Seleccione Idioma da:
Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
abstracto
Revisión da literatura relevante indica que a investigación significativa foi realizado para aplicar eletrostaticamente
técnicas de separación a secar alimentaria granulado herbal (i.e., orgánico) materiais. Este desenvolvemento foi acelerado no pasado 10 - 20 anos, with many researchers in Europe and the United States applying separación electrostática techniques to a wide variety of beneficiation challenges. A partir desa investigación, é evidente que os métodos electrostáticas teñen o potencial de xerar novos, produtos vexetais de maior valor, ou ofrecer unha alternativa ao métodos de procesamento mollado. Aínda separacións alentadores de gran de cereal, pulse and oilseed materials have been demonstrated at the laboratory and in some cases, pilot scale, os sistemas electrostáticos utilizados para demostrar estes resultados poden non ser axeitados ou equipo de procesamento de baixo custo para realizar estas separacións nunha base comercial. Moitas tecnoloxías electrostáticos non son axeitados para o proceso finamente moído, pos de baixa densidade, tales como materiais de plantas. con todo, equipo ST & tecnoloxía (STET) separador de correa de triboelectrostatic ten a capacidade demostrada para procesar as partículas finas 500 - 1 ? m. The STET belt separator is a high-rate, dispositivo de procesamento que poden ser adecuados para comercializar os recentes desenvolvementos no procesamento de material orgánico industrialmente comprobada. O separador de correa de STET probouse nunha mostra de fariña de trigo integral e comprobar de ser exitoso na eliminación do farelo dende a fracción de amidón. probas futuros co separador STET serán conducidas en mostras de farelo de trigo, fariña de millo
e leguminosas como soia e tremoço.
Palabras clave: Tribo-Electrostatic, electrostático, separación, fracionamento, trigo, grano, fariña, fibra, proteína, oleaxinosas, pulsos
introdución
métodos de separación electrostáticos foron utilizados para o pasado 50 anos no beneficiamento en escala comercial de
minerais industriais e reciclaxe de residuos. beneficiamento electrostática de alimentos a base de plantas granular seco (i, orgánico) materiais foron investigados por 140 anos, coa primeira patente de separación electrostática de farelo de fariña de trigo cuberto tan cedo como 1880. [1] beneficiamento electrostática permite separacións baseadas en diferenzas na química de superficie (función de traballo) ou propiedades dieléctrica. Nalgúns casos, estas separacións non sería posible usar o tamaño ou densidade separacións só. sistemas de separación electrostáticas operar en principios similares. Todos os sistemas de separación electrostáticas conter un sistema para cargar electricamente as partículas, un campo eléctrico xerado externamente para a separación ocorra na, e un método de transporte de partículas para dentro e para fóra do dispositivo de separación. carga eléctrica pode ocorrer por un ou varios métodos, incluíndo a indución condutora, tribo-carga (electrificación contacto) e de ións ou corona carga. sistemas de separación Electrostática utilizar polo menos un deses mecanismos de cobro. [2]
sistemas de separación electrostáticas rolo de alta tensión foron usados en moitas industrias e aplicacións, onde un
o compoñente é máis electricamente condutivo do que os outros. Exemplos de aplicacións para separadores de rolos de alta tensión inclúen a separación de minerais de rolamento de titanio, así como aplicacións de reciclaxe, por exemplo a selección de metal de plástico. Hai múltiples variacións e xeometrías usados para os sistemas de rolos de alta tensión, pero, en xeral, operan en principios similares. partículas alimentadoras son cargados negativamente por unha descarga de coroa ionizante. partículas alimentadoras son dispersos sobre un tambor rotativo, onde o tambor está ligado á terra electricamente. As partículas electricamente condutoras darse a súa carga por contacto coa superficie do tambor á terra. A rotación do tambor fai que as partículas condutoras para ser xogado a partir da superficie do tambor e depositada no primeiro tolva produto. As partículas non condutoras manteñen a súa carga eléctrica e está preso á superficie do cilindro. ao final, a carga eléctrica sobre as partículas non condutoras ha disipar, ou as partículas serán cepillado do tambor tras o tambor rodar de xeito que as partículas non condutoras son depositadas na tolva de partícula non condutora. Nalgunhas aplicacións, unha tolva de farelo e colocar entre a tolva produto condutora e non condutora. A eficacia deste tipo de dispositivo de separación é xeralmente limitado a partículas que son relativamente groseiros e / ou posúen unha elevada gravidade específica, debido á necesidade de todas as partículas para contactar a superficie do tambor. Ademáis, fluxo de partículas dinámica é importante como momento angular é en definitiva responsable transmitir as partículas a partir da superficie do tambor para as súas tremonhas produtos. partículas finas e partículas de baixa densidade son facilmente influenciados por correntes de aire e, así, menos susceptibles de ser xogado a partir do tambor nunha zona específica. [2] [3] [4]
O separador de correa de alta tensión é unha variante do rolo separador de alta tensión antes descrito. partículas alimentadoras son dispersos uniformemente en todo o ancho dunha correa transportadora ligada á terra electricamente. As partículas son cobrados, xeralmente por unha coroa negativo, aínda que outros mecanismos de cobro son posibles. De novo as partículas condutoras dan a súa carga eléctrica ata a cinta transportadora conectada a terra, mentres que as partículas non condutoras manteñen a súa carga. As partículas condutoras caen do bordo do cinto pola gravidade, mentres que as partículas non condutoras cargadas son "levantadas" da superficie do cinto por forzas electrostáticas. De novo para que a separación sexa efectiva, cada partícula debe entrar en contacto coa superficie do cinto para permitir que as partículas condutoras cedan a súa carga ao cinto. polo tanto, o separador só pode transportar unha única capa de partículas á vez. A medida que o tamaño das partículas do alimento se fai máis pequeno, a taxa de procesamento do dispositivo redúcese. [5] [6]
