Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

שיטה לייצר כדוריות עמידה צריכת אנרגיה נמוכה יותר שימוש סטובר תירס לחות גבוהה קלסר עמילן תירס בטחנת גלולת Die שטוחה

Published: June 15, 2016 doi: 10.3791/54092
Automatic Translation
1, 1, 1
1Biofuels and Renewable Energy Technology Department, Idaho National Laboratory

Summary

במחקר זה, פותח פרוטוקול לייצר כדוריות באיכות טובות באמצעות טחנה גלולה למות שטוחת סטובר תירס עתירה לח בדיקות צריכת אנרגיה ספציפית מופחתות קלסר מבוסס עמילן. התוצאות הצביעו על כך הוספת קלסר עמילן תירס שפרה את העמידות הגלולה, מופחת קנסות אחוזים והירידה בצריכת אנרגיה ספציפית.

Abstract

אחד האתגרים הגדולים ביותר לייצור בריקטי היא העלות הגבוהה קשורה ייבוש ביומאסה 30 ל -10% (WB) תכולת הלחות. בשעה איידהו National Laboratory, תהליך pelleting גבוהה לחות פותחה כדי להפחית את העלות ייבוש. בתהליך זה את כדורי ביומסה מיוצרים תוכן לחות זינה גבוהה יותר מאשר בשיטות מקובלות, ואת כדורי לחות הגבוהה המיוצרים מיובשים נוסף מייבשים חסכוניים באנרגיה. תהליך זה מסייע להפחית את תכולת לחות זינה בכ 5-10% במהלך pelleting, אשר נובע בעיקר חום חיכוך שפותח למות. מטרת המחקר הנוכחי הייתה לחקור כיצד בנוסף קלסר משפיע על צריכת האיכות ואנרגיה הגלולות של תהליך pelleting גבוהה לחות בטחנה גלולה למות שטוח. במחקר הנוכחי, Stover תירס גלם היה pelleted ב לחות של 33, 36, ו -39% (WB) על ידי תוספת של 0, 2, ו -4% עמילן תירס טהור. הכדורים המיובשים חלקית מיוצרים יובשו נוסף באלתנור aboratory ב 70 מעלות צלזיוס למשך 3-4 שעות כדי להפחית את הלחות הגלולה פחות מ -9% (WB). הלחות הגבוהה כדורי יבשים הוערכו על התכונות הפיזיות שלהם, כגון צפיפות ועמידות בתפזורת. התוצאות הצביעו על כך להגדיל את אחוז קלסר ל -4% עמידות גלולה משופרת והקטין את צריכת האנרגיה הספציפית על ידי 20-40% לעומת כדורים ללא קלסר. בשעה בנוסף קלסר גבוה (4%), הפחתת לחות זינה במהלך pelleting היה <4%, ואילו הירידה הייתה כ 7-8% ללא קלסר. עם 4% קלסר ו -33% (WB) תכולת לחות זינה, ערכי הצפיפות ועמידות בתפזורת הנצפה של הכדורים המיובשים היו> 510 קילו / מ '3 ו> 98%, בהתאמה, ואת האחוז חלקיקים הקטנים שנוצרו הופחת ל <3 %.

Introduction

ביומסה היא אחד המשאבים האנרגיה הגדולות בעולם והיא נחשבת פחמן ניטרלי 1. צפיפות מרחבית של ביומסה החקלאית baled וטחון והסדוק ביומסה וודי היא נמוכה. צפיפות בצובר נמוכה של ביומסה baled (130-160 ק"ג / מ 3), ביומסה הקרקע (60-80 ק"ג / מ 3) וסדוק ביומסה וודי (200-250 ק"ג / מ 3) ליצור אחסנה, הובלה, ונושאים טיפול 2, 3. Densifying או דחיסת ביומסה הקרקע באמצעות לחץ וטמפרטורה מגדילה את צפיפות בצובר בכ -5 עד 7 פעמים, ומסייע להתגבר על המגבלות תחבורה ואחסנה 4. טחנות גלולות, בתים לבנייה, ו extruders בורג הן מערכות ציפוף משמשות בדרך כלל את ביומסה 4. ניתוח מרחק תחבורת Breakeven על חומרי גלם ביומסה baled ו pelleted ציין כי כדורים יכולים להיות מועברים 1.6 פעמים רחוקות יותר מאשר חבילות באמצעות משאית תמורת אותו המחיר 5. אפי התחבורהciencies של כדורים להגדיל עם מצבים אחרים של תחבורה כגון רכבות, שכן הוא מוגבל נפח לעומת משאיות שמוגבלות על ידי משקל. נכון לעכשיו, באירופה את הכדורים המופקים ביומסה וודי נמצאים בשימוש נרחב עבור דור ביו-כוח. קנדה וארצות הברית הם מפיקים הספקים העיקריים של כדורי עץ לאירופה 6. פלטות המופק הוא וודי ביומסה העשבונית יכולות לשמש הן תרמתי (cofiring, גיזוז, ו פירוליזה) והמרת ביוכימיים (אתנול) יישומים 7-9.

האיכויות של כדוריות (הצפיפות ועמידות) וצריכת אנרגיה ספציפית של תהליך pelleting תלויות משתנה בתהליך הטחנה הגלולה, כגון קוטר למות, למות מהירות אורך היחס בקוטר של משתנה למות זינה, כגון תכולת לחות זינה ורכב 4. השפעה בשני המשתנים תהליך טחנת גלולה ומשתנים זינהאיכות כדורי האנרגיה הספציפית המשמשת בתהליך. הממדים למות (כלומר, אורך יחס קוטר) ישפיעו על לחץ הדחיסה שחול, ואת מהירות הסיבוב למות שולטת בזמן מגוריו של החומר בתוך הקובייה. תכולת לחות הוא משתנה זינה אשר ממלא תפקיד חשוב על ידי אינטראקציה עם רכיבי הרכב ביומסה (כלומר, חלבון, עמילן, ליגנין) בשל טמפרטורה ולחץ גבוהות נתקלה למות. הנוכחות של לחות מגבירה את הכוחות ואן דר ואלס, ובכך להגדיל את המשיכה בין החלקיקים ביומסה 10. באופן כללי, לחות גבוהה ההשפעות ביומסה הצפיפות בצובר של המוצר הדחוס עקב התרחבות גמורה ו לרוחב עם יציאתו הטחנה הגלולה או לחץ לבנייה למות 10. רכב ביומסה, כגון עמילן, חלבון, ליגנין, ופחמימות מסיסים במים אחרות, משפיע על ההתנהגות מחייבת כאשר נתון להפעיל לחצים עלטמפרטורת nd בציוד ציפוף 11. חלק מן התגובות בהרכב המשותפות שמושפעות לחות זינה, טמפרטורה למות, ולחץ הוא עמילן gelatinization, denaturation חלבון, ואת מעבר זכוכית ליגנין. באופן כללי, בטמפרטורות של C ° 100 או יותר תכולה לחות זינה של יותר מ -30%, עמילן שבעדכון מזון מן החי מקבל gelatinized והשפעות נכסים רקמו כמו קשיות 12. בדרך כלל, את התגובות עמילן הם gelatinization, הדבקה, ואת retrogradation. בין התגובות האלה, gelatinization יש את ההשפעה הגדולה ביותר על נכסים גלולים 13. עמילן הוא לעתים קרובות שנכלל מזון יישומים שאינם מזון כמו בקלסר. לדוגמא, ב עמילן ניסוח לוח התרופות משמש כחומר מילוי 4,14. חלבון ביומסה עובר denaturation וצורות אג"ח מורכבים בשל הטמפרטורה והלחץ הגבוה שחוותה בתהליך ציפוף 11. באופן כללי, גבוהטעינות של החלבון ביומסה תגרומנה 15,16 גלולה עמידה יותר. לדוגמא, אספסת, שיש בה כמות גבוהה של חלבון, גורם כדורי עמיד לחות זינה גבוהה. השומן ביומסה מפחית את כוחות החיכוך ואת האנרגיה שחול במהלך pelleting או לבנית 11,17. ביומסה lignocellulosic, בנוכחות ליגנין בתוך חומר צמחי עוזרת ליצירת כדורים מבלי להוסיף קלסרים 18. יש וודי ביומסה תוכן ליגנין גבוה (29-33%) בהשוואה ביומסה עשבוני, אשר בדרך כלל מורכב של 4,19 ליגנין 12-16%. בשעת תוכן לחות זינה הנמוכה של כ 10-12% (WB), טמפרטורת מעבר זכוכית של ליגנין גדול מ -140 מעלות צלזיוס 20; ואילו, הגדלת תכולת הלחות מפחיתה את מעבר זכוכית הטמפרטורה 21. לדברי Lehtikangas 22, מעבר טמפרטורת כוס ליגנין ב 8-15% (WB) תכולת לחות היא כ 100-135 מעלות צלזיוס, but הגדלת תכולת הלחות כדי> 25% (WB) מפחית את מעבר זכוכית הטמפרטורה ל <90 ° C.

