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Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Riepilogo
Revisione della letteratura relativa indica che importanti attività di ricerca è stata intrapresa per applicare elettrostaticamente
tecniche di separazione a secco granulare vegetale alimentare (Cioè., organico) materiali. Questo sviluppo ha accelerato in passato 10 – 20 anni, con molti ricercatori in Europa e negli Stati Uniti che si candidano separazione elettrostatica tecniche per un'ampia varietà di sfide di beneficenza. Da questa ricerca, è evidente che metodi elettrostatiche hanno il potenziale di generare nuovi, prodotti vegetali di valore più elevato, o offrire un'alternativa per bagnato metodi di lavorazione. Benché incoraggianti separazioni di cereale, Materiali di legumi e semi oleosi sono stati dimostrati in laboratorio e in alcuni casi, Scala pilota, i sistemi elettrostatici usati per dimostrare questi risultati potrebbero non essere adatto o conveniente elaborazione attrezzature per eseguire tali separazioni su base commerciale. Molte tecnologie elettrostatiche non sono adatti per processo finemente macinato, polveri a bassa densità quali materiali vegetali. Tuttavia, l'apparecchiatura di ST & Tecnologia (STET) triboelectrostatic cintura separatore ha la dimostrata capacità di elaborare le particelle fini da 500 – 1 µm. Il separatore a nastro STET è un separatore ad alta velocità, dispositivo di elaborazione provata su scala industriale che può essere adatto per commercializzare i recenti sviluppi nella lavorazione dei materiali organici. Il STET cintura separatore è stato testato su un campione di farina del grano intero ed è stato trovato per essere riuscito a rimuovere la crusca dalla frazione di amido. Test con il separatore STET futuro sarà condotta su campioni di crusca di frumento, farina di mais
e legumi come la soia e lupino.
Parole chiavi: Tribo-elettrostatica, Elettrostatica, Separazione, Frazionamento, Grano, Grano, Farina, Fibra, Proteina, Semi oleosi, Impulsi
Introduzione
Metodi di separazione elettrostatica sono state utilizzate per il passato 50 anni sull'arricchimento su scala commerciale di
minerali industriali e il riciclaggio dei materiali di scarto. Elettrostatica arricchimento di cibo secco granulare vegetale (vale a dire, organico) materiali sono stati studiati per oltre 140 anni, con il primo brevetto per separazione elettrostatica di farinetta di frumento farina riempito come presto come 1880. [1] Arricchimento elettrostatica permette separazioni basate sulle differenze nella chimica di superficie (funzione di lavoro) o proprietà dielettriche. In alcuni casi, Queste separazioni non sarebbero stato possibile utilizzando la dimensione o la densità separazioni da solo. Sistemi di separazione elettrostatica operano su principi simili. Tutti i sistemi di separazione elettrostatica contengono un sistema per caricare elettricamente le particelle, un campo elettrico generato esternamente per la separazione si verifica in, e un metodo per trasmettere le particelle in e fuori il dispositivo di separazione. Carica elettrica può verificarsi da uno o più metodi tra cui l'induzione conduttiva, Tribo-ricarica (Contattare elettrificazione) e ioni o corona di carica. Sistemi di separazione elettrostatica utilizzano almeno uno di questi meccanismi di tariffazione. [2]
Sistemi di separazione elettrostatica rotolo di alta tensione sono stati utilizzati in molti settori e applicazioni dove uno
il componente è più elettricamente conduttivo rispetto agli altri. Esempi di applicazioni per i separatori di rotolo di alto tensionamento cuscinetto separazione minerali di titanio, così come le applicazioni di riciclaggio, ad esempio l'ordinamento metallo dalla plastica. Ci sono più varianti e geometrie utilizzate per alta tensione sistemi di rotoli, ma in generale, Essi operano su principi simili. Particelle di mangimi pagano negativamente da una scarica di corona ionizzante. Alimentazione particelle sono disperse su un tamburo rotante, dove il tamburo è elettricamente a terra. Le particelle elettricamente conduttive rinunciare loro carica venendo a contatto con la superficie del tamburo con messa a terra. La rotazione del tamburo fa sì che le particelle conduttive a essere generata dalla superficie del tamburo e depositate nella tramoggia prodotto prima. Le particelle non-conduttivo mantengono la loro carica elettrica e sono state bloccate sulla superficie del tamburo. Alla fine, la carica elettrica sulle particelle non-conduttivo dissiperà, o le particelle saranno spazzolate dal tamburo dopo il tamburo è ruotato in modo che le particelle non-conduttivo sono depositate nella tramoggia della particella non-conduttivo. In alcune applicazioni, una tramoggia di farinetta è posizionata tra la tramoggia prodotto conduttivi e non conduttivi. L'efficacia di questo tipo di dispositivo di separazione è generalmente limitato alle particelle che sono relativamente grossolane e/o hanno elevato peso specifico, a causa della necessità per tutte le particelle a contatto con la superficie del tamburo. Inoltre, dinamica del flusso delle particelle è importante in quanto la quantità di moto angolare è in definitiva responsabile per il trasporto le particelle dalla superficie del tamburo per le tramogge del rispettivo prodotto. Particelle fini e particelle a bassa densità sono facilmente influenzato da correnti d'aria e quindi meno probabilità di essere generata dal tamburo in una zona prevedibile. [2] [3] [4]
