Velg språk:
Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Abstrakt
Gjennomgang av relevant litteratur angir at betydelige forskning er foretatt gjelder elektrostatisk
separasjon teknikker tørke detaljert plantebasert mat (I.e., organisk) materialer. Denne utviklingen har akselerert i siste 10 – 20 år, med mange forskere i Europa og USA som søker elektrostatisk separasjon teknikker til et bredt spekter av beneficiation utfordringer. Fra denne forskningen, Det er tydelig at elektrostatisk metoder har potensial til å generere nye, Planteprodukter med høyere verdi, eller tilbyr et alternativ for å våt behandlingsmetoder. Selv om oppmuntrende separasjoner av korn, Puls- og oljefrømaterialer er påvist på laboratoriet og i noen tilfeller, Pilotskala, den elektrostatiske som brukes til å vise disse resultatene ikke passer eller kostnadseffektiv prosessutstyr utføre slike separasjoner på kommersiell basis. Mange elektrostatisk teknologier er ikke egnet for prosessen fint bakken, lav pulver som plantemateriale. Men, ST utstyret & Teknologi (STET) triboelectrostatic belte skilletegn har vist evne til å behandle fine partikler fra 500 – 1 µm. STET-belteseparatoren er en høy hastighet, industrielt bevist prosesseringen enheten som kan være passende å kommersialisere den siste utviklingen i organiske materialet behandling. STET belte skilletegnet ble testet på et utvalg av hele hvetemel og ble funnet for å være vellykket i å fjerne kli fra stivelse brøkdel. Fremtiden testing med skilletegnet som STET vil bli utført på hvete kli prøver, maismel
og belgfrukter som soya og lupin.
Søkeord: Tribo-elektrostatisk, Elektrostatiske, Separasjon, Fraksjoneres, Hvete, Korn, Mel, Fiber, Protein, Oljefrø, Pulser
Introduksjon
Elektrostatiske separasjon metoder har vært benyttet siste 50 år på kommersiell skala malmkarakterisering av
industrielle mineraler og gjenvinning av avfall. Elektrostatiske malmkarakterisering tørt granulat plantebasert mat (i.e, organisk) materialer er gransket over 140 år, med først patent elektrostatisk separasjon av hvetemel middlings ut som tidlig 1880. [1] Elektrostatiske malmkarakterisering tillater separasjoner basert på forskjeller i overflatekjemi (funksjon) eller dielektrisk egenskaper. I noen tilfeller, disse separasjoner ville ikke være mulig å bruke størrelse eller tetthet separasjoner alene. Elektrostatiske separasjonssystemer opererer på lignende prinsipper. Alt elektrostatisk separasjonssystemer inneholder et system for å lade elektrisk partikler, et eksternt generert elektrisk felt for separasjon oppstår i, og en metode for å formidle partikler inn og ut separasjon enheten. Elektrisk lading kan oppstå ved en eller flere metoder, inkludert ledende induksjon, Tribo-lading (Kontakt elektrifisering) og ion eller corona lading. Elektrostatiske separasjonssystemer benytte minst ett av disse lading mekanismer. [2]
Høy spenning roll elektrostatisk separasjonssystemer er brukt i mange industrier og hvor man
komponenten er mer elektrisk ledende enn andre. Eksempler på programmer for høy spenning roll skilletegn Titan bærer mineraler separasjon, i tillegg til gjenvinning programmer, for eksempel sortering metall av plast. Det finnes flere varianter og geometri brukes for høy spenning rulle systemer, men generelt, de opererer på lignende prinsipper. Fôr belastes negativt av en ionisert corona utslipp. Fôr er spredt på en roterende trommel, hvor trommelen er elektrisk jordet. Elektrisk ledende partikler gi opp sine kostnader ved hver kontakt med overflaten av trommelen jordet. Rotasjon av trommelen forårsaker ledende partikler å være kastet fra overflaten av trommelen og deponert i første produktet trakten. Ikke-ledende partikler beholder sine elektrisk ladning og er festet til overflaten av trommelen. Til slutt, elektrisk ladning på ikke-ledende partikler vil forsvinne, eller partikler vil børstet fra trommelen etter trommelen har roteres slik at de ikke-ledende partiklene settes i ikke-ledende partikkel trakten. I noen programmer, en middlings hopper er plassert mellom ledende og ikke-ledende produkt beholderen. Effektiviteten av denne typen separasjon enhet er vanligvis begrenset til partikler som er relativt grov og/eller har høyt egenvekt, for en alle partikler kontakt overflaten av trommelen. i tillegg, partikkel flow dynamics er viktig som angular momentum er ansvarlig for å formidle partikler fra overflaten av trommelen til de respektive produkt hoppers. Fine partikler og lav tetthet partikler er lett påvirket av luftstrømmer og dermed mindre sannsynlighet for å bli kastet fra trommen en forutsigbar området. [2] [3] [4]
Høy spenning belte skilletegnet er en variant av høy spenning rulle skilletegn beskrevet ovenfor. Fôr spres jevnt over bredden på en elektrisk jordet transportbånd. Partikler belastes, vanligvis ved en negativ Korona, andre mekanismer lading er mulig. Igjen gir ledende partikler deres elektrisk ladning til jordet transportbånd, mens ikke-ledende partikler beholde sine kostnader. Ledende partikler faller av kanten av beltet av gravitasjon, mens belastes ikke-ledende partikler er "løftet" av overflaten av beltet av elektrostatisk styrker. Igjen for separasjon å være effektive, hver partikkel kontakt overflaten av beltet for å tillate ledende partikler å gi opp sine kostnader til beltet. Derfor, bare ett lag av partikler kan formidles av separatoren samtidig. Som partikkelstørrelse på feeden blir mindre, behandling frekvensen av enheten reduseres. [5] [6]
