Waiting
Login processing...

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

Environment

Yöntemi Düz Die Pelet Mill Yüksek Nem mısır koçanı ve Mısır nişastası Ciltçi'yi kullanarak Az Enerji Tüketimi de Dayanıklı Peletlerini üretmek için

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

Summary

Bu çalışmada, bir protokol azaltılmış özgül enerji tüketimi testi yüksek nem, mısır koçanından düz bir kalıp pelet değirmeni ve bir nişasta bazlı bağlayıcı kullanılarak kaliteli pelet üretimi için geliştirilmiştir. Sonuçlar mısır nişastası bağlayıcı ekleyerek, pelet dayanıklılığı geliştirdi yüzde cezaları azalır ve spesifik enerji tüketimi azaldığı belirtilmiştir.

Abstract

Granül üretimi büyük bir meydan okuma 30 ile% 10 (WB) nem muhtevasına biyokütle kurutma ile ilişkili yüksek maliyetidir. Idaho National Laboratory 'de, yüksek nem, topaklama işleminde kurutma maliyetini azaltmak için geliştirilmiştir. Bu işlemde biyokütle peletler geleneksel yöntemlere göre daha yüksek besleme su içeriğinde üretilir ve üretilen yüksek nem peletler ayrıca enerji tasarrufu kurutma kurutulur. Bu işlem, esas olarak kalıbın geliştirilmiş sürtünme ısısı nedeniyle peletleme, içinde yaklaşık% 5-10 besleme nem içeriğini azaltmak için yardımcı olur. Bu araştırmanın amacı, bağlayıcı ilavesi düz kalıp pelet değirmen yüksek nem peletleme sürecinin pelet kalitesi ve enerji tüketimini nasıl etkilediğini araştırmak oldu. Bu çalışmada, ham mısır koçanı 33, 36 ve 39, 0, 2 eklenerek% (DB) ve 4% saf mısır nişastası nem muhtevasına pellet haline getirilmiştir. üretilen kısmen kurutulmuş peletler ayrıca al kurutulmuştur3-4 saat boyunca 70 ° C'de aboratory fırın az% 9 (WB) pelet nem alt. Yüksek nem ve kurutuldu peletler kütle yoğunluğu ve dayanıklılık ve fiziksel özellikleri için değerlendirilmiştir. Sonuçlar% 4 gelişmiş pelet dayanıklılık bağlayıcı yüzdesi artan ve hiçbir bağlayıcı ile pelet kıyasla% 20-40 oranında spesifik enerji tüketimi azalttığını göstermiştir. indirgeme bağlayıcı olmadan yaklaşık% 7-8 iken daha yüksek bağlayıcı madde ekleme (% 4) 'de, topaklama sırasında besleme nem azalması, <% 4 olmuştur. % 4 bağlayıcı ve% 33 (WB) besleme nem içeriğine sahip, kurutulan taneler gözlenen kütle yoğunluğu ve dayanıklılık değerleri> 510 kg / m3 ve>% 98, sırası ile, ve ince parçacıklar elde yüzde 3 <düşürülmüştür %.

Introduction

Biyokütle dünyanın başlıca enerji kaynaklarından biridir ve karbon nötr 1 olarak kabul edilir. baled ve zemin tarımsal biyokütle ve yontma odunsu biyokütle kütle yoğunluğu düşüktür. Düşük toplu balyalanmış biyokütle yoğunlukları (130-160 kg / m3), zemin biyokütle (60-80 kg / m 3) ve odunsu biyokütle (200-250 kg / m 3) oluşturmak depolama, taşıma ve taşıma sorunları 2 yontma 3.. Yoğunlaşma veya basınç ve sıcaklık kullanılarak zemin biyokütle sıkıştırarak yaklaşık 5 ila 7 kat kütle yoğunluğu artar, ulaştırma ve depolama sınırlamaları 4 üstesinden gelmeye yardımcı olur. Pelet fabrikaları, briket presleri ve vida ekstruderler genellikle, biyokütle 4 için kullanılan yoğunlaşma sistemleridir. Baled ve pelet biyokütle hammadde üzerinde Başabaş taşıma mesafesi analizi pelet aynı maliyet 5 için bir kamyon kullanarak balyalar daha uzak 1,6 kat taşınabilir belirtti. ulaştırma effio ağırlık ile sınırlıdır kamyonlara kıyasla hacim sınırlı olduğundan pelet CIENCIES gibi demiryolu olarak diğer taşıma modları ile artar. Şu anda Avrupa'da odunsu biyokütleden üretilen pelet yoğun biyo-enerji üretimi için kullanılmaktadır. Kanada ve Amerika Birleşik Devletleri büyük üretici ve Avrupa'ya 6 ahşap pelet tedarikçileri vardır. Odunsu bitki biyokütlesinin hem üretilen peletler termokimyasal (cofiring, gazlaştırma ve piroliz) ve biyokimyasal dönüşüm (etanol) uygulama 7-9 hem de kullanılabilir.

peletler yetenekler (yoğunluğu ve dayanıklılığı) ve kaplama işleminin spesifik enerji tüketimi, kalıp çapı pelet değirmen proses değişkenleri, bağlı olan bu gibi besleme nem oranı olarak kalıp ve besleme değişkenleri, çap oranı hızı ve uzunluğu kalıp ve kompozisyon 4. Her iki pelet değirmen işlem değişkenleri ve hammadde değişkenleri etkisiPeletlerin kalitesi ve işlemde kullanılan spesifik enerji. Kalıp boyutları (yani, çap 'a uzunluk oranı) sıkıştırma ve çekme basıncı etkileyecek ve kalıp dönme hızı kalıp içinde maddenin kalış süresini kontrol eder. Nem içeriği nedeniyle kalıbında karşılaşılan yüksek sıcaklık ve basınç biyokütle bileşimi bileşenlerinin (örneğin, protein, nişasta ve lignin) ile etkileşerek önemli bir rol oynayan bir besleme stoğu bir değişkendir. Nemin varlığı böylece biyokütle parçacıkları 10 ile gözde artan, Van der Waals kuvvetleri arttırmaktadır. Genel olarak, bağlı çap ve yanal genişlemeye biyokütle etkilerinin sıkıştırılmış ürünün kütle yoğunluğu daha yüksek nem bu pelet makinesinde veya briket basın 10 kalıp tarafından dışarı çıkar. Bir basınca tabi bağlama davranışını etkiler nişasta, protein, lignin ve başka suda çözülebilen karbonhidratlar olarak biyokütle bileşim olup,yoğunlaştırma ekipman 11 ND sıcaklığı. besleme nem, kalıp sıcaklığı ve basıncının etkisi olan ortak bir bileşim reaksiyonların bazı nişastanın jelatinleştirilmesi, protein denatürasyonu ve lignin cam geçiş vardır. Genel olarak, gıda ve hayvan yemi olarak 100 ° C veya daha fazla,% 30'dan yüksek bir besleme nem içeriği, nişasta sıcaklıklarda jelatinize ve etkiler doku özellikleri sertliği 12 gibi olur. Tipik olarak, nişasta reaksiyonları jelatinizasyon, yapıştırma ve retrogradasyon vardır. Bu reaksiyonlar arasında, jelatinizasyon pelet özellikleri 13 üzerinde büyük etkisi vardır. Nişasta, genellikle bir bağlayıcı madde gıda ve gıda dışı uygulamalarda dahildir. Örneğin, farmasötik tablet formülasyonu nişasta dolgu 4,14 olarak kullanılır. Biyokütle protein denatürasyon maruz ve yoğunlaştırma işlemi 11 yaşanan yüksek sıcaklık ve basınca bağlı kompleks bağlar oluşturur. Genel, yüksek a içindebiyokütle protein monte daha dayanıklı bir pelet 15,16 neden olur. Protein, daha yüksek bir miktarda daha yüksek ham madde ve bağıl nemi kalıcı topaklar ile sonuçlanmaktadır, örneğin, alfalfa, için. Biyokütle yağ peletleme veya 11,17 briket sırasında sürtünme kuvvetlerini ve ekstrüzyon enerjisini azaltır. Lignoselülozik biyokütle, bitki malzemesi içinde lignin mevcudiyetinin herhangi bir bağlayıcı 18 eklemeden peletler oluşturmak için yardımcı olur. Odunsu biyokütle genellikle% 12-16 lignin 4,19 oluşan bir otsu biyokütle ile karşılaştırıldığında daha yüksek lignin içeriğine (29-33%) sahiptir. Yaklaşık% 10-12 daha düşük ham madde nem içeriği (DB), lignin cam geçiş sıcaklığı daha büyük 140 ° C sıcaklıkta 20 olduğu; oysa nem oranını arttırmadan cam geçiş sıcaklığı 21 azaltır. Lehtikangas 22 göre% 8-15 (WB) nem içeriği lignin cam geçiş sıcaklığı yaklaşık 100-135 ° C, bu ise>% 25 (WB) nem oranını arttırmadan T <90 ° C bir cam geçiş sıcaklığına düşürür.