Os separadores electrostáticos de placas paralelas baséanse normalmente na separación de partículas e non na base da condutividade, senón sobre diferenzas na química superficial que permite a transferencia de carga eléctrica por contacto de fricción. As partículas cárganse eléctricamente polo contacto vigoroso con outras partículas, ou cunha terceira superficie como un metal ou un plástico terán as propiedades de carga tribo desexadas. Materiais que son electronegativos (situado no extremo negativo da serie tribo-eléctrica) elimina os electróns da superficie de carga tribo e adquire así unha carga negativa neta. En contacto, Os materiais que están no extremo positivo da serie triboeléctrica doan electróns e cargan positivamente. As partículas cargadas son despois introducidos nun campo eléctrico xerado entre os dous electrodos de placas paralelas por diversos medios de transporte (gravidade, pneumático, vibración). En presenza do campo eléctrico, as partículas cargadas avanzar no sentido dos electrodos coa carga oposta e son recollidas nas tremonhas produtos correspondentes. novo, unha fracción de farelo conteñen unha mestura de partículas poden ou non poden ser recollidos, Dependendo da configuración do dispositivo de separación. [4] [7]
figura 1: Diagrama dun rolo separador de alta tensión (esquerda) e un separador de placas paralelas caída libre (dereito).
mesa 1: Resumo de dispositivos de separación electrostáticas vulgarmente utilizados.
caso 1 - Trigo e Farelo de beneficiamento.
farelo de trigo é un subproduto da moenda de trigo convencional, representando 10-15% do gran de trigo. farelo de trigo consiste das capas exteriores incluíndo o pericarpo, cabeza, e aleurone. farelo de trigo contén a maioría dos micronutrientes, fibra, e fitoquímicos contidos en grano, que demostraron beneficios de saúde para os seres humanos. [8] un interese significativo na separación e enriquecemento de farelo de trigo foi reportado. interese histórico en separar o farelo de trigo foi o de mellorar a calidade eo valor do produto fariña. con todo, interese última foi informar na recuperación de compoñentes valiosos de farelo de trigo.
en 1880, Thomas Osborne patentou o primeiro separador electrostático comercial para a eliminación de farelo de farelo de fariña. O separador consistiu rolos revestidos con caucho dura ou material equivalente, o cal foi capaz de cargarse electricamente mediante fricción tribo-carga con la. Aínda que non sexa descrito, presume-se os rolos de goma adquiriu unha carga negativa en relación a la, consistente coa maioría das series tribo-eléctrico. Os rolos electricamente cargadas, logo atraeu as partículas de fibra de farelo cargados positivamente, transmiti-las sobre a superficie do rolo ata que as partículas de fibra fixadas son escovado a partir da superficie do rolo. esta (suposto) carga positiva de farelo de trigo está en conflito cos resultados relativos por outros. Tribo-carga das partículas de farelo foi asistida por aire de fluidificação introducido na parte inferior do dispositivo, que tivo a vantaxe adicional de facer que as partículas menos densas de farelo á superficie, máis preto dos rolos. [1]
en 1958 un aparello para a separación electrostática de farelo e endosperma contido no farelo de fariña se coñece en unha solicitude de patente por Branstad traballando Xeneral Mills. O dispositivo consistía nun separador de placas paralelas no que as partículas se transportaban entre as dúas placas mediante vibración. partículas de farelo, cargada por contacto de fricción coas partículas de endosperma, foron entón levantada para a parte superior do electrodo mediante perforacións na parte superior do electrodo. [9]
en 1988 un aparello e un proceso para a recuperación de aleurona dende farelo de trigo comercial foron divulgadas en unha solicitude de patente. farelo de trigo comercial cun contido aleurone inicial de 34% foi enriquecida para un concentrado de 95% en 10% O rendemento de masa (28% recuperación aleurone) por unha combinación de moenda martelo, dimensionamento por selección, elutriación de aire e separación electrostática mediante un separador electrostático de placas paralelas. Cargáronse partículas no dispositivo elutriador de aire, que ten unha dobre función de eliminar multas (<40 ? m) por transmitir, mentres que simultaneamente tribo-cargan positivas as partículas de aleurona (informando á placa do electrodo negativo) e as partículas pericarpio/testa negativas. O tamaño das partículas da mestura de farelo controlouse coidadosamente mediante moenda a martelo e cribado en varios niveis, para obter un penso maioritariamente dimensionado no 130 - 290 rango µm. [10]
Continúan os traballos recentes na recuperación da aleurona do farelo de trigo. en 2008, Buhler AG patentou un dispositivo de separación electrostática para separar partículas de aleurona das partículas de casca feitas de salvado conmutado.. Unha forma de realización do dispositivo consiste nun rotor que funciona nunha área de tratamento de tamaño reducido, que permite o contacto partícula a partícula e partícula a parede e a posterior carga tribo. As partículas cargadas son entón transportadas mecánicamente a un recipiente de separación que contén electrodos de placas paralelas. As partículas caen polo recipiente de separación por gravidade, a medida que as partículas con carga diferencial móvense cara aos electrodos de carga oposta baixo a influencia do campo eléctrico. [11] Cando se combina co tamaño adecuado do salvado de alimentación e métodos de clasificación mecánica, concentracións de aleurona de ata 90% foron denunciados. [12] [8]
figura 2: Reproducido de Hemery et al, 2007 [8].
