
Dans 1988 un appareil et le processus de récupération aleurone de son de blé commercial a été divulgué dans un dépôt de brevet. Son de blé commercial avec un départ aleurone contenu de 34% s’est enrichie d’un concentré de 95% à 10% rendement de masse (28% récupération de l’aleurone) par une combinaison de fraisage de marteau, calibrage par le dépistage, l’air élutriation et séparation électrostatique à l’aide d’un séparateur électrostatique de plaques parallèles. Les particules ont été inculpés dans l’appareil d’autre air, qui a un double rôle d’enlever des amendes (<40 µm) en transmettant, certain temps tribo-recharger simultanément les particules de l’aleurone positifs (rapport à la plaque électrode négative) et les particules de péricarpe/testa négatifs. La taille des particules du mélange bran était soigneusement contrôlée par fraisage de marteau et dépistage multi-niveaux, pour obtenir un flux pour la plupart de taille dans le 130 – 290 gamme de µm. [10]
Des travaux récents sur la récupération d’aleurone de son de blé continue. Dans 2008, Buhler AG breveté un dispositif de séparation électrostatique pour séparation de particules de l’aleurone de particules coquille faites de son rachat de. Un mode de réalisation de l’appareil se compose d’un rotor fonctionnant dans une zone de traitement strictement taille, qui permet à particule-particule et particules-à-mur, communiquez avec et tribo-charge ultérieure. Les particules chargées sont ensuite transmis mécaniquement dans un récipient de séparation contenant des électrodes à plaques parallèles. Particules tombent dans le vaisseau de séparation par gravité, comme les particules chargées différemment se déplacent vers les électrodes de chargés opposée sous l’influence du champ électrique. [11] Lorsqu’il est combiné avec un dimensionnement approprié des méthodes de tri mécaniques et son alimentation, concentrations d’aleurone de jusqu'à 90% On a signalé. [12] [8]
Figure 2: Reproduit de Hemery et al., 2007 [8].
Tribo-charge et corona de charge ont été effectué des expériences sur le son de blé par les travailleurs au ELECTROSTATIQUE de dispersée Media Research Unit, Université de Poitiers, France en 2010. Les chercheurs ont mesuré la charge de surface et surface temps de décroissance potentielle sur le son de blé avec 10% l’humidité et lyophilisé (lyophilisé) son de blé. Un test de séparation a été réalisé sur un échantillon de 50% lyophilisé de son de blé et 50% aleurone lyophilisé se nourrissent à l’aide d’un séparateur électrostatique de ceinture type corona. (Figure 3) Les résultats de séparation pour le séparateur de corona de balance de laboratoire ont indiqué 67% aleurone été récupéré à la trémie non conducteurs, alors que seulement 2% du son de blé a signalé à la trémie non conducteurs. Tribo-recharge expériences ont aussi été réalisées avec l’aleurone et de son de blé, mais que pour la mesure de la charge de surface spécifique [µ C/g] générés sur chaque fraction, par opposition à la valorisation des produits d’une séparation électrostatique. Les deux matières premières ont été accusés à l’aide de téflon sous la surface de contact. Son de blé tant aleurone sont signalés comme charge positive par rapport au Téflon, qui est lui-même très électronégatif. L’ampleur de l’accusation s’est avéré dépendent les pressions utilisées sur le tribo-chargeur, suggérant que la turbulence plus élevée conduit à plus de contacts et plus complet tribo-recharge. [13]
Figure 3: Reproduit de Dascalescu et al., 2010 [13]
Dans 2009, les chercheurs ont évalué les propriétés de charge électrostatiques d’aleurone riche et les matières premières riches de péricarpe. [14] Dans 2011 les chercheurs ont réalisé la séparation électrostatique tests sur des échantillons de finement son de blé au sol à l’aide d’un séparateur d’échelle pilote électrostatique (Système TEP, Séparation des flux tribo, Lexington, USA). Le système de TEP utilise une ligne de charge, où les flux de particules sont introduits dans un flux d’air comprimé turbulent, et pneumatique qu’il transporte par le biais de la ligne de charge pour la chambre de séparation. Les particules sont tribo-pratiqués par le contact de la particule à particule, comme particule en contact avec la surface de la ligne de charge. Résultats obtenus avec le système de la TEP a démontré que la séparation électrostatique est efficace dans la mise à niveau contenu