Selectaţi limba:
Kyle Flynn, Andrei crina, Frank Hrach
Rezumat
Analiza literaturii relevante indică faptul că semnificativă de cercetare a fost întreprinse pentru a aplica in camp electrostatic
tehnici de separare la uscat granule alimente pe bază de plante (Adică., organice) materiale. Această evoluţie s-a accelerat în trecut 10 – 20 ani, cu mulți cercetători din Europa și Statele Unite aplicând separare electrostatică tehnici pentru o mare varietate de provocări de beneficii. La această cercetare, este evident că metodele electrostatice au potenţialul de a genera noi, produse vegetale cu valoare mai mare, sau oferă o alternativă pentru a uda metodele de prelucrare. Deşi încurajarea separaţii de cereale, Materialele de leguminoase și semințe oleaginoase au fost demonstrate la laborator și, în unele cazuri,, la scară pilot, sisteme electrostatic folosite pentru a demonstra aceste rezultate nu pot fi echipament adecvat sau cost-eficiente pentru a efectua astfel de separări pe bază comercială. Multe tehnologii electrostatic nu sunt potrivite pentru procesul fin măcinate, pulberi de joasa densitate, cum ar fi materiilor vegetale. Cu toate acestea, Aparatul de ST & Tehnologie (STET) separatorul de centură triboelectrostatic a demonstrat capacitatea de a procesa particule fine de 500 – 1 µm. Separatorul de curea STET este o rată ridicată, dispozitiv de prelucrare industrial dovedite, care pot fi potrivite pentru a comercializa evoluţiile recente în prelucrarea materialelor organice. Separator de centura STET a fost testat pe un eşantion de făină de grâu şi a fost găsit pentru a avea succes în eliminarea bran la fractiune de amidon. Viitorul testarea cu STET separator vor fi efectuate pe mostre de tărâţe de grâu, faina de porumb
şi impulsuri, cum ar fi soia şi lupin.
Cuvinte cheie: TRIBO-electrostatice, Electrostatică, Separarea, Fracţionare, Grâu, Cereale, Faina, Fibra, Proteine, Plante oleaginoase, Impulsuri
Introducere
Separare electrostatica metodele au fost utilizate pentru trecut 50 ani pe beneficiation comerciale la scară de
minerale industriale si reciclare a deseurilor. Beneficiation electrostatice de hrana uscata granule de pe bază de plante (adică, organice) materialele au fost studiate pentru peste 140 ani, cu primul brevet pentru separare electrostatica de uruială de făină de grâu umplut ca mai devreme 1880. [1] Beneficiation electrostatice permite pentru separaţiile bazate pe diferenţele de suprafaţă chimie (funcţia de lucru) sau proprietăţi dielectrice. În unele cazuri, aceste separaţii nu ar fi posibilă utilizând mărimea sau densitatea separaţii singur. Sisteme de separare electrostatica operează pe principii similare. Toate sistemele de separare electrostatica conţin un sistem pentru a încărca electric particulele, un câmp electric extern generate de separare în, şi o metodă de transport particule în şi afară dispozitivul de separare. Electrice de tarifare poate apărea prin una sau mai multe metode, inclusiv inducerea conductibile, TRIBO de tarifare (contact electrificare) si ion sau corona taxare. Sisteme de separare electrostatica utiliza cel puţin unul dintre aceste mecanisme de încărcare. [2]
Tensiune mare rola separare electrostatica sisteme au fost utilizate în multe industrii şi aplicaţii în cazul în care un
componenta este mai electric conductiv decât altele. Exemple de aplicaţii pentru tensiune mare rola separatoare includ Titan purtând separarea mineralelor, precum şi cererile de reciclare, de exemplu sortarea metal din plastic. Există mai multe variante şi geometrii utilizate pentru tensiune mare rola sisteme, dar în general, îşi desfăşoară activitatea pe principii similare. Particulele de hrana sunt percepute negativ de o descarcare de corona ionizante. Particulele de hrana sunt dispersate pe un tambur rotativ, în cazul în care tamburul electric este întemeiată. Conductoare electric particulele renunţe la taxa lor la contactul cu suprafaţa de pământ tambur. Rotaţie a tamburului determină particulele conductoare pentru a fi aruncat de pe suprafaţa tamburului şi depus în primul produs buncăr. Particulele non-conductoare păstrează sarcina lor electrica si sunt fixat pe suprafaţa tamburului. În cele din urmă, potentialul electric pe particule non-conductoare va risipi, sau particule va fi periat la tambur după tambur a rotit astfel încât particulele non-conductoare sunt depozitate în pâlnia de particule non-conductoare. În unele aplicaţii, un buncăr de uruială este plasat între conductoare şi non-conductoare produs hopper. Eficacitatea acestui tip de dispozitiv de separare este, în general, limitată la particule care sunt relativ aspru şi/sau au greutate specifică mare, ca urmare a necesităţii pentru toate particulele să contactaţi suprafaţa tamburului. în plus, dinamica de flux de particule este important ca momentul cinetic este în cele din urmă responsabil pentru transport particule de pe suprafaţa tamburului pentru produsul respectiv pâlnii. Particule fine şi joasă densitate particulele sunt uşor de influenţat de curentii de aer si astfel mai puţin susceptibile de a fi aruncat la tambur într-o zonă previzibil. [2] [3] [4]
Înaltă tensiune centura separatorul este o variantă de înaltă tensiune rola separare descrise mai sus. Particulele de hrana sunt dispersate uniform pe lăţimea de o bandă transportoare electric fundamentate. Particule sunt percepute, de obicei, de o corona negativ, Deşi sunt posibile alte mecanisme de tarifare. Din nou particule conductoare da lor sarcină electrică până la pământ de transportoare, în timp ce particulele non-conductoare păstrează sarcina lor. Particule conductoare cădea off de la marginea centurii de gravitație, în timp ce particulele încărcate non-conductoare sunt "ridicate" off suprafaţa de centura de forțele electrostatice. Din nou de separare a fi eficient, fiecare particulă trebuie să contacteze suprafaţa de centura pentru a permite particule conductoare să renunţe la taxa lor la centura. Prin urmare, doar un singur strat de particule poate fi transmisă prin separator la un moment dat. Dimensiunea particulelor pentru hrana devine mai mici, rata de procesare a dispozitivului este redus. [5] [6]