Otsu biyokütle hasat yöntemi ve hasat zamanına bağlı olarak yüksek nem içeriği mevcuttur. Tek geçişli hasat yöntem durumunda hasat edilen malzeme bir nem muhtevası>% 30 (WB) 23 olacaktır. Biyokütle tipik olarak aerobik sabit hale getirmek için ve depolama sırasında kuru madde kaybını önlemek için, yaklaşık% 10 (WB) nem içeriğine kadar kurutulur. Lamers ve ark., 24% 30 nem içeriği preprocess biyokütle hem taşlama (aşamaları 1 & 2) ve kurutmak için toplam maliyeti kuru ton sadece biyokütle kurutmak için yaklaşık 43,60 $ / kuru ton ve yaklaşık 15,00 $ / olduğunu belirtti. Biyokütle Kurutma toplam ön işleme enerjinin yaklaşık% 65 alır ve peletleme yaklaşık 8-9% 24 alır. Yancı ve ark., 25 kurutma biyokütle preproce büyük enerji tüketicisi olduğu gerçeğini teyit ettissing. Deneysel veriler ve tekno-ekonomik analiz verimli nem yönetimi biyokütle ön işleme maliyetlerini azaltmak için kritik olduğunu belirtti. daha verimli bir şekilde besleme nem kurutma maliyetini azaltmak ve yönetmek için bir yolu, düşük sıcaklıkta kurutma yöntemi ile bağlanmış bir yüksek nem peletleme işlemini kullanmak. Idaho Ulusal Laboratuvarı'nda geliştirilen yüksek nem peletleme işleminde, biyokütle nem içeriğinin fazla% 28 (lb) olarak topak haline getirilir; Hala nem oranı yüksek olan üretilen kısmen kurutulmuş peletler, örneğin tane ya da kayış kurutucular 21 enerji etkin kurutma bölgesi kurutulabilir. Yüksek nem peletleme bir büyük avantajı da, kuruma maliyetini azaltmak yardımcı olmasıdır olan azaltılmış toplam pelet üretim maliyetinin dönüş sonuçlarında. Tekno-ekonomik analiz, enerji ve üretim maliyetleri geleneksel peletleme yöntemi 24,26 oranla yüksek nem peletleme işlemini kullanarak yaklaşık% 40-50 oranında azaldığını belirtti. majya da indirgenmiş bir pelet, üretim maliyeti nedeni yaklaşık 80 ° C 21 veya daha düşük sıcaklıklarda çalışan bir tane kurutma 180 ° C'ye kadar 160 yüksek sıcaklıklarda çalışan bir döner kurutucu yerine etmektir. Bir kemer ya da tahıl kurutma makinesi ile bir döner kurutucu yerine diğer avantajları şunlardır: 1) daha fazla verimlilik, 2) yangın tehlikesini azaltılmış, 3) yüksek kaliteli ısı ihtiyacı yoktur, 4) uçucu organik bileşik indirgenmiş (VOC) emisyonlarının, 5) azaltılmış partikül emisyonları, ve 6) yüksek kil veya yapışkan biyokütle 27 aglomera değil. Geleneksel topaklama enerji yoğun buhar makinesi aşaması tipik olarak nem eklemek ve biyokütle bazı bileşenlerin aktive etmek için kullanılan kısa ön-ısıtma aşaması ile ikame edilir. Bu adım, besleme nem içeriğini azaltmak ve lignin gibi bir biyokütle bileşenleri aktive eder. Pelet kalıp geliştirilen sürtünme ısı da yaklaşık% 5-8 (wb) 21,28 tarafından hammadde nem içeriğini azaltmaya yardımcı olur. Yüksek moisture topaklama işlemi pelet değirmeni biyokütle sıkıştırır, aynı zamanda sıkıştırma ve ekstrüzyon sırasında nem içeriğini azaltmak için yardımcı olur. Birçok araştırmacı, tek laboratuvar kullanarak nem içeriğinin geniş bir yelpazede (7-45%, wb) ham ve kimyasal ön işlem biyokütle peletleme üzerinde deneyler yapmış, pilot ölçekli halka ölür ve ticari sürekli peletleme sistemleri 10,25,29-40, (belediye katı atık ve amonyak lif patlama Pace, D. 2015 Peletleme (AFEX) pilot ölçekli halka kalıp pelet değirmen mısır koçanı ön muamele. Biyoyakıt Bölümü, Baş Mühendis, Biyokütle Ulusal Kullanıcı Tesisi, Idaho Ulusal Laboratuvarı (Yayınlanmamış veri)) . Farklı istenen seviyelere biyokütle Bu araştırmacılar arındırılmış hammadde nem içeriği pelet kalitesi özellikleri üzerinde nem içeriğinin etkisini anlamak için.