aleurone et le bêta-glucane de son de blé. Il est intéressant, la fraction de matière qui contient la plus forte teneur de cellules d’aleurone, à 68%, était le très beau (D50 = 8 µm) fraction qui a été retrouvée dans le tube de remplissage. On ne voit pas pourquoi ce matériau était concentré préférentiellement dans l’appareil de charge, Cependant, Cela indique que la capacité de processus aleurone contenu de la cellule peut exiger des techniques électrostatiques qui sont capables de traiter des poudres très fines. En outre, ce travail démontre qui se nourrissent de préparation pour le son de blé est une considération importante. Échantillons préparés par broyage cryogénique dans un broyeur à marteaux se sont avérés être moins complètement dissocié (libéré) que celles au sol dans un moulin de type impact à température ambiante. [15] [16]
Figure 4: Reproduit de Hemery et al., 2011 [16]
Des travaux récents étudie la concentration d’arabinoxylanes de son de blé par des méthodes électrostatiques. Les chercheurs ont utilisé un séparateur électrostatique de laboratoire échelle, composé d’une chambre de tube et de la séparation charge contenant deux électrodes à plaques parallèles. Son de blé moulue a été introduit dans le tube de remplissage et transporté pneumatiquement dans la chambre de séparation à l’aide d’azote comprimé. La turbulence et la vitesse élevée de gaz dans le tube de remplissage fourni le contact de particules nécessaire pour permettre une charge tribo. Les particules chargées (produits de séparation) ont été prélevés sur la surface des électrodes pour l’analyse. En raison de l’orientation verticale des électrodes une quantité importante de matériel n’avait pas perçue. Cette fraction issues peut-être être recyclée pour un traitement ultérieur électrostatique conventionnel, Cependant, aux fins de cette expérience, matériel non perçus sur les électrodes était considéré comme perdu. Les chercheurs ont constaté une augmentation dans les deux catégorie de produit (arabinoxylane contenu dans le produit) et l’efficacité de séparation comme la vitesse de transport a augmenté. [17]
Les efforts récents pour bénéficier du son de blé à l’aide des méthodes électrostatiques sont résumés ci-dessous dans le tableau 2.
Tableau 2: Résumé des méthodes électrostatiques évalués pour bénéficier du son de blé.
Cas 2 – Récupération protéines de la farine de Lupin
Chercheurs du groupe d’ingénierie Process alimentaire à Wageningen, Les pays-bas, évalué le potentiel d’enrichissement en protéines à l’aide de légumineuses. Pois et lupin farine ont été utilisés comme aliments du bétail pour une variété de techniques d’enrichissement de protéines dont la classification air combinée avec séparation électrostatique. Graines de pois et lupin ont été tout d’abord blanchis à environ 200 µm. Matières premières pour la classification et la séparation électrostatique ont été blanchis par la suite à l’aide de Broyeurs-Broyeurs à un type avec un classificateur interne (Hosokawa Alpine ZPS50). Dimensions médianes des particules (D50) a été signalé comme environ 25 µm pour la farine de pois, et environ 200 µm pour la farine de lupin, avant la classification de l’air. Enfin, un sous-ensemble de chaque échantillon, farine de pois et lupin, a ensuite été classé air (Hosokawa Alpine ATP50). L’alimentation dans le séparateur électrostatique se composait de deux farines non traitées, ainsi que les cours et le produit fin de classification de l’air. [18]
Le dispositif de séparation électrostatique utilisé au cours des expériences était un type de plaques parallèles, avec recharge effectuée par l’intermédiaire de charge triboélectrique dans un 125 Longueur mm tube de charge, avec particules véhiculés pneumatiquement par azote comprimé. L’appareil est similaire à la configuration de l’appareil utilisé par Wang et al (2015). [17] Séparation électrostatique expériences ont été menées sur la farine de pois de terre et de farine de lupin, ainsi que les cours et les fractions fines de farine de pois et de la farine de Lupin provenant de classification de l’air. La farine de pois a démontré seulement un mouvement mineur de protéine pendant l’essai électrostatique. Cependant, la farine de lupin a démontré tout déplacement appréciable des protéines à tous les trois échantillons testés (farine moulue – 35% protéine, amendes classifiés blanchis- 45% protéine, blanchi classés grossier – 29% protéine). Produits riches en protéines d’environ 60% ont été récupérés sur l’électrode de mise à la terre pour chacun des trois lupin échantillons testés. [18]