Traballadores da Unidade de Investigación de Electrostática de Medios Dispersos levaron a cabo experimentos de carga tribo e carga corona sobre salvado de trigo, Universidade de Poitiers, Francia en 2010. Os investigadores mediron a carga superficial e o tempo de descomposición do potencial de superficie no farelo de trigo 10% humidade e liofilizado (liofilizado) farelo de trigo. Unha proba de separación realizouse nunha mostra de 50% farelo de trigo seco por conxelación e 50% liofilizado alimentación aleurona usando un tipo de cinta separador electrostático de corona. (figura 3) resultados de separación para a ficha de escala de laboratorio indicado corona 67% de aleurona foi recuperado para a tolva non condutor, mentres que só 2% do farelo de trigo informar á tolva non condutor. Tribo-carga experiencias foron tamén realizadas con farelo de trigo de aleurona, pero só para medir a carga de superficie específica [UC / g] xerado en cada fracción, por oposición aos produtos recuperan dunha separación electrostática. Ambas as materias primas se cargasen usando teflon como a superficie de contacto. Ambos farelo de trigo de aleurona son relativos como a carga sobre positiva de teflon, que en si é moi eletronegativo. A magnitude da carga se atopou a depender das presións operativos usados na tribo-cargador, suxerindo que a maior turbulencia leva a máis contactos e máis completa a carga tribo-. [13]
figura 3: Reproducido de Dascalescu et al, 2010 [13]
en 2009, os investigadores avaliaron as propiedades de carga electrostática das materias primas ricas en aleurona e ricas en pericarpio. [14] en 2011 os investigadores realizaron probas de separación electrostática en mostras de salvado de trigo finamente moído usando un separador de placas electrostáticas a escala piloto (Sistema TEP, Separacións de fluxo Tribo, Lexington, EUA). O sistema TEP utiliza unha liña de carga, onde as partículas de alimentación introdúcense nunha corrente turbulenta de aire comprimido, e transportado pneumáticamente a través da liña de carga ata a cámara de separación. As partículas son tribo-cargadas polo contacto entre partículas, así como o contacto de partículas coa superficie da liña de carga. Os resultados obtidos co sistema TEP demostraron que a separación electrostática foi eficaz para mellorar o contido de aleurona e beta-glucano do farelo de trigo.. Curiosamente, a fracción de material que se atopou que contén o maior contido de células de aleurona, en 68%, estaba moi ben (D50 = 8 ? m) fracción que se recuperou do tubo de carga. Non está claro por que este material foi concentrado preferentemente no aparello de carga, con todo, Isto indica que a capacidade de procesar o contido das celas de aleurona pode necesitar técnicas electrostáticas que son capaces de procesamento de post moi finos. ademais, Este traballo demostrou que a preparación alimentaria para o farelo de trigo foi de unha consideración importante. As mostras preparadas por moenda criogénica nun muíño de martelos se atopou a ser menos completamente dissociado (liberada) que os do chan nun muíño de tipo de impacto a temperatura ambiente. [15] [16]
figura 4: Reproducido de Hemery et al, 2011 [16]
Traballos recentes estudaron a concentración de arabinoxilanos de farelo de trigo por métodos electrostáticos. Investigadores utilizaron un separador electrostático a escala de laboratorio, que consistía dunha cámara do tubo e separación de carga que contén dous electrodos de placas paralelas. farelo de trigo moído foi introducida no tubo de carga e transportadas pneumaticamente para dentro da cámara de separación mediante nitróxeno a presión. A turbulencia e a alta velocidade do gas no tubo de carga proporcionaron o contacto de partículas necesario para a carga tribo. As partículas cargadas (produtos da separación) foron recollidos da superficie dos electrodos para a súa análise. Debido á orientación vertical dos electrodos non se recolleu unha cantidade importante de material. Esta fracción media pode ser reciclada para o seu procesamento posterior en electrostática convencional, con todo, para os efectos deste experimento, o material non recollido nos electrodos considerouse perdido. Os investigadores informaron un aumento na calidade do produto (contido arabinoxilano no produto) e eficiencia de separación como a velocidade de transporte aumentada. [17]
Esforzos recentes para potenciada farelo de trigo usando os métodos electrostáticos son resumidos a continuación na táboa 2.
mesa 2: Resumo dos métodos electrostáticos valorada para potenciada farelo de trigo.