Pelet kalite özellikleri, yoğunluk ve dayanıklılık, ABD'ye göre normatif özellikleri vardırA bazlı Pelet Yakıt Enstitüsü (PFI). Ancak, Standardizasyon (CEN) dayanıklılık için Avrupa Komitesi göre normatif ve yığın yoğunluğu bilgilendirici bir şartname 41 dir. >% 97.5 dayanıklılık değerleri ile pelet en yüksek notu ile pelet olarak belirlenmiş ise dayanıklılık değerleri> 96.5 ve% yığın yoğunluğu> 640 kg / m 3 ile topaklar, PFI standartlarına dayalı süper prim pelet olarak belirlenir. Hem CEN ve PFI standartları farklı çaplarda granül öneriyoruz. CEN 6-25 mm 'den az ya da 4 kez çapı 41 eşit bir pelet boyu arasında değişen bir çapa önerdiğinden Örneğin, PFI, 6,35-7,25 mm aralığında bir çapa önerir. Daha küçük çaplı peletler (6 mm) daha yüksek paketleme yoğunlukları 28 bilgisi göz önüne alındığında daha uzun mesafelerde taşınması için özellikle tercih edilir. Geleneksel peletleme işlemleri için, bu yoğunluk özellikleri d karşılamak için düşük nem içeriklerindeki biyokütle pelet tavsiye edilirpelet, uzun mesafeler 41 taşınması için esirable. CEN ve PFI Hem ek pelet dereceleri 41 var. Tumuluru 28 ve Tumuluru ve Conner 40 Idaho Ulusal Laboratuvarı yardım geliştirilen yüksek nem peletleme süreçleri farklı taşımacılık ve lojistik senaryoları için uygun hale farklı kalite nitelikleri (kütle yoğunluğu ve dayanıklılık) ve spesifik enerji tüketimi ile mısır koçanı ve ahşap pelet üretmek olduğunu belirtti.

biyokütle Peletlemenin çalışmaların çoğu, tek bir peletleme sistemi kullanılarak yapıldı. laboratuvar ölçeğinde sürekli sistem kullanılarak biyokütle verileri peletleme sınırlıdır. Sürekli peletleme sistemleri üzerinde çalışmalar çap oranı kalıp dönme hızı, uzunluğu gibi peletleme proses değişkenlerinin etkisini anlamak ve kalite nitelikleri ve spesifik enerji tüketimi üzerine çapı ölmeye yararlı olacaktır. Sürekli sistemlerde peletleme veriler ayrıca sc için kullanılabilirpilot süreci ve ticari ölçekli sistemlerini ale. Genel olarak, düz kalıp pelet değirmen bir laboratuvarda 4 odunsu ve otsu biyokütle üzerinde peletleme çalışmaları yürütmek için kullanılır. laboratuvar ölçekli düz kalıp, pilotun ve ticari ölçekli halka kalıp pelet değirmenleri çalışma prensibi benzer. Bu pelet değirmenleri tamamı iki ya da üç silindirleri ile bir delikli sert çelik kalıp var. Kalıp çevirerek, makaralar hammadde üzerinde kuvvet uygularlar ve yoğunlaştırılmış topakları 4 oluşturmak üzere kalıbın deliklerden zorlamak.

Herhangi bir bağlayıcı madde ilave edilmeden 28-38% (WB) arasında besleme nem içeriği, mısır koçanından, yüksek nem topaklama Bizim önceki çalışmalar daha yüksek ham madde nem içeriği 21,28 daha düşük dayanıklılık değerleri elde edilmiştir. o ele sırasında pelet (pelet kalitesi kaybı) parçalanmasını önlemek için yardımcı olarak, soğutma ve kuruduktan sonra yüksek nem pelet dayanıklılığını artıran, sto önemlidiröfke ve ulaşım. pelet dağılması genellikle pelet üreticileri için cezalar üretim ve gelir kaybına neden olur. Bağlayıcılar genellikle pelet kalitesi, özellikle dayanıklılık geliştirmek ve spesifik enerji tüketimini azaltmak için peletleme işleminde kullanılmaktadır. Topaklama işleminde yaygın olarak kullanılan, doğal bağlayıcı proteinler ve 4,28 nişasta. Protein, ısı, nem, basınç ve varlığında denatürasyon maruz ise nişasta, jelleşme maruz kalır. Bu her iki tepkime düşük enerji tüketimi ile daha iyi bir bağlanma ve daha dayanıklı topaklar ile sonuçlanmaktadır. Bu çalışmada, genel amacı, bir düşük (soğutulduktan sonra), yeşil dayanıklılık açısından iyi kalitede pelet ve (kurutma sonunda) tedavi dayanıklılık elde etmek geliştirmek ve bir bağlayıcı madde ilavesi ile mısır koçanı kullanarak yüksek nem topaklanma sürecini göstermekti spesifik enerji tüketimi. Çalışmanın için özel amaçları 1) Mısır st yüksek nem peletleme yapmak vardıfarklı besleme nem içeriği (33, 36 ve 39,% DB) ve nişasta bağlayıcı içeriği (0, 2 ve% 4) olarak, 2) fiziksel özellikleri (pelet nem içeriği, pelet çapı, genişleme oranı, ölçme, kütle yoğunluğu ve dayanıklılık (yeşil ve terbiyeli dayanıklılık) ve 3) peletleme sürecinin spesifik enerji tüketimi değerlendirir.

Protocol

NOT: Mısır koçanı balya Iowa, ABD tarım çiftliklerden balyaların şeklinde temin edilmiştir. tedarik balyalar iki aşamada sıralı olarak öğütülmüştür. 1. Safhada, mısır koçanı balya 50,8 mm'lik bir süzgeç ile donatılmış bir öğütücü kullanılarak öğütülmüştür. 2. etapta, aşama 1 öğütülmüş malzeme, bir 4,8 mm'lik bir süzgeç ile donatılmış bir Bliss çekiçli değirmeni kullanılarak daha öğütülmüş. Malzeme rutubet ve yığın yoğunluğu için test edilmiş ve daha fazla topaklama testleri için bir hava geçirmez bir kap içinde depolanmıştır. Saf mısır nişastası, yerel piyasadan temin edilmiş ve nem içeriği ve yığın yoğunluğu ölçülmüştür. Nem içeriği ve öğütülmüş mısır koçanından ve mısır nişastası bağlayıcı kütle yoğunluğu Tablo 1 verilmiştir.

tablo 1
Tablo 1. Nem içeriği ve öğütülmüş mısır koçanından ve mısır nişastası bağlayıcı kütle yoğunluğu.

1. Pelet Değirmen </ P>

  1. (Şekil 1) 21,28,38 peletleme deneylerin gerçekleştirilmesi için 10 HP bir motor ile donatılmış, bir laboratuar ölçekli düz kalıp pelet değirmeni kullanarak.

Şekil 1
Idaho Ulusal Laboratuvarı bir laboratuvar ölçekli düz kalıp pelet değirmen Şekil 1. şematik. Düz kalıp pelet değirmen ve bağlayıcı ilavesi olmadan yüksek nem mısır koçanı peletleme testleri yapmak için kullanılan (Tumuluru 21 uyarlanmıştır). Görüntülemek için tıklayınız Bu rakamın daha büyük bir versiyonu.

  1. Daha sonra hazne ve vida besleyici yüzeyinde esnek ısıtma bandı yerleştirin ısı kaybını önlemek için cam yünü ile izole. çaldı istenilen sıcaklığa biyokütle ön ısıtmak için bir sıcaklık kontrol ısıtma bandı takın30-130 ° C arasında örn.
  2. Bir değişken frekanslı sürücü (VFD) ile pelet değirmeni donatın. Pelet değirmen motora pelet değirmen VFD bağlayın. besleyici motor kontrol pelet değirmen besleme hızını değiştirmek için bir doğru akım motor kontrol olduğunu.
  3. Güç tüketimini kaydetmek için pelet değirmen motoruna güç ölçer bağlayın. El ile topak 8 mm çapında bir açma ve çap uzunluğu (L / D) 2.6 oranı ile kalıp seçin.
  4. pelet presin çıkan sıcak pelet soğutmak için pelet değirmen yatay bir pelet soğutucu ekleyin. taze hava dolaşımını sağlamak için egzoz sistemine soğutucu bağlayın.