ביומסה עשבוני זמין בכתובת תכולה לחות גבוהה תלויים בזמן שיטת וקציר קציר. במקרה של שיטת קצירה יחידה להעביר את החומר שנקטף יהיה תכול לחות> 30% (WB) 23. ביומסה בדרך כלל הוא מיובשת לתוכן לחות 10% (WB) על סף הצלחה יציבה אירובי ולמנוע איבוד חומר יבש במהלך האחסון. Et למרס al. 24 הצביע על כך כדי ביומסה preprocess בבית תכולת לחות 30% מהעלות הכוללת היא השחיקה (שלבים 1 ו -2) וייבוש הוא כ 43.60 $ / טון יבש, וכ 15.00 $ / טון יבש היא רק לייבוש ביומסה. ייבוש ביומסה לוקח בערך 65% מאנרגית העיבוד המקדים המוחלטת, pelleting לוקח בערך 8-9% 24. Et יאנסי al. 25 יש לאמת את עובדת הייבוש הוא צרכן האנרגיה הגדול ביומסה preprocessing. נתוני הניסוי וניתוח כלכלי-טכנו ציינו כי ניהול לחות יעיל הוא קריטי לצמצום עלויות העיבוד המקדים ביומסה. אחת הדרכים להקטין את עלות ייבוש ולנהל את הלחות זינה בצורה יעילה יותר היא להשתמש בתהליך pelleting גבוהה לחות בשילוב עם שיטת ייבוש בטמפרטורה נמוכה. בתהליך pelleting הגבוהה הלחות שפותח במעבדה הלאומית איידהו, ביומסה היא pelleted על תכנים לחים יותר מ -28% (WB); את כדורי מיוצר מיובשים חלקית, אשר עדיין גבוהים לחות, יכולים להיות מיובשים ומייבשים חסכוניים באנרגיה, כגון מכונה לייבוש חיטה או חגורה 21. אחד יתרונות גדולים של pelleting גבוהה לחות הוא שזה עוזר להפחית את עלות הייבוש, שבתורה גוררת בעלויות ייצור גלול הכוללות מופחתות. ניתוח טכנו-כלכלי עולה כי עלויות האנרגיה וייצור מופחתים בכ 40-50% באמצעות תהליך pelleting גבוהה לחות לעומת 24,26 שיטת pelleting קונבנציונאלי. majאו הסיבה עלות גלולה ייצור מופחת בשל החלפת מייבש סיבובית הפועלת בטמפרטורה גבוהה של 160 עד 180 מעלות צלזיוס עם מייבשי חיטה הפועלת בטמפרטורה נמוכה של כ -80 מעלות צלזיוס או פחות 21. היתרונות האחרים של החלפת מייבש סיבובי עם חגורה או מייבשי חיטה הם: 1) התייעלות, 2) מופחת שריפה, 3) לא צריך חום באיכות גבוהה, 4) מופחת תרכובת אורגנית נדיפות (VOC) פליטות, 5) מופחתות פליטת חלקיקים, ו -6) לא מצבר חימר גבוה או ביומסה דביק 27. צעד מיזוג קיטור עתיר אנרגית pelleting הקונבנציונלי, משמש בדרך כלל כדי להוסיף לחות ולהפעיל חלק מהרכיבים ביומסה, מוחלף צעד preheating קצר. פעולה זו מסייעת להפחית את תכולת לחות זינה וכן להפעיל רכיבים ביומסה כמו ליגנין. חום החיכוך שהתפתח למות הגלולה גם עוזר להפחית את תכולת לחות זינה בכ 5-8% (WB) 21,28. ב-מ 'גבוהתהליך pelleting oisture, טחנת גלולה לא רק דוחס את ביומסה, אלא גם מסייעת להפחית את תכולת הלחות במהלך הדחיסה שחול. חוקרים רבים עשו ניסויים על pelleting של ביומסה גלם pretreated הכימי על מגוון רחב של תוכן לחות (7-45%, WB) באמצעות יחיד, מעבדה, טבעת פיילוט בהיקף למות ומערכות pelleting רציפות מסחריות 10,25,29-40, (פייס, ד 2015. Pelleting התפוצצות סיבים פסולת מוצקה עירונית אמוניה (AFEX) pretreated Stover תירס בטחנת גלולה למות טבעת פיילוט בהיקף. Biofuels המחלקה, מהנדס ראשי, מתקן למשתמש הלאומי ביומסה, המעבדה הלאומית איידהו (נתונים שלא פורסמו)) . חוקרים מותאמים תוכן זינת הלחות של ביומסה לרמות רצויות שונות כדי להבין את ההשפעה של תכולת לחות על תכונות איכות של הכדורים.

תכונות איכות גלולות, צפיפות ועמידות בתפזורת, הם מפרטים נורמטיביים על פי בארה"במכון דלק גלול מבוסס (PFI). עם זאת, על פי הוועדה האירופית לתקינה (CEN) עמידות היא צפיפות נורמטיבית וצובר הוא מפרט אינפורמטיבי 41. פלטות עם ערכים עמידים> 96.5% וצפיפות בתפזורת> 640 קילו / מ '3 מיועדי כדורי סופר פרימיום על בסיס סטנדרטי PFI, ואילו כדורים עם ערכים עמידים> 97.5% מיועדים כדוריים עם הציון הגבוה ביותר. שני סטנדרטי CEN ו- PFI ממליצים כדוריים עם קטרים ​​שונים. לדוגמא, PFI ממליצה בקוטר בטווח של 6.35-7.25 מ"מ, ואילו CEN ממליצה בקוטר החל 6-25 מ"מ ובאורך גלול פחות או שווה ל 4 פעמים הקוטר 41. קטן הכדוריים בקוטר (6 מ"מ) עדיפים להובלה למרחקים ארוכים בהתחשב יש להם צפיפות אריזה גבוהה 28. עבור תהליכי pelleting קונבנציונליים, מומלץ עד גלולה ביומסה על תכני לחות נמוכים לפגוש מפרט צפיפות אלה דesirable להובלת כדורי מרחקים ארוכים 41. שני CEN ו- PFI ציונים גלולה נוספת 41. Tumuluru 28 ו Tumuluru ו -40 קונר עולים כי תהליכי pelleting לחות גבוהה שפותחו עזרת המעבדה הלאומית איידהו לייצר סטובר תירס כדורי עץ עם תכונות איכות שונות (צפיפות ועמידות בתפזורת) וצריכת אנרגיה ספציפית מה שהופך אותם למתאימים לתרחישי תחבורה ולוגיסטיקה שונים.

רוב המחקרים pelleting על ביומסה נעשו באמצעות מערכת pelleting יחיד. Pelleting נתונים על ביומסה באמצעות מערכת רציפה בקנה מידה מעבדתי מוגבל. מחקרים על מערכות pelleting רציפות יהיו שימושיים כדי להבין את ההשפעה של משתני תהליך pelleting כמו מהירות סיבוב למות, אורך יחס בקוטר למות קוטר על תכונות האיכות וצריכת אנרגיה ספציפית. נתוני pelleting על המערכות הרציפות ניתן להשתמש כדי להמשיך SCצודק את תהליך טייס ומערכות בקנה מידה מסחריות. באופן כללי, טחנה גלולה למות שטוח משמשת לביצוע מחקרי pelleting על וודי ביומסה העשבונית במעבדה 4. עיקרון העבודה של קובייה השטוחה בקנה המידה מעבדתי, טייס, וטחנות גלולות למות טבעת בקנה מידה המסחרית דומה. כל טחנות הגלולות אלה יש קוביית פלדה קשה מחוררת עם שניים או שלושה גלילים. על ידי החלפה של למות, הגלילים להפעיל כוח על הזינה ולאלץ אותו דרך הנקבים של הקובייה כדי ליצור כדורי densified 4.