caso 2 - Recuperación de proteína de Lupin Flour
Investigadores do proceso Food Group Enxeñaría en Wageningen, Os países Baixos, valorou o potencial para o enriquecemento de proteínas utilizando legumes. Ervilha e tremoço fariña foron utilizados como alimentos para unha gran variedade de técnicas de enriquecemento de proteínas incluíndo a clasificación de aire combinada coa separación electrostática. sementes de ervilha e tremoço non tratadas foron primeiro moídos a aproximadamente 200 ? m. As materias primas para a clasificación e separación electrostática foron subsecuentemente moído utilizando un muíño de impacto cun clasificador interno (Hosokawa-Alpine ZPS50). tamaño de partícula medio (D50) foi informar como aproximadamente 25 ? M para a fariña de chícharos, e aproximadamente 200 ? M para a fariña de tremoço, antes da clasificación con aire. finalmente, un subconxunto de cada mostra, fariña de chícharos e tremoço, foi entón clasificada con aire (Hosokawa-Alpine ATP50). A alimentación ao separador electrostático consistía en ambas fariñas non tratados, así como o curso e produto fino de clasificación de aire. [18]
O dispositivo de separación electrostática usado durante os ensaios foi un tipo de placas paralelas, con carga efectuada mediante carga triboeléctrica nunha 125 mm tubo longo de carga, con partículas transportadas pneumaticamente por nitróxeno a presión. O dispositivo é similar en configuración do dispositivo usado por Wang et al (2015). [17] experiencias de separación Electrostática realizáronse en fariña de chícharos chan e fariña de tremoço, así como o curso e finas fraccións de fariña de chícharos e fariña de tremoço obtido a partir de aire de clasificación. A fariña de chícharos demostrado movemento só pequenas de proteína durante as probas electrostática. con todo, a fariña de tremoço demostrado movemento significativo de proteínas en todas as tres mostras examinadas (fariña moída - 35% proteína, moídos multas clasificados - 45% proteína, moída grosa clasificado - 29% proteína). produtos ricos en proteínas de aproximadamente 60% foron recuperados no electrodo conectado á terra para cada unha das tres mostras de tremoço probado. [18]
caso 3 - Retirada de fibra de Millo
Investigadores do Departamento de Enxeñaría Agrícola e Biolóxica, Mississippi State University realizou probas Electrostática en fariña de millo moído, cun obxectivo de fibra eliminando. O dispositivo de separación electrostática consistía nunha cinta transportadora cun electrodo negativo colocado ao final da cinta transportadora.. As partículas cargadas positivamente, partículas de fibra, neste caso, foron levantados da cinta transportadora e clasificados nunha segunda tolva. As partículas sen fibra caeron da cinta transportadora por gravidade e depositáronse na tolva do primeiro produto.. Os autores non describen como se realiza a carga eléctrica. O material de alimentación deste separador era relativamente groso, con tamaños de partículas de alimentos para animais que van desde 12 malla (1,532 ? m) para 24 malla (704 ? m). Non parece que o undersize (<704 ? m) o material foi procesado durante este estudo. Cada condición de proba completouse usando 1 kg de material de alimentación que estaba uniformemente disperso pola cinta. [6]
figura 5: Reproducido de Pandya et al, 2013 [6]
Investigadores do estado de Mississippi completado as probas de separación Electrostática sobre a fariña de millo unscreened, as fraccións de fariña de millo Rastrexar e as fraccións ricas en fibra recuperado de clasificación pneumática. probas electrostática non foi completada nos fluxos de fibras de baixo recuperados dende clasificación pneumática. Análise dos resultados da separación electrostática é proporcionada por baixo:
mesa 3: Os resultados de separación de fibras reproducidos dende Pandya et al, 2013 [6]
caso 4 - Concentración de proteína de sementes oleaxinosas
As sementes oleaxinosas, como colza (canola), xirasol, sésamo, mostaza, xerme de soia e millo, e de linhaça xeralmente conteñen unha cantidade de proteínas e fibra. Procesamento tecnoloxías para eliminar a fibra, e, así, aumentar o contido de proteínas, de oleaxinosas será cada vez máis importante como a demanda mundial por proteínas aumenta. [19] Un traballo recente de investigadores do Instituto Nacional Francés de Investigacións Agrícolas examinou a moenda ultrafina combinada co procesamento electrostático de fariña de sementes de xirasol, para concentrar proteínas. As mostras de fariña de xirasol de alimentación foron moídas nun molino de impacto que funcionaba a temperatura ambiente ata un tamaño de partícula (D50) de 69.5 ? m. O separador electrostático utilizado para a proba foi un dispositivo de placas paralelas onde o mecanismo de carga principal era a carga tribo. A tribo-carga foi levada a cabo a importe dos electrodos nunha liña de carga tribo, con partículas transportadas a través da liña de carga, e aos electrodos, por medio de transporte neumático. Proteína se atopou para cargar positiva (reportando ao electrodo negativo) é a fracción rica en fibra se atopou para cargar negativamente. selectividade proteína se atopou a ser elevado. proteína de alimentación era 30.8%, coa medición do producto rico en proteínas 48.9% ea proteína empobrecido (rica en fibra) produto que mide só 5.1% proteína. A recuperación de proteínas foi 93% para o produto positiva. celulosa, hemicelulosas, e medironse a lignina e comprobouse que se reportaban ao produto cargado negativamente, oposto ao da proteína. [20]
mesa 4: Resultados da separación da fariña de sementes de xirasol reproducidos de Barakat et al, 2015 [20]
en 2016, completouse un estudo adicional usando fariña de sementes oleaginosas de colza finamente moída, ou tortas de aceite de colza (ROC), como alimentación a un proceso de separación electrostática. Novo moenda ultrafina á temperatura ambiente foi efectuada mediante un dispositivo de muíños de coitelos (Retsch SM 100). O material fresado, cun tamaño de partícula medio (D50) de aproximadamente 90 ? m, foi procesado usando un separador de placas paralelas escala piloto (Sistema TEP, Separacións de fluxo Tribo). O sistema utiliza TEP carga triboeléctrica por transporte pneumático das partículas a través dunha liña de carga de alta presión en condicións de turbulencia. Unha proba de separación de paso única co Sistema de TEP resultaron na concentración significativa de proteínas, cunha Protea Alimentación 37%, un nivel de proteína do produto cargado positivamente de 47% e un nivel de produto proteína cargada negativamente de 25%. fases adicionais de separación realizáronse, en definitiva, a produción dun produto rico en proteínas con 51% proteína despois 3 sucesivas fases de separación. [21]
mesa 5: Resultados de colza separación fariña de sementes oleaxinosas reproducidos dende Basset et ai, 2016 [21]
discusión
Unha revisión da literatura relevante indica que a investigación significativa foi realizada para desenvolver técnicas de separación electrostáticos para materiais orgánicos. Este desenvolvemento ten continuado ou mesmo acelerado no pasado 10 - 20 anos, con moitos investigadores en Europa e nos Estados Unidos aplicando técnicas de separación Electrostática para unha ampla variedade de retos de beneficiamento. A partir desa investigación, é evidente que os métodos electrostáticas teñen o potencial de xerar novos, produtos vexetais de maior valor, ou ofrecer unha alternativa ao métodos de procesamento mollado.
