Pilih bahasa:
Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Abstrak
Kajian pustaka relevan menunjukkan bahwa penelitian yang signifikan yang telah dilakukan untuk menerapkan electrostatically
teknik-teknik pemisahan kering butiran makanan nabati (Yaitu., organik) bahan. Perkembangan ini telah dipercepat di masa lalu 10 – 20 tahun, dengan banyak peneliti di Eropa dan Amerika Serikat mendaftar pemisahan elektrostatik Teknik untuk berbagai tantangan penerima manfaat. Dari penelitian ini, jelas bahwa metode elektrostatik memiliki potensi untuk menghasilkan baru, Produk nilai yang lebih tinggi tanaman, atau menawarkan alternatif untuk metode pengolahan basah. Meskipun mendorong pemisahan sereal gandum, Bahan pulsa dan biji minyak telah ditunjukkan di laboratorium dan dalam beberapa kasus, Skala pilot, sistem elektrostatik yang digunakan untuk menunjukkan hasil ini mungkin tidak cocok atau hemat biaya pengolahan peralatan untuk tampil seperti pemisahan secara komersial. Banyak elektrostatik teknologi ini tidak cocok untuk proses halus tanah, Low density bubuk seperti bahan tanaman. Namun, Peralatan ST & Teknologi (STET) triboelectrostatic sabuk pemisah telah menunjukkan kemampuan untuk memproses partikel halus dari 500 – 1 µm. Pemisah sabuk STET adalah tingkat tinggi, perangkat industri terbukti pengolahan yang mungkin cocok untuk mengkomersialkan perkembangan pengolahan bahan organik. Pemisah sabuk STET diuji pada sampel tepung gandum utuh dan ditemukan untuk menjadi sukses dalam menghilangkan dedak dari Pati kecil. Masa depan pengujian dengan pemisah STET akan dilakukan pada sampel dedak gandum, tepung jagung
dan kacang-kacangan seperti kedelai dan lupin.
Kata kunci: Elektrostatik Tribo, Elektrostatik, Pemisahan, Fraksinasi, Gandum, Gandum, Tepung, Serat, Protein, Minyak sayur, Pulsa
Pengenalan
Metoda pemisahan elektrostatik telah digunakan selama 50 tahun Benefisiasi skala komersial dari
mineral industri dan daur ulang bahan sampah. Elektrostatik Benefisiasi dari makanan nabati butiran kering (yaitu, organik) bahan-bahan telah menyelidiki untuk atas 140 tahun, dengan yang pertama paten untuk pemisahan elektrostatik middlings tepung gandum penuh sebagai awal 1880. [1] Elektrostatik Benefisiasi memungkinkan untuk pemisahan yang didasarkan pada perbedaan dalam kimia permukaan (fungsi kerja) atau sifat dielektrik. Dalam beberapa kasus, Pemisahan ini tidak akan mungkin menggunakan ukuran atau kepadatan pemisahan sendirian. Sistem pemisahan elektrostatik beroperasi pada prinsip-prinsip yang sama. Semua sistem pemisahan elektrostatik berisi sistem elektrik mengisi partikel, Medan listrik eksternal dihasilkan untuk pemisahan terjadi di, dan metode untuk menyampaikan partikel ke dalam dan keluar perangkat pemisahan. Pengisian listrik dapat terjadi dengan satu atau beberapa metode termasuk konduktif induksi, tribo-pengisian (Elektrifikasi kontak) dan ion atau corona pengisian. Sistem pemisahan elektrostatik memanfaatkan setidaknya salah satu mekanisme ini pengisian. [2]
Tinggi ketegangan roll elektrostatik pemisahan systems telah digunakan di banyak industri dan aplikasi mana satu
komponen ini lebih merupakan penghantar listrik daripada yang lain. Contoh aplikasi untuk tegangan tinggi roll pemisah termasuk bantalan pemisahan mineral titanium, serta daur ulang aplikasi, misalnya penyortiran logam dari plastik. Ada beberapa variasi dan geometri digunakan untuk tegangan tinggi roll sistem, tapi secara umum, mereka beroperasi pada prinsip-prinsip yang sama. Pakan partikel negatif dibebankan oleh lucutan Korona ionizing. Pakan partikel tersebar ke drum berputar, mana drum elektrik didasarkan. Partikel konduktif elektrik menyerah biaya mereka berdasarkan menghubungi permukaan Beralas drum. Perputaran drum menyebabkan partikel konduktif akan dilemparkan dari permukaan drum dan disimpan dalam gerbong produk pertama. Partikel non-konduktif mempertahankan muatan listrik mereka dan ditempelkan ke permukaan drum. Akhirnya, muatan listrik pada partikel non-konduktif akan menghilang, atau partikel akan menggosok dari drum setelah drum telah diputar sehingga partikel non-konduktif disimpan dalam gerbong non-konduktif partikel. Dalam beberapa aplikasi, middlings hopper ditempatkan di antara gerbong konduktif dan non-konduktif produk. Efektivitas jenis perangkat pemisahan dibatasi umumnya partikel yang relatif kasar dan/atau memiliki tinggi gravitasi spesifik, karena kebutuhan semua partikel untuk menghubungi permukaan drum. Sebagai tambahan, dinamika aliran partikel penting seperti momentum sudut pada akhirnya bertanggung jawab untuk menyampaikan partikel dari permukaan drum untuk masing-masing produk Hopper. Partikel halus dan low-density partikel yang mudah terpengaruh oleh arus udara dan dengan demikian lebih kecil kemungkinannya untuk dilempar dari drum di area diprediksi. [2] [3] [4]
Tinggi ketegangan sabuk pemisah adalah varian dari tegangan tinggi roll pemisah yang dijelaskan di atas. Pakan partikel tersebar merata di seluruh lebar elektrik Beralas ban berjalan. Partikel dikenai biaya, biasanya dengan corona negatif, Meskipun mekanisme lain pengisian mungkin. Sekali lagi partikel konduktif memberikan charge mereka listrik Beralas ban berjalan, sementara non-konduktif partikel mempertahankan biaya mereka. Partikel konduktif jatuh dari tepi sabuk oleh gravitasi, sementara non-konduktif partikel bermuatan yang "diangkat" dari permukaan sabuk pasukan elektrostatik. Lagi untuk pemisahan efektif, setiap partikel harus menghubungi permukaan sabuk untuk memungkinkan partikel konduktif untuk menyerah biaya mereka untuk sabuk. Oleh karena itu, hanya lapisan tunggal partikel dapat disampaikan oleh pemisah pada satu waktu. Sebagai ukuran partikel pakan menjadi lebih kecil, tingkat pengolahan perangkat berkurang. [5] [6]