המחקרים הקודמים שלנו על pelleting גבוהה הלחות של Stover התירס ב תכול לחות זינה של 28-38% (WB) ללא כל תוספת קלסר הביאו ערכים עמידים נמוכים יותר תכול לחות זינה גבוהה 21,28. שיפור העמידות של כדורי לחות גבוהים לאחר קירור וייבוש חשוב כמו זה עוזר למנוע את התפוררותה של הכדוריות (איבוד האיכות גלולה) במהלך טיפול, STOזעם ותחבורה. ההתפוררות כדורית בדרך כלל תוצאות בדור קנסות אובדן ההכנסות עבור המפיקים הגלולים. קלסרים משמשים בדרך כלל בתהליך pelleting כדי לשפר את איכות גלולה, במיוחד עמידות, וכדי להקטין את צריכת האנרגיה הספציפית. נפוץ קלסרים טבעי המשמשים בתהליך pelleting הם חלבונים ועמילן 4,28. עמילן עובר gelatinization, ואילו חלבון עובר denaturation בנוכחות חום, לחות, ולחצים. שתי התגובות האלה לגרום יותר כדוריים מחייבות ויותר עמידים צריכת אנרגיה נמוכה יותר. המטרה הכללית של המחקר הייתה לפתח ולהפגין תהליך pelleting גבוהה לחות תוך שימוש Stover תירס בתוספת קלסר לייצר כדוריות באיכות טובות מבחינת עמידות ירוקה (לאחר הקירור) ועמידות נרפאה (לאחר ייבוש) במחיר נמוך יותר צריכת אנרגיה ספציפית. המטרות הספציפיות המחקר היו 1) לנהל pelleting גבוהה לחות של התירס stלעבר תוכן לחות זינה שונה (33, 36, ו -39%, WB) ותכני קלסר עמילן (0, 2, ו -4%), 2) להעריך את התכונות הפיסיקליות (תכולת לחות גלולה, בקוטר גלול, יחס רחב, צפיפות בצובר עמידות (ירוק ועמידות נרפא), ו -3) להעריך את צריכת האנרגיה הספציפית של תהליך pelleting.

Protocol

הערה: חבילות סטובר תירס נרכשו בצורת חבילות מחוות חקלאיות באיווה, ארה"ב. חבילות הרכש היו טחונות ברצף בשני שלבים. בשלב 1, חבילות Stover התירס היו לקרקע באמצעות מטחנה מצוידת במסך 50.8 מ"מ. בשלב 2, חומר קרקע משלב 1 היה טעם נוסף באמצעות טחנת פטיש בליס מצוידת במסך 4.8 מ"מ. החומר נבדק על תכולת לחות וצפיפות בתפזורת ומאוחסן במכל אוויר חזק לבדיקות pelleting נוספות. עמילן תירס טהור היה רכש מתוך שוק מקומי נמדד עבור תכולת הלחות וצפיפות בתפזורת. תכולת הלחות וצפיפות בתפזורת של Stover תירס הקרקע קלסר עמילן תירס מקבלים טבלה 1.

שולחן 1
לחות בטבלה 1. תוכן וצפיפותו Stover תירס הקרקע קלסר עמילן תירס.

1. גלולת מיל </ P>

  1. השתמש טחנת גלולה למות שטוח בקנה מידה מעבדה מצוידת עם מנוע 10 HP לביצוע בדיקות pelleting (איור 1) 21,28,38.

איור 1
איור 1. סכמטי של טחנת גלולה למות שטוח בקנה מידה מעבדתי במעבדה הלאומית איידהו (עיבוד Tumuluru 21). טחנת גלולה למות שטוח שימש לנהל את הבדיקות pelleting Stover תירס לחות גבוהה עם ובלי קלסר בנוסף. אנא לחץ כאן לצפייה גרסה גדולה יותר של דמות זו.

  1. מניחים סרט חימום גמיש על פני השטח של מזין הופר ובורג ואז לבודד אותם עם צמר זכוכית כדי למנוע איבוד חום. חבר את הקלטת חימום בקר טמפרטורה מחממת ביומסה הטמפרטורה רצויה צלצלדואר של C ° 30-130.
  2. לצייד את טחנת גלולה עם הכונן משתנה בתדירות (VFD). חבר את VFD של טחנת הגלולה אל מנוע טחנת גלולה. בקר מנוע המזין הוא בקר מנוע זרם ישר לגוון את קצב האכילה כדי טחנת גלולה.
  3. חבר מד כוח של מנוע הטחנה גלול להקליט את צריכת החשמל. לבחור באופן ידני גלולה למות עם פתח 8 מ"מ קוטר ובאורך לקוטר (L / D) יחס של 2.6.
  4. הוספה קרירה גלולה אופקית לטחנה הגלולה כדי לקרר את הכדורים החמים היוצאים של הקובייה הגלולה. חבר את המצנן למערכת פליטה להסתובב אוויר צח.

2. הכנת חומרי גלם

  1. קח 2-3 קילו של קרקע Stover תירס באמצעות מסך 4.8 מ"מ. מדוד את תכולת לחות התירס סטובר (ראה שלב 4.1) ו צפיפות בצובר (ראה שלב 4.3) (ראה טבלה 2).
  2. מדידת תכולת לחות (ראה שלב 4.1) ו צפיפות בצובר (ראה שלב 4.3) של קלסר תירס עמילן טהור (100%)רכש מן השוק המקומי.
  3. הוספת קלסר עמילן תירס כדי Stover תירס הקרקע (ראה טבלה 2 לתוספת קלסר%)
  4. לחשב את כמות המים שיש להוסיף כדי להתאים את רמות הלחות של Stover תירס האדמה ומערבבים קלסר עמילן תירס ל -33, 36, ו -39% (WB) באמצעות משוואה 1.
    משוואה 1 = משוואה 2 (1)
    הערה: במשוואה 1, W w הוא משקל של מים (ז), W s הוא משקל של מדגם ביומסה (ז), מ 'ו: תוכן אחוזי הלחות סופי של המדגם (WB), ו- m i: אחוז הלחות הראשונית תוכן המדגם (% WB).
  5. מוסיפים את המים מחושב לתערובת קלסר תירס סטובר / תירס עמילן ולמזג אותו בבלנדר סרט בקנה מידה מעבדתי.
  6. אחסן את תערובת עמילן סטובר / תירס תירס מותאם לחות במיכל אטום ומניחים אותו במקרר שקיעה ב-4-5 ° C כדי לאפשר לחות לאזן.

3. תהליך הגבוה לחות Pelleting

  1. קח את תערובת עמילן תירס סטובר / תירס מהמקרר ולהשאיר אותה בטמפרטורת החדר למשך כ 1-2 שעות כדי להביא אותו לטמפרטורת החדר.
  2. טען את החומר לתוך הופר ההזנה של טחנת הגלולה. הפעל את טחנת גלולה ב 60 הרץ (380 סל"ד) למות במהירות.
  3. להאכיל את טחנת הגלולה באופן אחיד על ידי התאמת קצב האכילה של הטחנה הגלולה לייצר כדוריות במצב מצב יציב. מצנן את הכדורים בחדר הקירור הגלול האופקי.
  4. קנסות נפרדים שנוצרו בתהליך pelleting באמצעות מסך 6.3 מ"מ.
    הערה: למדוד את תכולת הלחות ועמידות של הכדורים לאחר קירור 21.
  5. לייבש את הכדורים גבוהה לחות המקוררת בתנור מעבדה ב 70 מעלות צלזיוס למשך 3-4 שעות כדי להפחית את תכולת הלחות הסופית של הכדורים פחות מ -9% (WB).
    הערה: למדוד את תכולת הלחות הגלולה, צפיפות בצובר, ואת הדורהbility של הכדורים המיובשים 21.
  6. התחבר נתוני הכח לתוך מחשב בזמן תהליך pelleting.
    הערה: ראה טבלה 2 תנאי מבחן pelleting ואיור 2 כדורים מיוצרים ב 33, 36 ו -39% לחות ו -4% בנוסף קלסר עמילן תירס.

שולחן 1
טבלת 2. תנאי בדיקה ניסוייים השתמשו במחקר הנוכחי.

איור 2
איור 2. תצלום של כדורי Stover התירס מיוצרים עם 4% קלסר עמילן תירס על תכנים לחים זינה שונות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

4. גלולהנכסי צריכת אנרגיה סגולית

הערה: תקני ASABE 42 שימשו למדידת תכולת לחות, צפיפות, עמידות אחוז קנסות של חומרי גלם pelleted.