Paralel placa electrostatic separatoare de obicei se bazează pe separarea particulelor nu pe baza de conductivitate, dar pe diferenţele de suprafaţă chimie care permite transferul de sarcină electrică prin frecare contact. Particule plătesc electric de viguros contactul cu alte particule, sau cu o suprafaţă terţe, cum ar fi un metal sau plastic va proprietăţile dorite tribo de tarifare. Materiale care sunt electronegative (Situat la capătul negativ din seria tribo-electrice) elimina electronii de pe suprafaţa tribo de încărcare şi de a dobândi astfel o sarcină negativă net. În contact, materiale care sunt pe final pozitiv din seria tribo-electrice doneze electroni şi încărcaţi pozitiv. Particulele încărcate sunt apoi introduse într-un câmp electric generat între doi electrozi placa paralel prin diverse mijloace de transport (gravitatea, pneumatice, vibraţii). În prezenţa câmpului electric, particulele încărcate muta spre electrozii oppositely încărcate şi sunt colectate la corespunzătoare produsului pâlnii. Din nou, o fracţiune de uruială care conțin un amestec de particule pot sau nu pot fi culese, în funcţie de configuraţia dispozitivului de separare. [4] [7]
Figura 1: Diagrama de un separator de rola de înaltă tensiune (stânga) şi un separator de cădere liberă paralel placa (dreptul de).
Tabel 1: Rezumat al frecvent utilizate dispozitive de separare electrostatica.
Caz 1 -Grâu şi Beneficiation de tărâţe de grâu.
Tarate de grau este un produs de frezat convenţionale de grâu, reprezentând 10-15% de boabe de grâu. Tarate de grau este format din straturile exterioare ale pericarpului inclusiv, testa, şi aleurone. Tarate de grau conţine cele mai multe dintre microelemente, fibra, si fitochimicale conţinute în cereale, care au demonstrat beneficiile pentru sănătate pentru oameni. [8] Interes semnificativ în separare şi beneficiează de tărâţe de grâu a fost raportată. Interes istoric în separarea tărâţe de grâu a fost de a îmbunătăţi calitatea şi valoarea produsului faina. Cu toate acestea, interesul mai recent a fost raportată în recuperarea componente valoroase din tărâţe de grâu.
În 1880, Thomas Osborne patentat primul comerciale separatorul electrostatică pentru eliminarea tarate de faina uruială. Separatorul a constat în rulouri acoperite cu cauciuc sau material echivalent care este capabilă de a taxat electric prin frecare tribo-încărcare cu lână. Deşi nu sunt descrise, se presupune că cauciuc role dobândite de o sarcină negativă faţă de lână, compatibil cu majoritatea tribo-electrice seria. Role încărcate electric a atras apoi particule încărcate pozitiv bran fibra, transport-le pe suprafaţa de rola până particule fixate de fibre sunt periat de pe suprafaţa de rola. Acest lucru (presupune) încărcarea pozitivă de tărâţe de grâu este în conflict cu rezultatele raportate de către alţii. TRIBO-încărcare a particulelor bran a fost ajutat de fluidiza aerul introdus în partea de jos a dispozitivului, care a avut avantajul suplimentar de a provoca mai puţin densă particule de tarate la suprafata, mai aproape de role. [1]
În 1958 un aparat de separare electrostatica de tarate si endospermul conţinute în făină uruială a fost dezvăluită în depunere un brevet de Branstad de lucru la General Mills. Aparatul a constat de un separator de plăci paralele în care particulele au fost transportate între două plăci de vibraţii. Particule de tarate, practicate de frecare contactul cu endospermul particule, apoi s-au ridicat la top electrodul prin perforaţiile din electrod de top. [9]
În 1988 un aparat şi procesul pentru recuperarea aleurone din tărâţe de grâu comerciale a fost dezvăluită într-un depozit de brevet. Tarate de grau comercială cu un conţinut de pornire de aleurone 34% s-a imbogatit la un concentrat de 95% la 10% masă randament (28% recuperare de aleurone) printr-o combinaţie de frezat ciocan, Dimensionarea după screening-ul, aer elutriation și separare electrostatica folosind un separator paralel placa electrostatice. Particulele au fost percepute în dispozitivul de elutriator aer, care are un dublu rol de a elimina amenzi (<40 µm) de transport, în timp ce simultan tribo-încărcare particule de aleurone pozitiv (raportare la placa de electrodul negativ) şi particule pericarpului/testa negativ. Dimensiunea particulelor de amestec tarate cu atenţie a fost controlat de frezat ciocan şi multi-nivel de screening, pentru a obţine o hrana mai ales dimensionate în 130 – 290 gama µm. [10]
Continuă lucrările recente recuperarea aleurone din tărâţe de grâu. În 2008, Buhler AG patentat un dispozitiv de separare electrostatica pentru separarea particulelor de aleurone coajă particule din comutată bran. O întruchipare a dispozitivului constă dintr-un rotor de operare într-o zonă a dimensiuni tratament, care permite contact particule a particulelor şi particule-la-perete si ulterioare tribo-taxare. Particulele încărcate sunt apoi transmis mecanic într-un vas de separare, care conţine electrozi placa paralele. Particulele se încadrează prin vasul de separare prin gravitatie, ca particulele diferentiat încãrcat muta spre electrozii oppositely încărcate sub influenţa câmpului electric. [11] Atunci când sunt combinate cu dimensionarea corectă pentru hrana bran și metodele mecanice de sortare, aleurone concentraţii de până la 90% au fost raportate. [12] [8]
Figura 2: Reprodus de Hemery et al, 2007 [8].