Il separatore di cintura alta tensione è una variante di alta tensione del rullo separatore sopra descritto. Alimentazione particelle sono disperse uniformemente su tutta la larghezza di un nastro trasportatore elettricamente a terra. Le particelle sono a carico, solitamente da una corona negativa, Sebbene altri meccanismi di ricarica sono possibili. Ancora una volta le particelle conduttive dare loro carica elettrica fino a trasportatore a terra, mentre le particelle non-conduttivo mantengono la loro carica. Le particelle conduttive cadano fuori il bordo del nastro per gravità, mentre le particelle caricate non conduttivi sono "alzate" la superficie di scorrimento della cinghia da forze elettrostatiche. Ancora per la separazione di essere efficace, ogni particella deve contattare la superficie della cinghia per consentire le particelle conduttive rinunciare alla loro carica alla cintura. Pertanto, solo un singolo strato di particelle può essere veicolato dal separatore in una sola volta. Come la dimensione delle particelle del feed diventa più piccola, la velocità di elaborazione del dispositivo è ridotto. [5] [6]
Separatori elettrostatici piatti paralleli sono in genere basati sulla separazione di particelle non sulla base di conducibilità, ma sulle differenze nella chimica di superficie che permette per il trasferimento di carica elettrica di attrito. Le particelle caricate elettricamente dal vigoroso contatto con altre particelle, o con una terza superficie come un metallo o di plastica saranno le proprietà tribo-ricarica desiderate. Materiali che sono elettronegativi (Situato all'estremità negativa della serie tribo-elettrico) rimuovere gli elettroni dalla superficie tribo-ricarica e così acquisire una netta carica negativa. In contatto, materiali che sono sul lato positivo della serie tribo-elettrico donano elettroni e carica positivamente. Le particelle cariche vengono poi introdotti in un campo elettrico generato tra i due elettrodi piatti paralleli con vari mezzi di trasporto (gravità, pneumatico, vibrazione). In presenza di campo elettrico, le particelle cariche verso gli elettrodi di caricati opposta e sono raccolte presso le tramogge di prodotto corrispondente. Ancora una volta, una frazione di farinetta contenente una miscela di particelle può o non può essere raccolta, a seconda della configurazione del dispositivo di separazione. [4] [7]
Figura 1: Diagramma di un separatore di rotolo di alta tensione (sinistra) e un separatore di caduta libera di piatti paralleli (Ok).
tavolo 1: Riepilogo di comunemente utilizzati dispositivi di separazione elettrostatica.
Caso 1 -Grano e arricchimento di crusca di frumento.
Crusca di frumento è un sottoprodotto della molitura del grano convenzionale, che rappresenta 10-15% del chicco di grano. Crusca di frumento è costituito da strati esterni tra cui pericarpo, testa, e aleurone. Crusca di frumento contiene la maggior parte dei micronutrienti, fibra, e sostanze fitochimiche contenute nel grano, che hanno dimostrato benefici per la salute agli esseri umani. [8] Notevole interesse per la separazione e beneficiating crusca di frumento è stata segnalata. Interesse storico a separare la crusca di frumento è stato quello di migliorare la qualità e il valore del prodotto farina. Tuttavia, l'interesse più recente è stata segnalata nel recupero di componenti pregiati da crusca di frumento.
In 1880, Thomas Osborne brevettato il primo separatore elettrostatico commerciale per la rimozione di crusca da farinetta di farina. Il separatore è costituito da rulli rivestiti di gomma dura o materiale equivalente, che era in grado di essere caricati elettricamente tramite strofinio tribo-ricarica con lana. Anche se non descritto, si presume che la gomma rotoli acquistata una carica negativa rispetto a lana, coerente con la maggior parte delle serie di tribo-elettrico. I rotoli caricati elettricamente ha attirato quindi le particelle di crusca positivamente caricati fibra, loro trasporto sulla superficie del rullo fino a quando le particelle di fibra aggiunti sono spazzolate dalla superficie del rullo. Questo (presupposto) carica positiva di crusca di frumento è in conflitto con risultati riferiti da altri. Tribo-carica delle particelle di crusca è stata assistita da aria immessa nella parte inferiore del dispositivo di fluidificazione, che aveva l'ulteriore vantaggio di causare le particelle meno dense di crusca alla superficie, più vicino a rotoli. [1]
In 1958 un apparato per separazione elettrostatica di crusca ed endosperma contenute in farinetta di farina è stato divulgato in un deposito del brevetto da Branstad lavorando presso General Mills. Il dispositivo ha consistito di un separatore di piatti paralleli in cui le particelle sono state trasportate tra le due piastre di vibrazione. Particelle di crusca, accusato di attrito di particelle endosperma, sono stati poi revocato all'elettrodo superiore attraverso perforazioni nell'elettrodo superiore. [9]