2. Hammadde Hazırlama

  1. 4.8 mm'lik ekranını kullanarak mısır koçanı zemin 2-3 kg alır. Mısır koçanı nem muhtevasına (adım 4.1) ve kütle yoğunluğuna (adım 4.3) ölçün (bakınız Tablo 2).
  2. nem içeriği (adım 4.1) ve dökme yoğunluğunun ölçülmesi saf (% 100) mısır nişastası bağlayıcının (adım 4.3)yerel pazardan tedarik.
  3. öğütülmüş mısır koçanından mısır nişastası bağlayıcı ekleyin (bkz % Birleştirici eklenmesi için Tablo 2)
  4. su miktarını hesaplayın denklemi 1 ile 33, 36, ve% 39 (wb) için öğütülmüş mısır koçanından ve mısır nişastası bağlayıcı karışımı nem seviyesini ayarlamak için eklenecek.
    denklem 1 = denklem 2 (1)
    Not: Örnek (WB) yüzdesi nihai nem içeriği, ve m, I: denklem 1 'de, W w, su (g) ağırlığı, W S biyokütle örnek (g) e.n. f ağırlığıdır yüzdesi başlangıç ​​nem içeriği örnek (wb%).
  5. mısır koçanı / mısır nişastası bağlayıcı karışımı hesaplanan su ekleyin ve bir laboratuvar ölçekli şerit blender içinde karıştırın.
  6. kapalı bir kapta nem ayarlı mısır koçanı / mısır nişastası karışımı saklayın ve ayarlanmış bir buzdolabında yerleştirin4-5 ° C ve bağıl nemi dengelenmeye olanak sağlamaktır.

3. Yüksek Nem Peletleme Süreci

  1. Buzdolabının dışında mısır koçanı / mısır nişastası karışımı alın ve oda sıcaklığına getirmek için yaklaşık 1-2 saat boyunca oda sıcaklığında bekletin.
  2. pelet değirmen besleme haznesine malzemeyi yükleyin. 60 Hz (380 rpm) pelet değirmeni çalıştırın hız ölür.
  3. Bir Yatışkın durumda pelet üretmek için pelet değirmen besleme hızını ayarlayarak eşit pelet değirmeni besleyin. Yatay pelet soğutucu pelet soğutun.
  4. Ayrı para cezaları bir 6,3 mm ekranını kullanarak peletleme sürecinde oluşturulan.
    NOT: 21 soğutulduktan sonra taneciklerinin nem içeriği ve dayanıklılık ölçün.
  5. % 9'dan daha az (WB) pelet nihai nem içeriğini azaltmak için 3-4 saat boyunca 70 ° C'de bir laboratuar fırınında soğutuldu yüksek nem pelet kurutulur.
    Not: pelet nem içeriği, kütle yoğunluğu, ve dura ölçünKurutulan topaklar, 21 lük.
  6. peletleme işlemi sırasında bir bilgisayara güç verilerini yapın.
    NOT: peletleme test koşullarında ve 33, 36 ve% 39 nem içeriği ve% 4 mısır nişastası bağlayıcı yanı sıra üretilen pelet Şekil 2 için Tablo 2'ye bakınız.

tablo 1
Bu çalışmada kullanılan Tablo 2. Deneysel test koşulları.

şekil 2
Farklı hammadde nem içeriğinin% 4 mısır nişastası bağlayıcı ile üretilen mısır koçanı pelet 2. fotoğrafıdır Şekil. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

4. PeletÖzellikleri ve Spesifik Enerji Tüketimi

Not: ASABE standartları 42 ham ve topaklanan malzemenin nem muhtevası, yoğunluk, dayanıklılık ve incelik yüzdesi ölçmek için kullanılmıştır.

  1. Fırın 24 saat boyunca 105 ° C'ye ayarlanmış bir laboratuarda öğütülmüş ve pelet mısır koçanı örnekleri yaklaşık 25-50 g yerleştirin. önce ve kurutulduktan sonra örnek tartılır. üç nüsha olarak denklem 2. Deney kullanarak nem içeriğini hesaplayın.
    denklem 3 (2)
  2. Tek bir pelet atın ve Grit Programı Bezi ile biter hem pürüzsüz. Vernier kumpas kullanılarak pelet çapını ölçün. . Denklem 3 28 kullanarak pelet genişleme oranını hesaplamak on pelet çapını ölçün.
    Genleşme oranı = denklem 4 (3)
    Not: Denklem 3, D, pelet ekstrüzyon (mm) çapı olan ve D ise kalıbın (mm) çapı.
  3. 155 mm yükseklik ve 120 mm çapında olan bir pleksiglas cam bir silindir kullanarak. o taşmaları kadar silindirin içine pelet dökün ve düz kenarlı üst yüzeyini seviye. malzeme ile silindir tartılır. kütle yoğunluğuna hesaplamak için silindir hacmine silindirin ağırlığı bölün. deneyini üç kez tekrarlayın.
  4. Hand 6,3 mm ekranı kullanılarak topak haline malzemeyi elek. elekten geçen malzeme tartılır. denklem 4 kullanılarak yüzde cezaları hesaplayın.
    Yüzde cezaları = Denklem 5 X 100 (4)
  5. pelet dayanıklılığı test her bölmeye para cezaları olmadan pelet yaklaşık 500 gr koyun. 10 dakika boyunca 50 dev / dk'da pelet makinesi. Bir 6,3 mm ekranını kullanarak eskitme malzemeyi eleyin. pelet yüzde dayanıklılığını hesaplamak için denklem 5 kullanın.
    dayanıklılık =tp_upload / 54092 / 54092eq6.jpg "/> × 100 (5)
    Not: Green dayanıklılık soğutma sonra ölçülen peletlerin dayanıklılığı ve tedavi dayanıklılık 3 saat 70 ° C'de granül kurutmadan sonra ölçülen dayanıklılığıdır.
  6. veri kaydı yazılımını kullanarak pelet değirmen güç tüketimini yapın. 60-Hz kalıp hızında boş pelet tesisini çalıştırarak pelet değirmeni yüksüz gücü (kW) verilerini kaydetmek. spesifik enerji tüketimi (SEC) hesaplamak için denklem 6 kullanın.
    Denklem 7 (6)