TRIBO-încărcare şi corona tarifare experimente pe tarate de grau au fost executate de lucrători la electrostatică a dispersat Media unitatea de cercetare, Universitatea din Poitiers, Franţa în 2010. Cercetatorii au masurat taxa de suprafaţă şi suprafaţă potenţialul de degradare timp pe tarate de grau cu 10% umiditate şi liofilizat (liofilizat) tarate de grau. Un test de separare a fost efectuat pe un eşantion de 50% liofilizat tărâţe de grâu şi 50% liofilizate aleurone feed folosind un separator electrostatic tip corona de centura. (Figura 3) Separarea rezultate pentru laborator scară corona separator indicate 67% de aleurone a fost recuperat la buncăr non-dirijor, în timp ce numai 2% de tarate de grau raportat la buncăr non-dirijor. Experimente TRIBO de tarifare, de asemenea, au fost efectuate cu tărâţe de grâu şi aleurone, dar numai pentru a măsura specifice suprafata taxa [µC/g] generate pe fiecare fracţiune, spre deosebire de produse în convalescenţă după o separare electrostatica. Ambele materii prime pentru furaje au fost taxat folosind Teflon ca suprafaţa de contact. Tărâţe de grâu şi de aleurone sunt raportate ca încărcarea pozitivă în raport cu Teflon, care în sine este foarte electronegative. Amploarea taxa a fost găsit să depindă de presiunile exploatare utilizate pe tribo-încărcător, sugerând că turbulenţe mai mare duce la mai multe contacte şi mai complet tribo de tarifare. [13]
Figura 3: Reprodus de Dăscălescu et al, 2010 [13]
În 2009, Cercetătorii au evaluat proprietăţile încărcare electrostatică aleurone bogat şi pericarpului bogat materii prime. [14] În 2011 Cercetatorii au efectuat separare electrostatica teste pe eşantioane de fin teren tărâţe de grâu folosind un separator de electrostatică placa scară pilot (Sistem de bianca, Separaţii TRIBO fluxul, Lexington, STATELE UNITE ALE AMERICII). Sistemul de TEP utilizeaza o linie de încărcare, în cazul în care particulele de hrana sunt introduse într-un flux de aer comprimat turbulente, şi pneumatic transportate prin linia de încărcare în camera de separare. Particulele sunt tribo-taxat de particule a particulelor de contact, precum şi particule de contact cu suprafaţa de linie de încărcare. Rezultatele obtinute cu sistemul de TEP a demonstrat că separare electrostatica a fost eficace în modernizarea aleurone si beta-glucan conţinut de tărâţe de grâu. Interesant, doar o parte din materialul care a fost descoperit cel mai ridicat conţinut de celule de aleurone, la 68%, a fost foarte bine (D50 = 8 µm) fracţiune care a fost recuperat de la taxare tubului. Nu este clar de ce acest material a fost concentrat preferential în aparatul de taxare, cu toate acestea, Aceasta indică faptul că abilitatea de a procesului de aleurone conţinutul celulelor poate solicita electrostatic tehnici care sunt capabile de pulberi fine de prelucrare. În plus, Acest lucru a demonstrat că pregătirea de tărâţe de grâu furajelor a fost un aspect important. Probele preparate prin triturare criogenic într-o moară cu ciocane s-au găsit pentru a fi mai putin complet disociata (eliberat) decât cele la sol într-o moară de tip de impact la temperatura ambiantă. [15] [16]
Figura 4: Reprodus de Hemery et al, 2011 [16]
Lucrările recente a studiat concentrația de arabinoxilanii din tărâţe de grâu prin metode electrostatice. Cercetatorii au folosit un separator de scară de laborator electrostatic constând din incinta tub şi separarea tarifare care conţin doi electrozi placa paralele. Tărâţe de grâu măcinat a fost introdus în tubul de încărcare şi transportată pneumatic în camera de separare utilizând azot comprimat. Turbulenţe şi gaze de mare viteză în tubul de tarifare oferite particulelor de contact necesare pentru încărcarea tribo. Particulele încărcate (produse de separare) au fost colectate de pe suprafaţa de electrozi pentru analiza. Având în vedere orientarea verticală de electrozi nu a fost colectat o cantitate semnificativă de material. Această fracţiune de uruială pot fi reciclate pentru o prelucrare ulterioară în convenţionale electrostatică, cu toate acestea, în sensul acest experiment, materialul colectat nu pe electrozii a fost considerat pierdut. Cercetatorii au raportat o creştere atât gradul de produs (arabinoxylan conţinut în produsul) şi eficienţa de separare ca viteza de transport a crescut. [17]
Eforturile recente de beneficiaza de tărâţe de grâu folosind metode electrostatice sunt rezumate mai jos în tabel 2.
Tabel 2: Rezumat al metode electrostatice evaluate la tarate de grau beneficiaza.