In 1988 un apparato e il processo di ripristino aleuronico da crusca di frumento commerciale è stata divulgata in un deposito del brevetto. Crusca di frumento commerciale con una partenza aleuronico contenuto di 34% è stato arricchito di un concentrato di 95% presso 10% resa di massa (28% recupero di aleurone) da una combinazione di fresatura di martello, dimensionamento di screening, aria elutriazione e separazione elettrostatica utilizzando un separatore elettrostatico di piatti paralleli. Le particelle sono state accusate nel dispositivo di elutriator dell'aria, che ha un duplice ruolo di rimozione multe (<40 µm) veicolando, mentre contemporaneamente tribo-ricarica le particelle di aleurone positive (segnalazione alla piastra elettrodo negativo) e le particelle di pericarpo/testa negative. La granulometria della miscela della crusca era attentamente controllata da martello fresatura e screening multi-livello, per ottenere un feed di dimensioni per lo più nella 130 – 290 gamma di µm. [10]
Recente lavoro sul recupero aleuronico da crusca di frumento continua. In 2008, Buhler AG brevettato un dispositivo di separazione elettrostatica per separare particelle aleuronico da particelle di coperture fatte di crusca commutata. Una incarnazione del dispositivo è costituito da un rotore che operano in un'area di trattamento strettamente dimensioni, che permette un contatto particella-particella e particella a parete e successiva tribo-ricarica. Le particelle cariche sono quindi trasmessa meccanicamente in un vaso di separazione contenente gli elettrodi piatti paralleli. Le particelle cadono attraverso il vaso di separazione per gravità, Quando le particelle caricate differenzialmente spostano verso gli elettrodi di caricati opposta sotto l'influenza del campo elettrico. [11] Quando combinato con il corretto dimensionamento dei mangime crusca e metodi di ordinamento meccanici, concentrazioni di aleurone di fino al 90% sono stati segnalati. [12] [8]
Figura 2: Riprodotto da Hemery et al., 2007 [8].
Tribo-ricarica e corona di carica a esperimenti su crusca di frumento sono stati effettuati dai lavoratori presso il Electrostatics di dispersi Media Research Unit, Università di Poitiers, Francia in 2010. I ricercatori hanno misurato la carica superficiale e il tempo di decadimento potenziale superficie su crusca di frumento con 10% umidità e liofilizzati (liofilizzato) crusca di frumento. Un test di separazione è stato effettuato su un campione di 50% liofilizzato di crusca di frumento e 50% liofilizzati aleuronico feed utilizzando un separatore elettrostatico di cintura tipo corona. (Figura 3) Risultati di separazione per il separatore di corona scala di laboratorio hanno indicato 67% di aleurone è stato recuperato alla tramoggia conduttore, mentre solo 2% di crusca di frumento riferita alla tramoggia conduttore. Inoltre sono stati condotti esperimenti di Tribo-ricarica con aleuronico e crusca di frumento, ma solo per misurare la carica superficiale specifica [µC/g] generato su ogni frazione, al contrario di recupero prodotti da una separazione elettrostatica. Entrambi materie prime per mangimi sono stati accusati di usando Teflon come la superficie di contatto. Crusca di frumento sia aleuronico vengono segnalati come carica positiva rispetto al Teflon, che in sé è molto elettronegativo. La grandezza della carica è stata trovata a dipendere le pressioni di funzionamento utilizzate sul tribo-caricabatterie, suggerendo che maggiore turbolenza conduce a più contatti e più completo di tribo-ricarica. [13]
Figura 3: Riprodotto da Dascalescu et al., 2010 [13]
In 2009, i ricercatori hanno valutato le proprietà carica elettrostatiche di aleuronico ricco e pericarpo ricco di materie prime. [14] In 2011 i ricercatori hanno effettuato test su campioni di crusca di frumento finemente terra utilizzando un separatore elettrostatico piastra su scala pilota di separazione elettrostatica (Sistema di TEP, Flusso di Tribo separazioni, Lexington, STATI UNITI D'AMERICA). Il sistema di TEP utilizza una linea di carica, cui le particelle dell'alimentazione sono inserite in un flusso turbolento di aria compressa, e pneumaticamente convogliato attraverso la linea di carica alla camera di separazione. Le particelle sono tribo-addebitato tramite il contatto di particella-particella, nonché delle particelle in contatto con la superficie della linea di carica. Risultati ottenuti con il sistema di TEP ha dimostrato che la separazione elettrostatica era efficace nell'aggiornamento aleuronico e beta-glucano contenuto di crusca di frumento. È interessante notare che, la frazione di materiale che è stato trovato per contenere il più alto contenuto di cellule di aleurone, presso 68%, stava molto bene (D50 = 8 µm) frazione che è stato recuperato dal tubo di carica. Non è chiaro perché questo materiale è stato concentrato preferenzialmente nell'apparecchio di ricarica, Tuttavia, indicano che la capacità di processo aleuronico contenuto della cella può richiedere tecniche elettrostatiche che sono in grado di trattare polveri molto fini. Inoltre, Questo lavoro ha dimostrato che alimentano la preparazione per la crusca di frumento era una considerazione importante. Campioni preparati di macinazione criogenica in un mulino a martelli sono stati trovati per essere meno completamente dissociato (liberata) rispetto a quelli a terra in un mulino del tipo di impatto a temperatura ambiente. [15] [16]