  1. מניחים על 25-50 גרם של דגימות הקרקע Stover תירס pelleted במעבדה להגדיר בתנור ב 105 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות. לשקול המדגם לפני ואחרי הייבוש. חשב את תכולת הלחות באמצעות משוואת 2. לבצע את הניסויים בשלושה עותקים.
    משוואה 3 (2)
  2. קח גלולה אחת וחלק שני הקצוות עם חצץ השירות בד. מדוד את הקוטר גלולה באמצעות מחוגה Vernier. חשבתי את יחס ההרחבה הגלולה באמצעות משוואה 3 28. מדוד את הקוטר של העשרה הכדורים.
    יחס הרחבה = משוואה 4 (3)
    הערה: במשוואה 3, D הוא הקוטר של extruded הגלולה (מ"מ) d הוא בקוטר של הקובייה (מ"מ).
  3. השתמש גליל זכוכית plexi עם גובה של 155 מ"מ ו בקוטר של 120 מ"מ. יוצק את הכדורים לתוך הצילינדר עד גדותיו ואת רמת המשטח העליון עם קצה ישר. לשקול את הגליל עם החומר. מחלקים את המשקל של גליל על ההיקף הכולל של הצילינדר לחשב צפיפות בצובר. חזור על הניסוי שלוש פעמים.
  4. יד מסננת את החומר pelleted באמצעות מסך 6.3 מ"מ. לשקול את החומר שחלף מבעד למסך. חשב את קנסות אחוזים בעזרת משוואה 4.
    = קנסות אחוז משוואה 5 × 100 (4)
  5. מניח כ 500 גרם של הכדורים ללא קנסות לתוך כל תא של בוחן העמידות הגלולה. נפילה את הכדורים ב 50 rev / min למשך 10 דקות. מסנן את החומר הסתורה באמצעות מסך 6.3 מ"מ. השתמש במשוואה 5 לחשב את עמידות האחוז הכדורי.
    עמידות =tp_upload / 54,092 / 54092eq6.jpg "/> × 100 (5)
    הערה: עמידות ירוקה היא העמידות של הכדורים נמדדו לאחר הקירור, ועמידות נרפאת היא העמידות שלהם נמדדה לאחר ייבוש את הכדורים ב 70 מעלות צלזיוס במשך 3 שעות.
  6. התחבר צריכת חשמל הטחנה הגלולה באמצעות תוכנת רישום נתונים. רשום את שום כוח עומס (כ"ס) הנתונים של טחנת הגלולה ידי הפעלת טחנת הגלולה ריקה במהירות למות 60-רץ. השתמש במשוואה 6 כדי לחשב את צריכת האנרגיה הספציפית (SEC).
    משוואה 7 (6)

Representative Results

תוכן לחות הגלולה

תכולת הלחות של ביומסה הופחתה בכ 5-8% (WB) לאחר pelleting. הפחתה זו מיוחסת בעיקר חום חיכוך שפותח למות, וטמפרטורת חימום מוקדמת וקירור של כדורי לחות הגבוהים. כמו כן, קלסרים היתה השפעה על כמות הלחות לאיבוד. ב 0% קלסר, אובדן הלחות היה כ 7-8%, אשר מסכים עם המחקרים הקודמים שלנו 21,28; ואילו, על קלסר 4%, אובדן לחות הזינה במהלך pelleting היה על 3-5% (איור 3). קלסר מתווסף ביומסה שאולי פעל כסוכן סיכה. זה עשוי צמצם את התנגדויות חיכוך מופחת בזמן מגוריו של החומר בערוץ למות בגרימת הקיטון בהפסד לחות. במחקרים קודמים למות הטמפרטורה הנמדדת מיד לאחר pelleting באמצעות אינפרא אדוםrmometer (פלוק, דגם 561, פלוק Corporation, אוורט, וושינגטון, ארה"ב) הגיע לכ 100-110 מעלות צלזיוס 21. הגדלת אחוז קלסר הפחיתה את אובדן הלחות כמו הלחות שאולי הייתה קשורה בחוזק גרגרי העמילן. כדורי הלחות הגבוהים כי יובשו נוסף בתנור מעבדה ב 70 מעלות צלזיוס במשך 3-4 שעות לה תכולת לחות <9% (WB), וגלולות אלה שמשו למדידת תכונות פיסיות אחרות כמו בקוטר גלול, יחס רחב, צפיפות בצובר ועמידות. ניתוח הסטטיסטי של הנתונים התכולים לחות הגלולה הוא מציין שיש השפעה אינטראקטיבית של תכולת לחות זינה בנוסף קלסר על תכולת הלחות הגלולה (לוח 3). כדורי ללא קלסר קלסר ו -2%, עלייה בתכולת לחות זינה גרמה לעלייה תכולת הלחות גלולה (p של Tukey <0.05), אך מגמה זו לא הייתה מובהקת סטטיסטית קלסר 4% (p≥0.05 של Tukey; איור 3) .


איור 3. השפעה תכולה לחות זינה (FMC) קלסר עמילן על תכולת לחות גלולה לאחר הקירור (ממוצע ± 1SD; n = 3). בדיקות Pelleting שנערכו ללא קלסר הביאו לאובדן לחות זינה גבוה לעומת בדיקות שנערכו עם קלסר. אותיות שונות מצביעות על הבדלים משמעותיים באמצעות פוסט הוק בדיקות Tukey HSD (p <0.05). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

קוטר גלול

הקוטר של כדורי נייר תכולים לחות 33% עם וללא תוספת קלסר היה בטווח של 8.4-8.7 מ"מ לאחר הקירור (מידע לא מוצג). הגדלת הזנותתכולת לחות טוק ל -36 ו -39% (WB) עם קלסר הוסיף הגדילה את הקוטר גלול לערך מרבי של 9.3 מ"מ (מידע לא מוצג). כדורים אלה יובשו נוספים בתנור מעבדה ב 70 מעלות צלזיוס למשך כ 3-4 שעות. ייבוש הביאה לקיטון בקוטר גלולה של כ 0.3-0.4 מ"מ. הסיבה העיקרית לירידה בקוטר לאחר הייבוש נבעה התכווצות של הכדורים. הייתה השפעה מובהקת סטטיסטית של האינטראקציה בין תכולת לחות זינה בנוסף הקלסר על קוטר גלול לאחר הייבוש (לוח 3). ב 33% תכולים לחות זינת הקוטר גלול לאחר הייבוש היה בטווח של 8.3 עד 8.5 מ"מ, ואילו הגדלת תכולת הלחות זינה ל -36% או 39% הגדיל את הקוטר הגלול לכ 8.7 מ"מ (איור 4). גידול זה היה רק ​​מובהק סטטיסטי בין 33% ו -39% כשאף קלסר שמש (p של Tukey <0.05), ככל הנראה בגלל החריגות הגבוהות המדידות. איור 4
איור 4. השפעה תכולה לחות זינה (FMC) ותירס עמילן קלסר על קוטר גלול לאחר הייבוש (ממוצע ± 1SD; n = 10) בקוטר הגלולה גדל עם גידול בתכולת לחות זינה בנוסף עמילן.. אותיות שונות מצביעות על הבדלים משמעותיים באמצעות פוסט הוק בדיקות Tukey HSD (p <0.05). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

יחס רחבה

יחס רחבה מחושב לפי הקוטר הגלול (משוואת 3). ערכי יחס הרחבה היו גבוהים יותר עבור הכדורים לאחר הקירור לעומת לאחר הייבוש (מידע לא מוצג). בשעה תכולה לחות 33% בלי ועםבנוסף קלסר, ערכי היחס הרחבים לאחר הקירור היו בטווח של 1.16-1.20. בהמשך הגדלת תכולת הלחות ל -36 ו -39% ללא תוספת קלסר הגדילו את ערכי יחס הרחבים ל -1.35. כדורי היבשים היו יחסי רחבה תחתונים, אשר נבעו בעיקר התכווצות של הכדורים הוא בתכלית רוחבית. ב 33% תכולים לחות זינת ערכי היחס הרחבים עם ובלי בנוסף קלסר היו בטווח של 1.11-1.07 (איור 5). הגדלת תכולת הלחות זינה ל -36 ו -39% נוספים הגדיל את ערכי יחס רחבת 1.10-1.18 (איור 5); עם זאת, זה היה רק סטטיסטית משמעותית עבור 33% לעומת 39% תכולת לחות ללא תוספת קלסר (p של Tukey <0.05; טבלה 3). במקרה של קוטר גלול ויחס רחב, הוספת עמילן מבוסס קלסר גדל ערכים אלה בכלל של תוכן לחות זינה, אבל ההבדלים הללו לא היו סטטיסטיתמשמעותי (p≥0.05 של Tukey). תוצאות היחס הרחב לאחר הייבוש לאשש את ממצאי המחקרים הקודמים בם לחות זינת הגדלה הגדילו את יחס ההתרחבות נוספת הקטינו את הצפיפות בצובר ערכי 28.