Representative Results

Pelet Nem İçeriği

biyokütle nem içeriği topaklama sonrası yaklaşık 5-8% (WB) ile indirgendi. Bu azalma, esas olarak kalıbın geliştirilen sürtünme ısısı, ve ön ısıtma sıcaklık ve yüksek nem peletlerin soğutma atfedilir. Ayrıca, bağlayıcı kayıp nem miktarı üzerinde bir etkisi vardı. % 0 bağlayıcı olarak, nem kaybı bizim önceki çalışmalarda 21,28 ile kabul yaklaşık% 7-8 idi; buna karşın,% 4 bir bağlayıcı olarak, topaklama sırasında besleme stoğunun nem kaybı% 3-5 civarında (Şekil 3). biyokütle eklenen bağlayıcı bir yağlayıcı ajan olarak hareket etmiş olabilir. Bu sürtünme direncinin düşük ve nem kaybı azalmaya neden kalıp kanal malzemesinin kalma süresinde düşük olabilir. Daha önceki çalışmalarda, kızılötesi kullanarak peletleme hemen sonra ölçülen sıcaklık diermometer (Fluke Model 561, Fluke Corporation Everett, WA, ABD) yaklaşık 100-110 ° C 21 ulaşmıştır. nem sıkıca nişasta granüllerinin bağlı olabileceği gibi bağlayıcı yüzdesinin artırılması nem kaybını azalttı. 3-4 saat nem içeriği <% 9 (WB) vardı için daha 70 ° C'de bir laboratuar fırınında kurutulmuştur yüksek nem peletler ve bu peletler pelet çapı, genişleme oranı, kütle yoğunluğu gibi diğer fiziksel özellikleri ölçmek için kullanılmıştır ve dayanıklılık. Pelet nem içerik verilerinin istatistiksel analizi besleme nem muhtevası ve topak nem içeriğine bağlayıcı ilave (Tablo 3) bir ortak etkisi olduğunu göstermiştir. Resim birleştirici ve% 2 bağlayıcı ile topaklar için, ham madde nem içeriğinde bir artış pelet nem içeriğinde bir artış (Tukey p <0.05) neden oldu, fakat bu trend% 4 birleştirici istatistiksel olarak anlamlı değildir (Tukey p≥0.05 Şekil 3) .


Şekil 3. Soğutma sonrasında pelet nem içeriğine besleme nem içeriği (FMC) ve nişasta bağlayıcı etkisi (± 1SD ortalama n = 3). Bağlayıcı olmaksızın yapılan Topaklama testi bağlayıcı ile yapılan testlere göre daha yüksek besleme nem kaybı ile sonuçlandı. Farklı harfler post hoc Tukey HSD testleri (p <0.05) kullanılarak anlamlı bir farklılık göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

pelet Çapı

ve bağlayıcı ilave edilmeden% 33 nem içeriğine pelet çapı (veriler gösterilmemiştir) soğutulduktan sonra 8.4-8.7 mm aralığında olmuştur. beslemeleri artırılmasıilave bağlayıcı ile 36 ve% 39 (WB) ile tak nem içeriği 9.3 mm'lik bir maksimum değere pelet çapı artmış (veriler gösterilmemiştir). Bu peletler ayrıca yaklaşık 3-4 saat boyunca 70 ° C'de bir laboratuar fırınında kurutulmuştur. Kurutma yaklaşık 0.3-0.4 mm tane çapı, bir azalmasına neden olmuştur. Kurutma işleminden sonra, çapı azalma başlıca nedeni peletlerin daralma kaynaklanmaktadır. (Tablo 3) kurutulduktan sonra, pelet çapı besleme nem muhtevası ile bağlayıcı arasında Ayrıca etkileşimin anlamlı bir etkisi olmamıştır. % 33 besleme nem kurutulduktan sonra pelet çapı% 36 veya% 39 besleme nem oranını arttırmadan ise yaklaşık 8.7 mm (Şekil 4) pelet çapı artan, 8.3 ila 8.5 mm aralığında olmuştur. hiçbir bağlayıcı nedeniyle ölçümlerde yüksek sapmaların (Tukey p <0.05), muhtemelen kullanıldığında bu artış sadece% 33 ve% 39 arasında istatistiksel olarak anlamlı idi. Şekil 4,
Şekil 4. kurutulduktan sonra pelet çapı besleme nem içeriği (FMC) ve mısır nişastası bağlayıcının etkisi (ortalama ± 1SD, n = 10), besleme nem muhtevası ve nişasta ilave olarak bir artış ile yükselir Pelet çapı.. Farklı harfler post hoc Tukey HSD testleri (p <0.05) kullanılarak anlamlı bir farklılık göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

genleşme oranına

Genleşme oranı pelet çapı (denklem 3) kullanılarak hesaplanır. genişleme oranı değerleri kurutmadan sonra göre soğutma sonrasında peletler daha yüksek olmuştur (veriler gösterilmemiştir). almadan ve% 33 nem içeriğindeBağlayıcı ek olarak, soğutmadan sonra genişleme oranı değerleri 1.16-1.20 aralığında idi. Bundan başka 36 nem içeriğini artırmak ve bağlayıcı ilave edilmeden 39% 1,35 genişleme oranı değerleri artmıştır. Kurutulan topaklar hem tabana ve yanal nedeniyle pelet daralma etkili olmuştur alt genişleme oranları vardı. % 33 besleme nem içeriği ve bağlayıcı ilave edilmeden genişleme oranı değerleri 1,11-1,07 (Şekil 5) aralığı içinde idi. 36 ve% 39 besleme nem oranını arttırmadan daha 1.10-1.18 (Şekil 5) genişleme oranı artmış değerler; Ancak, bu hiçbir bağlayıcı ilavesi ile% 39 nem içeriği (; Tablo 3 Tukey p <0.05) kıyasla sadece istatistiksel% 33 için anlamlı idi. Bir nişasta ekleyerek pelet çapı ve genişleme oranı söz konusu olduğunda, esaslı bağlayıcı hammadde nem içeriğinin hiç bu değerleri artmış, ancak bu fark istatistiksel değildianlamlı (Tukey p≥0.05). Kuruduktan sonra genişleme oranı sonuçları artan hammadde nem genişleme oranını artırmış ve daha ileri hacim yoğunluğu 28 değerleri azalmış önceki çalışmaların, bulgularını doğrulamıştır.

Şekil 5,
Kurutulduktan sonra pelet genişleme oranı ile ilgili besleme nem içeriği (FMC) ve nişasta bazlı birleştirici Şekil 5. etkisi (n = 10). Olmaksızın bağlayıcı ilavesiyle besleme nem içeriğinde bir artış ile yükselir peletlerin genleşme oranı. Farklı harfler post hoc Tukey HSD testleri (p <0.05) kullanılarak anlamlı bir farklılık göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

toplu Density

Soğutulduktan sonra bağlayıcısız% 33 ham madde nem muhtevası ile yapılan ve ölçülen peletler yığın yoğunluğu 464-514 kg / m3 aralığı içinde (veriler gösterilmemiştir). Bağlayıcı olmayan 36 ve% 39 besleme nem içeriği kütle yoğunluğu değerleri, 437-442 kg / m3 aralığı içinde idi. <400 kg / m 3 kütle yoğunluğu azalır, bu besleme stoku su içeriğinde bağlayıcı maddenin eklenmesi. yaklaşık 3 saat süreyle 70 ° C'de bir laboratuar fırınında yüksek nem peletleri kurutma az% 9 (WB) ile taneciklerinin nem içeriği azaltılmış. Kurutma işleminden sonra yaklaşık 50 kg / m3 ile kütle yoğunluğu değerleri hafif bir artış oldu. kuruduktan sonra yığın yoğunluğunun artışı nedeniyle yakın daha az açık yapısı ile parçacıkları tutmuş olabilir daha az parçacık arası sıvı köprüler, bağlı olabilir. Oginni 44 gözlenen zemin Loblolly çam de kütle yoğunluğuNem içeriğindeki bir artış ile yükselmiştir. Ve bağlayıcı eklenmeden% 33 bir besleme nem içeriğine sahip peletler, pelet yığın yoğunluğu 520-530 kg / m3 (Şekil 6) aralığında olmaktadır. 36 ve% 39 (WB) daha yüksek ham madde su içeriğinde kurutulmuş peletlerin kütle yoğunluğu önemli ölçüde 434 kg, / m3 ve <437 kg / m3, <düşmüştür. Ham madde, nem içeriği ve yığın yoğunluğu (Tablo 3) birleştirici ilave arasındaki etkileşimin anlamlı bir etkisi olmamıştır. Genel olarak, kütle yoğunluğu besleme nem içeriği başlangıç ​​bir artış ile azalmıştır. Buna ek olarak, kütle yoğunluğu, nişasta muhtevasında bir artışa (Şekil 6) ile azaldığı bir belirti yoktur.

