Método para la producción de pellets duraderas en un menor consumo de energía Uso de alta humedad Maíz Stover y un almidón de maíz Carpeta en un plano Die Pellet Mill
15 de junio de 2016
En este estudio, se desarrolló un protocolo para producir pellets de buena calidad utilizando un molino de pellets de matriz plana en reducida pruebas consumo específico de energía rastrojo de maíz de alta humedad y un aglutinante a base de almidón. Los resultados indicaron que la adición de un aglutinante de almidón de maíz mejoró la durabilidad del gránulo, reduce porcentaje de finos y la disminución de consumo de energía específica.
El objetivo general de este procedimiento es desarrollar una metodología para la peletización de biomasa con alta humedad, utilizando un aglutinante en una peletizadora de matriz plana. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la bioenergía, como por ejemplo cómo reducir el costo de producción de pellets mientras se producen pellets que cumplen con las especificaciones de calidad necesarias para diferentes escenarios de transporte. La principal ventaja de esta técnica es que es personalizable a las necesidades de cada usuario final.
La información aprendida se puede utilizar como base para desarrollar modelos a escala y para probar el proceso en peletizadoras a escala piloto y comercial. Utilice una peletizadora de matriz plana a escala de laboratorio equipada con un motor de 10 caballos de fuerza para realizar las pruebas de peletización. Envuelva la cinta térmica alrededor de la parte inferior de la tolva en los cuatro lados.
Luego atornille el alimentador y aísle la tolva y el alimentador con lana de vidrio, para evitar la pérdida de calor. A continuación, conecte la cinta calefactora a un controlador de temperatura para que la biomasa pueda precalentarse. Luego, conecte un VFD al motor de la peletizadora.
El motor del alimentador se controla con un potenciómetro, por lo que se utiliza corriente continua para ajustar la velocidad de alimentación de la peletizadora. A continuación, conecte un medidor de potencia al motor de la peletizadora para registrar el consumo de energía del motor. A continuación, seleccione un troquel de pellets con una abertura de ocho milímetros de diámetro y una relación longitud-diámetro de dos punto seis.
Ajuste el espacio entre el rodillo y el troquel a cero punto uno, ocho a cero punto dos, cero milímetros. Por último, agregue un enfriador de pellets horizontal para enfriar los pellets calientes a medida que salen del troquel. Conecte el enfriador a un sistema de escape para que circule aire fresco.
Prepare de tres a cuatro kilogramos de rastrojo de maíz, molido en un molino de martillos, provisto de una pantalla de cuatro coma ocho milímetros. También obtenga un aglutinante de almidón de maíz 100 por ciento puro de un mercado local. Mida el contenido de humedad de ambas sustancias.
Por ejemplo, pese tres muestras de 25 a 50 gramos de rastrojo de maíz y póngalas en un horno a 105 grados centígrados durante 24 horas. Al día siguiente, pesa las muestras secas y calcula su contenido de humedad. A continuación, mida la densidad aparente de ambas sustancias.
Llene un cilindro de plexiglás hasta que se desborde y nivele la superficie superior con un borde recto. Luego, pesa el cilindro con el material. Divide el peso por el volumen del cilindro.
Repita la medición por triplicado y use el promedio. Ahora, agregue aglutinante de almidón de maíz al rastrojo de maíz molido de acuerdo con la Tabla dos en el protocolo de texto. Ajuste la cantidad de agua a usar de acuerdo con el nivel de humedad del rastrojo de maíz molido.
Haga mezclas con un contenido de humedad del 33, 36 y 39 por ciento mezclando el agua con la mezcla de almidón rastrojo con una licuadora de cinta. Cada mezcla pesa entre tres y cuatro kilogramos. Guarde las mezclas en recipientes sellados y manténgalos a cuatro o cinco grados centígrados.
Después de unas 24 horas, su humedad se equilibrará y se podrán probar. Caliente la mezcla de almidón de rastrojo de maíz a temperatura ambiente. Cargue el material en la tolva de alimentación de la peletizadora.
Configure el molino para que funcione a 60 hercios o 380 rpm. Luego, encienda el molino y alimente la mezcla de manera uniforme ajustando la velocidad de alimentación para producir pellets en un estado estacionario. Enfríe los pellets en el enfriador de pellets horizontal.
A continuación, separe los finos de los pellets con una criba de seis puntos y tres milímetros. Pese el material que ha pasado a través de la criba para determinar el porcentaje de finos del material. Reserve dos kilogramos de gránulos para medir su contenido de humedad y durabilidad, y seque los gránulos restantes a 70 grados centígrados durante tres o cuatro horas, para reducir el contenido de humedad final de los gránulos a menos del nueve por ciento.