Parallell plate elektrostatiske separatorer er vanligvis basert på skille partikler ikke på grunnlag av ledningsevne, men på forskjeller i overflatekjemi som tillater for elektrisk ladning overføring av friksjons kontakt. Partikler er elektrisk ladet av energisk kontakt med andre partikler, eller med en tredje overflate som en metall eller plast vil de tribo-lading egenskapene. Materialer som er electronegative (ligger på negative enden av tribo elektriske serien) Fjern elektroner fra overflaten tribo-lading og dermed få en netto negativ ladning. Kontakt, på den positive slutten av tribo elektriske serien donere elektroner og lade positivt. Ladede partikler så introdusert til et elektrisk felt generert mellom de to parallelle plate elektrodene etter transport (gravitasjon, pneumatiske, vibrasjon). I nærvær av det elektriske feltet, ladede partikler mot motsatt ladet elektrodene og er samlet på tilsvarende produkt hoppers. Igjen, en middlings brøkdel som inneholder en blanding av partikler kan eller kan være ikke samlet, avhengig av konfigurasjonen av separasjon enheten. [4] [7]
Figur 1: For høy spenning roll skilletegn (venstre) og parallelle plate fritt fall skilletegn (høyre).
Tabell 1: Sammendrag av brukte elektrostatisk separasjon enheter.
Saken 1 -Hvete og hvete Bran malmkarakterisering.
Hvetekli er et biprodukt av konvensjonelle hvete fresing, representerer 10-15% hvete korn. Hvetekli består av ytre lag inkludert skall, Testa, og aleurone. Hvetekli inneholder de fleste av mikronæringsstoffer, fiber, og fytokjemikaliene finnes i korn, som har vist helsefordeler for mennesker. [8] Betydelig interesse skiller og beneficiating hvetekli er rapportert. Historisk interesse i å skille hvetekli var å forbedre kvaliteten og verdien av mel produktet. Men, nyere interesse har rapportert utvinne verdifulle komponenter fra hvetekli.
I 1880, Thomas Osborne patentert første kommersielle elektrostatisk skilletegnet for å fjerne kli fra mel middlings. Skilletegnet besto av ruller belagt med hard gummi eller tilsvarende materiale som var i stand til å bli elektrisk ladet via friksjons tribo-lading med ull. Selv om ikke beskrevet, Det antas gummi ruller ervervet en negativ ladning i forhold til ull, samsvar med de fleste tribo elektriske serien. Elektrisk ladet ruller da tiltrakk positivt ladede kli fiber partikler, formidle dem på overflaten av rullen til låste fiber partiklene er børstet fra overflaten av rullen. Dette (antatt) positiv lading av hvetekli er i konflikt med resultatene rapporteres av andre. Tribo-lading av kli partiklene ble assistert av fluidizing luft introduserte på bunnen av enheten, som hadde ekstra fordel av forårsaker mindre tett kli partikler på overflaten, nærmere ruller. [1]
I 1958 et apparat for elektrostatisk separasjon av bran og endosperm i mel middlings ble avslørt i en patent filing av Branstad arbeider på General Mills. Enheten bestod av parallelle plate skilletegn der partikler ble formidlet mellom de to platene av vibrasjon. Kli partikler, siktet friksjons kontakt endosperm partikler, ble deretter opphevet til toppen elektroden gjennom hullene i topp elektroden. [9]
I 1988 en apparater og prosessen for å gjenopprette aleurone fra kommersielle hvetekli ble avslørt i en patent innlevering. Kommersielle hvetekli med en start aleurone innhold 34% anriket til et konsentrat av 95% på 10% masse avkastning (28% aleurone utvinning) med en kombinasjon av hammer fresing, dimensjonering av screening, elutriation og elektrostatiske separasjon med parallell plate elektrostatisk skilletegn. Partikler ble belastet i luften elutriator enheten, som har en dobbel rolle å fjerne bøter (<40 µm) ved å formidle, samtidig Tribo de aleurone partiklene positive (rapportering til den negative elektrode platen) og skall/Testa partikler negative. Partikkelstørrelsen av kli blandingen ble nøye styrt av hammer fresing og multi-level screening, å få en feed meste størrelse i 130 – 290 μm-området. [10]
Nyere arbeid på utvinne aleurone fra hvete kli fortsetter. I 2008, Buhler AG patentert en elektrostatisk separasjon anordning for å skille aleurone partikler fra skallet partikler laget av omgjort kli. En legemliggjøring av enheten består av en rotor som opererer i et smalt stort behandlingsområde, som gir mulighet for partikkel-til-partikkel-og partikkel-til-vegg-kontakt og påfølgende Tribo-. De ladet partiklene blir deretter formidlet mekanisk til et skille fartøy som inneholder parallelle plate elektroder. Partikler faller gjennom separasjon fartøyet ved tyngdekraften, som differensielt partikler bevege seg mot oppositely ladet elektroder under påvirkning av det elektriske feltet. [11] Når kombinert med riktig dimensjonering av fôret kli og mekaniske Sorteringsmetoder, aleurone konsentrasjoner på opptil 90% er rapportert. [12] [8]
Figur 2: Gjengitt fra Hemery et al, 2007 [8].