Cas 3 – Enlèvement fibre de maïs
Chercheurs au département de génie agricole et biologique, Mississippi State University ont analysé électrostatique sur la farine de maïs moulue, avec un objectif d’élimination des fibres. Le dispositif de séparation électrostatique se composait d’une courroie transporteuse avec une électrode négative placée à l’extrémité du convoyeur. Les particules chargées positivement, particules de fibre, dans ce cas, étaient a décollé le tapis roulant et triés dans une trémie de deuxième. Les particules non-fibre est tombé hors de la bande transporteuse par gravité et ont été déposés dans le premier distributeur de produit. Les auteurs ne décrivent pas la charge électrique comment s’effectue. La matière première à cette séparation était relativement grosse, avec des tailles de particules de l’aliment pour animaux, allant de 12 maille (1,532 µm) À 24 maille (704 µm). Il ne semble pas que le sousdimensionnés (<704 µm) matériau a été traitée au cours de cette étude. Chaque condition de test a été effectuée à l’aide 1 kg de matière première qui a été dispersée uniformément dans toute la ceinture. [6]
Figure 5: Reproduit de Pandya et al., 2013 [6]
Les chercheurs de Mississippi State terminé séparation électrostatique, essais sur la farine de maïs non blindée, les fractions de maïzena tamisé et les fractions riches en fibres récupérées du classement de l’air. Test électrostatique n’acheva pas sur les cours d’eau pauvre en fibres récupérées du classement de l’air. Analyse des résultats de la séparation électrostatique est fournie ci-dessous:
Tableau 3: Résultats de la séparation de la fibre reproduit de Pandya et al., 2013 [6]
Cas 4 – Protéine Concentration de graines oléagineuses
Graines oléagineuses comme le colza (canola), tournesol, sésame, moutarde, germe de soja-maïs, et graines de lin contiennent généralement une quantité importante de protéines et de fibres. Technologies de traitement pour enlever la fibre, et ainsi d’accroître la teneur en protéines, des cultures oléagineuses deviendra de plus en plus importante que la demande mondiale de protéines augmente. [19] Des travaux récents de chercheurs de l’Institut National Français pour la recherche agricole a examiné ultrafine fraisage combiné avec traitement électrostatique des farines de graines de tournesol, concentrer les protéines. Les échantillons de tourteau de tournesol alimentaire ont été moulus dans un moulin d’impact fonctionnant à température ambiante jusqu'à une taille de particule (D50) de 69.5 µm. Le séparateur électrostatique servant à l’essai était un dispositif de plaques parallèles où le principal mécanisme de chargement était tribo-recharge. Le tribo-charge a été menée en amont des électrodes en ligne tribo-recharge, avec particules véhiculées par la ligne de charge, et aux électrodes, par l’intermédiaire de transport pneumatique. Protéine a été trouvé à charge positive (rapport à l’électrode négative) et la fraction riche en fibres a été trouvée pour charger négativement. Sélectivité de la protéine s’est avérée élevé. Alimentation de protéine a été 30.8%, avec la mesure de produits riches en protéines 48.9% et la protéine épuisés (riches en fibres) produit mesurant seulement 5.1% protéine. Récupération de protéines a été 93% le produit positif. Cellulose, hémicelluloses, et la lignine ont été mesurés et trouvé au rapport au produit chargé négativement, opposée à celle de la protéine. [20]
Tableau 4: Résultats de la séparation de repas de graine de tournesol reproduit de Barakat et al., 2015 [20]
Dans 2016, une autre étude a été achevée en utilisant finement repas de graine de colza au sol, ou tourteaux de colza (ROC), l’alimentation d’un procédé de séparation électrostatique. Nouveau broyage ultrafin à température ambiante a été réalisée en utilisant un dispositif de moulin de couteau (Retsch SM 100). Le matériau usiné, avec une taille de particule médian (D50) d’environ 90 µm, a été traitée à l’aide d’un séparateur d’échelle pilote parallèle (Système TEP, Séparation des flux tribo). Le système de TEP utilise charge triboélectrique par transport pneumatique des particules grâce à une haute pression en ligne dans des conditions turbulentes de charge. Un seul pass test de séparation avec le système de la TEP a abouti à l’importante concentration de protéine, avec une protéine alimentaire de 37%, un niveau de protéines chargées positivement produit de 47% et un niveau de protéines chargées négativement produit de 25%. Étapes de séparation supplémentaires ont été effectuées, en fin de compte un produit riche en protéines avec 51% protéines après 3 étapes successives de séparation. [21]