Utilizando los métodos descritos anteriormente, mida el contenido de humedad y la densidad aparente de los gránulos húmedos y los gránulos secos, que también se denominan gránulos verdes o curados respectivamente. A continuación, determine la durabilidad de los pellets. Coloque unos 500 gramos de pellets sin finos en cada compartimento del probador de durabilidad de pellets y haga girar los pellets a 50 revoluciones por minuto durante 10 minutos.
A continuación, tamice el material rodado con una criba de seis puntos y tres milímetros y pese los gránulos para calcular su durabilidad. Para calcular la relación de expansión, tome una sola bolita y alise ambos extremos con un paño utilitario de grano. A continuación, mida el diámetro del pellet con calibradores Vernier.
Hazlo con 10 pellets. La relación de expansión es el cuadrado del diámetro del pellet extruido dividido por el cuadrado del diámetro de la matriz. Por último, determine el consumo de energía de la peletizadora.
Primero, registre el consumo de energía sin carga de la peletizadora que se queda vacía a 60 hercios. Luego haga funcionar la peletizadora con material, mida el consumo de energía y haga los cálculos adecuados. Se compararon pellets con aglutinante y contenido de humedad variables.
El contenido de humedad de la biomasa se redujo entre un siete y un ocho por ciento, después de la peletización sin aglutinante. La adición de un cuatro por ciento de aglutinante redujo la pérdida de humedad en la materia prima a un tres a cinco por ciento. El diámetro de los pellets aumentó con mayor contenido de humedad.
Este incremento fue estadísticamente significativo entre 33 y 39 por ciento de humedad, sin aglutinante. Los pellets secos tuvieron una relación de expansión más baja. El aumento del contenido de humedad aumentó la relación de expansión, pero la adición de un aglutinante de almidón no tuvo un efecto significativo en la relación de expansión.
La densidad aparente disminuyó con un aumento en el contenido de humedad de la materia prima inicial. Además, hay algunos indicios de que la densidad aparente disminuyó con un aumento en el contenido de almidón. Los valores de durabilidad verde y curado de los pellets aumentaron con el contenido de aglutinante.
Se encontró una durabilidad verde máxima con un contenido de humedad del 33 por ciento y un aglutinante de almidón del cuatro por ciento. La durabilidad del curado fue mucho mayor, alcanzando un máximo del 98 por ciento de durabilidad para los pellets fabricados con un 33 por ciento de contenido de humedad y un cuatro por ciento de aglutinante. El porcentaje de finos generados aumentó con el contenido de humedad.
La adición de aglutinantes resultó en una reducción del porcentaje de finos para todos los contenidos de humedad. El consumo específico de energía se redujo con adiciones de aglutinante en todos los contenidos de humedad. La adición de un dos a cuatro por ciento de aglutinante redujo el consumo de energía específica entre un 20 y un 40 por ciento.
Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en dos horas, si se realiza correctamente. Al realizar este procedimiento, es importante recordar los procedimientos de seguridad que se deben seguir para operar una peletizadora de matriz plana. Las altas temperaturas y los peligros de pellizcos requieren un equipo de protección personal adecuado.
Siguiendo este procedimiento, puede modificar una amplia variedad de parámetros, como el tipo de materia prima, el tamaño de partícula de biomasa, el contenido de humedad de la materia prima, el tipo de aglutinante, la temperatura de precalentamiento, la velocidad de la matriz, la relación LBD, la relación entre la longitud y el diámetro de la matriz, Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores desarrollaran pellets de bajo costo en un laboratorio, para aplicaciones de bioenergía. Planeamos utilizar esta información para extender el proceso a molinos a escala piloto y a escala comercial.
Resumen
Este estudio presenta un protocolo para producir gránulos de alta calidad a partir de paja de maíz con alto contenido de humedad, utilizando una moladora de gránulos con matriz plana y un aglutinante a base de almidón. Los resultados demuestran que la adición de un aglutinante de almidón de maíz mejora la durabilidad de los gránulos y reduce el consumo de energía.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Procesamiento de biomasa
- Producción de bioenergía
- Manufactura de pellets
Antecedentes
- La peletización con alta humedad es fundamental para una utilización eficiente de la biomasa.
- Los aglutinantes pueden mejorar la calidad y durabilidad de los pellets.
- La reducción de costos en la producción de pellets es un desafío importante.
- Los métodos personalizables pueden satisfacer diversas necesidades de los usuarios finales.