Caz 2 – Recuperare proteine din făină de Lupin
Cercetatorii de la grupul de inginerie alimentară procesul în Wageningen, Ţările de jos, evaluează potenţialul de îmbogăţire de proteine cu legume. Mazăre și lupin faina au fost folosite ca feed-uri pentru o varietate de tehnici de îmbogăţire proteine, inclusiv clasificarea de aer cu separare electrostatica. Seminte netratate de mazăre și lupin prima s-au albit la aproximativ 200 µm. Materii prime pentru clasificarea şi separare electrostatica ulterior s-au albit folosind o moară de tip de impact cu un clasificator interne (Hosokawa alpin ZPS50). Dimensiunea medie a particulelor (D50) a fost raportat ca aproximativ 25 µm pentru făină de mazăre, şi aproximativ 200 µm pentru faina de lupin, înainte de aer de clasificare. În cele din urmă, un subset de fiecare probă, făină de mazăre și lupin, a fost apoi aer clasificate (Hosokawa alpin ATP50). Hrana pentru separare electrostatica a constat în ambele făină netratate, precum şi curs şi produs fin de clasificare de aer. [18]
Dispozitiv de separare electrostatica utilizate în timpul experimentelor a fost un tip de placă de paralele, cu taxare efectuate prin intermediul triboelectric tarifare în o 125 lungime mm tub de tarifare, cu particule transportată pneumatic comprimat azot. Dispozitivul este similar în configurare dispozitiv folosit de Wang et al (2015). [17] Separare electrostatica experimente au fost efectuate pe teren mazăre faina si faina de lupin, precum şi curs şi fracţiunile fine de făină de mazăre şi Lupin făină obținută din aer clasificarea. Făină de mazăre a demonstrat doar minore libera de proteine în timpul testării electrostatice. Cu toate acestea, faina de lupin demonstrat semnificativ libera de proteine în toate trei eșantioane testate (măcinat făină – 35% proteine, amenzi albit clasificate – 45% proteine, măcinat clasificate grosier- 29% proteine). Produse bogate in proteine de aproximativ 60% au fost recuperate pe electrod de împământare pentru fiecare din cele trei lupin eșantioane testate. [18]
Caz 3 -Fibra scoaterea din porumb
Cercetatorii de la Departamentul de inginerie agricole si biologice, Universitatea de stat Mississippi efectuat testarea electrostatice pe sol făină de porumb, cu un obiectiv de a elimina fibre. Dispozitiv de separare electrostatica a constat o bandă transportoare cu un electrod negativ plasat la sfârşitul transportoare. Particulele încărcate pozitiv, fibre de particule, în acest caz, s-au ridicat de pe banda transportoare şi sortate într-un buncăr al doilea. Particule non-fibră a căzut jos de pe banda transportoare de gravitaţie şi au fost depuse în primul produs pâlnie. Autorii descriu modul electric de tarifare se efectuează. Hrană pentru această separare a fost relativ aspru, cu dimensiunile particulelor de hrană, de la 12 ochiurilor de plasă (1,532 µm) pentru a 24 ochiurilor de plasă (704 µm). Nu pare că undersize (<704 µm) materialul a fost prelucrată în timpul acestui studiu. Fiecare condiție de testare a fost completat folosind 1 kg de materii prime pentru furaje, care a fost dispersat uniform peste centura. [6]
Figura 5: Reprodus de mylena et al, 2013 [6]
Cercetatorii au stat Mississippi completat separare electrostatica testarea pe neecranate faina de porumb, fracţiunile ecranate faina de porumb și fracțiunile bogate în fibre recuperate de la clasificarea de aer. Electrostatice de testare nu a fost finalizat pe fluxuri de low-fibra recuperate de la clasificarea de aer. Analiza rezultatelor de separare electrostatica este prevăzută sub:
Tabel 3: Rezultatele de fibra separare reprodus din mylena et al, 2013 [6]
Caz 4 – Concentrare proteina din seminţele oleaginoase
Plante oleaginoase precum rapita (rapita), floarea-soarelui, Susan, mustar, germeni de soia-porumb, si seminte de in conţin, în general, un volum considerabil de proteine şi fibre. Tehnologii de procesare pentru a elimina fibre, şi astfel creşte conţinutul de proteine, de plante oleaginoase va deveni tot mai important ca cererii globale de proteine creşte. [19] Lucrările recente de cercetatorii de la Institutul național francez de cercetări agricole examinat ultrafine frezat combinate cu prelucrare electrostatice de făină de seminţe de floarea-soarelui, să se concentreze proteine. Probe alimentare făină de floarea-soarelui au fost solului într-o moară de impactul care funcționează la temperatura mediului ambiant la o dimensiune a particulelor (D50) de 69.5 µm. Electrostatice separatorul utilizat pentru testarea a fost un dispozitiv paralel placa unde principalul mecanism de încărcare a fost tribo de tarifare. Tribo-încărcarea a fost efectuată în amonte de electrozi în linie tribo de tarifare, cu particule transmis prin linia de încărcare, şi la electrozi, prin intermediul Transportorul pneumatic. Proteina a fost găsit pentru a încărca pozitiv (raportare la electrodul negativ) şi fracţiune bogate în fibre a fost găsit pentru a percepe negativ. Proteine selectivitatea sa dovedit a fi mare. Proteine pentru hrana a fost 30.8%, cu proteine produs de măsurare 48.9% şi proteine epuizate (bogate în fibre) produs numai de măsurare 5.1% proteine. Proteine de recuperare a fost 93% la produsul pozitiv. Celuloza, hemiceluloze, şi ligninei au fost măsurate şi a găsit să prezinte un raport negativ perceput produsului, vizavi de proteine. [20]
Tabel 4: Rezultatele de separare de făină de seminţe de floarea-soarelui reprodus din Barakat et al, 2015 [20]
În 2016, un studiu suplimentar a fost completat folosind fin teren ulei de seminţe de masă, sau turte de ulei de rapiţă (ROC), ca hrană pentru un proces de separare electrostatica. Din nou ultrafine frezat la temperatura ambiantă a fost efectuat folosind un dispozitiv de moara cuţit (Retsch SM 100). Materialul măcinat, mărimea particulelor mediană (D50) de aproximativ 90 µm, s-a procesat utilizând un separator de paralele placa scară pilot (Sistem de bianca, Separaţii TRIBO fluxul). Sistemul de TEP utilizeaza triboelectric tarifare de transport pneumatic de particule prin presiune inalta linie în condiții de turbulente de tarifare. Un singur trece testul de separare cu sistemul de TEP a dus la concentrarea semnificative de proteine, cu o alimentare de proteine de 37%, un nivel de proteine încărcate pozitiv produs de 47% şi un nivel de proteine încărcate negativ produs de 25%. Etapele de separare suplimentare au fost efectuate, în cele din urmă produce un produs bogat in proteine cu 51% proteine după 3 stadii succesive de separare. [21]
Tabel 5: Rezultatele de ulei de seminţe de masă separarea reprodus din Basset et al, 2016 [21]
Discuţie
Analiza literaturii relevante indică faptul că semnificativă de cercetare a fost întreprinse pentru a dezvolta tehnici de separare electrostatica pentru materiale organice. Această dezvoltare a continuat sau chiar accelerată în trecut 10 – 20 ani, cu mulţi cercetători în Europa şi Statele Unite ale Americii aplicarea tehnicilor de separare electrostatica pentru o varietate de provocări beneficiation. La această cercetare, este evident că metodele electrostatice au potenţialul de a genera noi, mai mare valoare a produselor vegetale, sau oferă o alternativă pentru a uda metodele de prelucrare.