Paralel plat pemisah elektrostatik yang biasanya berdasarkan memisahkan partikel tidak berdasarkan konduktivitas, tetapi pada perbedaan dalam kimia permukaan yang memungkinkan untuk transfer muatan listrik oleh gesekan kontak. Partikel bermuatan melalui kontak kuat dengan partikel lain, atau dengan permukaan ketiga seperti logam atau plastik akan sifat tribo-pengisian yang diinginkan. Bahan-bahan yang electronegative (Terletak di ujung negatif dari seri tribo-listrik) menghapus elektron dari permukaan tribo-pengisian dan dengan demikian memperoleh muatan negatif bersih. Kontak, bahan-bahan yang di ujung positif dari seri tribo-listrik menyumbangkan elektron dan biaya positif. Partikel bermuatan yang kemudian diperkenalkan ke dalam bidang listrik yang dihasilkan antara dua elektroda sejajar piring dengan berbagai sarana transportasi (gravitasi, pneumatik, getaran). Hadapan medan listrik, partikel bermuatan bergerak menuju elektroda malah diisi dan dikumpulkan pada Hopper produk sesuai. Lagi, middlings sebagian kecil berisi campuran partikel mungkin atau mungkin tidak dikumpulkan, tergantung pada konfigurasi perangkat pemisahan. [4] [7]
Gambar 1: Diagram tinggi ketegangan roll Separator (kiri) dan paralel plat pemisah jatuh bebas (kanan).
Meja 1: Ringkasan dari umum digunakan perangkat elektrostatik pemisahan.
Kasus 1 -Gandum dan gandum Bran Benefisiasi.
Gandum adalah produk sampingan dari penggilingan gandum konvensional, mewakili 10-15% biji-bijian gandum. Kulit gandum terdiri dari lapisan luar termasuk pericarp, Testa, dan aleurone. Kulit gandum berisi sebagian dari mikro, serat, dan phytochemical yang terkandung dalam biji-bijian, yang telah menunjukkan manfaat kesehatan bagi manusia. [8] Bunga yang signifikan dalam memisahkan dan beneficiating kulit gandum telah dilaporkan. Sejarah bunga dalam memisahkan gandum adalah untuk meningkatkan kualitas dan nilai produk tepung. Namun, bunga yang lebih baru telah dilaporkan dalam memulihkan komponen berharga dari kulit gandum.
Dalam 1880, Thomas Osborne dipatenkan pemisah elektrostatik komersial pertama untuk menghilangkan dedak dari tepung middlings. Pemisah terdiri dari gulungan yang dilapisi karet keras atau setara materi yang mampu menjadi bermuatan melalui gesekan tribo-pengisian dengan wol. Meskipun tidak dijelaskan, Hal ini diasumsikan karet gulungan diperoleh muatan negatif dibandingkan wol, konsisten dengan kebanyakan seri tribo-listrik. Gulungan bermuatan menarik partikel bermuatan positif dedak serat, menyampaikan mereka pada permukaan roll sampai partikel disematkan serat yang menyapu dari permukaan roll. Ini (diasumsikan) pengisian positif dari kulit gandum adalah bertentangan dengan hasil yang dilaporkan oleh orang lain. Tribo-pengisian partikel dedak dibantu oleh fluidizing udara diperkenalkan di bagian bawah perangkat, yang memiliki keuntungan tambahan dari menyebabkan partikel dedak kurang padat ke permukaan, dekat ke gulungan. [1]
Dalam 1958 aparat untuk pemisahan elektrostatik dedak dan endosperm terkandung dalam tepung middlings diungkapkan dalam pengajuan paten oleh Branstad bekerja di General Mills. Perangkat yang terdiri dari paralel plat pemisah di mana partikel disampaikan antara dua piring oleh getaran. Partikel Bran, dibebankan oleh gesekan kontak dengan endosperm partikel, kemudian mengangkat dengan elektroda atas melalui perforasi di atas elektroda. [9]
Dalam 1988 peralatan dan proses untuk memulihkan aleurone dari kulit gandum komersial yang diungkapkan dalam pengajuan paten. Kulit gandum komersial dengan awal aleurone isi 34% diperkaya untuk dari konsentrat 95% di 10% massa hasil (28% pemulihan aleurone) oleh kombinasi penggilingan palu, ukuran dengan skrining, air elutriation dan pemisahan elektrostatik yang menggunakan pemisah elektrostatik sejajar piring. Partikel didakwa dalam perangkat elutriator udara, yang memiliki peran ganda menghilangkan denda (<40 µm) oleh menyampaikan, Sementara secara bersamaan tribo-pengisian partikel aleurone positif (pelaporan ke piring Elektrode negatif) dan pericarp testa partikel negatif. Ukuran partikel campuran bekatul hati-hati dikendalikan oleh palu penggilingan dan multi-level skrining, untuk mendapatkan feed sebagian besar berukuran di 130 – 290 berbagai µm. [10]
Terakhir bekerja pada pemulihan aleurone dari kulit gandum terus. Dalam 2008, Buhler AG dipatenkan perangkat pemisahan elektrostatik untuk memisahkan partikel aleurone dari partikel-partikel shell yang terbuat dari dedak diringankan. Salah satu pengejawantahan perangkat yang terdiri dari sebuah rotor yang beroperasi di daerah sempit berukuran pengobatan, yang memungkinkan untuk partikel-untuk-partikel dan partikel-untuk-wall kontak dan berikutnya pengisian tribo. Partikel bermuatan kemudian disampaikan secara mekanis ke kapal pemisahan mengandung sejajar piring elektroda. Partikel jatuh melalui pembuluh pemisahan oleh gravitasi, Ketika partikel bermuatan diferensial bergerak menuju elektroda malah dikenakan biaya di bawah pengaruh medan listrik. [11] Ketika dikombinasikan dengan ukuran yang tepat dari dedak pakan dan metode pengurutan mekanis, konsentrasi aleurone hingga 90% telah dilaporkan. [12] [8]
Gambar 2: Direproduksi dari Hemery et al, 2007 [8].