Figura 4: Riprodotto da Hemery et al., 2011 [16]
Lavoro recente ha studiato la concentrazione di arabinoxilani da crusca di frumento dai metodi elettrostatiche. I ricercatori hanno utilizzato un separatore elettrostatico di scala laboratorio composto da una camera di tubo e separazione ricarica contenente due elettrodi piatti paralleli. Crusca di frumento macinato venne introdotta nel tubo di carico e convogliata pneumaticamente in camera di separazione usando azoto compresso. La turbolenza e la velocità del gas alta nel tubo di ricarica fornito il contatto della particella necessario per la ricarica di tribo. Le particelle cariche (prodotti della separazione) sono stati raccolti dalla superficie degli elettrodi per analisi. A causa dell'orientamento verticale degli elettrodi non è stata raccolta una notevole quantità di materiale. Questa frazione di farinetta può essere riciclata per l'ulteriore elaborazione nel electrostatics convenzionale, Tuttavia, ai fini di questo esperimento, materiale non raccolto sugli elettrodi fu considerata perduta. I ricercatori hanno riferito un aumento in entrambi grado del prodotto (Arabinoxylan contenuto nel prodotto) ed ha aumentato l'efficienza di separazione come la velocità di trasporto. [17]
I recenti sforzi di crusca di frumento beneficiare utilizzando metodi elettrostatici sono riassunti di seguito in tabella 2.
tavolo 2: Riepilogo dei metodi elettrostatiche valutati a beneficiare di crusca di frumento.
Caso 2 – Recupero di proteina da farina di lupino
Ricercatori del gruppo di ingegneria di processo alimentare a Wageningen, Paesi Bassi, valutato il potenziale per l'arricchimento della proteina usando legumi. Pisello e lupin farina sono stati utilizzati come feed per una varietà di tecniche di arricchimento della proteina compresa la classificazione aria combinato con separazione elettrostatica. Semi di pisello e lupin non trattati in primo luogo sono stati macinati per circa 200 µm. Materie prime per la classificazione e separazione elettrostatica sono stati successivamente macinati utilizzando un mulino di tipo di impatto con una classificazione interna (Hosokawa-alpino ZPS50). Dimensione media delle particelle (D50) è stato segnalato come circa 25 µm per la farina di ceci, e circa 200 µm per la farina di lupino, prima classificazione di aria. Infine, un sottoinsieme di ciascun campione, farina di piselli e lupin, è stata quindi aria classificata (Hosokawa-alpino ATP50). Feed per il separatore elettrostatico ha consistito di due farine non trattati, così come il corso e bel prodotto dalla classificazione di aria. [18]
Il dispositivo di separazione elettrostatica utilizzato durante gli esperimenti era un tipo di piastra parallela, con ricarica effettuata tramite ricarica triboelettrico un 125 Lunghezza mm tubo di carica, con particelle convogliate pneumaticamente da azoto compresso. Il dispositivo è simile nella configurazione per il dispositivo utilizzato da Wang et al (2015). [17] Separazione elettrostatica esperimenti sono stati condotti su terra pisello farina e farina di lupino, così come il corso e frazioni fini di farina di ceci e farina di lupino ottengono da classificazione di aria. La farina di ceci ha dimostrato solo minore movimento della proteina durante la prova elettrostatica. Tuttavia, la farina di lupino ha dimostrato un movimento significativo della proteina in tutti e tre i campioni testati (farina macinata – 35% proteina, fresato multe classificate – 45% proteina, fresato classificati grosso – 29% proteina). Prodotti ricchi di proteine di circa 60% sono stati recuperati sull'elettrodo a massa per ciascuno dei tre lupin campioni testati. [18]
Caso 3 – Rimozione fibra di mais
Ricercatori presso il dipartimento di ingegneria agricola e biologica, Mississippi State University eseguito test elettrostatico su farina di mais macinata, con un obiettivo di rimozione della fibra. Il dispositivo di separazione elettrostatica ha consistito di un nastro trasportatore con un elettrodo negativo posizionato all'estremità del trasportatore. Le particelle cariche positivamente, particelle di fibra, In questo caso, sono stati sollevati da trasportatore e ordinati in una seconda tramoggia. Le particelle non-fibra è caduto fuori il nastro trasportatore per gravità e sono state depositate nella tramoggia prodotto prima. Gli autori non descrivono come la carica elettrica viene effettuata. La materia prima per mangimi per questo separatore era relativamente ruvida, con particelle di dimensioni del feed che vanno da 12 maglia (1,532 µm) A 24 maglia (704 µm). Non sembra che il troppo piccolo (<704 µm) materiale è stato elaborato nel corso di questo studio. Ogni condizione di test è stata completata utilizzando 1 kg di materie prime per mangimi che fu dispersa uniformemente in tutta la cintura. [6]
Figura 5: Riprodotto da Pezzella et al., 2013 [6]
I ricercatori del Mississippi State completato separazione elettrostatica test sulla farina di mais non schermata, le frazioni di farina di mais schermato e le frazioni di ricchi di fibra recupero dalla classificazione di aria. Test elettrostatico non è stata completata sui flussi di poche fibre recuperati dalla classificazione di aria. Di seguito viene fornito l'analisi dei risultati della separazione elettrostatica:
tavolo 3: Risultati della separazione della fibra riprodotti da Pezzella et al., 2013 [6]
Caso 4 – Concentrazione nella proteina da semi oleosi
Semi oleosi quali colza (canola), Girasole, sesamo, senape, germe di soia-mais, e semi di lino contengono generalmente una notevole quantità di proteine e di fibre. Tecnologie di lavorazione per rimuovere la fibra, e quindi aumentare il contenuto proteico, di semi oleosi diventerà sempre più importanti come globale aumenta la domanda di proteine. [19] Recenti lavori di ricercatori presso l'Istituto nazionale francese per la ricerca agricola esaminato ultrafine fresatura combinato con trattamento elettrostatico del pasto del seme di girasole, di concentrazione proteica. I campioni di mangimi pasto girasole sono stati macinati in un mulino di impatto operanti a temperatura ambiente per una dimensione delle particelle (D50) di 69.5 µm. Il separatore elettrostatico utilizzato per le prove era un dispositivo di piatti paralleli dove il meccanismo di carico principale era tribo-ricarica. Tribo-ricarica è stata effettuata a Monte degli elettrodi in una linea di tribo-ricarica, con particelle veicolata attraverso la linea di carica, e agli elettrodi, via trasporto pneumatico. Proteina è stata trovata a carica positiva (Reporting verso l'elettrodo negativo) e la frazione ricca di fibra è stata trovata per carica negativamente. Selettività della proteina è stato trovato per essere elevato. Proteina dell'alimentazione è stata 30.8%, con la misurazione del prodotto proteico 48.9% e la proteina impoverito (ricchi di fibra) prodotto misura solo 5.1% proteina. Il recupero della proteina era 93% al prodotto positivo. Cellulosa, emicellulosa, e lignina sono stati misurati e trovati in relazione al prodotto caricato negativamente, opposta a quella della proteina. [20]
tavolo 4: Risultati della separazione di pasto del seme di girasole riprodotti da Barakat et al., 2015 [20]
In 2016, un ulteriore studio è stato completato utilizzando finemente terra farina di semi di olio di colza, o olio di colza torte (ROC), rispetto all'avanzamento di un processo di separazione elettrostatica. Nuovo ultrafine fresatura a temperatura ambiente è stato effettuato usando un dispositivo di mulino di coltello (Retsch SM 100). Il materiale fresato, con una dimensione media delle particelle (D50) di circa 90 µm, è stato elaborato utilizzando un separatore di piatti paralleli su scala pilota (Sistema di TEP, Flusso di Tribo separazioni). Il TEP sistemà triboelettrico carica di trasporto pneumatico di particelle attraverso un'alta pressione di linea in condizioni turbolente di carico. Un singolo passaggio test di separazione con il sistema di TEP ha provocato la concentrazione significativa di proteina, con una proteina dell'alimentazione di 37%, un livello di proteina prodotto carica positiva di 47% e un livello di proteina prodotto caricato negativamente di 25%. Stadi di separazione supplementari sono state effettuate, in definitiva un prodotto ricco di proteine con 51% proteina dopo 3 stadi di separazione successivi. [21]
tavolo 5: Risultati della separazione di olio di colza seme pasto riprodotti da Basset et al., 2016 [21]
Discussione
Revisione della letteratura relativa indica che importanti attività di ricerca è stata intrapresa per sviluppare tecniche di separazione elettrostatica per i materiali organici. Questo sviluppo ha continuato o persino accelerato in passato 10 – 20 anni, con molti ricercatori in Europa e negli Stati Uniti l'applicazione di tecniche di separazione elettrostatica per un'ampia varietà di sfide di arricchimento. Da questa ricerca, è evidente che metodi elettrostatiche hanno il potenziale di generare nuovi, prodotti di pianta di valore superiore, o offrire un'alternativa per bagnato metodi di lavorazione.
Benché incoraggianti separazioni dei cereali, impulsi, e materiali semi oleosi sono stati dimostrati in laboratorio e in alcuni scala pilota di casi, in definitiva, i sistemi elettrostatici usati per dimostrare questi risultati non possono servire come l'apparecchiatura di elaborazione più adatto e conveniente per eseguire tali separazioni su base commerciale. Sistemi elettrostatici commerciali esistenti sono più comunemente utilizzati nelle separazioni dei minerali, metalli o materie plastiche. Minerali e metalli sono entrambi materiali relativamente densi con alto peso specifico, rispetto ai materiali vegetali. Anche con l'elevato peso specifico dei minerali e metalli, le limitazioni delle dimensioni delle particelle efficace per il tamburo rullo e separatori elettrostatici piatti paralleli è relativamente grossolana, con poche particelle qui sotto 100 µm per esempio. Materie plastiche sono di densità inferiore a quella di metalli e minerali, ma sono spesso trattate alle dimensioni delle particelle grossolane, come fiocchi di plastica per esempio. L'introduzione di particelle fini crea difficoltà operative sia per i separatori a rulli ad alta tensione che per i separatori a piastre parallele. Belle, particelle a bassa densità sono molto sensibili alle correnti d'aria, soprattutto in confronto ai minerali e metalli. Piccole differenze nelle correnti d'aria all'interno del dispositivo di separazione impatto della corsa delle particelle fini, sottoponendoli a forze diverse da quelle causate da campo elettrostatico.
