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Kyle Flynn, Abhishek Gupta, Frank Hrach
Resumo
Revisão da literatura relevante indica que significativa pesquisa empreendida para aplicar eletrostaticamente
técnicas de separação de alimento vegetal granulado seco (I.e., orgânicos) materiais. Este desenvolvimento acelerou-se no passado 10 – 20 anos, com muitos pesquisadores na Europa e nos Estados Unidos se candidatando separação eletrostática técnicas para uma ampla variedade de desafios de beneficiamento. De pesquisa, é evidente que a eletrostáticos métodos têm o potencial para gerar novos, produtos vegetais de maior valor, ou oferecer uma alternativa para molhar os métodos de processamento. Apesar de incentivar a separação de grãos de cereais, Materiais de leguminosas e oleaginosas foram demonstrados em laboratório e, em alguns casos,, escala piloto, os sistemas eletrostáticos usados para demonstrar esses resultados não podem ser equipamentos de processamento adequado ou cost-effective para realizar tais separações numa base comercial. Muitas tecnologias eletrostáticas não são adequadas para processo finamente moído, baixa densidade pós tais como materiais de planta. No entanto, o equipamento de ST & Tecnologia (SSE3) triboelectrostatic separador de correia tem a capacidade demonstrada de processar as partículas finas de 500 – 1 µm. O separador de correia STET é de alta taxa, dispositivo de processamento industrial comprovada que pode ser adequado para comercializar os recentes desenvolvimentos no processamento de materiais orgânico. O separador de correia STET foi testado numa amostra de farinha de trigo integral e foi encontrado para ser bem sucedido em remover o farelo de fração do amido. Futuro de teste com o separador STET será realizado em amostras de farelo de trigo, farinha de milho
e leguminosas como soja e lupin.
Palavras-chave: Tribo-eletrostática, Eletrostático, Separação, Fracionamento de, Trigo, Grão, Farinha, Fibra, Proteína, Sementes oleaginosas, Pulsos
Introdução
Métodos de separação eletrostática têm sido utilizados para o passado 50 anos depois o escala comercial de beneficiamento de
minerais industriais e reciclagem de resíduos. Beneficiamento de eletrostático de alimento vegetal granulado seco (i., orgânicos) materiais têm sido investigados para mais de 140 anos, com a primeira patente para a separação eletrostática de farelo de farinha de trigo cheia como início como 1880. [1] Beneficiamento de eletrostático permite para separações com base em diferenças na química de superfície (função de trabalho) ou propriedades dielétricas. Em alguns casos, essas separações não seria possíveis usando separações de tamanho ou densidade sozinhos. Sistemas de separação eletrostática operam em princípios semelhantes. Todos os sistemas de separação eletrostática contêm um sistema para carregar eletricamente as partículas, um campo elétrico gerado externamente para a separação a ocorrer em, e um método de transportar partículas em e o dispositivo de separação. Carga elétrica pode ocorrer por um ou vários métodos, incluindo indução condutora, tribo de cobrança (electrificação de contato) e íon ou corona de carga. Sistemas de separação eletrostática utilizam pelo menos um desses mecanismos de carregamento. [2]
Sistemas de separação eletrostática de rolo de alta tensão têm sido utilizados em muitas indústrias e aplicações onde uma
o componente é mais eletricamente condutor do que os outros. Exemplos de aplicações para separadores de rolo de alta tensão tendo a separação de minerais de titânio, bem como aplicações de reciclagem, por exemplo, classificação metal de plástico. Existem várias variações e geometrias usadas para alta tensão rolo sistemas, Mas em geral, eles operam em princípios semelhantes. Partículas de alimentos estão carregadas negativamente por uma descarga de corona ionizante. Partículas de alimentos estão dispersos sobre um tambor rotativo, onde o tambor está aterrado eletricamente. As partículas eletricamente condutoras desistir de sua carga em cima de entrar em contato com a superfície do tambor aterrado. A rotação do tambor faz com que as partículas condutoras ser lançada a partir da superfície do cilindro e depositado na tremonha primeira produto. As partículas não condutoras retêm sua carga elétrica e são fixadas na superfície do tambor. Eventualmente, a carga elétrica das partículas não condutoras dissipará, ou as partículas irão ser escovadas do tambor, depois que o cilindro foi girado para que as partículas não condutoras são depositadas na tremonha partículas não condutoras. Em algumas aplicações, um funil sêmea é colocado entre o funil de produto condutoras e não condutoras. A eficácia deste tipo de dispositivo de separação é geralmente limitada a partículas que são relativamente grossa e/ou tem alta gravidade específica, devido à necessidade de todas as partículas entrar em contato com a superfície do tambor. Além disso, dinâmica do fluxo de partículas é importante como momentum angular é responsável por transmitir as partículas da superfície do tambor para os funis do respectivo produto. Partículas finas e partículas de baixa densidade são facilmente influenciada pelas correntes de ar e, portanto, menos propensos a ser lançada do tambor em uma área de previsível. [2] [3] [4]
O separador de correia de alta tensão é uma variante da alta tensão rolo separador descrito acima. Partículas de alimentos são dispersos uniformemente em toda a largura de uma esteira eletricamente aterrado. As partículas são carregadas, geralmente por uma corona negativa, embora outros mecanismos de carregamento são possíveis. As partículas condutoras de novo dar sua carga elétrica até a correia transportadora aterrado, enquanto as partículas não condutoras retêm sua carga. As partículas condutoras cair fora da borda da correia por gravidade, enquanto as partículas não condutoras carregadas são "tiradas" da superfície da correia por forças eletrostáticas. Novamente para a separação eficaz, cada partícula deve entrar em contato com a superfície da correia para permitir as partículas condutoras a desistir de sua carga ao cinto. Por conseguinte, apenas uma única camada de partículas pode ser transmitida pelo separador de uma só vez. Como o tamanho de partícula dos alimentos torna-se menor, a taxa de processamento do dispositivo é reduzida. [5] [6]
Separadores eletrostáticos placa paralela baseiam-se normalmente se separando partículas não com base na condutividade, Mas nas diferenças na química de superfície que permite a transferência de carga elétrica pela fricção contato. As partículas são eletricamente carregadas pelo vigoroso contato com outras partículas, ou com uma superfície de terceira como um metal ou plástico serão as propriedades desejadas de tribo de cobrança. Materiais que são eletronegativos (localizado na extremidade negativa da série tribo-elétrica) remover os elétrons da superfície da tribo de cobrança e, assim, adquirir uma carga negativa líquida. Em contato, os materiais que são o lado positivo da série tribo-elétrica doar elétrons e carregar positivamente. As partículas carregadas são então introduzidas em um campo elétrico gerado entre os dois eletrodos de placa paralela por vários meios de transporte (gravidade, pneumático, vibração). Na presença de campo elétrico, as partículas carregadas avançar para os eletrodos de carga oposta e são recolhidas nos funis de produto correspondente. Mais uma vez, uma fração de sêmea, contendo uma mistura de partículas pode ou não ser coletada, dependendo da configuração do dispositivo de separação. [4] [7]
Figura 1: Diagrama de um separador de rolo de alta tensão (esquerda) e um separador de queda livre de placa paralela (Certo).
Tabela 1: Resumo de comumente usados dispositivos de separação eletrostática.
Caso 1 -Trigo e beneficiamento de farelo de trigo.
Farelo de trigo é um subproduto da moagem de trigo convencional, que representa 10-15% do grão de trigo. Farelo de trigo é composto por camadas exteriores incluindo o pericarpo, testa, e aleurona. Farelo de trigo contém a maior parte os micronutrientes, fibra, e fitoquímicos contidos no grão, que demonstraram benefícios para a saúde de seres humanos. [8] Relatou-se interesse significativo em separação e beneficiamento de farelo de trigo. Era de interesse histórico na separação de farelo de trigo para melhorar a qualidade e o valor do produto farinha. No entanto, mais recente interesse tem sido relatada em recuperar componentes valiosos de farelo de trigo.
Em 1880, Thomas Osborne patenteou o primeiro separador eletrostático comercial para retirar o farelo farelo de farinha. O separador consistia de rolos revestidos com borracha ou material equivalente, que era capaz de ser eletricamente carregadas através do atrito de tribo-carga com lã. Embora não descrito, Presume-se que a borracha rolos adquiriu uma carga negativa em relação à lã, consistente com a maioria dos série tribo-elétrica. Os rolos eletricamente carregados então atraíram as partículas de fibra carregada positivamente farelo, transporta-los na superfície do rolo até que as partículas de fibra fixados são escovadas da superfície do rolo. Isto (assumiu) carga positiva de farelo de trigo está em conflito com os resultados relatados por outros. Tribo-carregamento das partículas de farelo foi assistido por fluidizado ar introduzido na parte inferior do dispositivo, que tinha a vantagem adicional de provocar as partículas de farelo menos densas à superfície, mais perto dos rolos. [1]
Em 1958 um aparelho para separação eletrostática de farelo e endosperma contido no farelo de farinha foi divulgado em um depósito de patente por Branstad trabalhando da General Mills. O dispositivo consistia de um separador de placa paralela em que partículas foram transmitidas entre as duas placas por vibração. Partículas de farelo, cobrado por fricção contato com partículas de endosperma, em seguida foram levantadas para o eletrodo superior através de perfurações no eletrodo superior. [9]
Em 1988 um aparelho e processo para a recuperação de aleurona de farelo de trigo comercial foi divulgado em um depósito de patente. Farelo de trigo comercial com uma partida de aleurona conteúdo de 34% foi enriquecido com um concentrado de 95% no 10% rendimento em massa (28% recuperação de aleurona) por uma combinação de moagem de martelo, dimensionamento por triagem, elutriation ar e separação eletrostática, usando um separador eletrostático placa paralela. As partículas foram acusadas no dispositivo de elutriator de ar, que tem um duplo papel de remoção de multas (<40 µm) por transporte, enquanto simultaneamente tribo-carregando as partículas de aleurona positivas (emissão de relatórios para a placa do eletrodo negativo) e as partículas de pericarpo/testa negativas. A granulometria da mistura de farelo foi cuidadosamente controlada pelo martelo moagem e seleção multi-nível, para obter um feed em sua maioria de tamanho na 130 – 290 gama de µm. [10]
Trabalho recente na recuperação de aleurona de farelo de trigo continua. Em 2008, Buhler AG patenteou um dispositivo de separação eletrostática para separar partículas de aleurona de partículas de casca feitas de farelo comutado. Uma personificação do dispositivo consiste de um rotor, operando em uma área de tratamento por pouco tamanho, o que permite contato partícula-para-partícula e partícula-de-parede e tribo-carregamento subsequente. As partículas carregadas são então transportadas mecanicamente em um vaso de separação contendo eletrodos placa paralela. Cair de partículas através do vaso de separação por gravidade, como as partículas carregadas diferencialmente se move em direção oposta carregados eletrodos sob a influência do campo elétrico. [11] Quando combinado com dimensionamento adequado da alimentação farelo e métodos de triagem mecânicos, concentrações de aleurona de cima para 90% têm sido relatados. [12] [8]
Figura 2: Reproduzido da escola Hemery et al, 2007 [8].
Tribo de cobrança e corona foram realizados experimentos no farelo de trigo, pelos trabalhadores na eletrostática de dispersos mídia pesquisa unidade de carregamento, Universidade de Poitiers, França em 2010. Os investigadores mediram a carga de superfície e tempo de decaimento superfície potencial no farelo de trigo com 10% umidade e liofilizado (liofilizado) farelo de trigo. Um teste de separação foi realizado em uma amostra de 50% liofilizado de farelo de trigo e 50% aleurona liofilizada feed usando um separador eletrostático de correia tipo corona. (Figura 3) Resultados de separação para o separador de corona de escala laboratorial indicado 67% de aleurona foi recuperada para o depósito de lixo não-condutor, enquanto única 2% do farelo de trigo, relatado para o depósito de lixo não-condutor. Tribo de cobrança experimentos também foram realizadas com aleurona e farelo de trigo, Mas apenas para medir a carga de superfície específica [µC/g] gerado em cada fração, ao contrário de produtos a recuperar de uma separação eletrostática. Ambas as matérias-primas foram acusadas de usar Teflon como a superfície de contato. Tanto o farelo de trigo e aleurona são relatados como carga positiva em relação ao Teflon, que em si é muito eletronegativo. A magnitude da carga foi encontrada a depender das pressões operacionais utilizadas no tribo-carregador, sugerindo que a maior turbulência leva a contatos mais e mais completo tribo de cobrança. [13]
Figura 3: Reproduzido de Thaynara de souza correia et al, 2010 [13]
Em 2009, pesquisadores avaliaram as propriedades de carga eletrostáticas de aleurona rica e matérias-primas ricas pericarpo. [14] Em 2011 os pesquisadores realizada separação eletrostática, testes em amostras de finamente terreno farelo de trigo usando um separador eletrostático placa de escala-piloto (Sistema TEP, Fluxo de tribo separações, Lexington, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA). O sistema de TEP utiliza uma linha de carregamento, onde as partículas de alimentos são introduzidas em um fluxo turbulento de ar comprimido, e transportado pneumaticamente através da linha de carga para a câmara de separação. As partículas são tribo-cobrado pelo contato partícula a partícula, bem como partícula em contato com a superfície da linha de carga. Resultados obtidos com o sistema de TEP demonstraram que a separação eletrostática foi eficaz na atualização de conteúdo de aleurona e o beta-glucan de farelo de trigo. É interessante, a fração do material que foi encontrado para conter o mais alto conteúdo de célula aleurona, no 68%, estava indo muito bem (D50 = 8 µm) fração que foi recuperada o tubo de carregamento. Não está claro por que este material foi preferencialmente concentrado no aparelho de carregamento, no entanto, Ele indica que a capacidade de conteúdo de célula de aleurona de processo pode exigir técnicas eletrostáticas que são capazes de processar pós muito finos. Além disso, Este trabalho demonstrou que alimentam a preparação para o farelo de trigo foi uma consideração importante. Amostras preparadas por moagem criogénica em um moinho de martelo foram encontradas para ser menos completamente dissociado (liberado) do que aqueles em um moinho de tipo impacto à temperatura ambiente. [15] [16]
Figura 4: Reproduzido da escola Hemery et al, 2011 [16]
Trabalho recente estudou a concentração de arabinoxilanos de farelo de trigo por métodos eletrostáticos. Os pesquisadores utilizaram um separador eletrostático de escala laboratorial que consiste de uma câmara de separação e tubo de carregamento contendo dois eletrodos placa paralela. Farelo de trigo moído foi introduzido no tubo de carregamento e transportado pneumaticamente dentro da câmara de separação usando nitrogênio comprimido. A turbulência e a velocidade alta de gás no tubo de carga desde o contato de partículas necessário para tribo de cobrança. As partículas carregadas (produtos da separação) foram coletados da superfície dos eléctrodos para análise. Devido a orientação vertical dos eletrodos uma quantidade significativa de material não foi coletada. Esta fração de sêmea pode ser reciclada para posterior processamento em convencional eletrostática, no entanto, para efeitos desta experiência, material não coletado nos eléctrodos foi considerado perdido. Os pesquisadores relataram um aumento em ambas as série de produto (conteúdo de arabinoxilanos no produto) e aumento da eficiência de separação como a velocidade de transporte. [17]
Esforços recentes para beneficiam de farelo de trigo usando métodos eletrostáticos são resumidos a seguir na tabela 2.
Tabela 2: Resumo de eletrostáticos métodos avaliados para beneficiam de farelo de trigo.
Caso 2 -Recuperação proteína da farinha de tremoço
Pesquisadores do grupo de engenharia de processo de alimentos em Wageningen, Países Baixos, avaliado o potencial para o enriquecimento de proteínas usando leguminosas. Ervilha e lupin farinha foram utilizados como alimentos para uma variedade de técnicas de enriquecimento de proteínas incluindo classificação ar combinada com separação eletrostática. Sementes de ervilha e lupin não tratadas primeiro foram moídas para aproximadamente 200 µm. Matérias-primas para classificação e separação eletrostática, posteriormente foram moídas usando um moinho tipo de impacto com um classificador interno (Hosokawa-alpino ZPS50). Tamanho de partícula médio (D50) foi relatado como aproximadamente 25 µm para a farinha de ervilha, e aproximadamente 200 µm para a farinha de tremoço, antes da classificação de ar. Finalmente, um subconjunto de cada amostra, farinha de ervilha e lupin, foi então ar classificado (Hosokawa-alpino ATP50). O feed para o separador eletrostático consistia de duas farinhas não tratadas, assim como o curso e ótimo produto da classificação de ar. [18]
O dispositivo de separação eletrostática utilizado durante os experimentos foi um tipo de placa paralela, com carregamento realizado através do triboelectric de carga em um 125 mm de comprimento do tubo de carregamento, com partículas transportadas pneumaticamente por nitrogênio comprimido. O dispositivo é semelhante em configuração ao dispositivo usado por Wang et al (2015). [17] Separação eletrostática experimentos foram conduzidos na terra farinha de ervilha e farinha de tremoço, bem como o curso e bem frações de farinha de ervilha e farinha de tremoço obtidos de classificação de ar. A farinha de ervilha demonstrado apenas de menor movimento da proteína durante o teste de eletrostática. No entanto, a farinha de tremoço demonstrado significativo movimento de proteína em todas as três amostras testadas (farinha moída – 35% proteína, branqueado multas classificadas- 45% proteína, fresadas classificados grosseiro – 29% proteína). Produtos ricos em proteínas de aproximadamente 60% foram recuperados no eléctrodo de terra para cada um dos três tremoço amostras testadas. [18]
Caso 3 – Remoção fibra de milho
Pesquisadores do departamento de engenharia agrícola e biológica, Universidade de estado de Mississippi realizado testes eletrostática na terra farinha de milho, com um objectivo de eliminação da fibra. O dispositivo de separação eletrostática consistiu em uma esteira com um elétrodo negativo colocado no final do transportador. As partículas positivamente carregadas, partículas de fibra, Neste caso, foram tirado da correia transportadora e classificados em um funil de segundo. As partículas não-fibra caiu a esteira por gravidade e foram depositadas no funil primeiro produto. Os autores não descrevem como a carga elétrica é realizado. As matérias-primas para este separador foi relativamente grossa, com tamanhos de partículas da ração que variam de 12 malha (1,532 µm) Para 24 malha (704 µm). Não parece que o tamanho menor (<704 µm) material foi processado durante este estudo. Cada condição de teste foi concluída usando 1 kg de matérias-primas que era uniformemente dispersos em toda a faixa. [6]
Figura 5: Reproduzido de Pereira et al, 2013 [6]
Os pesquisadores do estado de Mississippi completou separação eletrostática, testes sobre a farinha de milho a dupla, as frações de farinha de milho selecionados e as frações de fibra-rico recuperaram de classificação de ar. Eletrostática de teste não foi concluída a fluxos de baixa fibra recuperado de classificação de ar. Análise dos resultados da separação eletrostática é fornecido abaixo:
Tabela 3: Resultados da separação da fibra reproduzido de Pereira et al, 2013 [6]
Caso 4 -Proteína concentração de sementes oleaginosas
Sementes oleaginosas como colza (canola), girassol, gergelim, mostarda, gérmen de soja-milho, e linhaça geralmente contêm uma quantidade substancial de proteína e fibra. Tecnologias de processamento para remover a fibra, e, assim, aumentar o teor de proteína, de oleaginosas se tornará cada vez mais importantes como a demanda mundial por proteína aumenta. [19] Trabalho recente por pesquisadores do Instituto Nacional francês para a pesquisa agrícola examinados ultrafinas fresamento combinado com eletrostático processamento de farinha de semente de girassol, a concentração de proteína. As amostras de alimentos refeição do girassol eram cremadas num moinho de impacto, operando à temperatura ambiente para um tamanho de partícula (D50) de 69.5 µm. O separador eletrostático usado para o teste foi um dispositivo de placa paralela onde o principal mecanismo de carregamento foi a tribo de cobrança. A tribo de cobrança foi realizado montante dos eletrodos em uma linha de tribo de cobrança, com partículas transmitida através da linha de carga, e para os eletrodos, através de transporte pneumático. Proteína foi encontrada para carga positiva (emissão de relatórios para o elétrodo negativo) e a fração de fibra-rico foi encontrada carregar negativamente. Seletividade de proteína foi encontrada para ser alta. Proteína alimentar foi 30.8%, com a medição de produtos ricos em proteínas 48.9% e a proteína empobrecido (ricos em fibras) medindo apenas de produto 5.1% proteína. Recuperação de proteína foi 93% para o produto positivo. Celulose, hemiceluloses, e lignina foram medidos e verificou-se que o relatório para o produto negativamente carregado, oposto da proteína. [20]
Tabela 4: Resultados da separação de farinha de semente de girassol reproduzido de Borges et al, 2015 [20]
Em 2016, um estudo adicional foi concluído usando finamente solo óleo de colza refeição da semente, ou óleo de colza bolos (ROC), como a alimentação de um processo de separação eletrostática. Novamente ultrafinas moagem à temperatura ambiente foi realizada usando um dispositivo de moinho de faca (Retsch SM 100). O material moído, com um tamanho de partícula médio (D50) de aproximadamente 90 µm, foi processada usando um separador de placa paralela de escala-piloto (Sistema TEP, Fluxo de tribo separações). O sistema de TEP utiliza carregar triboelectric por transporte pneumático de partículas através de uma alta pressão linha sob condições turbulentas de carregamento. Um único teste de separação com o sistema de TEP resultou na concentração significativa de proteína, com uma alimentação proteína de 37%, um nível de proteína carregada positivamente do produto de 47% e um nível de proteína produto negativamente carregados de 25%. Estágios de separação adicionais foram realizados, em última análise, produzindo um produto rico em proteínas com 51% proteínas após 3 fases sucessivas de separação. [21]
Tabela 5: Resultados da separação de farinha de semente de óleo de colza reproduzido de Basset et al, 2016 [21]
Discussão
Revisão da literatura relevante indica que significativa pesquisa empreendida para desenvolver técnicas de separação eletrostática para materiais orgânicos. Este desenvolvimento tem continuado ou mesmo acelerado no passado 10 – 20 anos, com muitos investigadores na Europa e Estados Unidos, aplicando técnicas de separação eletrostática para uma grande variedade de desafios de beneficiamento. De pesquisa, é evidente que eletrostática métodos têm o potencial para gerar novos, produtos de plantas de maior valor, ou oferecer uma alternativa para molhar os métodos de processamento.
Apesar de incentivar a separação de grãos de cereais, pulsos, e materiais de oleaginosas tenham sido demonstrados em laboratório e em escala-piloto alguns casos, os sistemas eletrostáticos usados para demonstrar esses resultados em última análise, podem não servir como o equipamento de processamento mais adequado ou cost-effective para realizar tais separações numa base comercial. Sistemas de eletrostáticos comerciais existentes são mais comumente usados na separação de minerais, metais ou plásticos. Minerais e metais são ambos os materiais relativamente densos com alta gravidade específica, em comparação com materiais vegetais. Mesmo com a alta gravidade específica de minerais e metais, as limitações de tamanho de partícula eficaz para o tambor rolo e separadores eletrostáticos placa paralela é relativamente grossa, com poucas partículas abaixo 100 µm por exemplo. Plásticos são de baixa densidade que minerais e metais, mas muitas vezes são processados com tamanhos de partículas grossas, como flocos de plástico, por exemplo. A introdução de partículas finas cria dificuldades operacionais tanto para os separadores de rolos de alta tensão quanto para os separadores de placas paralelas. Multa, partículas de baixa densidade são muito sensíveis a correntes de ar, especialmente em comparação com metais e minerais. O caminho da viagem das partículas finas de impacto pequenas diferenças nas correntes de ar dentro do dispositivo de separação, submetendo-os a forças que não sejam aqueles causados pelo campo eletrostático.
Para a maioria dos sistemas de separador de placa paralela, finamente solo e partículas de baixa densidade que são eletrostaticamente carregadas são recolhidas nos elétrodos dos separadores placa paralela. Se estas finas partículas eletricamente conectadas não são removidas em uma base constante, a força do campo elétrico e a eficiência do dispositivo de degradar. O trabalho dos pesquisadores no The Food processo engenharia grupo Wageningen UR (Wang et al, 2015) aproveitou-se deste fenómeno para coletar amostras da superfície dos eléctrodos do separador placa paralela para analisar os produtos da separação. Sistemas de separador de placa paralela, particularmente aqueles que dependem da gravidade para transportar partículas através do campo elétrico, têm tentado resolver este problema de várias maneiras. Stone et al (1988) descreveu um processo no qual partículas finas foram removidas a montante do separador eletrostático por elutriation de ar. [10] Outros relataram manter um fluxo laminar de ar fluindo através dos eléctrodos para impedir que partículas finas sendo influenciada por correntes de ar. [22No entanto, manter o fluxo de ar laminar torna-se desafiador como o dispositivo de separação torna-se maior, efetivamente, limitando a capacidade de processamento desses dispositivos. Em última análise, o tamanho de partícula na qual os componentes são fisicamente separados dos outros (presente em forma de partículas discretas), vai ser o condutor maior na determinação do tamanho de partícula para que a transformação deve ocorrer.
Como mencionado anteriormente, dispositivos de separação eletrostática convencionais são limitados na capacidade de processamento, especialmente com pós de baixa densidade e finamente moídos, como materiais vegetais. Para dispositivos de separação de tambor e correia de alta tensão, a eficácia é limitada a partículas relativamente grosseiras e/ou têm alta gravidade específica, devido à necessidade de todas as partículas entrar em contato com a superfície do tambor. Como as partículas tornam-se menores a taxa de processamento é reduzida. Separadores de placa paralela são ainda mais limitados pela densidade das partículas que pode ser processada na zona de eletrodo. Carregamento de partículas deve ser relativamente baixo para evitar efeitos de carga de espaço.
ST equipamentos & Separador de correia de tecnologia
O equipamento de ST & Tecnologia (SSE3) triboelectrostatic separador de correia tem a capacidade demonstrada de processar as partículas finas de 500 – 1 µm. O STET separador é um separador eletrostático placa paralela, no entanto, as placas de eletrodo são orientadas horizontalmente em vez de verticalmente como é o caso na maioria dos separadores de placa paralela. (Ver figura 6) Além disso, o separador STET realiza a partícula tribo-carregamento e transporte simultaneamente por uma esteira de malha aberta de alta velocidade. Esta característica permite tanto uma taxa de processamento específicas muito alta de alimentos, assim como a capacidade de processar muito mais fina do que convencional dispositivos eletrostáticos de pós. Este tipo de dispositivo de separação tem sido em operação comercial desde 1995 separando o carbono não queimado da cinza de mosca minerais (D50 típico aproximadamente 20 µm) em usinas de carvão. Este dispositivo de separação eletrostática também tem sido bem sucedido no beneficiamento outros materiais inorgânicos, incluindo os minerais tais como o carbonato de cálcio, talco, barita, e outros.
Os detalhes fundamentais do separador STET são ilustrados na figura 7. As partículas são cobradas pelo efeito triboelectric através de colisões de partículas-para-partícula dentro do fosso entre os eletrodos. A tensão aplicada entre os eletrodos é entre ± 4 e ± 10 kV em relação ao solo, dando uma diferença de tensão total de 8 – 20 kV, através de uma abertura muito estreita de eletrodo de nominalmente 1.5 cm (0.6 polegadas). Partículas de alimentos são introduzidas para o separador STET em três localidades (Portas de alimentação) através de um sistema de slide de ar distribuidor com válvulas de porta faca. O separador STET produz apenas dois produtos, um fluxo de partículas carregadas negativamente coletado sobre o eletrodo de carga positiva, e um fluxo de partículas carregadas positivamente coletadas sobre o eletrodo carregado negativamente. Os produtos são encaminhados para os respectivos funis em cada extremidade do separador STET pelo cinto separador e transportados fora o separador por gravidade. O separador STET não produzir um farelo ou reciclar o fluxo, Embora várias configurações de passagem para melhorar a pureza do produto e/ou recuperação são possíveis.
Figura 6: STET Triboelectric separador de correia
As partículas são transportadas através da abertura de eletrodo (zona de separação) por um loop contínuo, cinto de malha aberta. A correia opera em alta velocidade, variável de 4 Para 20 m/s (13 – 65 ft/s). A geometria do cinto serve para varrer as partículas finas, a superfície dos eléctrodos, prevenir o acúmulo de partículas finas que degradam o desempenho e o campo de tensão dos dispositivos de separação do tipo queda livre tradicional placa paralela. Além disso, o cinto gera um alto completo, zona de alta turbulência entre os dois eletrodos, promovendo a tribo de cobrança. A viagem contra-corrente do cinto separador permite o carregamento contínuo e re-carregamento ou partículas dentro do separador, eliminando a necessidade de um sistema de pré-carregamento montante do separador STET.
Figura 7: Conceitos básicos de operação do separador de correia STET
O separador STET é uma alta taxa de alimentação, sistema de processamento comercialmente comprovada. A capacidade de processamento máxima do separador STET é principalmente uma função da taxa de alimentação volumétrica que pode ser transmitida através da abertura do eletrodo pelo cinto separador STET. Outras variáveis, como a velocidade da correia, a distância entre os eléctrodos e a densidade aerada do efeito do pó a máxima taxa de alimentação, Normalmente, em menor medida. Para materiais relativamente alta densidade, por exemplo, cinza de mosca, a taxa de processamento máxima de um 42 polegadas (106 cm) unidade de separação comercial do eletrodo largura é de aproximadamente 40 – 45 Toneladas pela hora da alimentação. Para matérias-primas menos densas, a taxa de alimentação máxima é inferior.
Tabela 6: Taxa para vários materiais processados com STET de alimentação máxima aproximada 42 polegadas separador eletrostático.
Explosões de pó são um grande risco em grão e outro em pó orgânico, processamento de operações. O separador STET é adequado para o processamento de combustíveis pós orgânicos, com apenas pequenas modificações. Não há nenhum superfícies aquecidas no separador STET. As únicas partes móveis são os rolos de cinto e unidade de separador. Os rolamentos estão localizados fora do fluxo de pó sobre a casca externa da unidade. Portanto, eles não são um risco de superaquecimento/faíscas no fluxo de material. Além disso, os rolamentos de separador STET estão disponíveis com capacidade de medição de temperatura de fábrica equipada para detectar falha de rolamento bem antes perigosamente altas temperaturas são atingidas. O sistema de cinto e unidade de separador não representam nenhum risco maior do que outras máquinas rotativas convencionais. Os componentes de alta tensão do separador STET também situam-se fora do fluxo de material e contidos em compartimentos estanques em pó. A energia máxima de uma faísca através da abertura do separador é limitada pelo design dos componentes de alta tensão. Um nível adicional de segurança pode ser introduzido através de purgação com nitrogênio.
Farinha de trigo integral de processamento por STET separador
Farinha de trigo integral é derivada de moer o grão inteiro do trigo (farelo, germe, e endosperma). Comercialmente disponível, prateleira, farinha de trigo integral foi comprada para uso como material de teste para avaliar a capacidade do separador STET para remover o farelo fibroso e o germe da fracção endosperma amiláceo de farinha de trigo. A amostra de farinha de trigo integral foi analisada por STET antes de começar o teste. Teor de cinzas foi testado pelo padrão ICC 104 / 1 (900° C). Cinzas de repetidas medições da mesma amostra, uma amostra de ração não separada, medido 10 vezes, foram encontrados para ter um teor de cinzas 1.61%, um desvio padrão de 0.01 e um desvio-padrão relativo de 0.7%. Análise de tamanho de partícula foi completado por difração de laser, usando um Malvern Mastersizer 3000 com um aparelho de dispersão seco. Análise de proteínas foi realizada usando o método de DUMAS, com elementar rápida N exceder analisador de nitrogênio/proteína. Um fator de conversão de N x 6.25 foi usado. As várias propriedades da amostra de farinha de trigo integral são resumidas a seguir. (Consulte a tabela 7)
Tabela 7: Análise de farinha de trigo integral alimentar por STET
Teor de cinzas e teor de proteína foram encontrados para ser muito repetitivo quando testado na mesma amostra, Mas variabilidade significativa foi identificada entre os vários sacos de farinha de trigo integral, usado como a amostra de alimentos para animais. (Consulte a tabela 8) Isto alimenta a variabilidade da amostra resultou em uma dispersão nos dados de teste.
Tabela 8: Análise da separação sem resultados de farinha de trigo integral por STET
Foram realizados testes de separação eletrostática da amostra de farinha de trigo integral em ST Equipment & Tecnologia (SSE3) instalação de planta piloto em Needham, Massachusetts. A planta piloto STET contém dois separadores STET escala piloto juntamente com os equipamentos auxiliares usados para investigar a separação de materiais de fontes do candidato. Os separadores STET escala piloto têm o mesmo comprimento como um separador STET comercial, no 30 pés (9.1 metros) longo, no entanto, a largura de eletrodo de separador de planta-piloto é apenas 6 polegadas (150 mm), ou um sétimo a largura do separador STET comercial maior, no 42 polegadas (1070 mm) largura de eletrodo. A capacidade de alimentação do separador STET é diretamente proporcional à largura dos eletrodos, por conseguinte, a taxa de alimentação do separador de planta-piloto é um sétimo da taxa de alimentação da unidade de separador ampla comercial de 42 polegadas. Foi a máxima taxa de alimentação com farinha de trigo integral 2.3 Toneladas por hora em escala piloto, que corresponde à 16 Toneladas por hora para o separador de largura comercial de 42 polegadas. Em comparação com a escala em que a maioria dos estudos de separação eletrostática foram realizada até à data, a STET separador testes foi realizado em uma taxa de alimentação consideravelmente maior. Os testes foram efectuados em 10 kg (20 Libra) testes de lote, devido as considerações práticas de fornecimento 2.3 Toneladas / hora de alimentação contínua. Condição de teste para cada lote, os produtos do processo de separação foram pesados para calcular a massa de recuperação. Subamostras de cada teste foram coletadas e analisadas para conteúdo de proteína e teor de cinzas.
Figura 8: STET separador de planta-piloto.
Medição de tamanho de partícula da ração de farinha de trigo integral e amostras de dois produtos é mostrada abaixo na figura 9.
Figura 9: Medição de tamanho de partícula de farinha de trigo integral alimentar, e os dois separados de amostras de produto.
Uma foto dos produtos recuperados de separação está incluída abaixo. (Ver figura 10) Observou-se uma mudança de cor perceptível durante a separação, Qual a fração de produto conteúdo de cinzas elevado consideravelmente mais escura do que a amostra de farinha de trigo integral alimentação.
Figura 10: Produtos típicos, recuperados do processo de separação da STET.
Teor de cinzas para todos os produtos do processo de separação foi medido. (Ver figura 11)
Figura 11: Contra a recuperação em massa do produto baixa cinza para separação de farinha de trigo integral de cinzas testa por STET
Teste do separador eletrostático STET com farinha de trigo integral demonstrado significativo movimento da alta cinza (farelo) fração do kernel do trigo para o eletrodo positivo. O produto de cinzas reduzida posteriormente foi recolhido no elétrodo negativo. Testes foram realizados em um única passagem regime, no entanto, é possível realizar ainda mais atualização de qualquer um dos produtos a separação através da realização de mais uma etapa de separação. Futuro de teste com o separador STET será realizado em amostras de farelo de trigo, assim como a farinha de milho e leguminosas como tremoço.
Conclusões
Revisão da literatura relevante indica que significativa pesquisa empreendida para desenvolver técnicas de separação eletrostática para materiais orgânicos. Este desenvolvimento tem continuado ou mesmo acelerado no passado 10 – 20 anos, com muitos investigadores na Europa e Estados Unidos, aplicando técnicas de separação eletrostática para uma grande variedade de desafios de beneficiamento. De pesquisa, é evidente que a eletrostáticos métodos têm o potencial para gerar novos, produtos de plantas de maior valor, ou oferecer uma alternativa para molhar os métodos de processamento. Embora incentivando separações de trigo, milho e materiais baseados em tremoço planta foram demonstradas em laboratório e em escala-piloto alguns casos, os sistemas eletrostáticos usados para demonstrar esses resultados podem não ser o mais adequado ou rentável equipamento de processamento para realizar tais separações numa base comercial. Muitas tecnologias eletrostáticas não são adequadas para processo finamente moído, baixa densidade pós tais como materiais de planta. No entanto, o equipamento de ST & Tecnologia (SSE3) triboelectrostatic separador de correia tem a capacidade demonstrada de processar as partículas finas de 500 – 1 µm a taxas elevadas. O separador de correia STET é uma taxa elevada, dispositivo de processamento industrial comprovada que pode ser adequado para comercializar os desenvolvimentos recentes na unidade de transformação de material. O separador de correia STET foi testado numa amostra de farinha de trigo integral e foi encontrado para ser bem sucedido em remover o farelo de fração do amido. Futuro de teste com o separador STET será realizado em amostras de farelo de trigo, também como milho farinha e leguminosas como soja e lupin.
Referências
[1] T. B. Osborne, “Sêmea-purificador”. Patente de Estados Unidos da América 224,719, 17 Fevereiro 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Lourdes Rodrigues e K. Filipe, “Revisão de métodos de separação elétrica – Parte 1: Aspectos fundamentais,” Minerais & Processamento metalúrgico, Vol.. 17, Não. 1, PP. 23-36, 2000.
[3] J. O mais velho e E. Yan, “eForce – Mais nova geração do separador eletrostático para a indústria de areias minerais,” na conferência de minerais pesados, Joanesburgo, 2003.
[4] R. H. Perry e D. W. Verde, Engenheiros de produto químico de Perry’ Sétima edição manual, Nova Iorque: McGraw-Hill, 1997.
[5] S. Messal, R. Corondan, Eu. Chetan, R. Ouiddir, K. Medles e L. Thaynara de souza correia, “Separador eletrostático micronizada em misturas de metais e plásticos provenientes de resíduos de equipamentos eléctricos e electrónicos,” Jornal de física, Vol.. 646, PP. 1-4, 2015.
[6] T. S. Anabela Pereira, R. Srinivasan e C. P. Thompson, “Separação de fibra para farinha de milho do chão usando um método eletrostático,”Química de cereais, Vol.. 90, Não. 6, PP. 535-539, 2013.
[7] L. Marcas, P. M. Beier, e eu. Stahl, Separação eletrostática, Weinheim: Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.
[8] Y. Escola Hemery, X. Rouau, V. Lullien-Pellerin, C. Barron e J. Abecassis, “Processo seco para desenvolver produtos com melhor qualidade nutricional e fracções de trigo,” Jornal da ciência de cereais, Não. 46, PP. 327-347, 2007.
[9] W. A. Brastad e E. C. Engrenagem, “Método e aparelho para separação eletrostática”. Patente de Estados Unidos da América 2,848,108, 19 Agosto 1958.
[10] B. A. Pedra e J. Minifie, “Recuperação de células de aleurona de farelo de trigo”. Patente de Estados Unidos da América 4,746,073,24 Maio 1988.
[11] A. Bohm e A. Kratzer, “Método para isolar partículas de aleurona”. Patente de Estados Unidos da América 7,431,228, 7 Outubro 2008.
[12] J. A. DELCOUR, X. Rouau, C. M. Courtin, K. Poutanen e R. Ranieri, “Tecnologias para maior exploração do potencial promoção da saúde de cereais,” Tendências na ciência de alimentos & Tecnologia, PP. 1-9, 2012.
[13] L. Thaynara de souza correia, C. Dragan, M. Bilici, R. Beleca, Y. Escola Hemery e X. Rouau, “Eletrostática base para a separação dos tecidos de farelo de trigo,” Transações de IEEE em aplicações industriais, Vol.. 46, Não. 2, PP. 659-665, 2010.
[14] Y. Escola Hemery, X. Rouau, C. Dragan, R. Bilici e L. Thaynara de souza correia, “Propriedades eletrostáticas de farelo de trigo e suas camadas constitutivas: Influência do tamanho de partícula, composição, e teor de umidade,” Revista de engenharia de alimentos, Não. 93, PP. 114-124, 2009.
[15] Y. Escola Hemery, M. Chaurand, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, V. Piironen, A. Sadoudi e X. Rouau, “Potencial de fracionamento seco de farelo de trigo para o desenvolvimento de ingredientes alimentares, parte I: Influência de moagem ultra-fina,” Jornal da ciência de cereais, Não. 53, PP. 1-8, 2011.
[16] Y. Escola Hemery, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, T. Nurmi, V. Piironen, M. Edlemann e X. Rouau, “Potencial de fracionamento seco de farelo de trigo para o desenvolvimento de ingredientes alimentares, parte II: Separação eletrostática de partículas,” Jornal da ciência de cereais, Não. 53, PP. 9-18, 2011.
[17] J. Wang, E. Smits, R. M. "Boom", e M. A. Schutyser, “Arabinoxilanos concentra-se de farelo de trigo por separação eletrostática,” Revista de engenharia de alimentos, Não. 155, PP. 29-36, 2015.
[18] P. J. Pelgrom, J. Wang, R. M. "Boom", e M. A. Schutyser, “Pre- e pós-tratamento realçar o enriquecimento de proteína moagem e ar na classificação das leguminosas,” Revista de engenharia de alimentos, Não. 155, PP. 53-61, 2015.
[19] D. Chéreau, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Motte, S. Belaid, J. Ventureira e M. Lopez, “Combinação de tecnologias existentes e alternativas para promover a proteínas de oleaginosas e leguminosas em aplicações de alimentos,” Sementes oleaginosas & gorduras, culturas e lipídios, Vol.. 23, Não. 4, PP. 1-11, 2016.
[20] A. Borges, F. Jerome e X. Rouau, “Uma plataforma seca para separação de proteínas de biomassa-contendo
Polissacarídeos, Lignina, e polifenóis,” ChemSusChem, Vol.. 8, PP. 1161-1166, 2015.
[21] C. Basset, S. Kedidi e A. Borges, “Produto químico- e fracionamento de solventes Mechanophysical de biomassa induzida pela Tribo-eletrostáticas: Lignina e separação de proteínas,” Química sustentável de ACS & Engenharia, Vol.. 4, PP. 4166-4173, 2016.
[22] J. M. Stencel, J. L. Schaefer, H. Ban, e J. K. Neathery, “Aparelho e método para a separação de Triboelectrostatic”.Patente de Estados Unidos da América 5,938,041, 17 Agosto 1999.