איור 5
אפקט איור 5. של תכולת לחות זינה (FMC) קלסר מבוסס עמילן על יחס הרחבת הכדורי לאחר הייבוש (n = 10). יחס הרחבת הכדורים גדלו עם גידול בתכולת לחות זינה בלי ועם בנוסף קלסר. אותיות שונות מצביעות על הבדלים משמעותיים באמצעות פוסט הוק בדיקות Tukey HSD (p <0.05). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Den גורפתצפיפות

צפיפות בצובר של פלטות עם תכולת לחות זינה של 33% עם ובלי קלסר ונמדד לאחר הקירור היה בטווח של 464-514 ק"ג / מ '3 (מידע לא מוצג). בשעה 36 ו -39% לחות זינה ללא קלסר ערכי צפיפות בצובר היו בטווח של 437-442 ק"ג / מ '3. הוספת קלסר על תכנים לחות אלה זינה מופחת צפיפות בצובר <400 ק"ג / מ '3. ייבוש כדורי הלחות הגבוהה בתנור מעבדה ב 70 מעלות צלזיוס למשך כ 3 שעות הפחית את תוכן הלחות של הכדורים פחות מ -9% (WB). חלה עלייה קלה בערכי צפיפות בצובר בכ -50 ק"ג / מ '3 לאחר הייבוש. גידול צפיפות בצובר לאחר הייבוש יכול להיות בגלל גשרים נוזלים פחות הבין-חלקיק, אשר יכולה להיות ששמר על החלקיקים הדוקים יותר עם מבנה פחות פתוח. Oginni 44 ציינו כי וצפיפותו דה אורן קרקע Loblollyמקומט עם עלייה בתכולת לחות. עבור פלטות עם תכולת לחות זינה של 33% עם וללא תוספת קלסר, צפיפות בצובר של כדורי היה בטווח של 520-530 ק"ג / מ '3 (איור 6). בשעה תוכן לחות זינה גבוהה של 36 ו -39% (WB), צפיפות בצובר של כדורי יבשים משמעותית ירד ל <434 ק"ג / מ '3 ו- <437 ק"ג / מ' 3, בהתאמה. הייתה השפעה מובהקת סטטיסטית של האינטראקציה בין תכולת לחות זינה בנוסף הקלסר על צפיפות בצובר (לוח 3). באופן כללי, צפיפות בצובר הירד עם גידול מתחיל תכולת לחות זינה. בנוסף, יש אינדיקציה כמה צפיפות בצובר ירד עם גידול תוכן עמילן (איור 6).

איור 6
איור 6. Effect של תכולת לחות זינה (FMC) קלסר עמילן על הצפיפות בצובר של כדורים לאחר הייבוש (ממוצע ± 1SD; n = 3) תכולת לחות זינה תחתונה של 33% (WB) ולא קלסר הביאה הצפיפות בצובר הגבוהה ביותר.. הוספת קלסר 2 ו -4% על תכנים לחים זינה שונים הביא ערכי צפיפות בצובר נמוכים. אותיות שונות מצביעות על הבדלים משמעותיים באמצעות פוסט הוק בדיקות Tukey HSD (p <0.05). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

עמידות (%)

לאחר קירור

עמידות גרין

איור 7 מציג את העמידות של כדורים לאחר הקירור (gכוח reen) ואחרי ייבוש בתנור ב 70 מעלות צלזיוס במשך 3-4 שעות (כוח לרפא). ערכים עמידים גבוהים של כדורי לחות גבוהים רצויים כפי שהוא יוביל שבירה פחות במהלך טיפול ואחסון בשל התנגדויות גזירה והשפעה. עבור ANOVA, האינטראקציה הייתה משמעותית בין תכולת לחות זינה, אחוז קלסר, וייבוש (לוח 3). הערכים העמידים של הכדורים לאחר הקירור גדל עם גידול תוכן קלסר (טבלת 3; p של Tukey <0.05). ב 33% (WB) תכולת לחות זינה, הערכים העמידים ללא קלסר היו על 87.2%; ואילו, בתוספת קלסר עמילן 2 ו -4%, את הערכים העמידים מוגברים 93.2 ו 96.1% (איור 7). המגמה הייתה דומה לתוכן לחות זינה האחר של 36 ו -39% (WB). ללא קלסר הערכים העמידים היו כ -80%; עם זאת, קלסר מוסיף ביומסה הגדיל את ערכי העמידות. אינקר העמידותהקל על 90% כאשר כדורים נעשו עם תכולת לחות זינה של 36% קלסר עמילן 4%. בשעה אפילו תכול לחות זינה גבוהה של 39% (WB) המגמה הייתה דומה, אבל הערכים העמידים הכוללים ירד לעומת את התוכן לחות זינה האחרת.

איור 7
איור 7. השפעה תכולה לחות זינה (FMC) קלסר עמילן על עמידות לאחר הקירור לאחר הייבוש. (ממוצע ± 1SD; n = 3) ערכי עמידות של כדורי Stover תירס לחות גבוהה היוצר בגיל 33, 36 ו -39% (WB) תכולת לחות זינה גדלה עם תוספת קלסר היא לאחר קירור ואחרי הייבוש. אותיות שונות מצביעות על הבדלים משמעותיים באמצעות פוסט הוק בדיקות Tukey HSD (p <0.05). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. </ P>

לאחר ייבוש

עמידות נרפאה

ייבוש של הכדורים גבוהים לחות בתנור מעבדה ב 70 מעלות צלזיוס במשך 3-4 שעות הביא בריפוי של הכדורים, ובכך להגדיל את העמידות של הכדורים. הערכים העמידים של הפלטות ב 33, 36 ו -39% (WB) תכולת לחות זינה עלו ל> 92% (איור 7). הערכים העמידים בבית תכולת לחות 33% זינה גדלו לכ 98% לאחר הייבוש (איור 7). תוצאות אלו תואמות בצמוד קודם לכן העבודה 21,28. הערכים העמידים של הפלטות באמצעות קלסר מוגברת לאחר הייבוש (p של Tukey <0.05). ב 33% תכולים לחות זינה ו -4% קלסר, הערכים העמידים הסופיים שנצפו היו כ -98%. המגמה הייתה דומה זינה 36 ו -39%תכולת לחות, שבו קלסר הייתה השפעה חיובית על ערכי עמידות (p של Tukey <0.05). ב- 39% תכולים לחות זינה עם תוספת קלסר של 2 ו -4%, את הערכים העמידים מוגברים לכ 94-95%.

קנסות אחוז

במחקר הנוכחי, הקנסות האחוזים שנוצרו במהלך pelleting היו גבוהים ב -36 ו -39% (WB) לעומת 33% (WB) תכולת לחות זינה. קלסרים הוספה הביא בהורדת קנסות האחוז שנוצרו בכלל תוכן לחות הזינה בהשוואת בדיקות ללא תוספת קלסר (איור 8). בדיקות Pelleting נוהלה ללא קלסר הראה הקנסות השיעור הגבוה ביותר של כ -11% ב 39% (WB) זינה לחות תוכן. הוספה% 2 ו -4 קלסר כדי Stover התירס, ירד הקנסות האחוזים שנוצרו במהלך pelleting עבור 33% ו -36% (WB) לעומת כדורים ללא קלסר הוסיף. Tהוא קנסות אחוז הנמוך ביותר שנצפה במחקר זה היו בנוסף קלסר 4% ו -33% (WB) זינה תכולת לחות (כ -3%).

הספרה 8
איור 8. השפעה תכולה לחות זינת קלסר עמילן על קנסות אחוזים מיוצר מחומר pelleted. בשעת תוכן לחות זינה של 33, 36 ו -39% (WB) תוספת של קלסר מופחתת הקנסות האחוזים בחומר pelleted. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

צריכת אנרגיה סגולית

צריכת האנרגיה הספציפית הושפעה בנוסף קלסר (איור 9). ללא קלסר, הפרט energy בגיל 33, 36, ו -39% לחות זינה היה בין 118-126 קילו וואט / טון. הוספת קלסר 2% הפחיתו את צריכת האנרגיה ספציפית על 75-94 קילו וואט / טון. בהמשך הגדלת אחוז קלסר ל -4% צמצם עוד יותר את צריכת האנרגיה ספציפית על 68-75 קילו ואט / טון לכל תוכן לחות הזינה שנבדקו. הוספת קלסר ב-% 2 ו -4 הקטינה את צריכת האנרגיה הספציפית בכ 20-40%.

איור 9
איור 9. השפעה תכולה לחות זינת קלסר עמילן על צריכת האנרגיה הספציפית של תהליך pelleting לחות הגבוה. צריכת אנרגיה ספציפית של תהליך pelleting תירס סטובר לחות הגבוהה הופחתה בכ 20-40% עם תוספת של 2 ו -4% עמילן קלסר מבוסס. אנא לחץ כאן כדי להציג versio גדול n של נתון זה.