Per la maggior parte dei sistemi di separatori di piastra parallela, finemente terra e particelle a bassa densità che sono cariche elettrostatiche sono raccolti sugli elettrodi dei separatori di piastra parallela. Se queste particelle elettricamente collegate non vengono rimossi in modo costante, l'intensità del campo elettrico e l'efficienza del dispositivo di degradare. Il lavoro dei ricercatori presso il cibo processo Engineering Group Wageningen UR (Wang et al., 2015) Abbiamo approfittato di questo fenomeno per raccogliere campioni fuori dalla superficie degli elettrodi del separatore piatti paralleli di analizzare i prodotti della separazione. Sistemi di separatori di piastra parallela, particolare quelli che si basano su gravità per trasmettere le particelle tramite il campo elettrico, hanno tentato di affrontare questo problema in diversi modi. Pietra et al. (1988) descrisse un processo in cui sono state rimosse le particelle fini a Monte del separatore elettrostatico di elutriazione aria. [10] Altri hanno segnalato mantenendo un flusso laminare di aria che scorre attraverso gli elettrodi per impedire le particelle fini di essere influenzato da correnti d'aria. [22Tuttavia, mantenere il flusso d'aria laminare diventa impegnativo come il dispositivo di separazione diventa più grande, un'efficace limitazione della capacità di elaborazione di tali dispositivi. In definitiva la dimensione delle particelle in cui sono fisicamente separati dagli altri componenti (presente come particelle discrete), sarà il più grande pilota nel determinare la dimensione delle particelle alla quale l'elaborazione deve avvenire.
Come accennato in precedenza, dispositivi di separazione elettrostatica convenzionali sono limitati nella capacità di elaborazione, soprattutto con polveri a bassa densità e finemente macinate come materiali vegetali. Per dispositivi di separazione di tamburi e nastri ad alta tensione, l'efficacia è limitata alle particelle relativamente grossolane e/o con un peso specifico elevato, a causa della necessità per tutte le particelle a contatto con la superficie del tamburo. Le particelle diventano più piccole si riduce la velocità di elaborazione. Separatori di piastra parallela sono ulteriormente limitate dalla densità delle particelle che possono essere elaborate nella zona dell'elettrodo. Caricamento delle particelle deve essere relativamente bassa per evitare effetti di carica spaziale.
ST attrezzature & La tecnologia cintura separatore
L'apparecchiatura di ST & Tecnologia (STET) triboelectrostatic cintura separatore ha la capacità dimostrata di elaborare particelle fini da 500 – 1 µm. Il separatore STET è un separatore elettrostatico di piatti paralleli, Tuttavia, piastre degli elettrodi sono orientate orizzontalmente invece che verticalmente come è il caso nella maggior parte dei separatori di piastra parallela. (Vedi figura 6) Inoltre, il separatore STET compie la particella tribo-ricarica e trasporto simultaneamente da un nastro trasportatore ad alta velocità maglia aperta. Questa funzionalità consente di un'aliquota molto alta elaborazione specifica del feed, così come la capacità di elaborare molto più fine rispetto ai dispositivi convenzionali elettrostatici di polveri. Questo tipo di dispositivo di separazione è stato in funzione dal 1995 separazione di carbonio incombusto da ceneri minerali (D50 tipico circa 20 µm) in centrali elettriche a carbone. Questo dispositivo di separazione elettrostatica è anche riuscita a beneficiating altri materiali inorganici, compresi i minerali quali carbonato di calcio, talco, barite, e gli altri.
I dettagli fondamentali del separatore STET sono illustrati nella figura 7. Le particelle vengono addebitate dall'effetto triboelettrico attraverso collisioni di particelle all'interno il divario tra gli elettrodi. La tensione applicata tra gli elettrodi è tra ± 4 e ± 10 kV rispetto al suolo, dando una differenza di tensione totale di 8 – 20 kV attraverso una distanza tra gli elettrodi molto stretta di dimensioni nominali 1.5 cm (0.6 inches). Particelle di mangimi sono introdotte per il separatore STET presso uno dei tre percorsi (Porte di alimentazione) tramite un sistema di diapositiva distributore aria con valvole a ghigliottina. Il separatore STET produce solo due prodotti, un flusso di particelle caricate negativamente raccolto sull'elettrodo caricato positivamente, e un flusso di particelle cariche positivamente raccolti sull'elettrodo caricato negativamente. I prodotti sono trasportati alle rispettive tramogge a ciascuna estremità del separatore STET via la cintura separatore e portati fuori il separatore per gravità. Il separatore STET non produce una schiacciata o riciclare il flusso, anche se sono possibili più pass configurazioni per migliorare la purezza del prodotto e/o recupero.