Objetivo del estudio
- Desarrollar una metodología para la peletización de biomasa con alto contenido de humedad.
- Investigar los efectos de un aglutinante de almidón en la calidad del pellet.
- Optimizar el consumo de energía durante la producción de pellets.
Métodos Utilizados
- Utilizó una prensa de pellets de laboratorio con matriz plana para las pruebas.
- Precalentó la biomasa utilizando un sistema controlado por temperatura.
- Midió el contenido de humedad y la densidad aparente de los materiales.
- Realizó pruebas de durabilidad en los pellets producidos.
Resultados principales
- Agregar un aglutinante de almidón de maíz mejoró la durabilidad de los gránulos.
- Un mayor contenido de humedad provocó un aumento del diámetro de los gránulos.
- Los gránulos con aglutinante de almidón presentaron un porcentaje menor de finos.
- Los gránulos curados alcanzaron hasta un 98 % de durabilidad bajo condiciones óptimas.
Conclusiones
- El estudio demuestra con éxito un método para la peletización eficiente de biomasa.
- Los aglutinantes de almidón mejoran significativamente la calidad del pellet y reducen el consumo de energía.
- Los hallazgos pueden orientar futuras aplicaciones a escala comercial.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La optimización de la durabilidad de los pellets y la reducción del consumo de energía son fundamentales para el procesamiento escalable de biomasa en investigación y desarrollo de bioenergía y bioproductos. Este protocolo de peletización con alto contenido de humedad y adición de aglutinante de almidón permite una densificación más eficiente de la materia prima, favoreciendo la logística rentable de la cadena de suministro y la estandarización de materiales. Este enfoque orienta el desarrollo de procesos para escalas piloto y comercial, impactando directamente en la continuidad traslacional desde el laboratorio hasta la aplicación industrial.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la evaluación sistemática de los efectos del aglutinante en las propiedades físicas de los pellets y en las métricas energéticas.
- Apoya la reducción mecanicista de riesgos al cuantificar cómo las variables del proceso influyen en la calidad de los pellets.
- Facilita la confianza predictiva en el manejo de materias primas y en la procesabilidad posterior.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Establece protocolos reproducibles para medir la durabilidad del pellet, la densidad aparente y la generación de finos.
- Normaliza los resultados cuantitativos para la comparación cruzada de condiciones de aglomerante y humedad.
- Prepara muestras de pellets validadas para ensayos posteriores de propiedades del material o de combustión.
Investigación Translacional y Preclínica
- Alinea los hallazgos a escala de laboratorio con el desarrollo de procesos a escala piloto y comercial.
- Permite tomar decisiones ajustadas al riesgo para avanzar en la formulación de pelets hacia la validación industrial.
- Proporciona un marco para adaptar los parámetros del proceso a diversos tipos de biomasa como materia prima.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
Este protocolo conecta el descubrimiento en laboratorio con la ingeniería de procesos, facilitando la integración de flujos de trabajo desde la preparación de materias primas hasta la evaluación de la calidad de los pellets y el análisis energético.
- Biología del Descubrimiento: Cuantifica el impacto del aglutinante y la humedad en la formación y durabilidad del pelet.
- Selección: Proporciona mediciones estandarizadas y reproducibles de las propiedades físicas del pelet.
- Análisis: Ofrece datos sobre el consumo específico de energía y la generación de finos para la optimización del proceso.
- Investigación Traductiva: Informa sobre estrategias de escalamiento y adaptación del proceso para entornos industriales.
- Reutilización Empresarial: Ofrece un protocolo personalizable y reutilizable para diversos sistemas de biomasa y aglutinantes.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en la calidad del gránulo y la eficiencia del proceso.
- Valor operativo: Reduce el consumo energético y estandariza la durabilidad de los gránulos entre lotes.
- Valor estratégico: Permite un desarrollo de procesos rentable y apoya las decisiones de avanzar o no avanzar en la escala de producción.
- Impacto en la cartera: Disminuye los riesgos en el avance de nuevas formulaciones de gránulos y apoya la optimización de la cadena de suministro.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en el manejo de biomasa, ingeniería de procesos y análisis cuantitativo de materiales.
- Necesita un molino de peletización a escala de laboratorio, un probador de durabilidad y una infraestructura analítica para mediciones de humedad y densidad.
- Exige la estandarización entre equipos de los protocolos de medición y la presentación de datos.
- Adaptable a diversos tipos de materias primas y formulaciones de aglomerantes mediante ajustes del protocolo.
- Las limitaciones prácticas incluyen la variabilidad de la materia prima y la necesidad de pasos controlados de secado y enfriamiento.