Tribo-lading og corona lading eksperimenter på hvetekli ble utført av arbeiderne på Electrostatics av spredt Media Research Unit, Universitet av Poitiers, Frankrike i 2010. Forskerne målte overflaten kostnad og overflate potensielle nedbrytning tiden på hvetekli med 10% fuktighet og lyofilisert (frysetørket) hvetekli. En separasjon test ble utført på et utvalg av 50% frysetørket hvetekli og 50% fryse-tørket aleurone strømmen belte type corona elektrostatisk skilletegn. (Figur 3) Separasjon resultater for laboratoriet skala corona skilletegn angitt 67% for aleurone ble gjenopprettet til ikke-dirigent beholderen, mens bare 2% av hvetekli rapportert til ikke-dirigent beholderen. Tribo-lading eksperimentene ble også utført med hvetekli og aleurone, men bare for å måle bestemt overflaten tillegget [µC/g] generert på hver fraksjon, i motsetning til utvinne produkter fra en elektrostatisk separasjon. Begge feed materialene ble belastet med Teflon som kontakt. Både hvetekli og aleurone rapporteres som anklager positive i forhold til Teflon, som selv er veldig electronegative. Omfanget av tillegget ble funnet til å avhenge drift presset på tribo-laderen, antyde at høyere turbulens fører til flere kontakter og mer komplett tribo-lading. [13]
Figur 3: Gjengitt fra Dascalescu et al, 2010 [13]
I 2009, forskere evalueres elektrostatisk lading egenskapene for aleurone rike og skall avanserte feed materialer. [14] I 2011 Forskerne utført elektrostatisk separasjon testing på prøver av fint bakken hvetekli bruker pilot skala elektrostatisk plate skilletegn (TEP System, Tribo flyt separasjoner, Lexington, USA). TEP systemet benytter en lading linje, hvor introduseres fôr i et turbulente trykkluft, og pneumatisk utsatt gjennom lading linjen til separasjon kammeret. Partiklene er tribo-ladet av partikkel til partikkel-kontakt, samt partikkel kontakt med overflaten av lading linjen. Resultatene med TEP systemet vist at elektrostatisk separasjon var effektivt i å oppgradere aleurone og beta – Glukan innhold av hvetekli. Interessant, brøkdel av materiale som inneholdt det høyeste aleurone celleinnholdet, på 68%, var det veldig bra (D50 = 8 µm) Brøk som ble gjenopprettet fra lading røret. Det er ikke klart hvorfor dette materialet var fortrinnsvis konsentrert i anklager apparatet, men, det indikerer at evnen til å prosessen aleurone celleinnholdet kan kreve elektrostatisk teknikker som kan håndtere veldig fint pulver. Videre, Dette arbeidet viste innmatingens forberedelse til hvetekli var en viktig faktor. Prøver forberedt av kryogene sliping i en hammer mill ble funnet å være mindre helt atskilt (frigjort) enn de bakken i en innvirkning type mill ved omgivelsestemperatur. [15] [16]
Figur 4: Gjengitt fra Hemery et al, 2011 [16]
Siste arbeide studert konsentrasjonen av arabinoxylans fra hvetekli elektrostatisk metoder. Forskerne utnyttet laboratorium skala elektrostatisk skilletegn som består av en lading rør og separasjon kammer som inneholder to parallelle plate elektroder. Valset hvetekli ble innført i lading røret og formidlet pneumatisk i separasjon kammeret med komprimert nitrogen. Turbulens og høye gass hastighet i lading røret gitt partikkel kontakten nødvendig for tribo-lading. Ladede partikler (produkter av separasjon) ble samlet fra overflaten av elektrodene for analyse. På grunn av den loddrette retningen for elektrodene en betydelig mengde materiale ble ikke samlet inn. Denne middlings fraksjonen kan resirkuleres for ytterligere behandling i konvensjonelle electrostatics, men, i forbindelse med dette eksperimentet, materiale ikke samlet på elektrodene ble ansett som mistet. Forskerne rapportert en økning i både produkt-klasse (arabinoxylan innholdet i produktet) og separasjon effektivitet som formidle hastigheten økt. [17]
Siste innsats for å beneficiate hvetekli bruke elektrostatisk metoder er oppsummert nedenfor i tabell 2.
Tabell 2: Sammendrag av elektrostatisk metoder vurdert å beneficiate hvetekli.