Figura 6: STET triboelettrico cintura separatore
Le particelle vengono convogliate attraverso la distanza degli elettrodi (zona di separazione) da un ciclo continuo, mesh a trama larga cintura. La cintura funziona ad alta velocità, variabile da 4 A 20 m/s (13 – 65 ft/s). La geometria della cintura serve a spazzare le particelle fini fuori dalla superficie degli elettrodi, prevenendo l'accumulo di particelle fini che degradano le prestazioni e il campo di tensione dei dispositivi di separazione tipo di caduta libera tradizionali piatti paralleli. Inoltre, la cintura genera un picco di alta, zona di alta turbolenza tra i due elettrodi, Promozione tribo-ricarica. Il viaggio controcorrente della cintura separatore consente la ricarica continua e ri-carica o le particelle all'interno del separatore, eliminando la necessità di un sistema di pre-carica a Monte del separatore STET.
Figura 7: Principi fondamentali di funzionamento della STET cintura separatore
Il separatore STET è un'alta velocità di avanzamento, sistema di elaborazione commercialmente provata. La capacità massima di elaborazione del separatore STET è principalmente una funzione della velocità di avanzamento volumetrica che può essere veicolata attraverso la distanza degli elettrodi dalla cintura separatore STET. Altre variabili, ad esempio la velocità del nastro, la distanza tra gli elettrodi e la densità aerata dell'effetto polvere la massima velocità di avanzamento, in genere in misura minore. Per materiali relativamente ad alta densità, Per esempio, cenere volatile, la velocità di elaborazione massima di un 42 pollici (106 cm) unità di separazione commerciale di larghezza dell'elettrodo è di circa 40 – 45 Tonnellate all'ora di mangimi. Per meno densi materie prime per mangimi, la massima velocità di avanzamento è inferiore.
tavolo 6: Avanzamento massimo approssimativo per vari materiali trattati con STET 42 separatore elettrostatico pollici.
Esplosioni di polvere sono un pericolo in grano e l'altra polvere organica le operazioni di elaborazione. Il separatore STET è adatto alla lavorazione di polveri combustibili organici con solo lievi modifiche. Non ci sono nessun superfici riscaldate nel separatore STET. Le uniche parti in movimento sono i rulli di nastro e disco separatore. I cuscinetti a rulli sono situati di fuori del flusso di polvere sul guscio esterno dell'unità. Pertanto non sono un rischio per surriscaldamento/scintille nel flusso del materiale. Inoltre, i cuscinetti di separatore STET sono disponibili con capacità di misura di temperatura montato in fabbrica per rilevare i guasti ai cuscinetti ben prima pericolosamente alte temperature vengono raggiunte. Il sistema di azionamento e cintura di separatore non pongono alcun rischio più elevato rispetto altre macchine rotanti convenzionali. I componenti ad alta tensione STET separatore sono anche situati di fuori del flusso di materiale e contenuti in contenitori a tenuta di polvere. L'energia massima di una scintilla attraverso il gap di separatore è limitata dal design dei componenti ad alta tensione. Un ulteriore livello di sicurezza può essere introdotto tramite l'eliminazione dell'azoto.
Farina di grano integrale, l'elaborazione di STET separatore
Farina di grano intero è derivato dalla macinazione del chicco di grano intero (crusca, germe, ed endosperma). Disponibili in commercio, disponibile immediatamente, farina di grano intero è stato acquistato per uso come materiale di prova per valutare la capacità del separatore STET per rimuovere la crusca fibrosa e germe dalla frazione endosperma amidaceo di farina di frumento. Il campione di farina di grano intero è stato analizzato da STET prima di iniziare il test. Contenuto di ceneri è stato testato da Standard ICC 104 / 1 (900° C). Cenere ripetute misurazioni dello stesso campione, un campione di mangimi senza separato, misurata 10 volte, sono stati trovati per avere un tenore di ceneri 1.61%, una deviazione standard di 0.01 e una deviazione standard relativa di 0.7%. Analisi granulometrica è stata completata da diffrazione laser utilizzando un Malvern Mastersizer 3000 con un apparato di dispersione a secco. Analisi della proteina è stata condotta utilizzando il metodo DUMAS, con un elementare N rapida superare analizzatore di azoto/proteine. Un fattore di conversione di N x 6.25 è stato utilizzato. Le varie proprietà del campione di farina di grano intero sono riassunte di seguito. (Vedi tabella 7)
tavolo 7: Analisi di farina di grano intero feed di STET
Contenuto di ceneri e contenuto proteico sono stati trovati per essere molto ripetibile quando testato nello stesso campione, ma significativa variabilità è stata identificata tra le borse più di farina di grano intero usato come il campione dell'alimentazione. (Vedi tabella 8) Questo feed variabilità del campione ha provocato una grossa dispersione nei dati di test.