Tableau 5: Résultats de la séparation de l’huile de colza semences repas reproduit de Basset et al., 2016 [21]
Discussion
Revue de la littérature pertinente indique que des recherches importantes engagée à développer des techniques de séparation électrostatique pour matières organiques. Cette évolution a continué ou même accéléré dans le passé 10 – 20 années, avec de nombreux chercheurs en Europe et aux États-Unis, appliquant des techniques de séparation électrostatique à une grande variété de défis de valorisation. De cette recherche, Il est évident que des méthodes électrostatiques ont le potentiel de générer de nouveaux, produits de plante de valeur supérieure, ou offrir une alternative pour mouiller les méthodes de traitement.
Bien qu’encourageant les séparations des grains de céréales, impulsions, et matériaux d’oléagineux ont été démontrés au laboratoire et dans une échelle de pilote de cas, les systèmes électrostatiques utilisés pour démontrer ces résultats peuvent servir en fin de compte pas le matériel de traitement plus adapté et plus rentable d’effectuer ces séparations sur une base commerciale. Systèmes électrostatiques commerciaux existants sont plus couramment utilisés dans les séparations des minéraux, métal ou plastique. Minéraux et métaux sont les deux matériaux relativement dense à haute densité, par rapport aux matières végétales. Même avec la haute densité des minéraux et des métaux, les limitations de taille de particules efficace pour le tambour roulent et séparateurs électrostatiques de plaques parallèles est relativement grossier, avec quelques particules ci-dessous 100 µm par exemple. Matières plastiques sont de densité inférieure à celle des minéraux et des métaux, mais sont souvent traitées à des tailles de particules grossières, comme des flocons en plastique par exemple. L’introduction de particules fines crée des difficultés opérationnelles pour les séparateurs à rouleaux haute tension et à plaques parallèles. Amende, particules de faible densités sont très sensibles aux courants d’air, surtout en comparaison avec des minéraux et des métaux. Petites différences dans les courants d’air à l’intérieur de l’appareil de séparation incidence sur l’itinéraire de voyage, des particules fines, en les soumettant à des forces autres que celles causées par le champ électrostatique.
Pour la plupart des systèmes séparateur plaques parallèles, finement au sol et des particules de faible densités qui sont chargées électrostatiquement sont recueillies sur les électrodes des séparateurs plaques parallèles. Si ces fines particules électriquement attachées ne sont pas retirés sur une base constante, l’intensité du champ électrique et l’efficacité de l’appareil se dégrader. Les travaux des chercheurs à la nourriture processus ingénierie groupe Wageningen UR (Wang et al., 2015) a profité de ce phénomène pour recueillir des échantillons de la surface des électrodes du séparateur plaques parallèles pour analyser les produits de la séparation. Séparateurs à plaques parallèles, particulièrement ceux qui dépendent de gravité pour transmettre des particules à travers le champ électrique, ont tenté de résoudre ce problème de plusieurs façons. Pierre et al. (1988) décrit un processus dans lequel les particules fines ont été enlevés en amont du séparateur électrostatique par élutriation air. [10] D’autres ont rapporté de maintenir un flux laminaire d’air qui circule entre les électrodes pour empêcher les particules fines d’étant influencé par les courants atmosphériques. [22Cependant, maintenir le flux d’air laminaire devient difficile, car le dispositif de séparation devient plus grand, limiter efficacement la capacité de traitement de tels dispositifs. En fin de compte la taille des particules dans lequel les composants sont physiquement séparés des autres (présents sous forme de particules discrètes), sera le plus important dans la détermination de la taille des particules où la transformation doit avoir lieu.