Şekil 6,
Şekil 6. Efkurutulduktan sonra pelet kütle yoğunluğuna besleme nem içeriği (FMC) ve nişasta bağlayıcı etkisinin, (± 1SD ortalama n = 3)% 33 (DB) ve herhangi bir bağlayıcı madde alt besleme nem içeriği yüksek kütle yoğunluğu ile sonuçlanmıştır.. Farklı besleme su içeriğinde ekleme 2 ve% 4 birleştirici düşük yığın yoğunluklu değerleri elde edilmiştir. Farklı harfler post hoc Tukey HSD testleri (p <0.05) kullanılarak anlamlı bir farklılık göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Dayanıklılık (%)

Soğutulduktan sonra

yeşil Dayanıklılık

Şekil 7, soğutmadan sonra peletlerin dayanıklılık (g gösterirReen mukavemeti) ve 3-4 saat (tedavi mukavemeti), 70 ° C'de bir fırında kurutulduktan sonra. nedeniyle kayma ve darbe dirençleri taşıma ve depolama esnasında daha az kırılmasına neden olacak gibi yüksek nem pelet yüksek dayanıklılık değerleri arzu edilir. ANOVA, etkileşim besleme nem içeriği, bağlayıcı oranında ve kurutma (Tablo 3) arasında anlamlı olmuştur. Bağlayıcı içeriğinde bir artış ile arttığı soğutma sonrasında pelet dayanıklılığı değerleri (Tablo 3; Tukey p <0.05). % 33 (wb) hammadde nem içeriği, bağlayıcı olmadan dayanıklılık değerleri yaklaşık% 87.2 idi; , oysa 2 ve% 4 nişasta bağlayıcı ilavesi ile, dayanıklılık değerleri 93.2 ve% 96.1 (Şekil 7) yükseldi. eğilimi 36 ve% 39 (WB) 'in diğer besleme nem içeriği için benzerdi. bağlayıcı olmadan dayanıklılık değerleri yaklaşık% 80 idi; Ancak, biyokütle ekleyerek bağlayıcı dayanıklılık değerleri arttı. dayanıklılık incrPeletler% 36 arasında ham madde nem muhtevası ve% 4 nişasta bağlayıcı ile yapılmış zaman yaklaşık% 90 oranında azalttı. % 39 daha yüksek hammadde nem içeriği (wb) eğilim benzer, ama genel dayanıklılık değerleri diğer hammadde nem içeriğine göre azalmıştır.

Şekil 7,
Soğutulduktan sonra ve kuruduktan sonra dayanıklılık ilgili besleme nem içeriği (FMC) ve nişasta bağlayıcı Şekil 7. etkisi. (Ortalama ± 1SD, n = 3) 33, 36 ve% 39 (WB) üretilen yüksek nem mısır koçanı peletlerin dayanıklılık değerleri besleme nem içeriği soğutulduktan sonra ve kuruduktan sonra, her iki bağlayıcı madde ilavesi ile artmıştır. Farklı harfler post hoc Tukey HSD testleri (p <0.05) kullanılarak anlamlı bir farklılık göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. </ P>

Kurutma işleminden sonra

Sertleşen Dayanıklılık

3-4 saat boyunca 70 ° C'de bir laboratuar fırınında yüksek nem peletler kurutulması ve böylece peletlerin dayanıklılığını artırmak, pelet sertleştirme ile sonuçlanmıştır. 33, 36 ve% 39 (WB) besleme nem içeriği hazırlanmış peletler dayanıklılık değerleri (Şekil 7)>% 92 yükselmiştir. % 33 besleme nem içeriği dayanıklılığı değerleri (Şekil 7) kurutmadan sonra yaklaşık% 98 yükselmiştir. Bu sonuçlar daha önceki çalışmaları 21,28 ile yakından maç. bir bağlayıcı kullanılarak yapılan peletlerin dayanıklılığı değerleri (Tukey p <0.05) kurutulduktan sonra artmıştır. % 33 ham madde nem muhtevası ve% 4 bağlayıcı olarak, gözlemlenen nihai dayanıklılık değerleri yaklaşık% 98 idi. eğilim 36 ve% 39 hammadde de benzerbağlayıcı dayanıklılık değerleri üzerinde olumlu bir etkisi vardı nem içeriği (Tukey p <0.05). 2 ve% 4 arasında bir bağlayıcı ilave edilerek% 39 besleme nem içeriği, dayanıklılık değerleri yaklaşık 94-95% yükselmiştir.

yüzde Cezaları

Bu çalışmada, topaklama sırasında üretilen incelik yüzdesi% 33 (WB) besleme nem içeriğine göre 36 ve% 39 (WB) daha yüksek idi. Ekleme bağlayıcı Resim bağlayıcı ilave (Şekil 8) ile yapılan testlerde karşılaştırıldığında, tüm besleme stoğu nem içeriği üretilen yüzde cezaları düşürülmesiyle sonuçlanmıştır. Resim bağlayıcı ile gerçekleştirilen Topaklama testi% 39 (WB) besleme nem içeriği yaklaşık% 11, en yüksek yüzde cezaları göstermiştir. mısır koçanından 2 ve% 4 bağlayıcı ekleme,% 33 ve% 36 hayır bağlayıcı eklenen pelet karşılaştırıldığında (wb) için peletleme sırasında oluşan yüzde cezaları azaldı. TBu çalışmada gözlemlenen o en düşük yüzde cezaları% 4 bağlayıcı ilavesi ve% 33 (wb) hammadde nem içeriği (yaklaşık% 3) idi.

Şekil 8,
Pelet haline malzemeden üretilen yüzde cezalar üzerinde hammadde nem içeriği ve nişasta bağlayıcı Şekil 8. etkisi. 33, 36 ve% 39 (wb) bağlayıcı ilave hammadde nem içeriklerinde topak haline malzemede yüzde cezaları azaltmıştır. Tıklayınız Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için.

Spesifik Enerji Tüketimi

Özgül enerji tüketimi bağlayıcı yanı sıra (Şekil 9) etkilenmiştir. Resim bağlayıcı ile, belirli bir en-33, 36 ve% 39 besleme nem içeriği ji 118-126 kWhr / ton arasında değişir. % 2'lik bir bağlayıcı maddenin eklenmesi / ton'a 75-94 kWhr için enerji tüketimi azalır. Dahası% 4'e bağlayıcı yüzdesi daha fazla test tüm hammadde nem içerikleriyle için yaklaşık 68-75 kWhr / ton spesifik enerji tüketimi azalır artar. 2 ve% 4 bağlayıcı ekleme hakkında% 20-40 oranında spesifik enerji tüketimi azalır.