Aínda fomentando separacións de grans de cereais, pulsos, e material de oleaxinosas foron demostrados en laboratorio e en algunha escala casos piloto, os sistemas electrostáticos utilizados para demostrar estes resultados en definitiva, non pode servir como o equipo de procesamento máis adecuado ou de baixo custo para realizar estas separacións nunha base comercial. Existentes sistemas electrostáticos comerciais son máis comunmente usados en separacións de minerais, metais ou plásticos. Minerais e os metais son ambos materiais relativamente densos con elevada gravidade específica, , En comparación con materiais de plantas. Mesmo coa alta gravidade específica de minerais e metais, as limitacións de tamaño de partícula eficaz para o rolo de cilindro ea tarxeta de separadores electrostáticos paralelas é relativamente groseira, con poucas partículas inferiores 100 ? M, por exemplo,. Os plásticos son de densidade máis baixa do que ambos os minerais e os metais, pero son moitas veces procesados en tamaños de partículas groseiras, flocos de plástico como por exemplo. The introduction of fine particles creates operational difficulties for both high-tension roll and parallel plate separators. fino, partículas de baixa densidade son moi sensibles ás correntes de aire, especialmente en comparación con minerais e metais. Pequenas diferenzas de correntes de aire no interior do dispositivo de separación impactar o traxecto de desprazamento das partículas finas, sometendo-os a outros que aqueles causados polo campo electrostático forzas.
Para a maioría dos sistemas separadores de placas paralelas, partículas de terra e de baixa densidade finamente que son cargadas electrostaticamente son recollidas sobre os electrodos de separadores de placas paralelas. Se estas partículas finas electricamente conectados non son eliminadas nunha base constante, a intensidade do campo eléctrico ea eficiencia do dispositivo de degradar. O traballo dos investigadores O Proceso Food Engineering Group Wageningen UR (Wang et al, 2015) Aproveitou este fenómeno para recoller mostras da superficie dos electrodos do separador de placas paralelas para analizar os produtos da separación. Sistemas separadores de placas paralelas, particularmente aqueles que dependen da gravidade para transportar partículas a través do campo eléctrico, intentaron resolver este problema de varias maneiras. Stone et al (1988) describiu un proceso no que se eliminaban partículas finas augas arriba do separador electrostático mediante elutriación de aire. [10] Outros informaron de manter un fluxo laminar de aire fluíndo polos electrodos para evitar que as partículas finas sexan influenciadas polas correntes de aire.. [22con todo, manter o fluxo de aire laminar tórnase un reto como o dispositivo de separación tórnase maior, limitando efectivamente a capacidade de procesamento de tales dispositivos. En definitiva, o tamaño de partícula no que os compoñentes son fisicamente separados doutros (presente en forma de partículas discretas), vai ser o maior factor na determinación do tamaño de partícula en que o procesamento debe ocorrer.
Como mencionado anteriormente, dispositivos de separación electrostáticas convencionais son limitados en capacidade de procesamento, especially with low-density and finely ground powders such as plant materials. For high-tension drum and belt separation devices, a eficacia limítase a partículas que son relativamente grosas e/ou teñen un peso específico elevado, debido á necesidade de todas as partículas para contactar a superficie do tambor. Medida que as partículas se fan máis pequenas que a taxa de procesamento é reducida. Separadores de placas paralelas son aínda limitada pola densidade de partículas que pode ser procesado na zona de eltrodos. Partícula de carga debe ser mínimo para evitar efectos de carga espacial.
equipo ST & Tecnoloxía veciños Separator
O Equipo ST & tecnoloxía (STET) separador de correa de triboelectrostatic ten a capacidade demostrada para procesar as partículas finas 500 - 1 ? m. O separador STET é un separador electrostático de placa paralela, con todo, as placas de electrodos están orientadas horizontalmente fronte a vertical como ocorre na maioría dos separadores de placas paralelas. (vexa a Figura 6) ademais, o separador STET realiza a tribo-carga de partículas e transporta simultaneamente mediante unha cinta transportadora de malla aberta de alta velocidade. Esta característica permite unha velocidade de procesamento específica moi elevada, así como a capacidade de procesar po moito máis fino que os dispositivos electrostáticos convencionais. Este tipo de dispositivo de separación está en operación comercial desde 1995 separando de carbono non queimada desde minerais de cinzas volantes (D50 típico aproximadamente 20 ? m) en centrais de enerxía movidas a carbón. Este dispositivo de separación electrostática tamén foi un éxito na beneficiação doutros materiais inorgánicos, incluíndo minerais como carbonato de calcio, talco, Barita, e outros.