Comme mentionné précédemment, dispositifs de séparation électrostatique conventionnel sont limitées à une capacité de traitement, en particulier avec des poudres de faible densité et finement broyées telles que les matières végétales. Pour les dispositifs de séparation à tambour et à bande à haute tension, l’efficacité est limitée aux particules relativement grossières et/ou ayant une densité élevée, en raison de la nécessité pour toutes les particules au contact avec la surface du tambour. Comme les particules sont amenuisent le taux de traitement est réduit. Séparateurs de plaques parallèles sont plus limités par la densité de particules qui peut être traitée dans la zone de l’électrode. Chargement de particules doit être relativement faible pour éviter des effets de charge d’espace.
ST Equipment & Séparateur de ceinture de technologie
L’équipement de ST & Technology (STET) triboelectrostatic belt separator a la capacité démontrée de traiter les fines particules de 500 – 1 µm. Le séparateur STET est un séparateur électrostatique de plaques parallèles, Cependant, les plaques d’électrodes sont orientés horizontalement plutôt que verticalement comme c’est le cas dans la plupart des séparateurs de plaques parallèles. (Voir Figure 6) En outre, le séparateur STET accomplit la particule tribo-charger et transporter simultanément par un tapis à mailles ouvertes à grande vitesse. Cette fonction permet pour les deux un taux très élevé de traitement spécifique d’aliments pour animaux, ainsi que la capacité à traiter des poudres beaucoup plus fines que les classiques dispositifs électrostatiques. Ce type de dispositif de séparation a été exploité commercialement depuis 1995 qui la sépare de carbone non brûlé de minéraux de cendres volantes (D50 typique environ 20 µm) dans les centrales alimentées au charbon. Ce dispositif de séparation électrostatique a également réussi à enrichir autres matières inorganiques, y compris les minéraux tels que le carbonate de calcium, talc, barite, et d’autres.
Les détails fondamentaux du séparateur STET sont illustrées à la Figure 7. Les particules sont facturés par l’effet triboélectrique par collisions particule-à-particule dans l’écartement entre les électrodes. La tension appliquée entre les électrodes est entre ±4 et ± 10 kV par rapport au sol, ce qui donne une différence de tension totale de 8 – 20 kV à travers un écartement des électrodes très étroite de nominalement 1.5 cm (0.6 pouces). Flux de particules sont introduits dans le séparateur STET à l’un des trois emplacements (Ports d’alimentation) Grâce à un système de glissière distributeur air avec vannes de couteau. Le séparateur STET produit seulement deux produits, un flux de particules chargées négativement perçu sur l’électrode chargée positivement, et un flux de particules chargées positivement perçue sur l’électrode chargée négativement. Les produits sont transmis à ces larves respectives à chaque extrémité du séparateur STET par la ceinture de séparateur et transportés hors de la séparation par gravité. Le séparateur STET ne produit une issues ni recyclage de flux, Bien que plusieurs configurations de pass pour améliorer la pureté du produit et/ou de récupération sont possibles.
Figure 6: STET triboélectrique séparateur de ceinture
Les particules sont véhiculées par l’écartement des électrodes (zone de séparation) par une boucle continue, ceinture de mailles ouvertes. La ceinture fonctionne à haute vitesse, variable de 4 À 20 m/s (13 – 65 ft/s). La géométrie de la ceinture sert à balayer des particules fines sur la surface des électrodes, prévenir l’accumulation de fines particules qui dégradent les performances et le domaine de tension des dispositifs de séparation type chute libre traditionnelles plaques parallèles. De plus,, la ceinture génère une forte embardée, zone de turbulence élevée entre les deux électrodes, promotion tribo-recharge. La course contre courante de la ceinture de séparateur permet de charge continue et de recharge ou de particules à l’intérieur du séparateur, éliminant le besoin d’un système de pré charge en amont du séparateur STET.
Figure 7: Principes fondamentaux du fonctionnement du séparateur de ceinture STET
Le séparateur STET est une haute vitesse d’avance, système de traitement éprouvées sur le marché. La capacité de traitement maximale du séparateur STET est principalement une fonction du débit volumétrique qui peut être transporté par le biais de l’écartement des électrodes de la ceinture de séparateur STET. Autres variables, comme la vitesse de la courroie, la distance entre les électrodes et la densité gazeuse de l’effet de poudre vitesse d’avance maximum, en général, dans une moindre mesure. Pour les matériaux relativement haute densité, par exemple, fly ash, le taux de traitement maximale d’un 42 pouces (106 cm) unité commerciale de séparation d’électrode est à peu près 40 – 45 Tonnes par heure d’aliments pour animaux. Pour les moins denses matières premières, le débit maximal est inférieur.
Tableau 6: Taux pour différents matériaux traités avec STET d’alimentation maximale approximative 42 pouces séparateur électrostatique.
Explosions de poussières sont un risque majeur dans le grain et d’autre opérations de traitement en poudre organique. Le séparateur STET est adapté pour le traitement des poudres combustibles organiques avec seulement des modifications mineures. Il n’y a aucune surface chauffée dans le séparateur STET. Les seules parties mobiles sont les rouleaux de ceinture et voiture de séparateur. Les roulements à rouleaux se trouvent en dehors du flux de poudre sur la coquille externe de l’appareil. Par conséquent, ils ne sont pas un risque de surchauffe/étincelles dans le flux de matière. En outre, les roulements de séparateur STET sont disponibles avec des capacités de mesure des température de l’usine équipé pour détecter la défaillance du roulement bien avant des températures dangereusement élevées sont atteintes. Le système de ceinture et voiture de séparateur ne poser aucun risque plus élevé que les autres machines rotatives classiques. Les composants haute tension STET séparateur sont également situés à l’extérieur du flux de matière et contenues dans des boîtiers étanches aux poussières. L’énergie maximale d’étincelles à travers l’écart séparateur est limité par la conception des composants haute tension. Un niveau supplémentaire de sécurité peut être introduit par la purge à l’azote.
Farine de blé entier, traitement par STET séparateur
Farine de blé entier est dérivée de broyer le grain de blé entier (Bran, germe, et l’endosperme). Disponible dans le commerce, produits commerciaux, farine de blé entier a été achetée pour servir de matériau d’essai afin d’évaluer la capacité du séparateur STET à retirer le bran fibreux et le germe de la fraction de l’endosperme amylacé de farine de blé. L’exemple de farine de blé entier a été analysée par STET avant de commencer les essais. Teneur en cendre a été testé par la norme ICC 104 / 1 (900° C). Mesures répétées des cendres du même échantillon, un échantillon d’aliments non séparé, mesurée 10 fois, ont une teneur en cendres 1.61%, un écart de 0.01 et un écart type relatif de 0.7%. Analyse granulométrique a été complété par diffraction laser à l’aide d’une atteinte de Malvern 3000 avec un dispositif de dispersion sèche. Analyse des protéines a été réalisée à l’aide de la méthode de DUMAS, avec un N rapid élémentaire dépasser analyseur azote/protéine. Un facteur de conversion de N x 6.25 a été utilisé. Nous résumons ci-après les différentes propriétés de l’échantillon de farine de blé entier. (Voir le tableau 7)
Tableau 7: Analyse de farine de blé entier, de l’alimentation par STET
Teneur en cendres et teneur en protéines se sont révélés très reproductible lors d’essais sur le même échantillon, mais une variabilité significative a été identifiée entre les multiples sacs de farine de blé entier utilisé comme échantillon alimentation. (Voir le tableau 8) Cela nourrissent de variabilité de l’échantillon a entraîné quelques nuages de points dans les données de test.
Tableau 8: Analyse de la séparation d’essai résultats de farine de blé entier par STET
Séparation électrostatique de test de l’échantillon de farine de blé entier a été effectué chez l’Equipment de ST & Technology (STET) installation de l’usine pilote à Needham, Massachusetts. L’usine pilote de STET contient deux séparateurs STET échelle pilote ainsi que de l’équipement auxiliaire utilisé pour étudier la séparation des matériaux provenant de sources de candidats. Les séparateurs STET à l’échelle pilote ont la même longueur comme un séparateur STET commercial, à 30 pieds (9.1 mètres) long, Cependant, la largeur d’électrode de séparateur usine pilote est uniquement 6 pouces (150 mm), ou un septième de la largeur du séparateur STET commerciale plus importante à 42 pouces (1070 mm) largeur de l’électrode. La capacité d’alimentation de la STET séparateur est directement proportionnelle à la largeur des électrodes, C’est pourquoi, la vitesse d’avance du séparateur usine pilote est un septième du taux d’alimentation de l’unité de séparation commerciale de 42 pouces. Le débit maximal avec de la farine de blé entier a été 2.3 Tonnes par heure, à l’échelle pilote, ce qui correspond à 16 Tonnes par heure pour le séparateur de commercial de 42 pouces. En comparaison avec l’échelle à laquelle la majorité des études séparation électrostatique ont été menée à ce jour, le séparateur STET tests ont été effectués à une vitesse considérablement plus élevé d’avance. Tests ont été effectués en 10 kg (20 livre) essais de traitement par lots, en raison des considérations pratiques d’approvisionnement 2.3 Tonnes / heure de flux en continu. Pour chaque lot de la condition de test, les produits du procédé de séparation ont été pesés pour calculer la masse de la récupération. Sous-échantillons chaque essai ont été recueillies et analysées pour la teneur en cendres et teneur en protéines.
Figure 8: STET Pilot Plant séparateur.
Mesure la taille des particules de l’aliment de farine de blé entier et les échantillons de deux produits est illustrée ci-dessous en Figure 9.
Figure 9: D’alimentation mesure la taille des particules de farine de blé entier, et les deux séparés des échantillons de produits.
Ci-dessous, une photo des produits récupérés de séparation est incluse. (Voir Figure 10) Un changement de couleur notable a été observé pendant la séparation, dont la fraction de contenu produit de cendres beaucoup plus sombre que l’échantillon de farine de blé entier.
Figure 10: Produits typiques provenant du procédé de séparation de STET.
Teneur en cendres pour tous les produits du processus de séparation a été mesurée. (Voir Figure 11)
Figure 11: Tests de cendres contenu par rapport à la récupération de masse de produit de faible teneur en cendres pour la séparation de farine de blé entier par STET
Les essais du séparateur électrostatique STET avec de la farine de blé entier ont montré tout déplacement appréciable des cendres élevée (Bran) fraction de l’amande de blé à l’électrode positive. Le produit de cendres réduite a été recueilli par la suite sur l’électrode négative. Tests ont été effectués sur un régime de monopasse, Cependant, Il est possible d’effectuer une rénovation supplémentaire d’un des produits séparation en effectuant une nouvelle étape de séparation. Avenir des tests avec le séparateur STET se dérouleront sur des échantillons de blé bran, ainsi que de la farine de maïs et les légumineuses telles que le Lupin.
Conclusions
Revue de la littérature pertinente indique que des recherches importantes engagée à développer des techniques de séparation électrostatique pour matières organiques. Cette évolution a continué ou même accéléré dans le passé 10 – 20 années, avec de nombreux chercheurs en Europe et aux États-Unis, appliquant des techniques de séparation électrostatique à une grande variété de défis de valorisation. De cette recherche, Il est évident que des méthodes électrostatiques ont le potentiel de générer de nouveaux, produits de plante de valeur supérieure, ou offrir une alternative pour mouiller les méthodes de traitement. Bien qu’encourageant les séparations de blé, maïs et matières végétales axée sur le lupin ont été démontrées au laboratoire et dans une échelle de pilote de cas, les systèmes électrostatiques utilisés pour démontrer ces résultats peut-être pas l’équipement de traitement plus adapté et plus rentable pour effectuer ces départs sur une base commerciale. Nombreuses technologies électrostatiques ne conviennent pas pour les processus finement moulu, poudres de faible densités comme matières végétales. Cependant, l’équipement de ST & Technology (STET) triboelectrostatic séparateur de ceinture a la capacité démontrée de traiter les fines particules de 500 – 1 µm à des taux élevés. Le séparateur de ceinture STET est un taux élevé, dispositif de traitement industriellement éprouvées qui peut-être convenir commercialiser les récents développements dans le traitement des matériaux végétaux. Le séparateur de ceinture STET a été testé sur un échantillon de farine de blé entier et s’est avéré efficace pour éliminer le son de l’amidon. Avenir des tests avec le séparateur STET se dérouleront sur des échantillons de blé bran, ainsi que le maïs farine et légumineuses comme le soja et de lupin.
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