Şekil 9,
Yüksek nem kaplama işleminin spesifik enerji tüketimine besleme nem muhtevası ve nişasta bağlayıcı Şekil 9. etkisi. Yüksek nem mısır koçanı, topaklama işleminde spesifik enerji tüketimi 2 ve% 4 nişastanın eklenmesi ile yaklaşık% 20-40 oranında düşürülmüştür tabanlı bağlayıcı. daha büyük bir versio görmek için buraya tıklayınız Bu rakamın n.

İstatistiksel analiz

İstatistiksel analiz JMP 10 43 tamamlanmıştır. ANOVA N (pelet nem içeriğine besleme nem muhtevasına (33, 36, 39%) ve mısır nişastası bağlayıcı (0, 2,% 4) etkisini belirlemek için kullanılan bir iki yönlü = 3), pelet çapı (n = 10), genleşme oranı (n = 10), ve yığın yoğunluğu (n = 3). Bir üç-yollu ANOVA (n = 3 dayanıklılığı üzerinde (kurutmadan sonra, kurutmadan önce) nem muhtevasına (33, 36,% 39), mısır nişastası bağlayıcı (0, 2,% 4) ve kurutma etkisini belirlemek için kullanılmıştır ). Artıklar normallik ve varyans homojenliği için ANOVA varsayımlar araya geldi. Bu varsayımları karşılamak için, pelet nem içeriği 4. güç verileri yükselterek dönüştü. ANOVA test faktörler p <0.05 anlamlı olsaydı, Tukey HSD testi post hoc ikili karşılaştırmalar için kullanıldı.

1 ">:" keep-together.within sayfa = fo "çadır Tablo 3
Tablo 3. Varyans analizi (ANOVA) dayalı proses değişkenlerinin istatistiksel anlamlılık.

Discussion

düşük özgül enerji tüketimi istenilen dayanıklılık pelet üretmek için yüksek nem peletleme yöntemi kritik adımlar şunlardır: 1) istenilen nem seviyelerine yüksek nem mısır koçanı (33-39%, wb) kurutma, 2) yüzde bağlayıcı ilavesi ve 3) pelet değirmen içine eşit yüksek nem biyokütle besleme. Ham madde nem ve yüzde birleştirici (kurutma, soğutma öncesi ve sonrası yoğunluk ve pelet dayanıklılık) pelet özellikleri etkilenir işlem değişkenleri ve kaplama işleminin spesifik enerji tüketimidir. O topaklama çalışmaları için kullanılmadan önce hammaddenin neminin kontrol önerilir. eşit pelet değirmen 33, 36 ve% 39 (wb) yüksek nem, mısır koçanından Beslenme kalitesi ve enerji tüketimi üzerinde bir etkisi vardır. Bir değişken frekans sürücü ile pelet değirmen besleyici değiştirme pelet değirmen muntazam biyokütle beslemek için gerekli oldu.

elde edilen sonuçlar,Bu çalışmada, yüksek nem, mısır koçanından için bağlayıcı ilave marjinal pelet yığın yoğunluğu azaltmak yaptı belirtti, ancak önemli ölçüde dayanıklılık geliştirilmiş. bağlayıcı esaslı bir nişasta ekleme sıkıştırma ve ekstrüzyon sonra pelet nem içeriğini arttı, ama bu artış okudu hemen hemen tüm durumlarda istatistiksel olarak anlamlı olmadığı tespit edilmiştir. daha yüksek (% 7-8, DB) bağlayıcı idi ise topaklama sırasında nem kaybı, yaklaşık 3 ila 4% bağlayıcının ilave olarak% 4 olmuştur. ) 1 olabilir, mısır koçanından bir bağlayıcının ilavesi kalıbında maddenin kalış süresi, indirgenmiş ve 2) bu şekilde sıkıştırma sırasında daha az nem kaybına neden olabilir kalıp sıcaklığı, azaltılması, kalıp içinde sürtünme direncinin düşük ve pelet ekstrüzyon kalıp.

Bu topak kalıptan çıkarılır ve (Şekil 4) kurutulduktan sonra pelet çapında bir artış oldu. Bu artış, büyükdaha yüksek ham madde nem içeriği ve nişasta bağlayıcı ilavesiyle er. Pellet kütle yoğunluğu ve bir bağlayıcı olmaksızın% 33 (WB) besleme nem içeriği 510-530 kg / m3 aralığı içinde idi. Önceki araştırmalar esas olarak pelet genişlemesi yaklaşık% 38 (wb) alt kütle yoğunluğunda sonuçları, yüksek ham madde nem içeriği 21,28 die çıktıkları yoluyla da belirtti. Yüksek nem biyokütle materyalinden basınç altında kalıp boyunca ekstrüde edildiğinde Nem flaş kapalı 12,21 sonuçlanır ortak bir olaydır. nem flash-off eksenel ve çap yönde hem pelet genişlemesine yol verir. Genel olarak, çap genişleme eksenel genişleme oranla daha belirgindir. pelet kalıbı içinden sıkıştırma ve ekstrüzyon sonrası biyokütle genişleme davranışı bir başka nedeni biyokütle lifleri nem içeriğinin huzurunda rahatlayın olduğunu olabilir. Ndiema ve ark., 45,Mani ve ark., 18 sıkıştırılmış biyokütle gevşeme bir boya sonuçları, uygulanan basınç bu serbest göstermiştir. gevşeme özellikleri partikül boyutu, besleme nem muhtevası ve uygulanan basınç gibi pek çok faktöre bağlıdır. Ayrıca, bu çalışmada gözlenen olması nedeniyle yakın parçacıklar tutulur ve daha az açık bir yapıya üretilen olabilir daha az parçacık arası sıvı köprülerine olabilir kuruduktan sonra yığın yoğunluğu artar. Oginni 45 zemin Loblolly çam kütle yoğunluğu artan nem içeriğinin azaldığı gözlemlenmiştir.

Peletlerin dayanıklılık hapların mukavemetini anlamak için ölçülmüştür. Genellikle, pelet kesme ve depolama, taşıma sırasında dirençlerini etkileyen tabidir ve taşıma işlemi 4,46. Kaliyan ve Morey 47 üretim (yeşil gücü) hemen sonra üretilen pelet dayanıklılığı du farklı olduğunu ileri sürmüşlerdirÜretim (tedavi gücü) sonra bir kaç gün saklanır pellet rability. Alt dayanıklılık değerleri ile peletler kırmak ve off-gazlama pelet üreticileri için gelir kaybına neden olabilir ve kendiliğinden yanma gibi depolama sorunları riskini artırır. Avrupa Standardizasyon Komitesi (CEN) ve Amerika Birleşik Devletleri Pelet Yakıtlar Enstitüsü (PFI) göre dayanıklılık önerilen değerleri yüksek kalite veya birinci sınıf pelet 31 için>% 96.5 bulunmaktadır. kurutulduktan sonra 83-85% aralığında dayanıklılığı değerlerine sahip herhangi bir bağlayıcı madde ile yapılan peletler göre% 39 nem içeriği, bir nişasta bağlayıcı ile topak haline bu çalışmada, dayanıklılık değerleri, yaklaşık 94-95% yükselmiştir. % 33 üretilen pelet (wb) hammadde nem içeriği dayanıklılık değerleri>% 96,5 vardı ve uluslararası standartlara uygundur.