Os detalles fundamentais do separador STET son ilustrados na Figura 7. As partículas son cargadas polo efecto triboeléctrico mediante colisións de partículas-para-partícula dentro do intervalo entre os electrodos. A voltaxe aplicada entre os electrodos sitúase entre 4 e ± ± 10 kV con respecto á terra, dando unha diferenza de tensión total de 8 - 20 kV mediante unha folga entre os electrodos moi estreita de nominalmente 1.5 cm (0.6 polgadas). partículas de alimentación son introducidos no separador de STET nun de tres locais (Portas de alimentación) a través dun sistema distribuidor de aire corredías con chaves de guillotina. O separador STET produce só dous produtos, unha corrente de partículas con carga negativa tomada no electrodo cargado positivamente, e unha cadea de partículas con carga positiva recollida no electrodo cargado negativamente. Os produtos son transportados para as súas tremonhas en cada extremo do separador STET polo cinto separador e transportado para fóra do separador por gravidade. O separador STET non produce un farelo ou fluxo de reciclaxe, aínda varias opcións do paso para mellorar a pureza e / ou recuperación de produtos son posibles.
figura 6: STET triboelétricas veciños Separator
As partículas transmítense a través do oco dos electrodos (zona de separación) por un bucle continuo, cinto de malla aberta. O cinto funciona a gran velocidade, variable de 4 para 20 Señorita (13 - 65 ft / s). A xeometría do cinto serve para varrer partículas finas da superficie dos electrodos, evitando a acumulación de partículas finas que degradan o rendemento e o campo de tensión dos dispositivos tradicionais de separación de placas paralelas de caída libre.. Ademáis, o cinto xera unha gran transparencia, zona de alta turbulencia entre os dous electrodos, promover a tribo-carga. A viaxe a contracorrente do cinto separador permite a carga e recarga continua ou partículas dentro do separador, eliminando a necesidade dun sistema de precarga antes do separador STET.
figura 7: Fundamentos de funcionamento do separador de cinta STET
O separador STET ten unha taxa de avance elevada, sistema de procesamento comprobado comercialmente. A capacidade máxima de procesamento do separador STET é principalmente unha función da velocidade de alimentación volumétrica que pode transportarse a través do oco do electrodo pola cinta separadora STET. outras variables, tales como a velocidade da cinta, a distancia entre os electrodos ea densidade aireador do po de realizar o tipo de alimentación máxima, polo xeral a unha menor extensión. Para relativamente materiais de alta densidade, por exemplo, cinzas volantes, a taxa máxima de procesamento dun 42 polgada (106 cm) ancho electrodo unidade de separación comercial é máis ou menos 40 - 45 Toneladas por hora de alimentación. Para materias primas menos densas, a taxa de alimentación máxima é inferior.
mesa 6: taxa de alimentación máximo aproximado para varios materiais procesados con STET 42 separador electrostático polgada.
explosións de po son un perigo en gran e outras operacións de procesamento orgánico po. O separador de STET é axeitado para o procesamento de post orgánicos combustibles con só pequenas modificacións. Non hai superficies Calefacción no separador STET. As únicas pezas móbiles son a correa de accionamento e rolos de separar. Os rodamentos de rolos están situados no exterior da cadea de po sobre o invólucro exterior da unidade. Por iso, non son un risco para o exceso de carga / chispas na cadea de material. ademais, os rodamentos de separación STET están dispoñibles con equipada de fábrica capacidade de medir temperatura para detectar fallo do rolamento moito antes perigosamente altas temperaturas son afectados. O cinto separador e sistema de accionamento non representan un risco máis elevado do que outras máquinas rotativas convencional. Os compoñentes de alta tensión separadoras STET estean tamén localizadas fóra da cadea de materiais e en involucrar á proba de po. A enerxía máxima dunha faísca través do rango de separación é limitada pola concepción dos compoñentes de alta tensión. Un nivel adicional de seguridade pode ser introducido a través de purga con nitróxeno.
Procesamento de fariña de trigo enteiro por STET Separator
fariña de trigo integral é derivado de moenda todo o gran de trigo (farelo, xerme, e endosperma). comercialmente dispoñible, Fóra do estante, Adquiriuse fariña de trigo integral para usar como material de proba para avaliar a capacidade do separador STET para eliminar o farelo fibroso e o xerme da fracción de endospermo con amidón da fariña de trigo.. A mostra de fariña de trigo integral foi analizada por STET antes de comezar a proba. O contido de cinzas foi probado pola norma ICC 104 / 1 (900ºC). Medicións repetidas de cinzas da mesma mostra, unha mostra de alimentación non separada, medido 10 veces, atopouse cun contido de cinzas de 1.61%, unha desviación estándar de 0.01 e unha desviación estándar relativa de 0.7%. análise granulométrico foi completado por difracción de raios láser utilizando un Malvern Mastersizer 3000 cun aparello de dispersión seco. análise de proteínas realizouse mediante o método DUMAS, cun N rápida elemental superar analizador de nitróxeno / Protea. Un factor de conversión de N x 6.25 foi utilizada. As varias propiedades de toda a mostra de fariña de trigo son resumidos a continuación. (ver Táboa 7)
mesa 7: Análise de toda alimentación de fariña de trigo por STET
contido en cinzas e contido de proteínas comprobar de ser moi reproduzível cando probado no mesmo mostra, pero a variabilidade significativa foi observada entre os varios bolsas de fariña de trigo integral utilizados como a mostra de razón. (ver Táboa 8) Esta variabilidade mostra de razón resultou algunha dispersión dos datos de proba.