ניתוח סטטיסטי

ניתוח סטטיסטי הושלם JMP 10 43. דו-way ANOVA שמש כדי לקבוע את ההשפעות של תכולת לחות זינה (33, 36, 39%) קלסר עמילן תירס (0, 2, 4%) על תכולת לחות גלולה (n = 3), גלולה קוטר (n = 10), יחס רחבה (n = 10), ואת צפיפות בצובר (n = 3). שלש-way ANOVA שמש כדי לקבוע את ההשפעות של תכולת לחות (33, 36, 39%), קלסר עמילן תירס (0, 2, 4%), וייבוש (לפני הייבוש, לאחר ייבוש) על עמידות (n = 3 ). שאריות נפגשו הנחות ANOVA לנורמליות והומוגניות של שונות. כדי לענות ההנחות הללו, תכולת לחות גלולה הפכה ידי העלאת הנתונים לסמכות 4 th. אם הגורמים שנבדקו ANOVA היו משמעותיים על p <0.05, בדיקות Tukey HSD שימשו השוואות פוסט הוק pairwise.

אוהל "FO: keep-together.within-page =" 1 "> טבלה 3
לוח 3. מובהקות סטטיסטיות של משתנה בתהליך המבוסס על ניתוח שונה (ANOVA).

Discussion

השלבים הקריטיים בשיטת pelleting לחות הגבוהה כדי לייצר כדורים עם העמידות הרצויה צריכת אנרגיה נמוכה מסוימת הם: 1) ייבוש Stover תירס הלחות הגבוהה לרמות הלחות הרצויות (33-39%, WB), 2) בנוסף קלסר אחוזים ו -3) האכלה ביומסה לחות גבוהה ואחידה לתוך טחנת גלולה. לחות זינת קלסר אחוזים הם משתני תהליך שהשפיעו על מאפייני הגלולה (צפיפות ועמידות של הכדורים לפני הקירור ולאחר הייבוש) וצריכת אנרגיה ספציפית של תהליך pelleting. מומלץ לבדוק את תכולת הלחות של הזינה לפני שהוא משמש ללימודי pelleting. האכלת Stover תירס לחות גבוהה ב 33, 36 ו -39% (WB) באופן אחיד לטחנה הגלולה יש השפעה על צריכת איכות ואנרגיה. שינוי מזין טחנת גלולה עם כונן משתנה בתדירות היה חיוני כדי להאכיל את ביומסה אחידה לטחנה הגלולה.

תוצאות ממחקר נוכחי הראה כי הוספת קלסר כדי Stover תירס הלחות הגבוהה עשתה להפחית את הצפיפות בצובר של הכדורים שוליים, אך שפר את העמידות משמעותית. הוספת עמילן המבוסס קלסר הגדילה את תכולת הלחות הכדורית לאחר דחיסה שחול, אך העלייה לא נמצאה מובהק סטטיסטי כמעט בכל המקרים שנחקרו. ההפסד של לחות במהלך pelleting היה כ -3 עד 4% על תוספת של קלסר 4%, ואילו זה היה גבוה יותר (7-8%, WB) ללא קלסר. התוספת של קלסר כדי Stover התירס אולי 1) הפחיתה את זמן מגוריו של החומר למות 2) הקטינה את התנגדויות חיכוך בתוך למות, ובכך להפחית את הטמפרטורה למות, אשר יכולה היה לגרום אובדן לח פחות במהלך דחיסה שחול ב גלול למות.

חל גידול בקוטר הגלול לאחר נמתח מן למות הגלולה מיובשת (איור 4). גידול זה היה נהדראה ב תכול לחות זינה גבוהות ועם בנוסף קלסר העמילן. הצפיפות בצובר של הכדורים הייתה בטווח של 510-530 קילו / מ '3 ב 33% (WB) תכולת לחות זינה עם ובלי בקלסר. המחקר קודם שנעשה בתחום הראה כי תכולת לחות זינה גבוהה של כ -38% (WB) תוצאות צפיפות בצובר נמוכה, בעיקר עקב התרחבות של הכדורים עם יציאתם דרך למות 21,28. זוהי תופעה נפוצה שכאשר חומר ביומסה לחות גבוהה הנמתח דרך למות בלחץ כזה יגרור פלאש פעמי לחות 12,21. The-off פלאש הלחות מפנה את מקומה ההרחבה הגלולה, הוא לכיוון הצירי גמור. באופן כללי, ההרחבה הגמורה בולטת יותר לעומת התרחבות צירית. סיבה נוספת להתנהגות ההרחבה ביומסה לאחר דחיסת שחול דרך למות הגלולה יכולה להיות כי סיבי ביומסה להירגע בנוכחות תכולה לחות. נדיימה et al. 45מאני et al. 18 הצביע שחרור של הלחץ המופעל בתוך תוצאות תמות הרפיה של ביומסה הדחוסה. מאפייני ההרפיה תלויים בגורמים רבים כמו גודל חלקיקים, תכולת לחות זינת לחץ מופעל. כמו כן, במחקר זה ראינו כי עליות צפיפות בצובר לאחר ייבוש, אשר יכול להיות בגלל גשרים נוזלים בין-חלקיק פחות שהיה נשמרו החלקיקים קרובים ופיק מבנה פחות פתוח. Oginni 45 ציינו כי וצפיפותו אורן קרקע Loblolly ירד עם תכולת לחות מוגברת.

עמידות של הכדורים נמדדה כדי להבין את העצמה של הכדורים. באופן כללי, כדורים כפופים גזירה להשפיע התנגדויות במהלך אחסון, תחבורה, הטיפול בתהליך 4,46. 47 Kaliyan ואת מורי הציע כדורי העמידות של המיוצר מיד לאחר הייצור (כוח ירוק) שונה durability של הכדורים המאוחסנים במשך כמה ימים לאחר הייצור (כוח לרפא). פלטות עם ערכים עמידים נמוכים לשבור ולהגדיל את הסיכון של בעיות אחסון, כגון מחוץ בגז בעירה ספונטנית שעלולה לגרום לאובדן הכנסות עבור יצרנים גלולים. לדברי הוועדה האירופית לתקינה (CEN) והמכון דלקים גלולה ארצות הברית (PFI) הערכים המומלצים של עמידות הם> 96.5% עבור באיכות גבוהה או כדורי כיתה פרמיה 31. במחקר זה, ערכי העמידות מוגברים בכ 94-95% כאשר pelleted עם קלסר עמילן בבית תכולת לחות 39% לעומת פלטות ללא קלסר שהיו ערכים עמידים בטווח של 83-85% לאחר ייבוש. הכדורים מיוצרים ב 33% (WB) תכולת לחות זינה היו ערכי עמידות> 96.5% ועומדים בסטנדרטים הבינלאומיים.

יש רטיבות פונקציות שונות במהלך pelleting ביומסה, כולל: 1) היווצרות גשר מוצק ביןהכוחות ואן דר ואלס בשל החלקיקים ביומסה, 2) הפעלת קלסרים טבעי כמו חלבון, עמילן ובהווה ליגנין ביומסה, ו -3) קידום תגובות מבוססות עמילן וחלבון כמו gelatinization ו denaturation שיש להם השפעה חזקה על הנכסים רקמתי, כגון קשיות 4-12. במקרה של ביומסה lignocellulosic, הסוכן המחייב העיקרי היא ליגנין (ביומסה וודי: 27-33%, ביומסה עשבונית: 12-16%) 4. ליגנין תוכן Stover תירס נקבע סכום ממוצע של כ -16% על בסיס סקירה של נתוני רכב, כולל מקורות בספרות ומאגרי מידע זינה 48. מולקולות ליגנין, אשר יש ניידות גבוהה יותר תכולת לחות גבוהה, לשמש דבק לגרום מחייב חזק; עם זאת, ברמות גבוהות מאוד את הלחות תפעל יותר כמו סיכה וכתוצאה מכך פחות מחייב. במחקר הנוכחי, על תכולת מים גבוהה מאוד של כ -39% (WB) לחות שאולי פעלו יותר כמו סיכה הביאו עמידות נמוכהnd יותר הדור קנסות בתהליך הייצור גלולה. ערכים עמידים גבוהים נצפו על ידי התוספת של קלסר בכל תכולת לחות זינה גבוהה יותר של 36 ו -39% (WB), אשר יכול להיגרם על ידי gelatinization של עמילן בנוכחות הטמפרטורה למות ותכולת לחות זינה. תגובות gelatinization אלה יכולים להוביל להיווצרות של לחצות קישור של עמילן עם רכיבים ביומסה האחרים.