Tribo-pengisian dan Korona pengisian percobaan pada gandum dilakukan oleh pekerja di Electrostatics dari tersebar Media Research Unit, Universitas dari Poitiers, France di 2010. Para peneliti mengukur muatan permukaan dan waktu peluruhan potensi permukaan kulit gandum dengan 10% kelembaban dan diliposiskan (beku-kering) kulit gandum. Pemisahan tes dilakukan pada sampel 50% beku-kering kulit gandum dan 50% beku-kering aleurone feed dengan menggunakan sabuk jenis corona elektrostatik pemisah. (Gambar 3) Pemisahan hasil untuk pemisah corona skala laboratorium menunjukkan 67% dari aleurone pulih untuk non-konduktor gerbong, sementara hanya 2% dari kulit gandum yang dilaporkan gerbong non-konduktor. Percobaan pengisian Tribo juga dilakukan dengan gandum dan aleurone, tapi hanya untuk mengukur muatan permukaan tertentu [µC/g] dihasilkan pada setiap fraksi, sebagai lawan untuk memulihkan produk dari pemisahan elektrostatik. Bahan-bahan pakan kedua didakwa menggunakan Teflon sebagai permukaan kontak. Kulit gandum dan aleurone dilaporkan sebagai pengisian relatif Teflon positif, yang itu sendiri sangat electronegative. Besarnya biaya ditemukan tergantung pada tekanan operasi yang digunakan pada tribo-charger, menunjukkan bahwa tinggi turbulensi mengarah ke kontak lebih banyak dan lebih lengkap tribo-pengisian. [13]
Gambar 3: Direproduksi dari Dascalescu et al, 2010 [13]
Dalam 2009, peneliti dievaluasi sifat pengisian elektrostatik aleurone kaya dan pericarp kaya bahan-bahan pakan. [14] Dalam 2011 Para peneliti dilakukan pemisahan elektrostatik pengujian pada sampel tanah kulit gandum halus menggunakan skala pilot elektrostatik plat pemisah (Sistem TEP, Pemisahan aliran Tribo, Lexington, AMERIKA SERIKAT). Sistem TEP menggunakan garis pengisian, mana pakan partikel yang diperkenalkan ke dalam aliran udara terkompresi bergolak, dan pneumatik disampaikan melalui garis pengisian ke pemisahan chamber. Partikel tribo-dibebankan oleh partikel-partikel kontak, serta partikel kontak dengan permukaan garis pengisian. Hasil yang diperoleh dengan sistem TEP menunjukkan bahwa pemisahan elektrostatik efektif dalam meningkatkan konten aleurone dan beta-glukan dari kulit gandum. Menariknya, sebagian kecil dari bahan yang ditemukan mengandung isi sel aleurone tertinggi, di 68%, sangat bagus (D50 = 8 µm) sebagian kecil itu pulih dari pengisian tabung. Hal ini tidak jelas mengapa bahan ini preferentially terkonsentrasi di peralatan pengisian, Namun, itu menunjukkan bahwa kemampuan untuk proses aleurone sel isi mungkin memerlukan teknik elektrostatik yang mampu pengolahan bubuk sangat halus. Selanjutnya, karya ini menunjukkan yang memberi makan persiapan untuk kulit gandum adalah suatu pertimbangan penting. Sampel yang disiapkan oleh kriogenik gerinda di pabrik palu yang ditemukan kurang benar-benar harus dijauhkan (dibebaskan) daripada tanah di mill jenis dampak pada suhu ambient. [15] [16]
Gambar 4: Direproduksi dari Hemery et al, 2011 [16]
Karya terbaru dipelajari konsentrasi arabinoxylans dari kulit gandum oleh elektrostatik metode. Para peneliti dimanfaatkan laboratorium skala elektrostatik pemisah terdiri dari pengisian tabung dan pemisahan ruang yang mengandung dua elektroda sejajar piring. Kulit gandum giling diperkenalkan ke dalam tabung pengisian dan disampaikan pneumatik ke ruang pemisahan menggunakan nitrogen terkompresi. Turbulensi dan kecepatan tinggi gas dalam tabung pengisian disediakan Hubungi partikel yang diperlukan untuk pengisian tribo. Partikel bermuatan (Produk pemisahan) yang dikumpulkan dari permukaan elektroda untuk analisis. Karena orientasi vertikal elektroda sejumlah besar bahan tidak dikumpulkan. Fraksi middlings ini mungkin daur ulang untuk diproses lebih lanjut di electrostatics konvensional, Namun, untuk tujuan percobaan ini, bahan tidak dikumpulkan pada elektroda dianggap hilang. Para peneliti melaporkan peningkatan kedua kelas produk (arabinoxylan konten dalam produk) dan efisiensi pemisahan sebagai menyampaikan kecepatan meningkat. [17]
Upaya-upaya terkini untuk kulit gandum beneficiate menggunakan metode elektrostatik dirangkum di bawah ini dalam tabel 2.
Meja 2: Ringkasan dari metode elektrostatik yang dievaluasi untuk beneficiate gandum.