mesa 8: Análise dos resultados da proba de separación de fariña de trigo integral por STET
probas de separación electrostática de toda a mostra de fariña de trigo foi realizada o equipo DR & tecnoloxía (STET) instalación de planta piloto en Needham, Massachusetts. A planta piloto STET contén dous separadores STET escala piloto, xunto con equipo accesorio usado para investigar a separación de materiais de fontes candidatos. Fichas STET a escala piloto teñen a mesma lonxitude como separador STET comercial, en 30 pés (9.1 metros) longo, con todo, o ancho do electrodo ficha de planta piloto é única 6 polgadas (150 mm), ou un sétimo o ancho da maior separador STET comercial en 42 polgadas (1070 mm) ancho electrodo. A capacidade de alimentación do separador de STET é directamente proporcional á anchura dos electrodos, polo tanto, a taxa de alimentación do separador de planta piloto é un sétimo a taxa de alimentación da unidade de separador comercial de ancho de 42 polgadas. A taxa de alimentación máxima con fariña de trigo integral foi 2.3 Toneladas por hora en escala piloto, o que corresponde a 16 Toneladas por hora para o ancho do separador comercial de 42 polgadas. En comparación coa escala na que a maioría dos estudos de separación electrostáticos foron conducidos ata a data, a proba separador STET realizouse a un ritmo de alimentación considerablemente maior. A proba realizouse en 10 kg (20 Libra) ensaios de lotes, debido ás consideracións prácticas de subministración 2.3 Toneladas por hora de alimentación continua. Para cada condición de proba lote, os produtos do proceso de separación foron pesados para calcular a recuperación de masas. Subamostras de cada proba foron recollidos e analizados en canto ao contido de cinzas e contido de proteínas.
figura 8: STET Planta Piloto Separator.
medición do tamaño de partícula das e dúas mostras do produto de fariña de trigo integral Alimentación móstrase a continuación na Figura 9.
figura 9: medición do tamaño de partícula de fariña de trigo integral alimentación, e as dúas mostras de produtos separados.
Unha imaxe dos produtos de separación recuperados inclúese a continuación. (vexa a Figura 10) Un cambio de cor perceptible foi observada durante a separación, que a alta débil do produto cinzas contido considerablemente máis escura que a mostra de fariña de trigo integral alimentación.
figura 10: Os produtos típicos recuperados dende o proceso de separación STET.
contido de cinzas para todos os produtos do proceso de separación foi medida. (vexa a Figura 11)
figura 11: O contido de cinzas versus a recuperación de masas de produto de baixo contido de cinzas por probas de separación de fariña de trigo por STET
As probas do separador electrostático STET con fariña de trigo integral demostraron un movemento significativo da alta cinza (farelo) fracción do grano de trigo ao electrodo positivo. O produto reducido de cinzas recolleuse posteriormente no electrodo negativo. A proba realizouse nun esquema de paso único, con todo, é posible realizar unha mellora adicional de calquera dos produtos de separación realizando outra etapa de separación. probas futuros co separador STET serán conducidas en mostras de farelo de trigo, así como fariña de millo e leguminosas como o Lupin.
conclusións
Unha revisión da literatura relevante indica que a investigación significativa foi realizada para desenvolver técnicas de separación electrostáticos para materiais orgánicos. Este desenvolvemento ten continuado ou mesmo acelerado no pasado 10 - 20 anos, con moitos investigadores en Europa e nos Estados Unidos aplicando técnicas de separación Electrostática para unha ampla variedade de retos de beneficiamento. A partir desa investigación, é evidente que os métodos electrostáticas teñen o potencial de xerar novos, produtos vexetais de maior valor, ou ofrecer unha alternativa ao métodos de procesamento mollado. Aínda que fomentando as separacións de trigo, Demostráronse materiais vexetais a base de millo e noutros no laboratorio e nalgúns casos a escala piloto, os sistemas electrostáticos utilizados para demostrar estes resultados poden non ser o equipo de procesamento máis adecuado ou de baixo custo para realizar estas separacións nunha base comercial. Moitas tecnoloxías electrostáticos non son axeitados para o proceso finamente moído, pos de baixa densidade, tales como materiais de plantas. con todo, equipo ST & tecnoloxía (STET) separador de correa de triboelectrostatic ten a capacidade demostrada para procesar as partículas finas 500 - 1 µm a velocidades elevadas. O separador de correa de STET é unha taxa alta, dispositivo de procesamento comprobado industrialmente que pode ser axeitado para comercializar os desenvolvementos recentes no procesamento de material vexetal. O separador de correa de STET probouse nunha mostra de fariña de trigo integral e comprobar de ser exitoso na eliminación do farelo dende a fracción de amidón. probas futuros co separador STET serán conducidas en mostras de farelo de trigo, así como fariña de millo e leguminosas como a soia e o altramuz.