1 arasında) bir katı köprüsü oluşumu: Nem içeren biyokütle topaklama sırasında farklı işlevleri vardırbiyokütle parçacıklar nedeniyle van der Waals kuvvetleri, 2) gibi dokusal özellikleri üzerinde güçlü bir etkiye sahip jelatinleşme ve denatürasyon gibi bazlı reaksiyonlar, biyokütle protein, nişasta ve lignin mevcut gibi doğal bağlayıcı aktive ve 3) nişasta ve protein teşvik sertlik 4-12. 4 lignoselülozik biyokütle durumunda, ana bağlayıcı madde lignin (: 27-33%, otsu biyokütle% 12-16 odunsu biyokütle) 'dir. Mısır koçanından lignin içeriği literatür kaynakları ve hammadde veritabanları 48 olmak üzere kompozisyon verileri gözden dayalı yaklaşık 16 ortalama% belirlendi. , Daha yüksek nem içeriğine daha yüksek hareketliliğe sahip bir yapıştırıcı olarak hareket eder ve daha güçlü bağlanma neden lignin molekülleri; Bununla birlikte, çok yüksek seviyelerde nemi daha az bağlanma ile sonuçlanan bir yağlayıcı gibi hareket edecektir. Bu çalışmada, yaklaşık% 39 çok yüksek bir nem içeriği (wb) nem daha fazla yağlayıcı gibi hareket etmiş olabileceğini ve düşük dayanıklılık a sonuçlandıpelet üretim sürecinde nd fazla para cezaları nesil. Daha yüksek dayanıklılık değerleri kalıp sıcaklığı ve besleme nem varlığında, nişastanın jelatinleşme kaynaklanabilir 36 ve% 39 (WB) daha yüksek bir besleme nem içeriği, bir bağlayıcı madde ilave edilerek tespit edilmiştir. Bu jelleşme reaksiyonları diğer biyokütle bileşenler ile nişastanın çapraz bağlanma oluşumuna neden olabilir.

peletleme işlemi sırasında oluşturulan yüzde cezalar pelet oluşturacak kadar iyi biyokütle için iyi bir göstergedir. pelet üreticiye ürün ve gelir kaybına peletleme işlemi esnasında ince parçacıkların nesil. peletleme süreçlerinde aşırı ince kuşak aynı zamanda kalite üzerinde bir etkisi yoğunluğu ve dayanıklılık gibi özellikleri olabilir. Pelet üretimi işlemi sırasında ceza üretimi biyokütle bileşiminin (yani, nişasta, protein, lignin ve mumlar) pelet değirmeni proses değişkenleri etkilenir <em> yani çap oranı (L / D oranı) uzunluk) dönme hızını, buhar durum, ön ısıtma) ve besleme değişkenleri (örneğin, besleme nem içeriği, parçacık boyutu kalıp ve besleme hızı 4. Mevcut sonuçlar, bağlayıcının eklenmesi, sadece üretilen ince parçacıkların yüzde azalttığını göstermektedir, aynı zamanda belirli bir enerji tüketimini azaltarak, fiziksel özellikleri geliştirmek için yardımcı olur. oluşturulan alt yüzde ceza biyokütle daha pelletability sahip olduğunu göstermektedir.

Bir emtia türü ürünün içine biyokütle yapmak için uygun yoğunlaştırma sistemleri üzerindeki incelemede Tumuluru ve ark., 4 bağlayıcı ekleyerek belirli enerji tüketimini azaltarak sonuçları ekstrüzyon enerji azaltmaya yardımcı olduğunu göstermiştir. Tipik olarak, uzunluk: çap (L / D) oranı kalıbında maddenin kalış süresini kontrol ve biyokütle bağlanmasını sağlar. Ayrıca, L / D oranı ekstrüzyon enerji ve speci kontrolfic enerji tüketimi. Daha yüksek L / D oranı pelet fiziksel özelliklerini geliştirir kalma süresini arttırır, fakat ekstrüzyon için gerekli olan enerjiyi arttırır. biyokütle için bir bağlayıcı ekleme düşük L / D oranında biyokütle bağlamak yardımcı ve ekstrüzyon enerjisini azaltır. Bu çalışmada, çapı sabit bir uzunlukta (L / D) (2.6) oranı seçilmiştir. Gelecekteki araştırmalar L / D pelet presin oranı ve pelet kalitesi özellikleri hakkında hammadde nem içeriği ile etkileşiminin etkisini anlamak hedefleniyor.

Biyokütle Milli Kullanıcı Tesisi elde edilen biyokütle önişleme (öğütme, kurutma ve peletleme) (https://www.inl.gov/bfnuf/) INL bulunan ve tekno-ekonomik analiz ilişkili deneysel veriler göstermektedir ki 30 arasında biyokütle kurutma (WB)% 10 enerji, büyük miktarda (yayınlanmamış veriler) kullanır. INL geliştirilen yüksek nem peletleme işlemi geleneksel pelet kıyasla pelet üretim maliyetini azaltmaya yardımcı olabilirÜretim Yöntemi 24. Bu çalışmada, yüksek seviyede bir nem kaplama işleminin bir nişasta bazlı bağlayıcı maddenin eklenmesi 36 ve% 39 (WB) arasında besleme su içeriğinde soğutulduktan sonra>% 92 pelet dayanıklılık gelişim göstermiştir, ve bu da belirli bir enerji azalır yaklaşık% 20-40 oranında peletleme süreci tüketimi. onlar konveyör tarafından verimli bir şekilde ele alınabilir gibi yüksek hammadde nem yapılan pelet Büyükşehir dayanıklılık değerleri önemlidir. Genellikle düşük dayanıklılık pelet işleme ve pelet üreticileri için gelir kaybına neden depolama sırasında para cezasına ufalanıp. Buna ek olarak, süreç içinde oluşturulan para cezaları kendiliğinden yanma ve 28,41 gaz çıkışı gibi güvenlik tehlikeleri neden olabilir. Bağlayıcının dezavantajları aşan bir bağlayıcı kullanılarak, yaklaşık% 20-40 oranında, belirli enerji azaltma. Ayrıca, bu çalışmaya dayanarak gıda işleme sanayiinin yan ürünlerinin bazı biyokütle peletleme için kullanılan olabilir sonucuna varabilirizbiyoenerji uygulamaları için. Şu anda, yüksek nem, topaklama işleminde laboratuar ölçekli düz kalıp pelet değirmeni kullanılarak ortaya çıkartılmıştır. Laboratuvar ölçekli pelet tesisi için burada açıklanan protokol ölçek büyütme modellerinin geliştirilmesi ve pilot ölçekli ve ticari ölçekli pelet değirmenleri süreci test etmek için temel teşkil edecektir.

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

Çevre Bilimleri Sayı 112 Mısır koçanı yüksek nem peletleme proses değişkenleri nişasta bağlayıcı pelet özellikleri spesifik enerji tüketimi
Yöntemi Düz Die Pelet Mill Yüksek Nem mısır koçanı ve Mısır nişastası Ciltçi&#39;yi kullanarak Az Enerji Tüketimi de Dayanıklı Peletlerini üretmek için
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