Deşi încurajarea separaţii de cereale, impulsuri, şi materiale de oleaginoase au fost demonstrate în laborator şi în unele cazuri scară pilot, sisteme electrostatic folosite pentru a demonstra aceste rezultate în cele din urmă pot servi nu ca cele mai potrivite sau cost-eficiente echipamente de prelucrare pentru a efectua astfel de separări pe bază comercială. Sistemele existente de electrostatică comerciale sunt cele mai frecvent utilizate în separaţii de minerale, metale sau materiale plastice. Minerale şi metale sunt ambele materiale relativ densa cu greutate specifică mare, în comparaţie cu materiilor vegetale. Chiar şi cu densitatea mare de minerale si metale, eficiente de particule mărimea limitări pentru tambur roll şi paralele placa electrostatic separatoare este relativ aspru, cu câteva particule de mai jos 100 µm de exemplu. Materiale plastice sunt de densitate mai mică decât atât minerale şi metale, dar adesea sunt prelucrate la dimensiunile particulelor grosiere, ca fulgi din plastic de exemplu. Introducerea particulelor fine creează dificultăți operaționale atât pentru rolele de înaltă tensiune, cât și pentru separatoarele de plăci paralele. Amenda, particulele de joasa densitate sunt foarte sensibile la curenti de aer, mai ales în comparaţie cu minerale şi metale. Diferențele mici de curenţii de aer în interiorul dispozitivul de separare de impact calea de călătorie de particule fine, supunerea lor la forţe decât cele cauzate de câmpul electrostatic.
Pentru majoritatea sistemelor de separare plăci paralele, fin sol şi joasă densitate particule care plătesc electrostatic sunt colectate de pe electrozii de separatori plăci paralele. În cazul în care aceste particule fine electric ataşate nu sunt eliminate pe o bază constantă, intensitatea câmpului electric și eficiența dispozitivului degrada. Activitatea de cercetatorii de la The Food procesul Engineering grup Wageningen UR (Wang et al, 2015) a profitat de acest fenomen pentru a colecta mostre de pe suprafaţa de electrozi separatorului paralel placa pentru a analiza produse de separare. Sisteme de separare paralel placa, în special cele care se bazează pe gravitatea să transmită particule prin câmpul electric, au încercat să abordeze această problemă în mai multe moduri. Piatra et al (1988) a descris un proces în care au fost eliminate particule fine în amonte de separare electrostatica de aer elutriation. [10] Alţii au raportat menţine un flux laminar de aer care curge peste electrozi pentru a împiedica fiind influenţată de curentii de aer particule fine. [22Cu toate acestea, menţinerea fluxului de aer laminar devine o provocare ca dispozitivul de separare devine mai mare, limitarea în mod eficient capacitatea de procesare a acestor dispozitive. În cele din urmă dimensiunea particulelor din care sunt fizic separate de alte componente (prezent ca particule discrete), va fi driverul mai mari pentru a determina dimensiunea particulelor la prelucrare ce trebuie să apară.
Aşa cum am menţionat anterior, dispozitive de separare electrostatica convenţionale sunt limitate în capacitate de prelucrare, în special cu pulberi cu densitate scăzută și fin măcinate, cum ar fi materialele vegetale. Pentru dispozitive de separare a tamburului și curelei de înaltă tensiune, eficacitatea este limitată la particule care sunt relativ grosiere și/sau au o greutate specifică ridicată, ca urmare a necesităţii pentru toate particulele să contactaţi suprafaţa tamburului. Ca particule devin mai mici se reduce rata de prelucrare. Separatoare de plăci paralele în continuare sunt limitate de densitatea de particule care pot fi prelucrate în zona de electrod. Particule de încărcare trebuie să fie relativ scăzut pentru a preveni efectele de spaţiu de încărcare.
Echipament de ST & Separator de centura tehnologie
Aparatul de ST & Tehnologie (STET) separatorul de centură triboelectrostatic a demonstrat capacitatea de a procesa particule fine de 500 – 1 µm. STET separatorul este un separator paralel placa electrostatice, cu toate acestea, plăcile de electrod sunt orientate orizontal spre deosebire de vertical, cum este cazul în cele mai multe paralele placa separatoare. (A se vedea figura 6) În plus, separatorul STET realizează particule tribo de încărcare şi transport simultan de o centură de transportoare de mare viteză reţea deschisă. Această caracteristică permite atât o rată foarte mare specifice de prelucrare a hranei pentru animale, precum şi capacitatea de a procesa pulberi mult mai fin decât convenţionale aparate electrostatice. Acest tip de dispozitiv de separare a fost în operaţiune comercială din 1995 separarea nearse de carbon de la fly cenuşă minerale (tipic D50 aproximativ 20 µm) în centrale electrice pe cărbune. Acest dispozitiv de separare electrostatica, de asemenea, a avut succes la beneficiează altor materiale anorganice, inclusiv minerale cum ar fi carbonat de calciu, talc, baritina, şi altele.
Detalii fundamentale separatorului STET sunt ilustrate în figura 7. Particulele sunt percepute de efectul triboelectric prin coliziuni de particule a particulelor în decalajul dintre electrozii. Tensiunii aplicate între electrozii este intre ±4 si ±10 kV în raport cu solul, Oferind o diferenţă de tensiune totală de 8 – 20 kV peste un decalaj foarte înguste electrod de nominal 1.5 cm (0.6 inci). Particulele de hrana sunt introduse la separatorul STET la una din trei locatii (Feed porturi) prin intermediul unui Distribuitor aer sistem de diapozitive cu supape de poarta cuţit. Separatorul STET produce doar două produse, colectate de un flux de particule încărcate negativ pe electrodul încărcate pozitiv, şi un flux pozitiv de particule încărcate colectate pe electrodul negativ perceput. Produsele sunt transmis la pâlnii respective la fiecare capăt al STET separatorul de centură de separare şi transmis din separatorul de gravitate. Separatorul STET nu produce o uruială sau reciclare stream, Deşi mai multe configuraţii de pass pentru a îmbunătăţi produsul puritate şi/sau recuperare sunt posibile.
Figura 6: STET Triboelectric centura Separator
Particulele sunt transportate prin golul electrod (zona de separare) de o buclă continuă, deschis ochiurilor centurii. Centura operează la viteze mari, variabilă 4 pentru a 20 m/s (13 – 65 ft/s). Geometria centura serveşte pentru a matura particule fine de pe suprafaţa de electrozi, prevenirea acumularea de particule fine, care se degradează performanţă şi tensiune domeniul dispozitivelor de separare tradiţionale de cădere liberă paralel placă tip. în plus, centura generează o mare pur, zonă de mare turbulenţă între doi electrozi, promovarea tribo de tarifare. Călătorie contra curentului de centura separatorul permite aplicarea şi re-încărcare sau particule în separatorul, eliminând necesitatea pentru un sistem de pre-încărcare în amonte de STET separator.
Figura 7: Fundamentale de funcţionare a Separator de centura STET
STET separatorul este o rată ridicată de alimentare, sistem de prelucrare a dovedit comercial. Capacitatea maximă de prelucrare STET separatorul este cea mai mare parte o funcţie de Tariful pentru hrana volumetrice care pot fi transportate prin golul electrod STET separator de centura. Alte variabile, cum ar fi viteza de centura, distanța dintre electrozi şi densitatea gazoase de efectul de pulbere maximă hrana rata, de obicei într-o măsură mai mică. Pentru materiale de înaltă densitate relativ, de exemplu, cenuși zburătoare, rata maximă de prelucrare o 42 inch (106 cm) unitatea de separare comerciale electrod lăţimea este de aproximativ 40 – 45 Tone pe oră a hranei pentru animale. Pentru mai puţin densă materii prime, rata maximă de alimentare este inferioară.
Tabel 6: Aproximativ maxim feed rata pentru diverse materiale prelucrate cu STET 42 separare electrostatica inch.
Exploziile de praf sunt un pericol major în cereale şi alte organice pulbere prelucrărilor. STET separatorul este potrivit pentru pulberi organice combustibile cu doar modificări minore de prelucrare. Nu sunt nici încălzite suprafeţe în separatorul STET. Numai piesele mobile sunt separator centura şi unitate role. Role de rulmenți sunt situate în afara fluxul de praf pe coajă externe unităţii. Prin urmare, nu au un risc de supraîncălzire/scântei în fluxul de materiale. În plus, STET separator de rulmenţi sunt disponibile cu capacitatea de măsurare temperatură fabrica montate pentru a detecta poartă eşec bine înainte periculos de mare de temperaturi sunt atinse. Separator de centura şi şofer sistem prezintă nici un risc mai mare decat alte masini rotative conventionale. STET separator de înaltă tensiune componente sunt, de asemenea, situat în afara fluxul de materiale si conţinute în incinte praf-solid. Energia maxima de o scânteie peste golul separator este limitată de proiectare a componentelor de înaltă tensiune. Un nivel suplimentar de securitate pot fi introduse prin intermediul azot purjare.
Făină de grâu prin STET Separator
Făină integrală de grâu este derivat din hartie întregul bob de grâu (Bran, germeni, şi endospermul). Disponibile în comerţ, raft, făină integrală de grâu a fost achiziţionat pentru utilizarea ca material de analiză pentru a evalua capacitatea separatorului STET pentru a elimina fibroase tărâţe şi germeni de fracţiune amidonoase endosperma din făină de grâu. Proba de făină integrală de grâu a fost analizat de STET înainte de a începe testarea. Conținutul de cenușă a fost testată de ICC Standard 104 / 1 (900° C). Măsurători repetate cenuşă de aceeași probă, o probă de neseparat furajere, măsurată 10 ori, s-au dovedit a avea un conţinut de cenuşă de 1.61%, o deviaţie standard de 0.01 și o deviație standard relativă a 0.7%. Analiza de mărimea particulelor a fost completat de difracţie cu laser folosind un Malvern Mastersizer 3000 cu un aparat de uscat de dispersie. Proteine analiza a fost efectuate folosind metoda DUMAS, cu un N rapidă elementare să depășească analizor de azot/proteine. Un factor de conversie de N x 6.25 a fost folosit. Proprietăţi diferite de proba de făină integrală de grâu sunt rezumate mai jos. (A se vedea tabelul 7)
Tabel 7: Analiza de făină de grâu feed prin STET
Conținutul de cenușă și conținutul de proteine au fost găsite să fie foarte repetabile atunci când este testat în aceeași probă, dar variabilitatea semnificativă a fost identificat între mai multe de saci de făină de grâu, folosit ca probă pentru furaje. (A se vedea tabelul 8) Aceasta hrana proba variabilitate a dus la unele risipi în test de date.
Tabel 8: Analiza de separare de testare rezultate din făină integrală de grâu de STET
Separare electrostatica testarea probei de făină integrală de grâu a fost efectuat la Equipment ST & Tehnologie (STET) instalaţie pilot de plante în Needham, Massachusetts. Instalația pilot STET conţine două scară pilot STET separatoare împreună cu echipamentele auxiliare utilizate pentru a investiga separarea materiilor din surse de candidat. Scară pilot STET separatorii sunt aceeaşi lungime ca separator STET comerciale, la 30 picioare (9.1 metri) lung, cu toate acestea, instalaţie pilot separator electrod lăţimea este numai 6 inci (150 mm), sau o șeptime lăţimea mai mare separatorul STET comerciale la 42 inci (1070 mm) Electrod de lăţime. Capacitate alimentare separatorului STET este direct proporţională cu lăţimea de electrozi, prin urmare, Tariful pentru hrana separatorului pilot de plante este o șeptime furajere rata de unitatea de 42-inch largă comerciale separator. Rata maximă de alimentare cu făină integrală de grâu a fost 2.3 Tone pe oră, la scară pilot, care corespunde 16 Tone pe oră pentru 42 inch largă comerciale separatorul. În comparaţie cu scara la care majoritatea separare electrostatica studii au fost efectuate la data, STET separator de testare a fost efectuată într-un ritm considerabil mai mare pentru furaje. Testarea a fost efectuată în 10 kg (20 Liră) teste de lot, din considerente practice de furnizare 2.3 Tone pe oră de flux continuu. Pentru fiecare lot de testare condiţie, produse de detasare au fost cântărite pentru a calcula masa de recuperare. Subeșantioane la fiecare test au fost colectate și analizate pentru conținutul de cenușă și conținutul de proteine.
Figura 8: STET Pilot Separator de plante.
Particule dimensiunea măsurarea feed de făină integrală de grâu și a produs două probe este prezentat mai jos în figura 9.
Figura 9: Măsurarea dimensiunea particulelor făină integrală de grâu feed, şi cele două separat eşantioane de produs.
O imagine de produse recuperate de separare este inclus mai jos. (A se vedea figura 10) O schimbare de culoare vizibile a fost observată în timpul separării, care fractiune de conținut produs cenuşă ridicat considerabil mai întunecat decât proba de faina de grau pentru furaje.
Figura 10: Produse tipice recuperate din procesul de separare STET.
Conținutul de cenușă pentru toate produsele din procesul de separare a fost măsurată. (A se vedea figura 11)
Figura 11: Cenuşă conţinut faţă de masă de recuperare a scăzut de cenuşă produs pentru separarea de făină integrală de grâu teste scrise de STET
Testarea separatorului electrostatic STET cu făină integrală de grâu demonstrat mişcare semnificativă de cenuşă ridicat (Bran) fracţiune din nucleul de grâu pentru electrodul pozitiv. Produs redus de cenuşă a fost colectate ulterior pe electrodul negativ. Testarea a fost efectuată o singură trecere schema, cu toate acestea, este posibil să se efectueze în continuare modernizarea unuia dintre produsele de separare prin efectuarea într-o fază de separare. Viitorul testarea cu STET separator vor fi efectuate pe mostre de tărâţe de grâu, precum si faina de porumb si legume cum ar fi Lupin.
Concluzii
Analiza literaturii relevante indică faptul că semnificativă de cercetare a fost întreprinse pentru a dezvolta tehnici de separare electrostatica pentru materiale organice. Această dezvoltare a continuat sau chiar accelerată în trecut 10 – 20 ani, cu mulţi cercetători în Europa şi Statele Unite ale Americii aplicarea tehnicilor de separare electrostatica pentru o varietate de provocări beneficiation. La această cercetare, este evident că metodele electrostatice au potenţialul de a genera noi, mai mare valoare a produselor vegetale, sau oferă o alternativă pentru a uda metodele de prelucrare. Deşi încurajarea separaţii de grâu, porumb şi materiale pe bază de lupin de plante au fost demonstrate în laborator şi în unele cazuri scară pilot, sisteme electrostatic folosite pentru a demonstra aceste rezultate nu pot fi cele mai potrivite sau cost-eficiente echipamente de prelucrare pentru a efectua astfel de separări pe bază comercială. Multe tehnologii electrostatic nu sunt potrivite pentru procesul fin măcinate, pulberi de joasa densitate, cum ar fi materiilor vegetale. Cu toate acestea, Aparatul de ST & Tehnologie (STET) separatorul de centură triboelectrostatic a demonstrat capacitatea de a procesa particule fine de 500 – 1 µm la rate ridicate. STET centura separatorul este o rată ridicată, dispozitiv de prelucrare industrial dovedite, care pot fi potrivite pentru a comercializa recentele evoluţii din prelucrarea materialelor de plante. Separator de centura STET a fost testat pe un eşantion de făină de grâu şi a fost găsit pentru a avea succes în eliminarea bran la fractiune de amidon. Viitorul testarea cu STET separator vor fi efectuate pe mostre de tărâţe de grâu, precum ca porumb, făină şi impulsuri, cum ar fi soia şi lupin.
Referințe
[1] T. B. Osborne, “Purificator de uruială”. Statele Unite ale Americii de brevete 224,719, 17 Februarie 1880.
[2] H. Manouchehri, K. Gicu Rao şi K. Forsberg, “Revizuire a metodelor de separare electrică – Parte 1: Aspecte fundamentale,” Minerale & Prelucrării metalurgice, Vol.. 17, nu. 1, PP. 23-36, 2000.
[3] J. Bătrân şi E. Yan, “eForce – Mai noua generatie de separare electrostatica pentru industria de Nisipurile minerale,” în Conferinţa de minerale grele, Johannesburg, 2003.
[4] RADU. H. Perry şi D. W. Verde, Perry pe ingineri’ Manualul a şaptea ediţie, New York: McGraw-Hill, 1997.
[5] SANDU. Messal, RADU. Corondan, Am. Chetan, RADU. Ouiddir, K. Medles şi L. Dăscălescu, “Separator electrostatică pentru micronizat amestecuri de metale şi materiale plastice provenite din deşeuri de echipamente electrice şi electronice,” Revista de fizica, Vol.. 646, PP. 1-4, 2015.
[6] T. SANDU. Mylena, RADU. Srinivasan şi C. P. Thompson, “Fibra de separare pentru faina de porumb solului folosind o metodă electrostatice,”Cereale chimie, Vol.. 90, nu. 6, PP. 535-539, 2013.
[7] L. Branduri, P. M. Beier, şi am. Stahl, Separare electrostatica, Weinheim: Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.
[8] Y. Hemery, X. Rouau, V. Lullien-Pellerin, C. Barron şi J. Abecassis, “Procesul uscate a dezvolta fracţii de grâu şi produse cu calitatea nutriţională sporită,” Revista de ştiinţă de cereale, nu. 46, PP. 327-347, 2007.
[9] W. ADRIAN. Brastad şi E. C. Uneltele, “Metoda si aparat pentru separare electrostatica”. Statele Unite ale Americii de brevete 2,848,108, 19 August 1958.
[10] B. ADRIAN. Piatră şi J. Minifie, “Recuperare de Aleurone celule din tărâţe de grâu”. Statele Unite ale Americii de brevete 4,746,073,24 Poate 1988.
[11] ADRIAN. Bohm şi A. Kratzer, “Metodă pentru izolarea Aleurone particule”. Statele Unite ale Americii de brevete 7,431,228, 7 Octombrie 2008.
[12] J. ADRIAN. Delcour, X. Rouau, C. M. Courtin, K. Poutanen şi R. Ranieri, “Tehnologii pentru exploatarea îmbunătăţită de promovare a sánátátii potenţialul de cereale,” Tendinţe în Food Science & Tehnologie, PP. 1-9, 2012.
[13] L. Dăscălescu, C. Drăgan, M. Bilici, RADU. Beleca, Y. Hemery si X. Rouau, “Baza electrostatică pentru separarea de ţesuturi de tărâţe de grâu,” IEEE tranzacţii privind cererile de industrie, Vol.. 46, nu. 2, PP. 659-665, 2010.
[14] Y. Hemery, X. Rouau, C. Drăgan, RADU. Bilici şi L. Dăscălescu, “Proprietăţi electrostatice de tărâţe de grâu şi straturile sale constitutive: Influenţa dimensiunea particulelor, compozitie, şi conţinutul de umiditate,” Jurnal de inginerie alimentară, nu. 93, PP. 114-124, 2009.
[15] Y. Hemery, M. Chaurand, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, V. Piironen, ADRIAN. Sadoudi si X. Rouau, “Potenţialul de fracționare uscat de tărâţe de grâu de dezvoltare a ingredientelor alimentare, partea I: Influenţa de măcinare Ultra-fin,” Revista de ştiinţă de cereale, nu. 53, PP. 1-8, 2011.
[16] Y. Hemery, U. Holopainen, A.-M. Lampi, P. Lehtinen, T. Nurmi, V. Piironen, M. Edlemann si X. Rouau, “Potenţialul de fracționare uscat de tărâţe de grâu de dezvoltare a ingredientelor alimentare, partea II: Separarea electrostatice de particule,” Revista de ştiinţă de cereale, nu. 53, PP. 9-18, 2011.
[17] J. Wang, E. Smits, RADU. M. Boom-ul, și M. ADRIAN. Schutyser, “Arabinoxilanii concentrate din tarate de grau de separare electrostatica,” Jurnal de inginerie alimentară, nu. 155, PP. 29-36, 2015.
[18] P. J. Pelgrom, J. Wang, RADU. M. Boom-ul, și M. ADRIAN. Schutyser, “Pre- şi post-tratament îmbunătăţi îmbogăţirea proteine din clasificarea frezare şi aer de legume,” Jurnal de inginerie alimentară, nu. 155, PP. 53-61, 2015.
[19] D. Chereau, P. Videcoq, C. Ruffieux, L. Pichon, J.-C. Motte, SANDU. Belaid, J. Ventureira si la M. Lopez, “Combinaţia tehnologiilor existente şi alternative pentru a promova oleaginoase si leguminoase proteinele din alimente aplicaţii,” Plante oleaginoase & grăsimi culturi şi lipide, Vol.. 23, nu. 4, PP. 1-11, 2016.
[20] ADRIAN. Lepadatu, F. Jerome şi X. Rouau, “O platformă uscat pentru separarea proteinelor de biomasă care conţin
Polizaharide, Lignină, şi polifenoli,” ChemSusChem, Vol.. 8, PP. 1161-1166, 2015.
[21] C. Basset, SANDU. Kedidi şi A. Lepadatu, “Chimice- şi solvenţi Mechanophysical fracţionare a biomasei induse de încărcare electrostatică Tribo: Separarea proteinelor şi ligninei,” ACS chimie durabilă & Inginerie, Vol.. 4, PP. 4166-4173, 2016.
[22] J. M. Stencel, J. L. Schaefer, H. Ban, şi J. K. Neathery, “Aparat si metoda pentru separarea Triboelectrostatic”.Statele Unite ale Americii de brevete 5,938,041, 17 August 1999.