הקנסות האחוזים שנוצרו במהלך תהליך pelleting הוא אינדיקטור טוב עבור כמה טוב ביומסה יהווה כדורים. הדור של חלקיקים זעירים במהלך תוצאות תהליך pelleting במוצר ואובדן הכנסות למפיק גלולה. דור קנס מופרז במהלך תהליכי pelleting יכול גם להשפיע על איכות תכונות כגון צפיפות ועמידות. דור הקנסות במהלך תהליך הייצור הגלול מושפע הרכב ביומסה (כלומר, עמילן, חלבונים, ליגנין, ושעוות), משתני תהליך טחנת גלולה <em> כלומר, אורך יחס קוטר (L / יחס D), למות מהירויות סיבוב, מצב קיטור, חימום מוקדם), ומשתנה זינה (כלומר, תכולת לחות זינה, גודל חלקיקים ולהאכיל שיעור) 4. התוצאות הנוכחיות מצביעות על כך התוספת של קלסר לא רק מפחיתה את אחוז החלקיקים הקטנים שנוצרו, אלא גם מסייעות לשפר את התכונות הפיסיקליות תוך צמצום צריכת האנרגיה הסגולית. קנסות אחוז נמוכים שנוצרו עולים כי ביומסה יש pelletability יותר.

Tumuluru et al. 4 בסקירה שלהם על מערכות ציפוף מתאים לעשות ביומסה לתוך מוצר סוג הסחורות עולה כי הוספת קלסר עוזר להפחית את האנרגיה שחול, שתוצאתה בהפחתת צריכת האנרגיה הספציפית. בדרך כלל, אורך לקוטר (L / D) יחס שולט בזמן מגוריו של החומר למות ומסייע את הכריכה של ביומסה. כמו כן, L / יחס D שולט אנרגיה שחול ואת במפרטצריכת האנרגיה FIC. יחס L / D גבוהה מגדיל את זמן המגורים, אשר משפר את התכונות הפיסיקליות של הכדורים, אך מגדיל את האנרגיה דרושה עבור שחול. הוספת קלסר כדי ביומסה יכול לעזור לאגד את ביומסה ב יחס L / D ולהקטין את האנרגיה שחול. במחקר זה, באורך קבוע לקוטר (D / L) יחס של (2.6) נבחר. מחקר עתידי נועד להבנת השפעת יחס L / D של הקובייה גלולה ואת האינטראקציה שלה עם תכולת לחות זינה על תכונות איכות גלולה.

נתוני הניסוי על העיבוד המקדים ביומסה (שחיקה, ייבוש pelleting) המתקבל מתקן למשתמש הלאומי ביומסה (https://www.inl.gov/bfnuf/) הממוקם INL הקשורים ניתוח טכנו-כלכלי עולה כי ייבוש ביומאסה 30 10% (WB) צורכים כמות גדולה של אנרגיה (נתונים שלא פורסמו). תהליך pelleting הלחות הגבוהה שפותח INL יכול לעזור להפחית את עלויות ייצור גלול לעומת גלולה קונבנציונליתשיטת ייצור 24. המחקר הנוכחי הראה כי הוספת קלסר מבוסס-עמילן לתהליך pelleting לחות גבוהה שפרה את העמידות של הכדורים כדי> 92% לאחר קירור על התוכן לחות זינה של 36 ו -39% (WB), וזה גם הקטין את האנרגיה הספציפית צריכת תהליך pelleting בכ 20-40%. ערכים עמידים רב יותר של הכדורים שנעשו לחות זינה גבוהות חשובים כפי שהם יכולים להיות מטופלים ביעילות על ידי מסועים. בדרך כלל כדורי עמידות נמוכים להתפורר לקנסות במהלך טיפול ואחסון, אשר גורם להפסד הכנסות עבור המפיקים הגלולים. בנוסף, קנסות שנוצרו בתהליך יכולים לגרום לסכנת בטיחות כמו בעירה ספונטנית מחוץ בגז 28,41. הפחתת האנרגיה הספציפית בכ 20-40% באמצעות קלסר עולה על העלות של קלסר. כמו כן, בהתבסס על מחקר זה אנו יכולים להסיק כי חלק מהמוצרים-ידי מתעשיות עיבוד מזון יוכל לשמש עבור pelleting ביומסהעבור יישומים ביו-אנרגיה. בשלב זה, תהליך pelleting גבוהה הלחות הודגם באמצעות טחנה גלולה למות שטוח בקנה מידה מעבדתי. הפרוטוקול המתואר כאן טחנת גלולת מעבדה בקנה המידה יהיה הבסיס לפיתוח מודלים בקנה מידה מעלה לבדיקת תהליך פיילוט בקנה מידת טחנות מסחרית בקנה מידה גלולה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Flat die pellet mill Colorado Mill Equipment, Canon City, CO, USA ECO-10 pellet mill
Heating tapes BriskHeat, Columbus, OH, USA Silicon Rubber Heater, Etched foil elements
Thermocouples Watlow, Burnaby, BC, Canada J-type
Variable frequency drive Schneider Electric, Palatine, IL, USA Altivar 71
Pellet cooler Colorado Mill Equipment, Canon City, CO, USA CME ECO-HC6 
Data logging software National Instruments Corporation, Austin, TX, USA Labview software
Durability tester Seedburo Equipment Co., Des Plaines, IL, USA Pellet durability tester
Hammer mill  Bliss Industries  CME ECO-HC6 
Grinder Vermeer HG200
Horizontal mixer Colorado Mill Equipment, Canon City, CO, USA ECO-RB 500
Blue grit utilty cloth 3M Part No.05107-150J grade
Insulation materail McMaster Carr Flexible fiberglass insulation
Feeder controller KB Electornics, INC KBIC-DC-MTR direct current motor controller
Dust exhaust system Delta Model No: 50-763, Serial No: 2010 11OI1415
Vernier calipers VWR® Digital Calipers Part Number: 12777-830
Binder ACH Food Companies Inc., Memphis, TN, USA ARGO 100% pure corn starch
Corn stover Harvested in Iowa and procurred in bale form