tavolo 8: Analisi di separazione test risultati di farina di grano intero da STET
Test di separazione elettrostatica del campione di farina di grano intero è stato eseguito presso il ST Equipment & Tecnologia (STET) impianto pilota a Needham, Massachusetts. L'impianto pilota di STET contiene due separatori STET su scala pilota con apparecchiature ausiliarie usato per studiare la separazione dei materiali da fonti del candidato. I separatori STET su scala pilota sono della stessa lunghezza come un separatore STET commerciale, presso 30 piedi (9.1 metri) lungo, Tuttavia, la larghezza di elettrodo separatore impianto pilota è solo 6 inches (150 mm), o un settimo la larghezza del separatore STET commerciale più grande al 42 inches (1070 mm) larghezza di elettrodo. La capacità di alimentazione del separatore STET è direttamente proporzionale alla larghezza degli elettrodi, Pertanto, la velocità di avanzamento del separatore impianto pilota è un settimo la velocità di avanzamento dell'unità commerciali separatore 42 pollici. È stata la massima velocità di avanzamento con farina integrale 2.3 Tonnellate per ora a scala pilota, che corrisponde alla 16 Tonnellate l'ora per il separatore di commercio di 42 pollici. In confronto la scala in cui la maggior parte degli studi separazione elettrostatica è stati condotti fino ad oggi, separatore STET, la prova è stata effettuata a una velocità di avanzamento molto più elevata. Test è stato eseguito in 10 kg (20 Libbra) prove di batch, a causa di considerazioni pratiche di fornitura 2.3 Tonnellate all'ora di mangime continuamente. Condizione di test per ogni lotto, i prodotti del processo di separazione sono stati pesati per calcolare il recupero di massa. Sottocampioni da ogni test sono stati raccolti e analizzati per il contenuto di ceneri e contenuto proteico.
Figura 8: STET pilota impianto separatore.
Misura di dimensione delle particelle di mangimi di farina di grano intero e per prodotto due esempi è illustrato di seguito in figura 9.
Figura 9: Misura di dimensione delle particelle della farina del grano intero feed, e i due separati campioni di prodotto.
Di seguito è incluso una foto dei prodotti recuperati separazione. (Vedi figura 10) Un cambiamento di colore evidente è stato osservato durante la separazione, che la frazione di prodotto contenuto ceneri elevato considerevolmente più scura rispetto al campione di farina di grano intero feed.
Figura 10: Prodotti tipici recupero dal processo di separazione di STET.
Contenuto di ceneri per tutti i prodotti dal processo di separazione è stata misurata. (Vedi figura 11)
Figura 11: Test di contenuto contro il recupero in massa dei prodotto di cenere bassa per la separazione di farina di grano intero di ceneri da STET
La prova del separatore elettrostatico STET con farina di grano intero ha dimostrato un movimento significativo della cenere alto (crusca) frazione del kernel grano verso l'elettrodo positivo. Il prodotto di cenere ridotta è stato successivamente raccolto sull'elettrodo negativo. Test è stato eseguito su un sistema singolo passaggio, Tuttavia, è possibile eseguire ulteriore aggiornamento di uno dei prodotti di separazione eseguendo un altro stadio di separazione. Test con il separatore STET futuro sarà condotta su campioni di crusca di frumento, così come farina di mais e legumi come Lupin.
Conclusioni
Revisione della letteratura relativa indica che importanti attività di ricerca è stata intrapresa per sviluppare tecniche di separazione elettrostatica per i materiali organici. Questo sviluppo ha continuato o persino accelerato in passato 10 – 20 anni, con molti ricercatori in Europa e negli Stati Uniti l'applicazione di tecniche di separazione elettrostatica per un'ampia varietà di sfide di arricchimento. Da questa ricerca, è evidente che metodi elettrostatiche hanno il potenziale di generare nuovi, prodotti di pianta di valore superiore, o offrire un'alternativa per bagnato metodi di lavorazione. Benché incoraggianti separazioni di grano, mais e materiali vegetali basati su lupin sono state dimostrate in laboratorio e in alcuni scala pilota di casi, i sistemi elettrostatici usati per dimostrare questi risultati potrebbero non essere l'apparecchiatura di elaborazione più adatto e conveniente per eseguire tali separazioni su base commerciale. Molte tecnologie elettrostatiche non sono adatti per processo finemente macinato, polveri a bassa densità quali materiali vegetali. Tuttavia, l'apparecchiatura di ST & Tecnologia (STET) triboelectrostatic cintura separatore ha la dimostrata capacità di elaborare le particelle fini da 500 – 1 µm a tassi elevati. Il STET cintura separatore è un alto tasso, dispositivo di elaborazione provata su scala industriale che può essere adatto per commercializzare i recenti sviluppi nella lavorazione del materiale vegetale. Il STET cintura separatore è stato testato su un campione di farina del grano intero ed è stato trovato per essere riuscito a rimuovere la crusca dalla frazione di amido. Test con il separatore STET futuro sarà condotta su campioni di crusca di frumento, anche come mais farina e legumi come la soia e lupino.
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