Kasus 2 -Protein pemulihan dari Lupin tepung
Para peneliti di kelompok teknik proses makanan di Wageningen, Belanda, dievaluasi potensi pengayaan protein yang menggunakan kacang-kacangan. Kacang polong dan lupin tepung yang digunakan sebagai feed untuk berbagai teknik pengayaan protein termasuk udara klasifikasi dikombinasikan dengan elektrostatik pemisahan. Tidak diobati biji kacang polong dan lupin pertama giling sampai sekitar 200 µm. Bahan-bahan pakan untuk klasifikasi dan pemisahan elektrostatik yang kemudian digiling dengan dampak jenis mill classifier internal (Hosokawa-Alpine ZPS50). Ukuran partikel rata-rata (D50) dilaporkan sebagai sekitar 25 µm untuk tepung kacang, dan sekitar 200 µm untuk lupin tepung, sebelum udara klasifikasi. Akhirnya, Sebuah subset dari setiap sampel, kacang polong dan lupin tepung, kemudian udara diklasifikasikan (Hosokawa-Alpine ATP50). Feed untuk pemisah elektrostatik terdiri dari kedua tidak diobati tepung, serta lapangan dan berkualitas produk dari udara klasifikasi. [18]
Perangkat pemisahan elektrostatik yang digunakan selama percobaan adalah sejenis sejajar piring, dengan pengisian dilakukan melalui pengisian tribokelistrikan di 125 mm panjang pengisian tabung, dengan partikel yang disampaikan pneumatik oleh terkompresi nitrogen. Perangkat ini mirip dengan konfigurasi untuk perangkat yang digunakan oleh Wang et al (2015). [17] Elektrostatik pemisahan eksperimen dilakukan pada tepung kacang tanah dan lupin tepung, serta lapangan dan halus pecahan tepung kacang dan tepung lupine Diperoleh dari udara klasifikasi. Tepung kacang menunjukkan hanya gerakan kecil protein selama pengujian elektrostatik. Namun, tepung lupin menunjukkan signifikan gerakan protein dalam semua tiga sampel diuji (tepung giling- 35% protein, denda diklasifikasikan giling- 45% protein, giling diklasifikasikan kasar- 29% protein). Produk kaya protein sekitar 60% ditemukan pada elektrode Beralas untuk masing-masing dari tiga lupin sampel diuji. [18]
Kasus 3 -Serat penghapusan dari jagung
Para peneliti di departemen teknik pertanian dan biologi, Universitas negara bagian Mississippi dilakukan elektrostatik pengujian pada tanah tepung jagung, dengan tujuan menghilangkan serat. Perangkat elektrostatik pemisahan terdiri dari ban berjalan dengan Elektrode negatif yang ditempatkan di ujung conveyor. Partikel bermuatan positif, serat partikel, dalam hal ini, itu lepas landas ban berjalan dan dipilah ke dalam hopper kedua. Partikel bebas serat jatuh dari ban berjalan oleh gravitasi dan yang disimpan ke dalam hopper produk pertama. Penulis tidak menggambarkan bagaimana pengisian listrik dilakukan. Bahan pakan untuk pemisah ini adalah relatif kasar, dengan partikel ukuran mulai dari feed 12 mesh (1,532 µm) untuk 24 mesh (704 µm). Tidak muncul yang terlalu kecil bentuknya (<704 µm) bahan diproses selama studi ini. Setiap kondisi ujian selesai menggunakan 1 kg bahan pakan yang seragam tersebar di seluruh sabuk. [6]
Gambar 5: Direproduksi dari Pandya et al, 2013 [6]
Para peneliti Mississippi State selesai elektrostatik pemisahan pengujian pada diskrining tepung jagung, pecahan disaring tepung jagung dan pecahan kaya serat pulih dari udara klasifikasi. Elektrostatik pengujian tidak selesai pada aliran rendah serat pulih dari udara klasifikasi. Analisis hasil pemisahan elektrostatik disediakan di bawah ini:
Meja 3: Hasil Pemisahan serat direproduksi dari Pandya et al, 2013 [6]
Kasus 4 -Konsentrasi protein dari minyak sayur
Minyak sayur seperti lobak (canola), bunga matahari, wijen, mustard, kedelai-jagung kuman, dan biji rami umumnya mengandung sejumlah besar protein dan serat. Teknologi pengolahan untuk menghapus serat, dan dengan demikian meningkatkan kandungan protein, minyak sayur akan menjadi semakin penting sebagai permintaan global untuk meningkatkan protein. [19] Karya terbaru oleh para peneliti di Institut Nasional Perancis untuk penelitian pertanian diteliti ultrafine penggilingan, dikombinasikan dengan elektrostatik pengolahan makanan biji bunga matahari, untuk berkonsentrasi protein. Sampel pakan makanan bunga matahari adalah tanah di mill dampak yang beroperasi pada suhu untuk ukuran partikel (D50) dari 69.5 µm. Pemisah elektrostatik yang digunakan untuk pengujian adalah perangkat sejajar piring mana pengisian mekanisme utama tribo-pengisian. Tribo-pengisian dilaksanakan hulu elektroda di garis tribo-pengisian, dengan partikel yang disampaikan melalui garis pengisian, dan elektroda, transportasi pneumatik. Protein ditemukan untuk mengisi positif (melaporkan kepada Elektrode negatif) dan fraksi kaya serat ditemukan untuk mengisi negatif. Selektivitas protein ditemukan untuk menjadi tinggi. Protein pakan adalah 30.8%, dengan produk kaya protein pengukuran 48.9% dan protein yang habis (kaya serat) mengukur hanya produk 5.1% protein. Protein pemulihan 93% Produk positif. Selulosa, hemicelluloses, dan lignin diukur dan menemukan untuk melapor ke produk bermuatan negatif, seberang bahwa protein. [20]
Meja 4: Hasil Pemisahan makan biji bunga matahari direproduksi dari Ibis et al, 2015 [20]
Dalam 2016, studi tambahan selesai menggunakan halus makan biji Brassica napus minyak tanah, atau minyak rapeseed kue (ROC), sebagai feed untuk proses pemisahan elektrostatik. Lagi ultrafine penggilingan pada suhu ambient dilakukan menggunakan pisau pabrik perangkat (Merk SM 100). Bahan giling, dengan ukuran rata-rata partikel (D50) dari sekitar 90 µm, diolah dengan skala pilot paralel plat pemisah (Sistem TEP, Pemisahan aliran Tribo). Sistem TEP memanfaatkan pengisian tribokelistrikan oleh pneumatik menyampaikan partikel melalui tekanan yang tinggi pengisian baris di bawah kondisi bergolak. Satu lulus tes pemisahan dengan sistem TEP mengakibatkan signifikan konsentrasi protein, dengan protein pakan 37%, tingkat protein bermuatan positif produk 47% dan tingkat protein bermuatan negatif produk 25%. Tambahan pemisahan tahap dilakukan, akhirnya menghasilkan produk kaya protein dengan 51% protein setelah 3 tahap berturut-turut pemisahan. [21]
Meja 5: Hasil minyak rapeseed benih makanan pemisahan direproduksi dari Basset et al, 2016 [21]
Diskusi
Kajian pustaka relevan menunjukkan bahwa penelitian yang signifikan yang telah dilakukan untuk mengembangkan teknik pemisahan elektrostatik untuk bahan organik. Perkembangan ini telah terus atau bahkan dipercepat di masa lalu 10 – 20 tahun, dengan banyak peneliti di Eropa dan Amerika Serikat yang menerapkan teknik-teknik pemisahan elektrostatik untuk berbagai macam Benefisiasi tantangan. Dari penelitian ini, jelas bahwa metode elektrostatik memiliki potensi untuk menghasilkan baru, lebih tinggi nilai produk tanaman, atau menawarkan alternatif untuk metode pengolahan basah.
Meskipun mendorong pemisahan biji-bijian sereal, pulsa, dan bahan-bahan minyak telah dibuktikan di laboratorium dan dalam beberapa kasus skala pilot., sistem elektrostatik yang digunakan untuk menunjukkan hasil ini mungkin akhirnya tidak berfungsi sebagai paling cocok atau hemat biaya pengolahan peralatan untuk tampil seperti pemisahan secara komersial. Ada sistem komersial elektrostatik yang paling umum digunakan dalam pemisahan mineral, logam atau plastik. Logam dan mineral adalah bahan kedua relatif padat dengan gravitasi spesifik yang tinggi, dibandingkan dengan bahan tanaman. Bahkan dengan gravitasi spesifik tinggi mineral dan logam, keterbatasan ukuran partikel efektif untuk drum roll dan paralel plat pemisah elektrostatik relatif kasar, dengan beberapa partikel di bawah ini 100 µm misalnya. Plastik yang lebih rendah kepadatan daripada logam dan mineral tetapi sering diproses pada ukuran partikel kasar, plastik serpihan misalnya. Pengenalan partikel halus menciptakan kesulitan operasional untuk pemisah pelat gulung tegangan tinggi dan paralel. Denda, Low density partikel sangat sensitif untuk udara arus, terutama dibandingkan dengan mineral dan logam. Perbedaan-perbedaan kecil dalam arus udara di dalam perangkat pemisahan dampak perjalanan jalan partikel halus, sahabat kekuatan selain yang disebabkan oleh bidang elektrostatik.
Untuk kebanyakan paralel plat pemisah sistem, halus tanah dan low-density partikel yang dikenai biaya electrostatically dikumpulkan pada elektroda paralel plat pemisah. Jika partikel bermuatan terlampir halus ini tidak dihapus pada dasar konstan, Medan listrik kekuatan dan efisiensi perangkat menurunkan. Karya para peneliti pada makanan proses rekayasa kelompok Wageningen UR (Wang et al, 2015) mengambil keuntungan dari fenomena ini untuk mengumpulkan sampel dari permukaan elektroda paralel plat pemisah untuk menganalisis hasil pemisahan. Paralel plat pemisah sistem, terutama mereka yang mengandalkan gravitasi untuk menyampaikan partikel melalui medan listrik, telah berusaha untuk mengatasi masalah ini dalam beberapa cara. Batu et al (1988) menggambarkan sebuah proses di mana partikel halus dihapus hulu pemisah elektrostatik oleh udara elutriation. [10] Lain telah melaporkan mempertahankan aliran laminar air mengalir melintasi elektroda untuk mencegah partikel halus dipengaruhi oleh arus udara. [22Namun, mempertahankan laminar aliran udara menjadi menantang sebagai perangkat pemisahan menjadi lebih besar, secara efektif membatasi kapasitas pengolahan perangkat tersebut. Akhirnya ukuran partikel di mana komponen secara fisik terpisah dari lain (hadir sebagai partikel diskrit), akan menjadi pendorong terbesar dalam menentukan ukuran partikel pemrosesan yang harus terjadi.
Seperti disebutkan sebelumnya, perangkat konvensional elektrostatik pemisahan dibatasi dalam kapasitas pengolahan, Terutama dengan kepadatan rendah dan bubuk yang digiling halus seperti bahan tanaman. Untuk drum tegangan tinggi dan perangkat pemisahan sabuk, efektivitasnya terbatas pada partikel yang relatif kasar dan/atau memiliki berat jenis yang tinggi, karena kebutuhan semua partikel untuk menghubungi permukaan drum. Sebagai partikel menjadi lebih kecil tingkat pengolahan berkurang. Paralel plat pemisah lebih jauh dibatasi oleh kepadatan partikel yang dapat diproses di zona elektroda. Loading partikel harus relatif rendah untuk mencegah efek ruang muatan.
ST peralatan & Teknologi sabuk pemisah
Peralatan ST & Teknologi (STET) triboelectrostatic sabuk pemisah telah menunjukkan kemampuan untuk memproses partikel halus dari 500 – 1 µm. Pemisah STET adalah pemisah elektrostatik sejajar piring, Namun, pelat elektroda berorientasi horizontal sebagai lawan untuk vertikal seperti halnya di kebanyakan paralel plat pemisah. (Lihat gambar 6) Selanjutnya, pemisah STET menyelesaikan partikel tribo-pengisian dan menyampaikan secara bersamaan dengan kecepatan tinggi buka mesh ban berjalan. Fitur ini memungkinkan untuk proses tertentu yang sangat tinggi tingkat pakan, serta kemampuan untuk memproses jauh lebih halus daripada konvensional perangkat elektrostatik bubuk. Ini jenis perangkat pemisahan telah beroperasi secara komersial sejak 1995 memisahkan pembakaran karbon dari mineral fly ash (khas D50 sekitar 20 µm) di batubara pembangkit listrik. Perangkat elektrostatik pemisahan ini juga telah berhasil beneficiating bahan organik lainnya, termasuk mineral seperti kalsium karbonat, bedak, Barit, dan lain-lain.
Rincian dasar pemisah STET diilustrasikan pada gambar 7. Partikel dibebankan oleh efek tribokelistrikan melalui tumbukan partikel-untuk-partikel dalam kesenjangan antara elektroda. Tegangan antara elektroda adalah antara ±4 dan ±10 kV relatif terhadap tanah, memberikan perbedaan tegangan total 8 – 20 kV melintasi celah elektroda sangat sempit dari nominal 1.5 cm (0.6 inci). Pakan partikel diperkenalkan kepada STET pemisah di salah satu dari tiga lokasi (Feed Port) melalui sistem slide udara distributor dengan pisau gerbang katup. Pemisah STET menghasilkan hanya dua produk, stream partikel bermuatan negatif yang dikumpulkan pada elektrode yang bermuatan positif, dan aliran partikel bermuatan positif dikumpulkan pada elektrode yang bermuatan negatif. Produk ini disampaikan kepada masing-masing Hopper pada setiap akhir pemisah STET oleh sabuk pemisah dan disampaikan dari pemisah oleh gravitasi. Pemisah STET tidak menghasilkan middlings atau mendaur ulang stream, Meskipun terdapat kemungkinan konfigurasi lulus beberapa untuk meningkatkan produk dengan kemurnian dan/atau pemulihan.
Gambar 6: STET tribokelistrikan sabuk pemisah
Partikel yang disampaikan melalui celah elektroda (pemisahan zona) oleh loop kontinu, Buka mesh sabuk. Sabuk beroperasi pada kecepatan tinggi, variabel dari 4 untuk 20 m/s (13 – 65 ft/s). Geometri sabuk berfungsi untuk menyapu partikel halus dari permukaan elektroda, mencegah akumulasi partikel halus yang menurunkan kinerja dan bidang tegangan terjun bebas tradisional sejajar piring jenis pemisahan perangkat. Sebagai tambahan, sabuk menghasilkan sebuah sheer tinggi, turbulensi tinggi zona antara dua elektroda, mempromosikan tribo-pengisian. Perjalanan berarus sabuk pemisah memungkinkan untuk terus-menerus pengisian dan pengisian ulang atau partikel dalam pemisah, menghilangkan kebutuhan untuk sistem pra-pengisian hulu STET pemisah.
Gambar 7: Dasar-dasar operasi STET sabuk Separator
Pemisah STET adalah pakan tingkat tinggi, komersial terbukti sistem pengolahan. Kapasitas maksimum proses pemisah STET adalah sebagian besar fungsi Volumetrik tingkat pakan yang dapat Anda sampaikan melalui celah elektroda oleh STET pemisah belt. Variabel-variabel lainnya, seperti kecepatan sabuk, jarak antara elektroda dan kepadatan yg bercampur dgn udara efek bubuk maksimum feed tingkat, biasanya pada tingkat lebih rendah. Untuk bahan-bahan yang relatif high-density, misalnya, fly ash, Laju maksimum pengolahan 42 inci (106 cm) elektroda lebar komersial pemisahan unit adalah kira-kira 40 – 45 Ton per jam pakan. Untuk bahan-bahan pakan kurang padat, pakan maksimum tingkat lebih rendah.
Meja 6: Perkiraan maksimum feed untuk berbagai bahan yang diproses dengan STET 42 pemisah elektrostatik inci.
Ledakan debu adalah bahaya utama dalam biji-bijian dan lain-organik bubuk pengolahan operasi. Pemisah STET sangat cocok untuk pengolahan bubuk organik yang mudah terbakar dengan hanya perubahan kecil. Ada tidak ada permukaan yang berpemanas di STET pemisah. Hanya bagian yang bergerak adalah pemisah sabuk dan berkendara rol. Bantalan rol berada di luar arus bubuk pada shell eksternal unit. Oleh karena itu mereka tidak risiko untuk terlalu panas/memicu dalam aliran material. Selanjutnya, STET pemisah bantalan tersedia dengan kemampuan pengukuran suhu pabrik dilengkapi untuk mendeteksi kegagalan bantalan baik sebelum suhu tinggi yang berbahaya dapat dicapai. Sistem sabuk dan berkendara pemisah menimbulkan risiko tidak lebih tinggi daripada mesin berputar konvensional lainnya. Komponen tegangan tinggi pemisah STET juga terletak di luar aliran material dan terkandung dalam kandang yang ketat debu. Energi maksimum percikan di jurang pemisah dibatasi oleh rancangan komponen tegangan tinggi. Tingkat tambahan keamanan dapat diperkenalkan melalui membersihkan nitrogen.
Tepung gandum utuh pengolahan dengan STET pemisah
Tepung gandum utuh berasal dari menggiling biji-bijian seluruh gandum (bekatul, kuman, dan endosperm). Tersedia secara komersial, off, tepung gandum utuh dibeli untuk digunakan sebagai materi tes untuk mengevaluasi kemampuan STET pemisah untuk menghilangkan dedak berserat dan kuman dari fraksi endosperm tepung terigu. Sampel tepung gandum dianalisis oleh STET sebelum memulai pengujian. Kadar abu diuji oleh ICC standar 104 / 1 (900° C). Pengukuran berulang abu sampel yang sama, sampel pakan tidak terpisahkan, diukur 10 kali, ditemukan memiliki kandungan abu 1.61%, simpangan baku 0.01 dan relatif deviasi standar 0.7%. Analisis ukuran partikel ini selesai oleh laser Difraksi menggunakan Malvern Mastersizer 3000 dengan aparat dispersi kering. Protein analisis dilakukan menggunakan metode DUMAS, dengan dasar N cepat melebihi nitrogen protein analyzer. Faktor konversi n x 6.25 digunakan. Berbagai sifat sampel tepung gandum dirangkum di bawah ini. (Lihat tabel 7)
Meja 7: Analisis tepung gandum utuh feed dengan STET
Kadar abu dan kandungan protein yang ditemukan untuk menjadi sangat berulang saat diuji dalam sampel yang sama, tetapi signifikan variabilitas diidentifikasi antara beberapa kantong tepung gandum yang digunakan sebagai sampel pakan. (Lihat tabel 8) Ini feed sampel variabilitas mengakibatkan bubar beberapa data tes.
Meja 8: Analisis pemisahan hasil dari tepung gandum utuh oleh STET tes
Elektrostatik pemisahan pengujian sampel tepung gandum dilakukan di ST peralatan & Teknologi (STET) Fasilitas pabrik percontohan di Needham, Massachusetts. Tanaman pilot STET mengandung dua skala pilot STET pemisah bersama dengan peralatan tambahan yang digunakan untuk menyelidiki pemisahan bahan dari sumber-sumber calon. Skala pilot STET pemisah memiliki panjang yang sama sebagai pemisah STET komersial, di 30 kaki (9.1 meter) panjang, Namun, pilot tanaman pemisah elektroda lebar ini hanya 6 inci (150 mm), atau satu tujuh lebar pemisah STET komersial terbesar di 42 inci (1070 mm) elektroda lebar. Kapasitas pakan pemisah STET berbanding lurus dengan lebar elektroda, oleh karena itu, tingkat pakan pemisah pilot tanaman adalah satu tujuh tingkat pakan unit 42 inci lebar komersial pemisah. Tingkat pakan maksimum dengan tepung gandum utuh 2.3 Ton per jam pada skala pilot., yang berhubungan dengan 16 Ton per jam untuk 42-inci lebar komersial pemisah. Sebagai perbandingan terhadap skala di mana sebagian besar studi pemisahan elektrostatik yang telah dilakukan untuk tanggal, STET pemisah pengujian dilakukan pada tingkat pakan yang jauh lebih tinggi. Pengujian dilakukan di 10 kg (20 Pound) batch tes, karena pertimbangan praktis memasok 2.3 Ton per jam pakan terus-menerus. Untuk setiap kumpulan menguji kondisi, produk-produk dari proses pemisahan ditimbang untuk menghitung massa pemulihan. Subsamples dari setiap tes telah dikumpulkan dan dianalisis untuk kadar abu dan kandungan protein.
Gambar 8: STET Pilot tanaman pemisah.
Pengukuran ukuran partikel pakan tepung gandum dan dua produk sampel ditampilkan di bawah angka 9.
Gambar 9: Pengukuran ukuran partikel tepung gandum utuh feed, dan kedua dipisahkan sampel produk.
Gambar pulih pemisahan produk termasuk di bawah ini. (Lihat gambar 10) Pergeseran warna terlihat diamati selama pemisahan, yang tinggi ash fraksi produk konten jauh lebih gelap dari sampel tepung gandum utuh pakan.
Gambar 10: Produk khas pulih dari proses pemisahan STET.
Kadar abu untuk semua produk dari proses pemisahan diukur. (Lihat gambar 11)
Gambar 11: Abu konten versus pemulihan massa rendah abu produk untuk pemisahan tepung gandum tes oleh STET
Pengujian pemisah elektrostatik STET dengan tepung gandum utuh menunjukkan pergerakan signifikan abu tinggi (bekatul) sebagian kecil dari kernel gandum untuk elektrode positif. Produk berkurang abu kemudian dikumpulkan pada Elektrode negatif. Pengujian dilakukan pada skema tunggal lulus, Namun, Hal ini dimungkinkan untuk melakukan lebih lanjut upgrade dari salah satu produk untuk pemisahan dengan melakukan tahap pemisahan lain. Masa depan pengujian dengan pemisah STET akan dilakukan pada sampel dedak gandum, tepung jagung dan kacang-kacangan seperti Lupin.
Kesimpulan
Kajian pustaka relevan menunjukkan bahwa penelitian yang signifikan yang telah dilakukan untuk mengembangkan teknik pemisahan elektrostatik untuk bahan organik. Perkembangan ini telah terus atau bahkan dipercepat di masa lalu 10 – 20 tahun, dengan banyak peneliti di Eropa dan Amerika Serikat yang menerapkan teknik-teknik pemisahan elektrostatik untuk berbagai macam Benefisiasi tantangan. Dari penelitian ini, jelas bahwa metode elektrostatik memiliki potensi untuk menghasilkan baru, lebih tinggi nilai produk tanaman, atau menawarkan alternatif untuk metode pengolahan basah. Meskipun mendorong pemisahan gandum, jagung dan bahan tanaman berbasis lupin telah dibuktikan di laboratorium dan dalam beberapa kasus skala pilot., sistem elektrostatik yang digunakan untuk menunjukkan hasil ini mungkin tidak akan paling cocok atau hemat biaya pengolahan peralatan untuk tampil seperti pemisahan secara komersial. Banyak elektrostatik teknologi ini tidak cocok untuk proses halus tanah, Low density bubuk seperti bahan tanaman. Namun, Peralatan ST & Teknologi (STET) triboelectrostatic sabuk pemisah telah menunjukkan kemampuan untuk memproses partikel halus dari 500 – 1 µm dengan harga tinggi. Pemisah sabuk STET adalah tingkat tinggi, perangkat industri terbukti pengolahan yang mungkin cocok untuk mengkomersialkan perkembangan pengolahan bahan tanaman. Pemisah sabuk STET diuji pada sampel tepung gandum utuh dan ditemukan untuk menjadi sukses dalam menghilangkan dedak dari Pati kecil. Masa depan pengujian dengan pemisah STET akan dilakukan pada sampel dedak gandum, juga seperti jagung tepung dan kacang-kacangan seperti kedelai dan lupin.
Referensi
[1] T. B. Osborne, “Pembersih middlings”. Paten Amerika Serikat 224,719, 17 Februari 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Hanumantha Rao dan K. Ade, “Review dari metoda pemisahan listrik – Bagian 1: Aspek-aspek mendasar,” Mineral & Pengolahan metalurgi, Vol. 17, Tidak. 1, PP. 23-36, 2000.
[3] J. Penatua dan E. Yan, “eForce – Generasi terbaru dari pemisah elektrostatik untuk industri pasir mineral,” dalam konferensi mineral berat, Johannesburg, 2003.
[4] R. H. Perry dan D. W. Hijau, Perry Chemical Engineers’ Edisi ketujuh buku pegangan, New York: McGraw-Hill, 1997.
[5] S. Messal, R. Corondan, Saya. Chetan, R. Ouiddir, K. Medles dan L. Dascalescu, “Elektrostatik pemisah untuk micronized campuran logam dan plastik berasal dari limbah peralatan listrik dan elektronik,” Jurnal fisika, Vol. 646, PP. 1-4, 2015.
[6] T. S. Pandya, R. Srinivasan dan C. P. Thompson, “Pemisahan serat untuk tepung jagung tanah yang menggunakan metode elektrostatik,”Sereal kimia, Vol. 90, Tidak. 6, PP. 535-539, 2013.
[7] L. Merek, P. M. Beier, dan saya. Stahl, Elektrostatik pemisahan, Weinheim: Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.
[8] Y. Hemery, X. Rouau, V. Lullien-Pellerin, C. Barron dan J. Abecassis, “Proses kering untuk mengembangkan pecahan gandum dan produk dengan peningkatan kualitas gizi,” Jurnal Ilmu sereal, Tidak. 46, PP. 327-347, 2007.
[9] W. A. Brastad dan E. C. Gigi, “Metode dan peralatan untuk pemisahan elektrostatik”. Paten Amerika Serikat 2,848,108, 19 Agustus 1958.
[10] B. A. Batu dan J. Minifie, “Pemulihan Aleurone sel dari kulit gandum”. Paten Amerika Serikat 4,746,073,24 Mungkin 1988.
[11] A. Bohm dan A. Kratzer, “Metode untuk mengisolasi Aleurone partikel”. Paten Amerika Serikat 7,431,228, 7 Oktober 2008.
[12] J. A. Delcour, X. Rouau, C. M. Courtin, K. Poutanen dan R. Ranieri, “Teknologi untuk peningkatan eksploitasi potensi meningkatkan kesehatan sereal,” Tren dalam ilmu makanan & Teknologi, PP. 1-9, 2012.
[13] L. Dascalescu, C. Dragan, M. Bilici, R. Beleca, Y. Hemery dan X. Rouau, “Elektrostatik dasar untuk pemisahan jaringan dedak gandum,” IEEE transaksi pada aplikasi industri, Vol. 46, Tidak. 2, PP. 659-665, 2010.
[14] Y. Hemery, X. Rouau, C. Dragan, R. Bilici dan L. Dascalescu, “Sifat elektrostatik gandum dan lapisan konstitutif: Pengaruh ukuran partikel, komposisi, dan kadar,” Jurnal teknik pangan, Tidak. 93, PP. 114-124, 2009.
[15] Y. Hemery, M. Chaurand, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, V. Piironen, A. Sadoudi dan X. Rouau, “Potensi dry fractionation gandum bekatul untuk pengembangan bahan makanan, Bagian I: Pengaruh ultra-halus grinding,” Jurnal Ilmu sereal, Tidak. 53, PP. 1-8, 2011.
[16] Y. Hemery, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, T. Nurmi, V. Piironen, M. Edlemann dan X. Rouau, “Potensi dry fractionation gandum bekatul untuk pengembangan bahan makanan, Bagian II: Elektrostatik pemisahan partikel,” Jurnal Ilmu sereal, Tidak. 53, PP. 9-18, 2011.
[17] J. Wang, E. Smits, R. M. Boom, dan M. A. Schutyser, “Arabinoxylans berkonsentrasi dari kulit gandum oleh elektrostatik pemisahan,” Jurnal teknik pangan, Tidak. 155, PP. 29-36, 2015.
[18] P. J. Pelgrom, J. Wang, R. M. Boom, dan M. A. Schutyser, “Pra- dan sesudah pengobatan meningkatkan protein pengayaan dari penggilingan dan udara klasifikasi kacang-kacangan,” Jurnal teknik pangan, Tidak. 155, PP. 53-61, 2015.
[19] D. Chereau, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Motte, S. Belaid, J. Ventureira dan M. Lopez, “Kombinasi teknologi yang ada dan alternatif untuk mempromosikan minyak sayur dan pulsa protein dalam makanan aplikasi,” Minyak sayur & lemak tanaman dan lipid, Vol. 23, Tidak. 4, PP. 1-11, 2016.
[20] A. Ibis, F. Jerome dan X. Rouau, “Platform yang kering untuk pemisahan protein mengandung biomassa
Polisakarida, Lignin, dan polifenol,” ChemSusChem, Vol. 8, PP. 1161-1166, 2015.
[21] C. Basset, S. Kedidi dan A. Ibis, “Kimia- dan fraksinasi pelarut Mechanophysical biomassa disebabkan oleh pengisian elektrostatik Tribo: Pemisahan protein dan Lignin,” ACS berkelanjutan kimia & Teknik, Vol. 4, PP. 4166-4173, 2016.
[22] J. M. Stencel, J. L. Schaefer, H. Ban, dan J. K. Neathery, “Peralatan dan metode untuk pemisahan Triboelectrostatic”.Paten Amerika Serikat 5,938,041, 17 Agustus 1999.