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bapat, D. W., Kulkarni, S. V., Bhandarkar, V. P. Design and operating experience on fluidized bed boiler burning biomass fuels with high alkali ash. Proceedings of the 14th International Conference on Fluidized Bed Combustion, , ASME Publishers. New York, NY. 165-174 (1997).
  2. Sokhansanj, S., Fenton, J. Cost benefit of biomass supply and preprocessing: BIOCAP (Canada) research integration program synthesis paper. , http://www.biocap.ca/rif/reprt/Sokhansanj_S.pdf (2011).
  3. Mitchell, P., Kiel, J., Livingston, B., Dupont-Roc, G. Torrefied biomass: A foresighting study into the business case for pellets from torrefied biomass as a new solid fuel. All Energy 2007. , University of Aberdeen, ECN, Doosan Babcock, and ITI Energy. (2007).
  4. Tumuluru, J. S., Wright, C. T., Hess, J. R., Kenney, K. L. A review of biomass densification systems to develop uniform feedstock commodities for bioenergy application. Biofuels, Bioprod. Biorefin. 5, 683-707 (2011).
  5. Tumuluru, J. S., Igathinathane, C., Archer, D. Energy analysis and break-even distance of transportation for biofuels in comparison to fossil fuels. ASABE Paper No. 152188618. ASABE Annual International Meeting, New Orleans, Louisiana, USA, , (2015).
  6. Searcy, E. M., Hess, J. R., Tumuluru, J. S., Ovard, L., Muth, D. J., Jacobson, J., et al. Optimization of biomass transport and logistics. International Bioenergy Trade. Goh, M., Sheng, C., Andre, F. , Springer Publications. 103-123 (2013).
  7. Ray, A., Hoover, A. N., Nagle, N., Chen, X., Gresham, G. Effect of pelleting on the recalcitrance and bioconversion of dilute-acid pretreated corn stover under low - and high - solids conditions. Biofuels. 4 (3), 271-284 (2013).
  8. Sarkar, M., Kumar, A., Tumuluru, J. S., Patil, K. N., Bellmer, D. D. Gasification performance of switchgrass pretreated with torrefaction and densification. Appl. Energ. 127, 194-201 (2014).
  9. Yang, Z., Sarkar, M., Kumar, A., Tumuluru, J. S., Huhnke, R. L. Effects of torrefaction and densification on switchgrass pyrolysis products. Bioresource Technol. 174, 266-273 (2014).
  10. Mani, S., Tabil, L. G., Sokhansanj, S. An overview of compaction of biomass grinds. Powder Handling Process. 15 (3), 160-168 (2003).
  11. Thomas, M., van Vliet, T., van der Poel, A. F. B. Physical quality of pelleted animal feed, part 3: Contribution of feedstuff components. Anim. Feed Sci. Technol. 70, 59-78 (1998).
  12. Shankar, T. J., Bandyopadhyay, S. Process variables during single-screw extrusion of fish and rice-flour blends. J. Food Process. Pres. 29, 151-164 (2004).
  13. Collado, L. S., Corke, H. Starch properties and functionalities. Characterization of cereals and flours: properties, analysis,and applications. Kaletun, G., Breslauer, K. J. , Marcel Dekker, Inc. 473-506 (2003).
  14. Alebiowu, G., Itiola, O. A. Compression characteristics of native and pregelatinized forms of sorghum, plantain, and corn starches and the mechanical properties of their tablets. Drug Dev. Ind. Pharm. 28 (6), 663-672 (2002).
  15. Sokhansanj, S., Mani, S., Bi, X., Zaini, P., Tabil, L. G. Binderless pelletization of biomass. ASAE Paper No. 056061. ASAE Annual International Meeting, Tampa, FL, USA, , ASAE. St Joseph, Michigan, USA. (2005).
  16. Briggs, J. L., Maier, D. E., Watkins, B. A., Behnke, K. C. Effects of ingredients and processing parameters on pellet quality. Poult. Sci. 78, 1464-1471 (1999).
  17. Tabil, L. G. Binding and pelleting characteristics of alfalfa. , Department of Agricultural and Bioresource Engineering, University of Saskatchewan. Canada. (1996).
  18. Mani, S., Tabil, L. G., Sokhansanj, S. Specific energy requirement for compacting corn stover. Bioresource Technol. 97, 1420-1426 (2006).
  19. Tumuluru, J. S., Tabil, L. G., Song, Y., Iroba, K. L., Meda, V. Impact of process conditions on the density and durability of wheat, oat, canola and barley straw briquettes. BioEnergy Res. 8 (1), 388-401 (2015).
  20. van Dam, J. E. G., van den Oever, M. J. A., Teunissen, W., Keijsers, E. R. P., Peralta, A. G. Process for production of high density/high performance binderless boards from whole coconut husk, part 1: Lignin as intrinsic thermosetting binder resin. Ind. Crops Prod. 19 (3), 207-216 (2004).
  21. Tumuluru, J. S. Effect of process variables on the density and durability of the pellets made from high moisture corn stover. Biosystems Eng. 119, 44-57 (2014).
  22. Lehtikangas, P. Quality properties of fuel pellets from forest biomass. Licentiate Thesis. Report number 4. , Department of Forest Management and Products. Uppsala, Sweden. (1999).
  23. Shinners, K. J., Boettcher, G. C., Hoffman, D. S., Munk, J. T., Muck, R. E., Weimer, P. J. Single-pass harvesting of corn grain and stover: Performance of three harvester configurations. Transactions of the ASABE. 52 (1), 51-60 (2009).
  24. Lamers, P., Roni, M. S., Tumuluru, J. S., Jacobson, J. J., Cafferty, K. G., Hansen, J. K., et al. Technoeconomic analysis of decentralized biomass processing depots. Bioresource Technol. 194, 205-213 (2015).
  25. Yancey, N. A., Tumuluru, J. S., Wright, C. T. Drying grinding and pelletization studies on raw and formulated biomass feedstock's for bioenergy applications. J. Biobased Mater. Bioenergy. 7, 549-558 (2013).
  26. Tumuluru, J. S., Cafferty, K. G., Kenney, K. L. Techno-economic analysis of conventional, high moisture pelletization and briquetting process. Paper No. 141911360. American Society of Agricultural and Biological Engineer Annual Meeting, July 13-16, Montreal, Quebec Canada, , (2014).
  27. McCoy, G. Improving energy efficiency through biomass drying. International District Energy Association Woody Biomass CHP & District Energy Workshop, June 11th, 2014, Seattle, Washington, , page accessed on December 3rd, 2015 http://www.districtenergy.org/assets/pdfs/2014-Annual-Seattle/Wednesday/5McCOYGIL-LATESTWoody-Biomass-Drying-and-Dewatering-IDEA-06-2014.pdf (2014).
  28. Tumuluru, J. S. High moisture corn stover pelleting in a flat die pellet mill fitted with a 6 mm die: physical properties and specific energy consumption. Energy Sci. Eng. 3 (4), 327-341 (2015).
  29. Brackley, A. M., Parrent, D. J. Production of wood pellets from Alaska-grown white spruce and hemlock. General Technical Report PNW-GTR-845. , U.S Department of Agriculture, Forest Service Department. Pacific Northwest Research Station, Portland, OR, U.S.A. (2011).
  30. Demirbas, A., Sahin-Demirbas, A. Briquetting properties of biomass waste materials. Energy Sources. 26, 83-91 (2004).
  31. Kaliyan, N., Morey, R. V. Densification characteristics of corn stover and switchgrass. Transactions of ASABE. 52 (3), 907-920 (2009).
  32. Larsson, S. H., Thyrel, M., Geladi, P., Lestander, T. A. High quality biofuel pellet production from pre-compacted low density raw materials. Bioresource Technol. 99, 7176-7182 (2008).
  33. Li, Y., Liu, H. High-pressure densification of wood residues to form an upgraded fuel. Biomass and Bioenergy. 19, 177-186 (2000).
  34. Nielsen, N. P. K., Gardner, D. J., Poulsen, T., Felby, C. Importance of temperature, moisture content, and species for the conversion process of wood residues into pellets. Wood and Fiber Science. 41 (4), 414-425 (2009).
  35. Serrano, C., Monedero, E., Laupuerta, M., Portero, H. Effect of moisture content, particle size and pine addition on quality parameters of barley straw pellets. Fuel Processing Technology. 92, 699-706 (2011).
  36. Zafari, A., Kianmehr, M. H. Factors affecting mechanical properties of biomass pellets from compost. Environ. Technol. 35, 478-486 (2013).
  37. Poddar, S., Kamruzzaman, M., Sujan, S. M. A., Hossain, M., Jamal, M. S., Gafur, M. A., Khanam, M. Effect of compression pressure on lignocellulosic biomass pellet to improve fuel properties: Higher heating value. Fuel. 131, 43-48 (2014).
  38. Hoover, A. N., Tumuluru, J. S., Teymouri, F., Moore, J., Gresham, G. Effect of pelleting process variables on physical properties and sugar yields of ammonia fiber expansion (AFEX) pretreated corn stover. Bioresource Technol. 164, 128-135 (2014).
  39. Tumuluru, J. S., Tabil, L., Opoku, A., Mosqueda, M. R., Fadeyi, O. Effect of process variables on the quality characteristics of pelleted wheat distiller's dried grains with solubles. Biosystems Engineering. 105, 466-475 (2010).
  40. Tumuluru, J. S., Conner, C. Specific energy consumption and quality of wood pellets producing using high moisture lodgepole pine. 7th International Granulation Workshop, 1st - 3rd July, 2015, University of Sheffield, Sheffield, UK, , https://www.sheffield.ac.uk/polopoly_fs/1.472578!/file/2015_abstract_list_granulation_workshop.pdf (2005).
  41. Tumuluru, J. S., Sokhansanj, S., Lim, C. J., Bi, X. T., Lau, A. K., Melin, S., et al. Quality of wood pellets produced in British Columbia for export. Appl. Eng. Agric. 26, 1013-1020 (2010).
  42. ASABE Standards. S269.4 Cubes, pellets, and crumbles - definitions and methods for determining density, durability, and moisture content. , St. Joseph, Missouri. ASABE. (2007).
  43. JMP 10.0.0. , SAS Institute, Inc. Cary, North Carolina, USA. www.jmp.com (2016).
  44. Oginni, O. J. Contribution of particle size and moisture content to flowability of fractioned ground loblolly pine. , Auburn University. (2014).
  45. Ndiema, C. K. W., Manga, P. N., Ruttoh, C. R. Influence of die pressure on relaxation characteristics of briquetted biomass. Energy Conversion and Management. 43, 2157-2161 (2002).
  46. Al-Widyan, M. I., Al-Jalil, H. F., Abu-Zreig, M. M., Abu-Handeh, N. H. Physical durability and stability of olive cake briquettes. Can. Biosyst. Eng. 44, 341-345 (2002).
  47. Kaliyan, N., Morey, R. V. Factors affecting the strength and durability of densified products. ASABE Annual International Meeting, Portland, OR, USA, , (2006).
  48. Gresham, G., Emerson, R., Hoover, A., Miller, A., Kenney, K., Bauer, W. Evolution and development of effective feedstock specifications. , INL/EXT-14-31510 (2013).

Tags

במדעי הסביבה גיליון 112 סטובר תירס pelleting לחות גבוהה משתני תהליך קלסר עמילן תכונות גלולות צריכת אנרגיה סגולית
שיטה לייצר כדוריות עמידה צריכת אנרגיה נמוכה יותר שימוש סטובר תירס לחות גבוהה קלסר עמילן תירס בטחנת גלולת Die שטוחה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tumuluru, J. S., Conner, C. C.,… More

Tumuluru, J. S., Conner, C. C., Hoover, A. N. Method to Produce Durable Pellets at Lower Energy Consumption Using High Moisture Corn Stover and a Corn Starch Binder in a Flat Die Pellet Mill. J. Vis. Exp. (112), e54092, doi:10.3791/54092 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter