Taal selecteren:
Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Abstract
Overzicht van de relevante literatuur geeft aan dat belangrijke onderzoek is verricht om toe te passen via een elektrostatisch proces
scheidingstechnieken granulaire plantaardig voedsel drogen (D.w.z., organische) materialen. Deze ontwikkeling heeft versneld in het verleden 10 – 20 jaar, met veel onderzoekers in Europa en de Verenigde Staten die zich aanmelden elektrostatische scheiding technieken voor een breed scala aan beneficiatie-uitdagingen. Uit dit onderzoek, het is duidelijk dat Electrostatische methoden het potentieel hebben voor het genereren van nieuwe, hoogwaardigere plantaardige producten, of een alternatief NAT verwerkingsmethoden bieden. Hoewel bevordering kleurscheidingen van granen graan, puls- en oliezaadmaterialen zijn aangetoond in het laboratorium en in sommige gevallen, Proefschaal, de elektrostatische systemen die worden gebruikt om aan te tonen van de resultaten mogelijk niet geschikt of kosteneffectieve verwerkingsapparatuur voor het uitvoeren van dergelijke scheidingen op een commerciële basis. Vele elektrostatische technologieën zijn niet geschikt voor proces fijn gemalen, lage dichtheid poeders zoals plantaardig materiaal. Echter, de ST-apparatuur & Technologie (STET) triboelectrostatic riem scheidingsteken heeft de aangetoonde vermogen voor het verwerken van fijne deeltjes van 500 – 1 µm. De STET bandafscheider is een high-rate, industrieel bewezen verwerking apparaat die mogelijk geschikt zijn voor de commercialisering van de recente ontwikkelingen in de biologische materiaalverwerking. Het STET riem scheidingsteken werd getest op een steekproef van volkoren tarwebloem en bleek succesvol te zijn in het verwijderen van de zemelen uit de zetmeel. Toekomst testen met het scheidingsteken STET zal plaatsvinden op tarwe zemelen monsters, maïsmeel
en peulvruchten zoals soja en lupine.
Trefwoorden: Tribo-elektrostatische, Elektrostatische, Scheiding, Fractionering, Tarwe, Graan, Bloem, Vezel, Eiwit, Oliehoudende zaden, Pulsen
Introductie
Elektrostatische scheidingsmethoden hebben gebruikt voor het verleden 50 jaar op de commerciële schaal beneficiation van
industriële mineralen en recycling van afvalstoffen. Elektrostatische beneficiation van droge korrelige plantaardig voedsel (dat wil zeggen, organische) materialen zijn onderzocht voor over 140 jaar, met de eerste patent voor elektrostatische scheiding van tarwe meel havervoermeel gevuld als vroeg als 1880. [1] Elektrostatische beneficiation voorziet van scheidingen op basis van verschillen in Oppervlaktechemie (werk functie) of diëlektrische eigenschappen. In sommige gevallen, Deze scheidingen zou niet mogelijk zijn met behulp van grootte of dichtheid scheidingen alleen. Elektrostatische scheiding systemen werken op soortgelijke principes. Alle elektrostatische scheiding systemen bevatten een systeem voor elektrisch laden de deeltjes, een extern gegenereerde elektrisch veld voor de scheiding optreden in, en een methode voor het overbrengen van deeltjes, in en uit het apparaat van de scheiding. Elektrisch opladen kan optreden door een of meerdere methoden met inbegrip van geleidende inductie, tribo-opladen (Neem contact op met de elektrificatie) en ion of corona opladen. Elektrostatische scheiding systemen gebruiken ten minste één van deze opladen mechanismen. [2]
Hoge spanning roll elektrostatische scheiding systemen zijn gebruikt in tal van industrieën en toepassingen waar men
de component is meer elektrisch geleidend dan de anderen. Voorbeelden van toepassingen voor hoge spanning roll scheidingstekens zijn titanium rekening houdend met de scheiding van mineralen, maar ook recycling toepassingen, bijvoorbeeld sorteren metaal uit kunststof. Er zijn meerdere variaties en geometrieën gebruikt voor hoge spanning roll systemen, maar in het algemeen, zij opereren op soortgelijke principes. Feed deeltjes betalen negatief door een ioniserend corona kwijting. Feed deeltjes zijn verspreid op een roterende trommel, waar de trommel is elektrisch geaard. De elektrisch geleidend deeltjes afstaan aan hun lading op contact met het oppervlak van de geaarde trommel. De rotatie van de trommel zorgt ervoor dat de geleidende deeltjes worden gegooid van het oppervlak van de trommel en gedeponeerd in de eerste product hopper. De niet-geleidende behouden hun elektrische lading en deeltjes zijn vastgemaakt aan het oppervlak van de trommel. Uiteindelijk, de elektrische lading op de niet-geleidende deeltjes zal wegnemen, of de deeltjes zal worden geborsteld uit de trommel nadat de trommel heeft gedraaid, zodat de niet-geleidende deeltjes worden afgezet in de niet-geleidende deeltje hopper. In sommige toepassingen, een havervoermeel hopper wordt geplaatst tussen de geleidende en niet-geleidende product hopper. De effectiviteit van dit soort scheiding apparaat is over het algemeen beperkt tot deeltjes die relatief grof en/of hebben hoge soortelijk gewicht, Als gevolg van de noodzaak van alle deeltjes contact met het oppervlak van de trommel. Bovendien, deeltje flow dynamics is belangrijk als impulsmoment eindverantwoordelijk is voor het overbrengen van de deeltjes van het oppervlak van de trommel aan de respectieve product hoppers. Fijne deeltjes en lage dichtheid van de deeltjes zijn gemakkelijk beïnvloed door luchtstromen en dus minder kans om te worden gegooid uit de trommel in een voorspelbare omgeving. [2] [3] [4]
De hoge spanning riem scheidingsteken is een variant van de hoge spanning roll scheidingsteken hierboven beschreven. Feed deeltjes zijn gelijkmatig verspreid over de breedte van een elektrisch geaard transportband. Deeltjes betalen, meestal door een negatieve corona, Hoewel andere mechanismen van het opladen mogelijk. Opnieuw geven de geleidende deeltjes hun elektrische lading tot de geaarde transportband, terwijl de niet-geleidende deeltjes hun lading behouden. De geleidende deeltjes vallen op de rand van de riem door de zwaartekracht, terwijl de geladen deeltjes van niet-geleidende "" off van het oppervlak van de riem door elektrostatische krachten opgeheven worden. Opnieuw voor de scheiding effectief, elk deeltje moet contact opnemen met het oppervlak van de gordel te voorzien in de geleidende deeltjes te geven hun lading aan de riem. Daarom, slechts een enkele laag van deeltjes kan worden overgebracht door het scheidingsteken in één keer. Als de deeltjesgrootte van de feed kleiner wordt, de verwerking van het apparaat is verlaagd. [5] [6]
Parallelle plaat elektrostatische scheidingstekens zijn meestal gebaseerd op het scheiden van deeltjes niet op basis van geleidendheid, maar op verschillen in oppervlakte chemie die het mogelijk maakt voor de overdracht van elektrische lading door frictional contact. Deeltjes zijn elektrisch geladen door krachtige contact met andere deeltjes, of met een derde oppervlak zoals een metaal of plastic zal de gewenste eigenschappen voor het tribo-opladen. Materialen die elektronegatievere zijn (gelegen aan de negatieve kant van de serie tribo-elektrisch) verwijderen van elektronen van het oppervlak tribo-opladen en dus een netto negatieve lading te verwerven. Contact, materialen die aan de positieve kant van de serie tribo-elektrisch zijn elektronen te doneren en positief opladen. De geladen deeltjes worden vervolgens ingevoerd in een elektrisch veld gegenereerd tussen de twee parallelle plaat elektroden met verschillende middelen van vervoer (zwaartekracht, pneumatische, trillingen). In aanwezigheid van het elektrische veld, de geladen deeltjes richting de tegengesteld geladen elektroden en worden verzameld op de bijbehorende product hoppers. Weer, een breuk van de havervoermeel met een mengsel van deeltjes kan of mogen niet worden verzameld, afhankelijk van de configuratie van het apparaat van de scheiding. [4] [7]
Figuur 1: Diagram van een hoge spanning roll scheidingsteken (links) en een parallelle plaat vrije val separator (rechts).
Tabel 1: Overzicht van veelgebruikte elektrostatische scheiding apparaten.
Geval 1 -Tarwe en tarwe zemelen Beneficiation.
Tarwezemelen is een bijproduct van conventionele tarwe frezen, vertegenwoordigen 10-15% van de tarwe. Tarwezemelen bestaat uit de buitenste lagen, met inbegrip van het zilvervlies worden veroorzaakt, Testa, en aleurone. Tarwezemelen bevat de meeste van de micronutriënten, vezel, en fytochemicaliën vervat in graan, die voordelen voor de gezondheid hebben aangetoond op de mens. [8] Significant belang in scheiden en beneficiating tarwezemelen heeft gemeld. Historische belangstelling voor tarwezemelen te scheiden was ter verbetering van de kwaliteit en de waarde van het product van meel. Echter, meer recente interesse is gemeld bij de terugvordering van waardevolle onderdelen van tarwezemelen.
In 1880, Thomas Osborne gepatenteerd het eerste commerciële elektrostatische scheidingsteken voor het verwijderen van zemelen uit het meel havervoermeel. Het scheidingsteken bestond uit rollen gecoat met geharde rubber of gelijkwaardig materiaal die kon worden elektrisch geladen via frictional tribo-opladen met wol. Hoewel niet beschreven, wordt uitgegaan van dat de rubber rollen verworven een negatieve lading ten opzichte van wol, overeenstemming is met de meeste tribo-elektrisch serie. De elektrisch geladen broodjes trok vervolgens de positief geladen zemelen vezel deeltjes, overbrengen van hen op het oppervlak van de worp, totdat de vastgezette vezel deeltjes van het oppervlak van de worp zijn geborsteld. Dit (aangenomen) positief opladen van tarwezemelen is strijdig met resultaten gemeld door anderen. Tribo-opladen van de zemelen deeltjes werd bijgestaan door de fluidizing van de lucht die aan de onderkant van het apparaat, die had het extra voordeel van de minder dichte deeltjes van de zemelen aan de oppervlakte veroorzaakt, dichter bij de broodjes. [1]
In 1958 een apparaat voor het elektrostatische scheiding van zemelen en endosperm vervat in meel havervoermeel werd bekendgemaakt in een octrooi het indienen door Branstad werken bij General Mills. Het apparaat bestond uit een parallelle plaat scheidingsteken waarin deeltjes werden overgebracht tussen de twee platen door trillingen. Zemelen deeltjes, belast door frictional contact met endosperm deeltjes, vervolgens werden opgeheven tot de bovenste elektrode door middel van perforaties in de bovenste elektrode. [9]
In 1988 een apparaat en een proces voor het herstellen van de aleurone van commerciële tarwezemelen werd bekendgemaakt in een octrooi het indienen. Commerciële tarwezemelen met een inhoud van startende aleurone 34% werd verrijkt tot een concentraat van 95% bij 10% massa opbrengst (28% aleurone herstel) door een combinatie van hamer frezen, grootte aanpassen door screening, lucht elutriation en elektrostatische scheiding met behulp van een parallelle plaat elektrostatische scheiding. Deeltjes werden beschuldigd in de lucht elutriator-apparaat, die heeft een dubbele rol van boetes verwijderen (<40 µm) door het overbrengen van, tijdje gelijktijdig tribo-opladen van de aleurone deeltjes positieve (rapportage aan de negatieve elektrode plaat) en de negatieve zilvervlies/testa-deeltjes. De deeltjesgrootte van de zemelen mengsel werd zorgvuldig gecontroleerd door hamer frezen en multi-level screening, verkrijgen van een feed meestal formaat de 130 – 290 µm bereik. [10]
Recente werkzaamheden over het herstellen van de aleurone van tarwezemelen. In 2008, Buhler AG gepatenteerd een elektrostatische scheiding apparaat voor het scheiden van aleurone deeltjes van shell deeltjes gemaakt van woonwerk zemelen. Een belichaming van het apparaat bestaat uit een rotor opereren in een strikt formaat behandeling gebied, die zorgt voor een deeltje-naar-deeltje en deeltje-tot-muur contact en latere tribo-opladen. De geladen deeltjes worden dan mechanisch vervoerd in een voertuig van de scheiding met parallelle plaat elektroden. Deeltjes vallen door het schip van de scheiding door de zwaartekracht, zoals de differentieel geladen deeltjes bewegen in de richting de tegengesteld geladen elektroden onder invloed van het elektrisch veld. [11] In combinatie met de juiste dimensionering van de feed zemelen en de mechanische sortering methoden, aleurone concentraties van tot 90% zijn gemeld. [12] [8]
Figuur 2: Gereproduceerd van Hemery et al., 2007 [8].
Tribo-opladen en corona opladen experimenten op tarwezemelen werden uitgevoerd door de werknemers op de elektrostatica van verspreide Media Research Unit, Universiteit van Poitiers, Frankrijk in 2010. De onderzoekers gemeten de oppervlakte lading en oppervlakte potentiële verval tijd op tarwezemelen met 10% vocht en gelyofiliseerd (vervolgens wordt het gevriesdroogd) tarwezemelen. Een scheiding test werd uitgevoerd op een steekproef van 50% vervolgens wordt het gevriesdroogd tarwezemelen en 50% gevriesdroogde aleurone feed met behulp van een riem type corona elektrostatische scheiding. (Figuur 3) Scheiding resultaten voor het laboratorium tijdschaallagen corona aangegeven 67% van aleurone werd teruggevonden aan de niet-dirigent hopper, terwijl enige 2% van de tarwezemelen gemeld aan de niet-dirigent hopper. Tribo-opladen experimenten werden ook uitgevoerd met tarwezemelen en aleurone, maar alleen voor het meten van de specifieke oppervlakte heffingen [µC/g] gegenereerd op elke breuk, in tegenstelling tot het herstellen van producten van een elektrostatische scheiding. Beide voedermiddelen waren opgeladen met behulp van Teflon als het contactoppervlak. Zowel tarwezemelen en aleurone worden gemeld als positief ten opzichte van Teflon opladen, die zelf is zeer elektronegatievere. De omvang van de lading bleek af te hangen van de operationele druk gebruikt op de tribo-lader, suggereren dat hogere onrust tot meer contacten leidt en completere tribo-opladen. [13]
Figuur 3: Gereproduceerd van Dascalescu et al., 2010 [13]
In 2009, onderzoekers beoordeeld de elektrostatische lading eigenschappen van aleurone rijk en het rijk voedermiddelen zilvervlies. [14] In 2011 de onderzoekers uitgevoerd elektrostatische scheiding testen op monsters van fijn grond tarwezemelen met behulp van een pilot tijdschaallagen elektrostatische plaat (TEP systeem, Tribo Flow scheidingen, Lexington, VERENIGDE STATEN). Het TEP-systeem maakt gebruik van een opladen lijn, waar de feed deeltjes worden ingevoerd in een stroom van de turbulente perslucht, en pneumatisch overgebracht via de opladen lijn naar de kamer van de scheiding. De deeltjes zijn tribo-in rekening gebracht door de deeltjes te deeltje-contact, evenals deeltje contact met het oppervlak van de opladen lijn. Resultaten van het TEP-systeem aangetoond dat elektrostatische scheiding effectief was in het verbeteren van aleurone en bèta-glucan inhoud van tarwezemelen. Interessant, de breuk van het materiaal dat bleek te bevatten de hoogste inhoud van de cel van de aleurone, bij 68%, was het zeer fijn (D50 = 8 µm) breuk die was hersteld van de opladen buis. Het is niet duidelijk waarom dit materiaal bij voorkeur was geconcentreerd in het opladen apparaat, echter, het geeft wel aan dat de mogelijkheid om de inhoud van de cellen van de aleurone van de proces dat Electrostatische technieken die geschikt verlangen kan zijn voor het verwerken van zeer fijne poeders. Bovendien, Dit werk aangetoond dat diervoeders voorbereiding voor de tarwezemelen was een belangrijke overweging. Monsters bereid door cryogene malen in een molen hamer bleken minder volledig worden losgekoppeld (bevrijd) dan de grond in een effect type molen bij kamertemperatuur. [15] [16]
Figuur 4: Gereproduceerd van Hemery et al., 2011 [16]
Recent werk studeerde de concentratie van arabinoxylans van tarwezemelen door elektrostatische methoden. De onderzoekers gebruikt een laboratorium elektrostatische tijdschaallagen bestaande uit een opladen buis en scheiding cupje met van twee parallelle plaat elektroden. Gemalen tarwezemelen werd geïntroduceerd in de laden buis en pneumatisch overgebracht naar de kamer van de scheiding met behulp van gecomprimeerde stikstof. De turbulentie en een hoge gassnelheid in het opladen buis verstrekt de contactpersoon van de deeltjes die nodig zijn voor het tribo-opladen. De geladen deeltjes (producten van de scheiding) werden verzameld uit het oppervlak van de elektroden voor analyse. Als gevolg van de verticale positie van de elektroden werd een aanzienlijke hoeveelheid materiaal niet verzameld. Deze breuk havervoermeel kan worden hergebruikt voor verdere verwerking in conventionele elektrostatica, echter, Voordetoepassing van dit experiment, materiaal dat niet verzameld op de electrodes werd beschouwd als verloren. De onderzoekers rapporteerde een stijging van de beide product rang (arabinoxylan inhoud in het product) en scheidend vermogen als de transporttechniek snelheid verhoogd. [17]
Recente inspanningen om beneficiate tarwezemelen met elektrostatische methoden zijn hieronder samengevat in tabel 2.
Tabel 2: Samenvatting van elektrostatische methoden geëvalueerd als beneficiate tarwezemelen.
Geval 2 -Eiwit herstel van Lupin bloem
Onderzoekers bij het voedsel proces Engineering Group in Wageningen, Nederland, evaluatie van het potentieel voor eiwitverrijking met peulvruchten. Pea en lupine bloem werden gebruikt als feeds voor een verscheidenheid van eiwit verrijking technieken met inbegrip van lucht classificatie gecombineerd met elektrostatische scheiding. Onbehandelde erwt en lupine zaden waren eerst gemalen tot ongeveer 200 µm. Voedermiddelen voor de indeling en elektrostatische scheiding werden vervolgens gemalen met behulp van een effect type molen met een interne classificatie (Hosokawa-Alpine ZPS50). Gemiddelde deeltjesgrootte (D50) werd gerapporteerd als ongeveer 25 µm voor de erwt bloem, en ongeveer 200 µm voor de lupine bloem, voorafgaand aan de classificatie van de lucht. Tot slot, een subset van elk monster, Pea en lupine meel, dan was lucht ingedeeld (Hosokawa-Alpine ATP50). De feed aan de elektrostatische scheidingsteken bestond uit zowel onbehandeld meel, Naast de cursus en fijn product van lucht classificatie. [18]
De elektrostatische scheiding-apparaat dat wordt gebruikt tijdens de experimenten was een parallelle plaat type, met laadkabels uitgevoerd via tribo opladen in een 125 mm lengte buis opladen, met deeltjes pneumatisch die in samengeperste stikstof. Het apparaat is vergelijkbaar in de configuratie van het apparaat dat wordt gebruikt door Wang et al. (2015). [17] Elektrostatische scheiding experimenten werden uitgevoerd op grond erwt bloem en meel van zachte lupin, evenals de cursus en de fijne fracties van pea bloem en meel van zachte lupine verkregen lucht classificatie. De erwt bloem alleen een kleine beweging van eiwit aangetoond tijdens elektrostatische testen. Echter, de lupine bloem aangetoond belangrijke beweging van eiwitten in alle drie monsters getest (gemalen meel – 35% eiwit, volwitte geclassificeerde boetes – 45% eiwit, gemalen ingedeeld in grof- 29% eiwit). Eiwitrijke producten van ongeveer 60% voor elk van de drie lupin monsters getest werden teruggevonden op de geaarde elektrode. [18]
Geval 3 -Vezel verwijdering uit mais
Onderzoekers van de faculteit landbouw en biologische technologie, Mississippi State University uitgevoerd elektrostatische testen op grond maïsmeel, met een doelstelling van het verwijderen van de vezel. De elektrostatische scheiding apparaat bestond uit een transportband met een negatieve elektrode geplaatst aan het einde van de transportband. De positief geladen deeltjes, vezel deeltjes, in dit geval, waren de transportband getild en gesorteerd in een tweede trechter. De niet-vezel deeltjes daalden af van de transportband met zwaartekracht en werden de eerste product hopper gestort. De auteurs beschreven niet hoe de elektrische opladen is uitgevoerd. Het voedermiddel aan dit scheidingsteken was relatief grof, met de deeltjesgrootte van het diervoeder variërend van 12 Mesh (1,532 µm) Aan 24 Mesh (704 µm). Het lijkt niet dat de undersize (<704 µm) materiaal is verwerkt tijdens deze studie. Elke testvoorwaarde werd voltooid met behulp van 1 kg van voedermiddelen die werd gelijkmatig verspreid over de belt. [6]
Figuur 5: Gereproduceerd van Pandya et al., 2013 [6]
De Mississippi State onderzoekers voltooid elektrostatische scheiding testen op de afgeschermde maïsmeel, de afgeschermde graanbloem breuken en de vezel-rijk breuken verhaald lucht classificatie. Elektrostatische testen werd niet voltooid op de stromen van de lage-fiber hersteld van air classificatie. Analyse van de resultaten van de elektrostatische scheiding is hieronder:
Tabel 3: Resultaten van de scheiding van de vezels van Pandya et al. gereproduceerd, 2013 [6]
Geval 4 – De eiwitconcentratie van oliehoudende zaden
Oliehoudende zaden zoals koolzaad (koolzaad), zonnebloem, Sesam, mosterd, soja-maïs germ, en lijnzaad bevatten over het algemeen een aanzienlijke hoeveelheid zowel eiwitten en vezels. Verwerkingstechnologieën te verwijderen van de vezel, en dus het eiwitgehalte verhogen, voor oliehoudende zaden wordt steeds belangrijker naarmate de mondiale vraag naar eiwit verhogingen. [19] Recent werk van onderzoekers bij het Franse nationale Instituut voor landbouwkundig onderzoek onderzocht ultrafijne frezen gecombineerd met elektrostatische verwerking van zonnebloempitten maaltijd, te concentreren van eiwit. De feed zonnebloemschroot monsters werden geslepen in de molen van een effect op omgevingstemperatuur tot een deeltjesgrootte (D50) van 69.5 µm. Het elektrostatische scheidingsteken voor het testen was een parallelle plaat apparaat waar het primaire opladen mechanisme tribo-opladen. De tribo-opladen werd uitgevoerd voorafgaand aan de elektroden in een lijn tribo-opladen, met deeltjes overgebracht via de opladen lijn, en aan de elektroden, via pneumatisch transport. Eiwit werd gevonden in rekening te brengen positieve (rapportage aan de negatieve elektrode) en de vezel-rijk breuk bleek negatief opladen. Eiwit selectiviteit bleek te hoog. Feed eiwit was 30.8%, met het eiwitrijke product meten 48.9% en het eiwit uitgeput (vezel-rijk) product alleen meten 5.1% eiwit. Eiwit herstel was 93% aan de positieve product. Cellulose, hemicelluloses, en lignine werden gemeten en het verslag aan de negatief geladen product gevonden, tegenover die van eiwit. [20]
Tabel 4: Resultaten van zonnebloempitten maaltijd scheiding gereproduceerd uit Barakat et al., 2015 [20]
In 2016, een aanvullende studie werd voltooid met behulp van fijn grond koolzaadolie zaad maaltijd, of koolzaadolie cakes (ROC), Als de feed aan een elektrostatische scheidingsproces. Opnieuw werd ultrafijne frezen bij kamertemperatuur uitgevoerd met behulp van een mes molen apparaat (RETSCH SM 100). Het gemalen materiaal, met een gemiddelde deeltjesgrootte (D50) van ongeveer 90 µm, met behulp van een pilot tijdschaallagen parallelle plaat werd verwerkt (TEP systeem, Tribo Flow scheidingen). Het TEP-systeem maakt gebruik van tribo opladen door pneumatische overbrengen van deeltjes door middel van een hoge druk opladen lijn onder turbulente omstandigheden. Een single testronde scheiding met het TEP systeem resulteerde in de aanzienlijke concentratie van eiwitten, met een feed proteïne van 37%, een positief geladen productniveau met eiwitten van 47% en een negatief geladen product eiwit niveau van 25%. Extra scheiding fasen werden uitgevoerd, uiteindelijk produceren een eiwitrijke product met 51% eiwitten na 3 scheiding van de opeenvolgende fasen. [21]
Tabel 5: Resultaten van koolzaadolie zaad maaltijd scheiding gereproduceerd van Basset et al., 2016 [21]
Discussie
Overzicht van de relevante literatuur geeft aan dat belangrijke onderzoek is verricht om elektrostatische scheidingstechnieken voor organische materialen te ontwikkelen. Deze ontwikkeling heeft voortgezet of zelfs versneld in het verleden 10 – 20 jaar, met vele onderzoekers in Europa en de Verenigde Staten door elektrostatische scheidingstechnieken toe te passen op een grote verscheidenheid van beneficiation uitdagingen. Uit dit onderzoek, het is duidelijk dat Electrostatische methoden het potentieel hebben voor het genereren van nieuwe, hogere waarde plantaardige producten, of een alternatief NAT verwerkingsmethoden bieden.
Hoewel bevordering kleurscheidingen van granen, pulsen, en oliehoudende zaden materialen zijn aangetoond in het laboratorium en in sommige gevallen piloot schaal, de elektrostatische systemen die worden gebruikt om aan te tonen van deze resultaten kunnen uiteindelijk niet dienen als de meest geschikte en kosteneffectieve verwerkingsapparatuur voor het uitvoeren van dergelijke scheidingen op een commerciële basis. Bestaande commerciële elektrostatische systemen zijn het meest gebruikte in scheidingen van mineralen, metalen of kunststoffen. Mineralen en metalen zijn beide relatief dichte materialen met hoge soortelijk gewicht, in vergelijking met plantaardig materiaal. Zelfs met de hoge soortelijk gewicht van mineralen en metalen, de effectieve deeltje Groottebeperkingen voor de trommel rollen en parallelle plaat elektrostatische scheidingstekens is relatief grof, met enkele deeltjes hieronder 100 µm bijvoorbeeld. Kunststoffen zijn van lagere dichtheid dan zowel mineralen en metalen maar vaak worden verwerkt op grof deeltjesgrootte, als plastic vlokken bijvoorbeeld. De introductie van fijne deeltjes zorgt voor operationele problemen voor zowel hoogspanningsrol- als parallelle plaatscheiders. Boete, lage dichtheid van de deeltjes zijn zeer gevoelig voor lucht stromingen, vooral in vergelijking met de mineralen en metalen. Het pad van de reizen van de fijne deeltjes van de invloed van de kleine verschillen in de luchtstromen binnen in het apparaat van de scheiding, hen te onderwerpen aan de krachten die niet worden veroorzaakt door het elektrostatisch veld.
Voor de meeste parallelle plaat separator systemen, fijn worden grond en lage dichtheid deeltjes die via een elektrostatisch proces worden geheven op de elektroden van de parallelle plaat scheidingstekens verzameld. Als deze elektrisch aangesloten fijnstof niet worden verwijderd op een constante basis, de elektrische veldsterkte en de efficiëntie van het apparaat degraderen. Het werk van de onderzoekers van het voedsel proces Engineering groep Wageningen UR (Wang et al., 2015) profiteerde van dit verschijnsel voor het verzamelen van monsters uit het oppervlak van de elektroden van de parallelle plaat scheidingsteken voor het analyseren van de producten van de scheiding. Parallelle plaat separator systemen, met name degenen die vertrouwen op zwaartekracht over te brengen van deeltjes door het elektrische veld, hebben geprobeerd dit probleem op verschillende manieren aan te pakken. Steen e.a. (1988) een proces waarbij fijnstof werden verwijderd beschreven stroomopwaarts van de elektrostatische scheidingsteken door lucht elutriation. [10] Anderen hebben gemeld met het behoud van een laminaire stroom van lucht stromen over de elektroden om te voorkomen dat fijne deeltjes wordt beïnvloed door luchtstromen. [22Echter, behoud van laminaire luchtstroming wordt uitdagend als de scheiding apparaat groter wordt, effectief beperken de verwerkingscapaciteit van dergelijke apparaten. Uiteindelijk de deeltjesgrootte waarin componenten fysiek gescheiden zijn van andere zijn (als afzonderlijke deeltjes aanwezig), zullen de grootste bestuurder bij de bepaling van de deeltjesgrootte op waar de verwerking moet gebeuren.
Zoals eerder vermeld, conventionele elektrostatische scheiding apparaten zijn beperkt in de verwerkingscapaciteit, vooral met poeders met een lage dichtheid en fijngemalen zoals plantaardige materialen. Voor hoogspanningstrommel- en riemscheidingsinrichtingen, de effectiviteit is beperkt tot deeltjes die relatief grof zijn en/of een hoog soortelijk gewicht hebben, Als gevolg van de noodzaak van alle deeltjes contact met het oppervlak van de trommel. Als deeltjes kleiner geworden is de verwerking verlaagd. Parallelle plaat scheidingstekens zijn nog verder beperkt door de dichtheid van de deeltjes die kan worden verwerkt in de zone van de elektrode. Deeltje laden moet relatief laag ter voorkoming van ruimte gratis effecten.
ST apparatuur & Technologie riem scheidingsteken
De ST-apparatuur & Technologie (STET) triboelectrostatic gordel scheidingsteken heeft de aangetoonde vermogen voor het verwerken van fijne deeltjes van 500 – 1 µm. Het STET-scheidingsteken is een parallelle plaat elektrostatische scheiding, echter, de elektrode platen zijn verticaal georiënteerd horizontaal in tegenstelling tot zoals het geval is in de meeste parallelle plaat scheidingstekens. (Zie figuur 6) Bovendien, het scheidingsteken STET volbrengt de particle tribo-opladen en transporttechniek gelijktijdig door een high-speed open mesh-transportband. Deze functie voorziet in beide een zeer hoge specifieke verwerking tarief van diervoeders, Naast de mogelijkheid voor het verwerken van poeders veel fijner dan conventionele elektrostatische apparaten. Dit soort scheiding apparaat geweest in commerciële verrichting sinds 1995 scheiden van onverbrande koolstof uit vliegas mineralen (typische D50 ongeveer 20 µm) in kolengestookte centrales. Dit apparaat elektrostatische scheiding heeft ook succesvol geweest bij beneficiating andere anorganische materialen, met inbegrip van mineralen zoals calcium carbonaat, Talk, bariet, en anderen.
De fundamentele details van het STET-scheidingsteken worden geïllustreerd in figuur 7. De deeltjes worden in rekening gebracht door het tribo effect via deeltje-naar-deeltje botsingen binnen de kloof tussen de elektroden. De toegepaste spanning tussen de elektroden is ±4 à ±10 kV ten opzichte van de grond, geven een totale spanningsverschil van 8 – 20 kV over een zeer smalle elektrode kloof van nominaal 1.5 cm (0.6 inch). Feed deeltjes worden ingevoerd op het standaardscheidingsteken STET op één van drie locaties (Feed-poorten) via een distributeur dia luchtsysteem met mes schuifafsluiters. Het scheidingsteken STET produceert slechts twee producten, een negatief geladen deeltjes stroom verzameld op de positief geladen elektrode, en een positief geladen deeltje stream verzameld op de elektrode negatief geladen. De producten zijn overgebracht naar de respectieve hoppers aan elk uiteinde van het STET-scheidingsteken door de gordel scheidingsteken en overgebracht uit het scheidingsteken door de zwaartekracht. Het scheidingsteken STET niet een havervoermeel produceren of recyclen stream, Hoewel meerdere pass configuraties te verbeteren van de zuiverheid van het product en/of herstel mogelijk zijn.
Figuur 6: STET tribo riem scheidingsteken
Deeltjes worden vervoerd door de kloof van de elektrode (scheiding zone) door een continue lus, open mesh riem. De band werkt bij hoge snelheid, variabele uit 4 Aan 20 m/s (13 – 65 ft/s). De geometrie van de gordel dient om te vegen van fijne deeltjes van het oppervlak van de elektroden, voorkomen van de accumulatie van fijne deeltjes die doen de prestaties en de spanning gebied van traditionele vrije val parallelle plaat type scheiding apparaten verslechteren. Bovendien, de gordel genereert een hoge sheer, hoge turbulentie zone tussen de twee elektroden, bevordering van tribo-opladen. De tegengarantie huidige reis van de gordel scheidingsteken zorgt voor continu laden en opnieuw laden of deeltjes binnen het scheidingsteken, eliminerend de behoefte aan een vooraf heffingenstelsel stroomopwaarts van het STET-scheidingsteken.
Figuur 7: Grondslagen van de werking van STET riem scheidingsteken
Het STET-scheidingsteken is een hoge verwerkingsdebiet, commercieel bewezen systeem voor de verwerking. De maximale capaciteit van het STET-scheidingsteken is meestal een functie van de volumetrische verwerkingsdebiet die kan worden overgebracht door middel van de elektrode kloof door de STET scheidingsteken gordel. Andere variabelen, zoals de snelheid van de gordel, de afstand tussen de elektroden en de belucht dichtheid van het poeder effect feed het maximum tarief, meestal in mindere mate. Voor relatief hoge dichtheid materialen, bijvoorbeeld, vliegas, het percentage van de maximale verwerking van een 42 inch (106 cm) elektrode breedte commerciële scheiding eenheid is ongeveer 40 – 45 Ton peruur van diervoeders. Voor minder dichte voedermiddelen, de maximale verwerkingsdebiet is lager.
Tabel 6: Geschatte maximale tarief voor diverse materialen verwerkt met STET feed 42 inch elektrostatische scheidingsteken.
Stof explosies zijn een groot gevaar in graan en andere biologische poeder verwerkingen. Het STET-scheidingsteken is geschikt voor de verwerking van brandbaar biologische poeders met slechts kleine wijzigingen. Er zijn geen hete oppervlakken in het STET-scheidingsteken. Het enige bewegende delen zijn het scheidingsteken riem en station rollen. De rollagers bevinden zich buiten de stream poeder op de externe shell van de eenheid. Ze zijn dus niet een risico voor oververhitting/vonken in de materiële stroom. Bovendien, de STET scheidingsteken lagers zijn beschikbaar met fabriek gemonteerd temperatuur meting vermogen te detecteren van falen van de dragende goed voordat gevaarlijk hoge temperaturen worden bereikt. Het scheidingsteken riem en drive-systeem geen hoger risico dan andere conventionele roterende machines inhouden. De STET scheidingsteken hoog voltage componenten zijn ook buiten de materiële stream en opgenomen in stof-strakke Behuizingen. De maximale energie van een vonk over de kloof scheidingsteken wordt beperkt door het ontwerp van de hoogspanning onderdelen. Een extra niveau van veiligheid kan worden ingevoerd via de stikstof zuiveren.
Volkoren tarwebloem voor verwerking door STET scheidingsteken
Volkoren meel is afgeleid van het slijpen van de hele korrel van tarwe (zemelen, Germ, en endosperm). Verkrijgbare, off-the-shelf, volkoren meel werd gekocht voor gebruik als testmateriaal om te evalueren van de mogelijkheid van het STET-scheidingsteken te verwijderen van de vezelige zemelen en de kiemen uit de zetmeelrijke endosperm afvalfractie tarwemeel. Het monster van volkoren meel werd geanalyseerd door STET voorafgaand aan begin het testen. Asgehalte werd getest door ICC-standaard 104 / 1 (900° C). Ash herhaalde metingen van hetzelfde monster, een voorvoeten en diervoeders monster, gemeten 10 tijden, bleken te hebben een asgehalte van 1.61%, een standaarddeviatie van 0.01 en een relatieve standaardafwijking van 0.7%. Korrelgrootte werd voltooid door laser diffractie met behulp van een Malvern Mastersizer 3000 met een droge dispersie-apparaat. Eiwit analyse werd uitgevoerd met behulp van de methode DUMAS, met een elementaire overtreffen en snelle N stikstof/eiwit analyzer. Een conversiefactor van N x 6.25 werd gebruikt. De verschillende eigenschappen van het monster volkoren meel zijn hieronder samengevat. (Zie tabel 7)
Tabel 7: Analyse van volkoren tarwebloem voor voeden door STET
Asgehalte- en eiwitgehalte bleken zeer herhaalbare wanneer getest in hetzelfde monster, maar aanzienlijke variabiliteit tussen de meerdere zakken volkoren meel gebruikt als het diervoeder monster werd geïdentificeerd. (Zie tabel 8) Dit monster variabiliteit feed resulteerde in sommige spreiding in de testgegevens.
Tabel 8: Analyse van scheiding testresultaten van volkoren tarwebloem door STET
Elektrostatische scheiding van het volkoren meel monster getest bij de ST-Equipment & Technologie (STET) Proeffabriek faciliteit in Needham, Massachusetts. De proeffabriek STET bevat twee pilot schaal STET scheidingstekens samen met bijkomende uitrusting gebruikt voor het onderzoeken van de scheiding van materialen van kandidaat-bronnen. De piloot-schaal STET scheidingstekens zijn dezelfde lengte als een commerciële STET-scheidingsteken, bij 30 voeten (9.1 meter) lange, echter, de proeffabriek scheidingsteken elektrode breedte is alleen 6 inch (150 mm), of een zevende de breedte van de grootste commerciële STET scheidingsteken op 42 inch (1070 mm) breedte van de elektrode. De feed capaciteit van het STET-scheidingsteken is recht evenredig met de breedte van de elektroden, Daarom, het verwerkingsdebiet proeffabriek scheidingsteken is een zevende van het verwerkingsdebiet van de eenheid van de 42-duim brede commerciële scheidingsteken. De maximale verwerkingsdebiet met volkoren bloem was 2.3 Ton peruur pilot duurzaame, hetgeen overeenkomt met 16 Ton per uur voor de 42-duim brede commerciële scheidingsteken. In vergelijking met de schaal waarop de meerderheid van de elektrostatische scheiding studies zijn uitgevoerd tot nu toe, het STET scheidingsteken testen werd uitgevoerd op een aanzienlijk hoger verwerkingsdebiet. Getest in 10 kg (20 pond) batch proeven, Als gevolg van de praktische overwegingen van leveren 2.3 Ton peruur van diervoeders continu. Voor elke partij voorwaarde testen, de producten van het scheidingsproces werden gewogen voor de berekening van de invordering. Deelmonsters van elke test zijn verzameld en geanalyseerd voor asgehalte en eiwitgehalte.
Figuur 8: STET Pilot Plant scheidingsteken.
Deeltje grootte meting van de volkoren meel voeder- en twee productmonsters wordt hieronder weergegeven in figuur 9.
Figuur 9: Deeltje grootte meting van volkoren tarwebloem voor feed, en de twee gescheiden productmonsters.
Een foto van het herstelde scheiding producten is hieronder opgenomen. (Zie figuur 10) Een merkbare kleurverandering werd waargenomen tijdens de scheiding, die de hoge ash inhoud product breuk aanzienlijk donkerder dan het monster feed volkoren meel.
Figuur 10: Typische producten hersteld van het scheidingsproces STET.
Asgehalte voor alle producten uit het scheidingsproces werd gemeten. (Zie figuur 11)
Figuur 11: Asgehalte ten opzichte van de invordering van lage ash product voor volkoren meel scheiding test door STET
Testen van het STET elektrostatische scheidingsteken met volkoren bloem aangetoond belangrijke beweging van de hoge as (zemelen) breuk van de tarwe kernel naar de positieve elektrode. Het verminderde ash product vervolgens verzameld over de negatieve elektrode. Getest op een enkele pass-regeling, echter, het is mogelijk om te voeren verder upgraden van een van de producten van de scheiding door het uitvoeren van een andere fase van de scheiding. Toekomst testen met het scheidingsteken STET zal plaatsvinden op tarwe zemelen monsters, Naast maïsmeel en peulvruchten zoals Lupin.
Conclusies
Overzicht van de relevante literatuur geeft aan dat belangrijke onderzoek is verricht om elektrostatische scheidingstechnieken voor organische materialen te ontwikkelen. Deze ontwikkeling heeft voortgezet of zelfs versneld in het verleden 10 – 20 jaar, met vele onderzoekers in Europa en de Verenigde Staten door elektrostatische scheidingstechnieken toe te passen op een grote verscheidenheid van beneficiation uitdagingen. Uit dit onderzoek, het is duidelijk dat Electrostatische methoden het potentieel hebben voor het genereren van nieuwe, hogere waarde plantaardige producten, of een alternatief NAT verwerkingsmethoden bieden. Hoewel bevordering kleurscheidingen van tarwe, maïs en lupine gebaseerde plantaardig materiaal zijn aangetoond in het laboratorium en in sommige gevallen piloot schaal, de elektrostatische systemen die worden gebruikt om aan te tonen van de resultaten mogelijk niet de meest geschikte en kosteneffectieve verwerkingsapparatuur voor het uitvoeren van dergelijke scheidingen op een commerciële basis. Vele elektrostatische technologieën zijn niet geschikt voor proces fijn gemalen, lage dichtheid poeders zoals plantaardig materiaal. Echter, de ST-apparatuur & Technologie (STET) triboelectrostatic riem scheidingsteken heeft de aangetoonde vermogen voor het verwerken van fijne deeltjes van 500 – 1 µm op hoog niveau. Het STET riem scheidingsteken is een hoog percentage, industrieel bewezen verwerking apparaat die mogelijk geschikt zijn voor de commercialisering van de recente ontwikkelingen in de plant materiaalverwerking. Het STET riem scheidingsteken werd getest op een steekproef van volkoren tarwebloem en bleek succesvol te zijn in het verwijderen van de zemelen uit de zetmeel. Toekomst testen met het scheidingsteken STET zal plaatsvinden op tarwe zemelen monsters, zo goed als maïs meel en peulvruchten zoals soja en lupine.
Verwijzingen
[1] T. B. Osborne, “Havervoermeel-Canister”. Octrooi van Verenigde Staten van Amerika 224,719, 17 Februari 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Hanumantha Rao en K. Forsberg, “Overzicht van elektrische scheidingsmethoden – Deel 1: Fundamentele aspecten,” Mineralen & Metallurgische Processing, vol. 17, geen. 1, PP. 23-36, 2000.
[3] J. Ouderling en E. Yan, “eForce – Nieuwste generatie van de elektrostatische scheidingsteken voor de industrie van mineralen sands,” in de Conferentie van de zware mineralen, Johannesburg, 2003.
[4] R. H. Perry en D. W. Groen, Perry's Chemical Engineers’ De zevende editie handboek, New York: McGraw-Hill, 1997.
[5] S. Messal, R. Corondan, Ik. Chetan, R. Ouiddir, K. Medles en L. Dascalescu, “Elektrostatische scheidingsteken voor micronized mengsels van metalen en kunststoffen afkomstig van afgedankte elektrische en elektronische apparatuur,” Journal of Physics, vol. 646, PP. 1-4, 2015.
[6] T. S. Pandya, R. Srinivasan en C. P. Thompson, “Vezel scheiding voor grond maïsmeel een elektrostatische methode,”Granen chemie, vol. 90, geen. 6, PP. 535-539, 2013.
[7] L. Merken, P. M. Beier, en ik. Stahl, Elektrostatische scheiding, Weinheim: Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.
[8] Y. Hemery, X. Rouau, V. Lullien-Pellerin, C. Barron en J. Abecassis, “Droog proces om tarwe breuken en producten met verbeterde voedingskwaliteit,” Journal of Cereal Science, geen. 46, PP. 327-347, 2007.
[9] W. A. Brastad en E. C. Versnelling, “Werkwijze en inrichting voor elektrostatische scheiding”. Octrooi van Verenigde Staten van Amerika 2,848,108, 19 Augustus 1958.
[10] B. A. Steen en J. Minifie, “Terugwinning van Aleurone cellen uit tarwezemelen”. Octrooi van Verenigde Staten van Amerika 4,746,073,24 Mei 1988.
[11] A. Bohm en A. Kratzer, “Methode voor het isoleren van de Aleurone deeltjes”. Octrooi van Verenigde Staten van Amerika 7,431,228, 7 Oktober 2008.
[12] J. A. Delcour, X. Rouau, C. M. Courtin, K. Poutanen en R. Ranieri, “Technologieën voor verbeterde benutting van het potentieel van gezondheidsbevorderende van granen,” Trends in Food Science & Technologie, PP. 1-9, 2012.
[13] L. Dascalescu, C. Dragan, M. Bilici, R. Beleca, Y. Hemery en X. Rouau, “Elektrostatische Basis voor scheiding van tarwe zemelen weefsels,” IEEE Transactions on industrie toepassingen, vol. 46, geen. 2, PP. 659-665, 2010.
[14] Y. Hemery, X. Rouau, C. Dragan, R. Bilici en L. Dascalescu, “Elektrostatische eigenschappen van tarwezemelen en haar constituerende lagen: Invloed van deeltjesgrootte, samenstelling, en vochtgehalte,” Journal of Food Engineering, geen. 93, PP. 114-124, 2009.
[15] Y. Hemery, M. Chaurand, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, V. Piironen, A. Sadoudi en X. Rouau, “Potentieel van droge versplintering van tarwezemelen voor de ontwikkeling van voedingsmiddelen en nieuwe voedselingrediënten, deel I: Invloed van ultra-fijne slijpen,” Journal of Cereal Science, geen. 53, PP. 1-8, 2011.
[16] Y. Hemery, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, T. Nurmi, V. Piironen, M. Edlemann en X. Rouau, “Potentieel van droge versplintering van tarwezemelen voor de ontwikkeling van voedingsmiddelen en nieuwe voedselingrediënten, deel II: Elektrostatische scheiding van deeltjes,” Journal of Cereal Science, geen. 53, PP. 9-18, 2011.
[17] J. Wang, E. Smits, R. M. Boom, en M. A. Schutyser, “Arabinoxylans concentreert zich van tarwezemelen door elektrostatische scheiding,” Journal of Food Engineering, geen. 155, PP. 29-36, 2015.
[18] P. J. Pelgrom, J. Wang, R. M. Boom, en M. A. Schutyser, “Pre- en na de behandeling verbeteren de eiwitverrijking van frezen en lucht classificatie van peulvruchten,” Journal of Food Engineering, geen. 155, PP. 53-61, 2015.
[19] D. Chereau, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Motte, S. Belaid, J. Ventureira en M. Lopez, “Combinatie van bestaande en alternatieve technologieën ter bevordering van oliehoudende zaden en peulvruchten eiwitten in food toepassingen,” Oliehoudende zaden & vetten gewassen en lipiden, vol. 23, geen. 4, PP. 1-11, 2016.
[20] A. Barakat, F. Jerome en X. Rouau, “Een droge Platform voor scheiding van proteïnen van biomassa-bevattende
Polysacchariden, Lignine, en polyfenolen,” ChemSusChem, vol. 8, PP. 1161-1166, 2015.
[21] C. Basset, S. Kedidi en A. Barakat, “Chemische stof- en oplosmiddelvrije Mechanophysical fractionering van biomassa geïnduceerd door Tribo-elektrostatisch opladen: Scheiding eiwitten en lignine,” ACS duurzame chemie & Engineering, vol. 4, PP. 4166-4173, 2016.
[22] J. M. Stencel, J. L. Schaefer, H. Verbod, en J. K. Neathery, “Inrichting en werkwijze voor Triboelectrostatic scheiding”.Octrooi van Verenigde Staten van Amerika 5,938,041, 17 Augustus 1999.