Saken 2 -Protein utvinning fra Lupin mel
Forskere ved gruppen mat prosessen Engineering i Wageningen, Nederland, evaluert potensialet for protein berikelse bruker belgfrukter. Ert og lupin mel ble brukt som feeds for en rekke protein berikelse teknikker inkludert luft klassifisering kombinert med elektrostatisk separasjon. Ubehandlet ert og lupin frø ble først malt til ca 200 µm. Feed materialer for klassifisering og elektrostatiske separasjon ble senere valset med en intern klassifiserer en innvirkning type mill (Hosokawa-Alpin ZPS50). Median partikkelstørrelse (D50) ble rapportert som ca 25 µm for ert mel, og ca 200 µm for lupin mel, før air klassifisering. Endelig, et delsett av hvert utvalg, ert og lupin mel, deretter ble luften klassifisert (Hosokawa-Alpin ATP50). Feed til elektrostatisk skilletegnet besto av både ubehandlet mel, i tillegg til kurs og fint produkt fra luften klassifisering. [18]
Elektrostatiske separasjon enheten brukes under forsøkene var en parallell skivetype, med lading utføres via triboelectric lading i en 125 mm lengde lading rør, med partikler formidlet pneumatisk av komprimert nitrogen. Enheten er lignende i konfigurasjonen til enheten brukes ved Wang et al (2015). [17] Elektrostatiske separasjon eksperimenter ble utført på bakken ert mel og lupin mel, i tillegg til kurs og fine fraksjoner av ert mel og Lupin mel fra luften klassifisering. Ert mel vist bare mindre bevegelse protein under elektrostatisk testing. Men, lupin mel vist betydelig bevegelse av proteinet i alle tre prøvene testet (valset mel- 35% protein, valset klassifisert bøter- 45% protein, valset klassifisert grov- 29% protein). Protein-rik produkter av ca 60% gjenvunnet på jordet elektroden for hver av tre lupin prøvene testet. [18]
Saken 3 -Fiber fjerning fra mais
Forskere ved Institutt for landbruks- og biologisk utvikling, Mississippi State University utført elektrostatisk testing på bakken maismel, med et mål å fjerne fiber. Elektrostatiske separasjon enheten bestod av samlebåndet med en negativ elektrode plassert på slutten av transportøren. De positivt ladede partiklene, fiber partikler, i dette tilfellet, ble løftet av samlebåndet og sortert i en andre hopper. Ikke-fiber partikler falt ut av samlebåndet av tyngdekraften og ble satt inn første produktet trakten. Forfatterne beskriver ikke hvordan elektrisk lading utføres. Dette skillet feed materialet var relativt grov, med partikkelstørrelser til feed fra 12 mesh (1,532 µm) til 24 mesh (704 µm). Det ser ikke ut som den underdimensjonere (<704 µm) materialet ble behandlet i løpet av denne studien. Hver Test betingelse ble fullført ved hjelp av 1 kg av fôr materiale som ble jevnt fordelt over beltet. [6]
Figur 5: Gjengitt fra Pandya et al, 2013 [6]
Mississippi State forskerne fullført elektrostatisk separasjon testing på uskjermede maismel, vist maismel fraksjoner og fiber-rik fraksjoner utvinnes fra air klassifisering. Elektrostatiske testing ble ikke fullført på lav-fiber bekkene utvinnes fra air klassifisering. Analyse av resultatene av elektrostatisk separasjon nedenfor:
Tabell 3: Resultatene av fiber separasjon gjengitt fra Pandya et al, 2013 [6]
Saken 4 -Protein konsentrasjonen fra oljefrø
Oljefrø som raps (rapsolje), solsikke, sesamfrø, sennep, soyabønner-korn bakterie, og linfrø generelt inneholder en betydelig mengde både protein og fiber. Bildebehandling teknologier fjerne fiber, og dermed øke proteininnhold, av oljefrø vil bli stadig viktigere som global etterspørsel etter protein øker. [19] Siste verk av forskere ved det franske nasjonale Institutt for landbruket forskning undersøkt Ultrafin fresing kombinert med elektrostatisk behandling av solsikkefrø måltid, å konsentrere protein. Feed sunflower måltid prøvene var bakken i en innvirkning mill ved omgivelsestemperatur til en partikkelstørrelse (D50) av 69.5 µm. Elektrostatiske skilletegnet som brukes for testing var en parallell plate enhet der det primære anklager mekanismen var tribo-lading. Tribo-lading ble gjennomført over elektrodene i en tribo-lading linje, med partikler formidlet gjennom lading linje, og elektrodene, via pneumatisk transport. Protein ble funnet for å lade positiv (rapportering til negative elektroden) og fiber-rik brøken ble funnet for å lade negativt. Protein selektivitet ble funnet for å være høy. Feed protein var 30.8%, med proteinrik produktet måling 48.9% og protein utarmet (fiber-rik) produktet måler bare 5.1% protein. Protein utvinning var 93% for positive produkt. Cellulose, hemicelluloses, og lignin målt og fant rapporten til negativt ladde produktet, av protein. [20]
Tabell 4: Resultatene av solsikkefrø måltid separasjon gjengitt fra Barakat et al, 2015 [20]
I 2016, en ekstra studie ble fullført med fint bakken rapsolje frø måltid, eller rapsolje kaker (ROC), som feed til en elektrostatisk renseprosess. Igjen ble Ultrafin fresing ved omgivelsestemperatur utført med en kniv mill enhet (Retsch SM 100). Valset materialet, med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse (D50) av ca 90 µm, ble behandlet med pilot skala parallelle plate skilletegn (TEP System, Tribo flyt separasjoner). TEP systemet benytter triboelectric lading av pneumatiske formidle partikler gjennom en høytrykk lading linje under turbulent forhold. En enkelt passere separasjon test med TEP systemet resulterte i betydelig konsentrasjon av protein, med et feed protein av 37%, et positivt ladet produktet protein nivå 47% og et negativt ladde produktet protein nivå av 25%. Ekstra separasjon etapper ble utført, til slutt lager en proteinrik produkt med 51% protein etter 3 påfølgende separasjon stadier. [21]
Tabell 5: Resultatene av rapsolje frø måltid separasjon gjengitt fra Basset et al, 2016 [21]
Diskusjon
Gjennomgang av relevant litteratur angir at betydelige forskning er foretatt å utvikle elektrostatisk separasjon teknikker for organisk materiale. Denne utviklingen har fortsatt eller også akselerert i siste 10 – 20 år, med mange forskere i Europa og USA bruke elektrostatisk separasjon teknikker på en rekke malmkarakterisering utfordringer. Fra denne forskningen, Det er tydelig at elektrostatisk metoder har potensial til å generere nye, høyere verdi plante-produkter, eller tilbyr et alternativ for å våt behandlingsmetoder.
Selv om oppmuntrende separasjoner av korn, pulser, og oljevekster materialer har blitt vist på laboratoriet og i noen tilfeller pilot skala, den elektrostatiske som brukes til å vise disse resultatene kan til slutt ikke tjene som den mest passende eller kostnadseffektiv prosessutstyr utføre slike separasjoner på kommersiell basis. Eksisterende kommersielle elektrostatisk systemer brukes vanligvis i separasjoner av mineraler, metall eller plast. Mineraler og metaller er begge relativt tett materiale med høy egenvekt, i forhold til plantemateriale. Selv med den høye egenvekt av mineraler og metaller, effektiv partikkel størrelsesbegrensningene for trommelen roll og parallelle plate elektrostatiske separatorer er relativt grov, med noen partikler nedenfor 100 µm for eksempel. Plast er av lavere tetthet enn både mineraler og metaller, men er ofte behandlet på grov partikkelstørrelser, som plast flak for eksempel. Innføringen av fine partikler skaper driftsproblemer for både høyspenningsrull og parallelle plateseparatorer. Fine, lav partiklene er svært følsomme for luftstrømmer, spesielt i forhold til mineraler og metaller. Små forskjeller i luftstrømmer inne i separasjon enheten innvirkning reise banen til de fine partiklene, utsette dem for styrker utenom det som er forårsaket av feltet elektrostatisk.
For de fleste parallelle plate skilletegn systemer, fint samles bakken og lav tetthet partikler som belastes elektrostatisk på elektrodene på parallell plate skilletegn. Hvis disse fine elektrisk vedlagte partikler ikke fjernes på en konstant basis, den elektriske feltstyrken og effektiviteten av enheten fornedre. Arbeidet med ved The mat prosessen Engineering grupper Wageningen UR (Wang et al, 2015) tok fordel av dette fenomenet for oppsamling av overflaten av elektrodene på parallell plate separatoren å analysere produkter av separasjon. Parallell plate skilletegn systemer, spesielt de som er avhengige av tyngdekraften å formidle partiklene gjennom det elektriske feltet, har forsøkt å løse dette problemet på flere måter. Stein et al (1988) beskrevet en prosess der fine partikler er fjernet oppstrøms av elektrostatisk separatoren av luft elutriation. [10] Andre har rapportert opprettholde en laminær strøm av luft som strømmer over elektrodene for å hindre at fine partikler blir påvirket av luftstrømmer. [22Men, opprettholde laminær luftstrøm blir utfordrende som separasjon enheten blir større, effektivt begrense prosesseringskapasitet på slike enheter. Til slutt partikkelstørrelse der komponentene er fysisk atskilt fra andre (tilstede som diskrete partikler), vil være den største driveren bestemme partikkelstørrelse på hvilken behandling må skje.
Som nevnt tidligere, konvensjonelle elektrostatisk separasjon enheter er begrenset i kapasiteten, Spesielt med lav tetthet og finmalt pulver som plantematerialer. For høyspenningsinnretninger for trommel og belteseparasjon, Effektiviteten er begrenset til partikler som er relativt grove og/eller har høy egenvekt, for en alle partikler kontakt overflaten av trommelen. Som partikler blir mindre reduseres behandlingen hastigheten. Parallell plate skilletegn er ytterligere begrenset av partikkel tetthet som kan behandles i sonen elektrode. Partikkel lasting må være relativt lav å hindre plass gratis effekter.
ST utstyr & Teknologi belte skilletegn
ST utstyret & Teknologi (STET) triboelectrostatic belte skilletegn har vist evnen til å behandle fine partikler fra 500 – 1 µm. STET skilletegnet er parallell plate elektrostatisk skilletegn, men, elektroden platene er orientert vannrett i motsetning til loddrett slik tilfellet er i de fleste parallelle plate skilletegn. (Se figur 6) Videre, STET skilletegnet oppnår partikkel tribo-lading og formidle samtidig ved et høyhastighets åpne mesh transportbånd. Denne funksjonen gir både en svært høy bestemt behandling hastighet på feed, og evne til å behandle pulver mye finere enn konvensjonelle elektrostatisk enheter. Denne typen separasjon enhet har vært i kommersiell drift siden 1995 skille unburned karbon fra fly aske mineraler (typisk D50 ca 20 µm) i kullfyrte kraftverk. Elektrostatiske separasjon enheten har også hatt suksess i beneficiating andre uorganiske materialer, inkludert mineraler som kalsium carbonate, talkum, soprangambe, og andre.
Grunnleggende informasjon om STET skilletegnet er illustrert i figur 7. Partiklene belastes av triboelectric effekt gjennom partikkel-til-partikkel kollisjoner på mellomrommet mellom elektrodene. Anvendt spenning mellom elektrodene er mellom ±4 og ±10 kV i forhold til bakken, gi en sammenlagt spenning forskjell på 8 – 20 kV over en svært smale elektrode avstand på standardoppløsning 1.5 cm (0.6 tommer). Fôr er introdusert til STET skilletegnet på ett av tre steder (Feed-porter) via en distributør luft lysbildet system med kniv Sluseventiler. STET skilletegnet produserer bare to produkter, et negativt ladde partikler strømmen samlet på positivt ladede elektroden, og en positivt ladede partikler strøm samlet på negativt ladde elektroden. Produktene formidles til de respektive hoppers i hver ende av STET skilletegn i skilletegn beltet og formidlet av separatoren av gravitasjon. STET skilletegnet ikke produsere en middlings eller resirkulerer strømmen, flere pass konfigurasjoner å forbedre produktet renhet og/eller recovery er mulig.
Figur 6: STET Triboelectric belte skilletegn
Partikler formidles gjennom elektrode gapet (separasjon sone) med en kontinuerlig sløyfe, Åpne mesh belte. Beltet opererer ved høy hastighet, variabel fra 4 til 20 m/s (13 – 65 ft/s). Geometrien i beltet serverer å feie fine partikler av overflaten av elektrodene, hindre akkumulering av fine partikler som svekke ytelsen og spenning innen tradisjonell fritt fall parallelle plate separasjon enheter. i tillegg, beltet genererer en høy ren, høy turbulens sone mellom de to elektrodene, fremme tribo-lading. Mot gjeldende reise av skilletegn beltet tillater kontinuerlig lading og re-lading eller partikler i skilletegnet, eliminerer behovet for et pre lading system oppstrøms av STET skilletegn.
Figur 7: Grunnleggende drift av STET belte skilletegn
STET skilletegnet er et feed høyt, kommersielt velprøvde systemet. Den maksimale kapasiteten på STET skilletegnet er hovedsakelig en funksjon av volumetriske innmatingen hastighet som kan formidles gjennom elektrode gapet av STET skilletegn belte. Andre variabler, som hastigheten på beltet, avstanden mellom elektrodene og karbonisert tettheten av pulver effekten feed maksimal rate, vanligvis i mindre grad. For relativt høy tetthet materialer, for eksempel, fly aske, maksimal behandling frekvensen av en 42 tomme (106 cm) elektroden kantlinjetykkelse kommersielle separasjon er omtrent 40 – 45 Tonn per time feed. For mindre tett feed materialer, maksimal innmatingen hastighet er lavere.
Tabell 6: Omtrentlige maksimale feed sats for ulike materialer behandlet med STET 42 tommers elektrostatisk skilletegn.
Støv eksplosjoner er en stor fare i korn og andre organiske pulver operasjoner. STET skilletegnet er egnet for behandling av brennbare organisk pulver med kun mindre modifikasjoner. Det er ingen oppvarmede overflater i STET skilletegnet. De eneste bevegelige er skilletegn belte og kjøre rullene. Rullelagre finnes utenfor pulver strømmen på ytre skall av enheten. De er derfor ikke en risiko for overoppheting/gnister i materielle strømmen. Videre, STET skilletegn lagrene er tilgjengelige med fabrikkmontert temperatur måling evne til å oppdage peiling feil før farlig høy temperatur er nådd. Skilletegn belte og stasjonen systemet utgjør ingen høyere risiko enn andre konvensjonelle roterende maskiner. STET skilletegn høyspenning komponentene også ligger utenfor materiale strømmen og finnes i støv stramme skap. Maksimal energi av en gnist over skilletegn gapet er begrenset av design for høy spenning. Et ekstra nivå av sikkerhet kan bli innført via nitrogen sletting.
Hele hvetemel behandling av STET skilletegn
Sammalt mel er avledet fra sliping hele korn av hvete (kli, bakterie, og endosperm). Kommersielt tilgjengelig, sokkel, hele hvetemel ble kjøpt som testen materiale å vurdere muligheten av STET separatoren å fjerne fibrøs kli og spiren fra stivelse endosperm brøkdel av hvetemel. Sammalt mel prøven ble analysert av STET før begynnelsen testing. Askeinnhold ble testet av ICC Standard 104 / 1 (900° C). Gjentatte aske målinger av samme prøven, en unseparated feed prøve, målt 10 ganger, fant en aske innhold av 1.61%, standardavvik 0.01 og en relativ standardavvik 0.7%. Partikkel størrelse analyse ble fullført av laser Diffraksjon bruker en Malvern Mastersizer 3000 med en tørr spredning apparater. Protein analyse ble gjennomført med metoden DUMAS, med en elementær rask N overstige nitrogen/protein analysator. En omregningsfaktor på N x 6.25 ble brukt. De ulike egenskapene til hele hvetemel prøven er oppsummert nedenfor. (Se tabell 7)
Tabell 7: Analyse av hele hvetemel feed av STET
Askeinnhold og proteininnhold ble funnet å være svært repeterbar når testet i samme prøve, men signifikant variasjon ble identifisert mellom flere poser med hele hvetemel brukt som fôr prøven. (Se tabell 8) Denne variasjonen i fôr prøven resulterte i en del spredning i testdataene.
Tabell 8: Analyse av separasjon testresultater av hele hvetemel av STET
Elektrostatisk separasjon testing av hele hvetemel prøven ble utført på ST Equipment & Teknologi (STET) pilotanlegg anlegg i Needham, Massachusetts. STET anlegget inneholder to pilot skala STET separatorer sammen med hjelpeutstyr brukes til å undersøke separasjon av materialer fra kandidat kilder. Pilot skala STET separatorer har samme lengde som et kommersielt STET-skille, på 30 føtter (9.1 meter) lang, men, anlegget skilletegn elektrode bredden er bare 6 tommer (150 mm), eller en syvende bredden på det største kommersielle STET skilletegnet på 42 tommer (1070 mm) elektroden bredde. Feed kapasitet STET skilletegnet er direkte proporsjonal med bredden på elektrodene, Derfor, feed rate av piloten anlegget separator er en-syvende feed rate på 42-tommers bred kommersiell separator enhet. Maksimal innmatingen hastighet med hele hvetemel var 2.3 Tonn per time ved pilot skala, som tilsvarer 16 Tonn per time for 42-tommers brede kommersielle separator. I forhold til omfanget som fleste elektrostatisk separasjon studier har blitt utført ennå, STET skilletegn testing ble utført med en betydelig høyere feed hastighet. Tester ble utført i 10 kg (20 pund) satsvise tester, på grunn av de praktiske hensynene å forsyne 2.3 Tonn per time feed kontinuerlig. For hvert parti teste tilstand, produkter av separasjon prosessen ble veid for å beregne massen utvinning. Underutvalg fra hver test ble innhentet og analysert for askeinnhold og proteininnhold.
Figur 8: STET Pilot anlegget skilletegn.
Partikkel størrelse måling av hele hvetemel feed og to vareprøver er vist nedenfor i figur 9.
Figur 9: Partikkel størrelse måling av hele hvetemel feed, og to atskilt vareprøver.
Et bilde av den gjenopprettede separasjon produkter er inkludert nedenfor. (Se figur 10) En merkbar fargeskiftet ble observert under separasjon, som høy aske innhold produktet brøken betydelig mørkere enn feed hele hvete hvetemel prøve.
Figur 10: Typiske produkter fra STET separasjon prosessen.
Askeinnhold for alle produkter fra separasjon prosessen ble målt. (Se figur 11)
Figur 11: Ash innhold versus masse utvinning av lav aske produkt for hele hvetemel separasjon tester av STET
Testing av STET elektrostatisk skilletegnet med hele hvetemel vist betydelig bevegelse av høy aske (kli) brøkdel av hvete kjernen til den positive elektroden. Redusert aske produktet ble senere samlet på negative elektroden. Tester ble utført på en enkelt pass ordningen, men, Det er mulig å utføre ytterligere oppgradering av en av separasjon produkter ved å utføre en annen separasjon Stadium. Fremtiden testing med skilletegnet som STET vil bli utført på hvete kli prøver, så vel som mais mel og belgfrukter som lupus.
Konklusjoner
Gjennomgang av relevant litteratur angir at betydelige forskning er foretatt å utvikle elektrostatisk separasjon teknikker for organisk materiale. Denne utviklingen har fortsatt eller også akselerert i siste 10 – 20 år, med mange forskere i Europa og USA bruke elektrostatisk separasjon teknikker på en rekke malmkarakterisering utfordringer. Fra denne forskningen, Det er tydelig at elektrostatisk metoder har potensial til å generere nye, høyere verdi plante-produkter, eller tilbyr et alternativ for å våt behandlingsmetoder. Selv oppmuntrende separasjoner av hvete, Det har blitt demonstrert mais-og lupus-baserte plantematerialer på laboratoriet og i noen tilfeller, de elektrostatiske systemene som brukes til å demonstrere disse resultatene, er kanskje ikke det mest egnede eller kostnadseffektive behandlingsutstyret for å utføre slike separasjoner på et kommersielt grunnlag. Mange elektrostatisk teknologier er ikke egnet for prosessen fint bakken, lav pulver som plantemateriale. Men, ST utstyret & Teknologi (STET) triboelectrostatic belte skilletegn har vist evne til å behandle fine partikler fra 500 – 1 μm til høye priser. STET belte skilletegnet er høy, industrielt bevist prosesserings anordning som kan være egnet til å kommersialisere den siste utviklingen i plante materialbehandling. STET belte skilletegnet ble testet på et utvalg av hele hvetemel og ble funnet for å være vellykket i å fjerne kli fra stivelse brøkdel. Fremtiden testing med skilletegnet som STET vil bli utført på hvete kli prøver, så vel som mais mel og pulser som soya og lupus.
Referanser
[1] T. B. Osborne, “Middlings-purifier”. Amerikas forente stater patent 224,719, 17 Februar 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Hanumantha Rao og K. Forsberg, “Gjennomgang av elektriske separasjon metoder – Del 1: Grunnleggende sider,” Mineraler & Metallurgisk behandling, Vol. 17, nei. 1, PP. 23-36, 2000.
[3] J. Eldre og E. Yan, “eForce – Nyeste generasjon av elektrostatisk separator for mineraler sanden industrien,” i tunge mineraler konferanse, Johannesburg, 2003.
[4] R. H. Perry og D. W. Grønn, Perrys kjemiske ingeniører’ Håndbok syvende utgaven, New York: McGraw-Hill, 1997.
[5] S. Messal, R. Corondan, Jeg. Chetan, R. Ouiddir, K. Medles og L. Dascalescu, “Elektrostatiske skilletegn for mikronisert blandinger av metall og plast fra avfall elektrisk og elektronisk utstyr,” Tidsskrift for fysikk, Vol. 646, PP. 1-4, 2015.
[6] T. S. Pandya, R. Srinivasan og C. P. Thompson, “Fiber separasjon for bakken maismel med en elektrostatisk metode,”Frokostblanding kjemi, Vol. 90, nei. 6, PP. 535-539, 2013.
[7] L. Merker, P. M. Beier, og jeg. Stahl, Elektrostatiske separasjon, Weinheim: Wiley VCH-Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.
[8] Y. Hemery, X. Rouau, V. Lullien-Pellerin, C. Barron og J. Abecassis, “Tørr prosess for å utvikle hvete fraksjoner og produkter med forbedret ernæringsmessig kvalitet,” Tidsskrift for kornblanding Science, nei. 46, PP. 327-347, 2007.
[9] W. A. Brastad og E. C. Gear, “Metode og apparat for elektrostatisk separasjon”. Amerikas forente stater patent 2,848,108, 19 August 1958.
[10] B. A. Stein og J. Minifie, “Gjenvinning av Aleurone celler fra hvete Bran”. Amerikas forente stater patent 4,746,073,24 Mai 1988.
[11] A. Bohm og A. Kratzer, “Metode for å isolere Aleurone partikler”. Amerikas forente stater patent 7,431,228, 7 Oktober 2008.
[12] J. A. DELCOUR, X. Rouau, C. M. Courtin, K. Poutanen og R. Ranieri, “Teknologier for økt utnyttelse av helsefremmende potensial av korn,” Trender i Food Science & Teknologi, PP. 1-9, 2012.
[13] L. Dascalescu, C. Dragan, M. David, R. Beleca, Y. Hemery og X. Rouau, “Elektrostatisk grunnlag for separasjon av hvete Bran vev,” IEEE-transaksjoner på industri applikasjoner, Vol. 46, nei. 2, PP. 659-665, 2010.
[14] Y. Hemery, X. Rouau, C. Dragan, R. David og L. Dascalescu, “Elektrostatiske egenskaper av hvete kli og dens konstituerende lag: Påvirkning av partikkelstørrelse, Sammensetning, og fuktinnhold,” Journal of Food engineering, nei. 93, PP. 114-124, 2009.
[15] Y. Hemery, M. Chaurand, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, V. Piironen, A. Sadoudi og X. Rouau, “Potensialet for tørr fraksjonering av hvete kli for utvikling av mat ingredienser, del I: Påvirkning av ultra-fin sliping,” Tidsskrift for kornblanding Science, nei. 53, PP. 1-8, 2011.
[16] Y. Hemery, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, T. Nurmi, V. Piironen, M. Edlemann og X. Rouau, “Potensialet for tørr fraksjonering av hvete kli for utvikling av mat ingredienser, del II: Elektrostatisk separasjon av partikler,” Tidsskrift for kornblanding Science, nei. 53, PP. 9-18, 2011.
[17] J. Wang, E. Smits, R. M. Boom, og M. A. Schutyser, “Arabinoxylaner konsentrerer seg fra hvete kli ved elektrostatisk separasjon,” Journal of Food engineering, nei. 155, PP. 29-36, 2015.
[18] P. J. Pelgrom, J. Wang, R. M. Boom, og M. A. Schutyser, “Pre- og etter behandling forsterke protein berikelse fra fresing og luft klassifisering av belgfrukter,” Journal of Food engineering, nei. 155, PP. 53-61, 2015.
[19] D. Chereau, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Motte, S. Værelagt, J. Ventureira og M. Lopez, “Kombinasjon av eksisterende og alternative teknologier for å fremme oljefrø og pulser proteiner i mat applikasjoner,” Oljefrø & fett avlinger og lipider, Vol. 23, nei. 4, PP. 1-11, 2016.
[20] A. Barakat, F. Jerome og X. Rouau, “En tørr plattform for separasjon av proteiner fra biomasse-inneholdende
Polysakkarider, Lignin, og polyfenoler,” ChemSusChem, Vol. 8, PP. 1161-1166, 2015.
[21] C. Basset, S. Kedidi og A. Barakat, “Kjemiske- og Løsemiddelfri Mechanophysical Fraksjonering av biomasse indusert av Tribo-elektrostatisk lading: Separasjon proteiner og Lignin,” ACS bærekraftig kjemi & Prosjektering, Vol. 4, PP. 4166-4173, 2016.
[22] J. M. Stencel, J. L. Schaefer, H. Forbud, og J. K. Neathery, “Apparatet og metode for Triboelectrostatic separasjon”.Amerikas forente stater patent 5,938,041, 17 August 1999.