Referencias
[1] T. B. Osborne, “Medios-Purificador”. Patente dos Estados Unidos de América 224,719, 17 febreiro 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Hanumantha Rao e K. Forsberg, “Revisión dos métodos de separación eléctrica – Parte 1: aspectos fundamentais,” minerais & procesamento metalúrxico, vol. 17, non. 1, PP. 23-36, 2000.
[3] J. Elder e E. Yan, “eForce – Nova xeración do separador electrostático para a industria de minerais areas,” en Heavy Minerals Conference, Johannesburgo, 2003.
[4] R. H. Perry e D. W. Verde, Enxeñeiros Químicos de Perry’ Manual séptima edición, Nova York: McGraw-Hill, 1997.
[5] S. Mesal, R. coroa, eu. Chetan, R. Ouiddir, K. Medles e L. Dascalescu, “Separador electrostático para mesturas micronizadas de metais e plásticos procedentes de residuos de equipos eléctricos e electrónicos,” Revista de Física, vol. 646, PP. 1-4, 2015.
[6] T. S. Pandia, R. Srinivasan e C. P. Thompson, “Separación de fibras para fariña de millo moída mediante un método electrostático,”Química dos cereais, vol. 90, non. 6, PP. 535-539, 2013.
[7] L. marcas, P. M. Beier, e máis eu. Stahl, separación Electrostática, Weinheim: Wiley VCH Verlag GmbH & co. KGaA, 2005.
[8] e. Hemery, X. Rouau, V. Lullien-Pellerin, C. Barron e J. Abecassis, “proceso en seco para desenvolver fraccións de trigo e produtos con calidade nutritiva mellorada,” Xornal da Ciencia Cereal, non. 46, PP. 327-347, 2007.
[9] W. A. Brastad e E. C. engrenaxe, “Método e aparello para a separación electrostática”. Patente dos Estados Unidos de América 2,848,108, 19 agosto 1958.
[10] B. A. Stone e J.. Minifie, “Recuperación de células de aleurona do farelo de trigo”. Patente dos Estados Unidos de América 4,746,073,24 maio 1988.
[11] A. Bohm e A. arranhão, “Método para illar aleurona Particles”. Patente dos Estados Unidos de América 7,431,228, 7 outubro 2008.
[12] J. A. Delcour, X. Rouau, C. M. Courtin, K. Poutanen e R. Ranieri, “Tecnoloxías para unha mellor explotación do potencial de promoción da saúde de cereais,” Tendencias na Ciencia dos Alimentos & tecnoloxía, PP. 1-9, 2012.
[13] L. Dascalescu, C. Dragan, M. Bilici, R. beleza, e. Hemery e X. Rouau, “Base Electrostática para Separación de farelo de trigo tecidos,” IEEE Transactions on Aplicacións da industria, vol. 46, non. 2, PP. 659-665, 2010.
[14] e. Hemery, X. Rouau, C. Dragan, R. Bilici e L. Dascalescu, “propiedades electrostáticas de farelo de trigo e as súas capas constitutivas: Influencia do tamaño de partícula, composición, e contido de humidade,” Journal of Food Engineering, non. 93, PP. 114-124, 2009.
[15] e. Hemery, M. Curnd, o. Holopainen, A.-H. lámpadas, P. Lehtinen, V. Piironen, A. Sadoudi e X. Rouau, “Potencial de fracionamento en seco de farelo de trigo para o desenvolvemento de ingredientes alimentarios, parte I: Influencia da moenda ultra fina,” Xornal da Ciencia Cereal, non. 53, PP. 1-8, 2011.
[16] e. Hemery, o. Holopainen, A.-H. lámpadas, P. Lehtinen, T. herba, V. Piironen, M. Edlemann e X. Rouau, “Potencial de fracionamento en seco de farelo de trigo para o desenvolvemento de ingredientes alimentarios, parte II: separación electrostática de partículas,” Xornal da Ciencia Cereal, non. 53, PP. 9-18, 2011.
[17] J. Wang, E. Smits, R. M. Estrondo, e M. A. Schutyser, “Arabinoxilanos concentrados de farelo de trigo por separación electrostática,” Journal of Food Engineering, non. 155, PP. 29-36, 2015.
[18] P. J. Pelgrom, J. Wang, R. M. Estrondo, e M. A. Schutyser, “pre- e post-tratamento mellorar o enriquecemento proteico de moenda e aire clasificación de verduras,” Journal of Food Engineering, non. 155, PP. 53-61, 2015.
[19] D. Chereau, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Motte, S. Belaïd, J. Ventureira e M. López, “Combinación de tecnoloxías existentes e alternativas para promover oleaxinosas e leguminosas proteínas en aplicacións de alimentos,” oleaxinosas & graxas Culturas e Lípidos, vol. 23, non. 4, PP. 1-11, 2016.
[20] A. Barakat, F. Jerome e X. Rouau, “A Plataforma seco para separación de proteínas a partir de biomasa Contendo
polisacarideos, lignina, e polifenois,” ChemSusChem, vol. 8, PP. 1161-1166, 2015.
[21] C. Baja, S. Kedidi e A. Barakat, “químico- e sen disolvente Mechanophysical fracionamento de Biomasa inducida pola tribo-Electrostática carga: Separación proteínas e lignina,” ACS Química Sostible & enxeñaría, vol. 4, PP. 4166-4173, 2016.
[22] J. M. Stencel, J. L. Schaefer, H. alonxamento, e J. K. Neathery, “Aparello e proceso para a separación Triboelectrostatic”.Patente dos Estados Unidos de América 5,938,041, 17 agosto 1999.
