Metodo per la Produzione di Pellet durevoli a basso consumo energetico utilizzando ad alta umidità paglia del mais e amido di mais Binder in un appartamento Die Pellet Mill
15 giugno 2016
In questo studio, un protocollo è stato sviluppato per produrre pellet di buona qualità utilizzando un mulino pellet die piatta ridotti test consumo specifico di energia ad alta umidità paglia del mais e un legante a base di amido. I risultati hanno indicato che l'aggiunta di un legante amido di mais migliorata la durabilità pellet, ridotto ammende cento e diminuisce il consumo energetico specifico.
L'obiettivo generale di questa procedura è quello di sviluppare una metodologia per la pellettatura ad alta umidità della biomassa, utilizzando un legante in una pellettatrice a stampo piatto. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della bioenergia, ad esempio come ridurre i costi di produzione del pellet producendo pellet che soddisfano le specifiche di qualità necessarie per diversi scenari di trasporto. Il vantaggio principale di questa tecnica è che è personalizzabile in base alle esigenze di ogni utente finale.
Le informazioni apprese possono quindi essere utilizzate come base per sviluppare modelli in scala ingrandita e per testare il processo in pellettatrici su scala pilota e su scala commerciale. Utilizzare una pellettatrice a stampo piatto su scala di laboratorio dotata di un motore da 10 cavalli per eseguire i test di pellettatura. Avvolgere il nastro riscaldante attorno alla parte inferiore della tramoggia su tutti e quattro i lati.
Quindi avvitare l'alimentatore e isolare la tramoggia e l'alimentatore con lana di vetro, per evitare perdite di calore. Quindi, collegare il nastro riscaldante a un termoregolatore in modo che la biomassa possa essere preriscaldata. Quindi, collegare un VFD al motore della pellettatrice.
Il motore dell'alimentatore è controllato da un potenziometro, quindi la corrente continua viene utilizzata per regolare la velocità di alimentazione della pellettatrice. Successivamente, collegare un misuratore di potenza al motore della pellettatrice per registrare il consumo energetico del motore. Quindi, seleziona una trafila per pellet con un'apertura di otto millimetri di diametro e un rapporto lunghezza/diametro di due virgola sei.
Regolare la distanza tra il rullo e la matrice a zero punto uno otto a zero virgola due zero millimetri. Infine, aggiungi un raffreddatore di pellet orizzontale per raffreddare i pellet caldi mentre escono dalla trafila. Collegare il refrigeratore a un sistema di scarico per far circolare l'aria fresca.
Preparare da tre a quattro chilogrammi di paglia di mais, macinata in un mulino a martelli, dotata di un vaglio a quattro virgola da otto millimetri. Ottieni anche un legante di amido di mais puro al 100% da un mercato locale. Misurare il contenuto di umidità di entrambe le sostanze.
Ad esempio, pesa tre campioni da 25 a 50 grammi di paglia di mais e mettili in un forno impostato a 105 gradi Celsius per 24 ore. Il giorno successivo, pesare i campioni essiccati e calcolarne il contenuto di umidità. Quindi, misurare la densità apparente di entrambe le sostanze.
Riempire un cilindro di plexiglas fino a traboccare e livellare la superficie superiore con un bordo dritto. Quindi, pesare il cilindro con il materiale. Dividi il peso per il volume del cilindro.
Ripetere la misurazione in triplice copia e utilizzare la media. Ora, aggiungi il legante per amido di mais al bastone di mais macinato secondo la Tabella due del protocollo di testo. Regolare la quantità di acqua da utilizzare in base al livello di umidità della paglia di mais macinata.
Prepara miscele con un contenuto di umidità del 33, 36 e 39% frullando l'acqua nella miscela di amido con un frullatore a nastro. Ogni miscela è di circa tre o quattro chilogrammi. Conservare le miscele in contenitori sigillati e conservarle a quattro o cinque gradi Celsius.
Dopo circa 24 ore, la loro umidità si equilibrerà e potranno essere testati. Scaldare la miscela di amido di mais a temperatura ambiente. Caricare il materiale nella tramoggia di alimentazione della pellettatrice.
Impostare il mulino in modo che funzioni a 60 Hertz o 380 giri/min. Quindi, avviare il mulino e alimentare la miscela in modo uniforme regolando la velocità di alimentazione per produrre pellet a uno stato stazionario. Raffreddare i pellet nel raffreddatore di pellet orizzontale.
Quindi, separare i fini dai pellet utilizzando un setaccio a sei virgola da tre millimetri. Pesare il materiale che è passato attraverso lo schermo per determinare la percentuale di multe dal materiale. Metti da parte due chilogrammi di pellet per misurarne il contenuto di umidità e la durata ed essicca i pellet rimanenti a 70 gradi Celsius per tre o quattro ore, per ridurre il contenuto di umidità finale dei pellet a meno del nove percento.
Utilizzando i metodi descritti in precedenza, misurare il contenuto di umidità e la densità apparente dei pellet umidi e dei pellet secchi, che sono anche indicati rispettivamente come pellet verdi o polimerizzati. Successivamente, determina la durata del pellet. Mettere circa 500 grammi di pellet senza fini in ogni scomparto del tester di durata del pellet e far rotolare i pellet a 50 giri al minuto per 10 minuti.
Quindi, setacciare il materiale burattato, utilizzando uno schermo a sei virgola e tre millimetri, e pesare i pellet per calcolarne la durata. Per calcolare il rapporto di dilatazione, prendere un singolo pellet e lisciare entrambe le estremità con un panno multiuso. Quindi, misurare il diametro del pallino utilizzando i calibri a corsoio.
Fallo con 10 pellet. Il rapporto di espansione è il quadrato del diametro del pellet estruso diviso per il quadrato del diametro della trafila. Infine, determinare il consumo energetico della pellettatrice.
Innanzitutto, registra il consumo di energia a vuoto della pellettatrice che funziona a vuoto a 60 Hertz. Quindi far funzionare la pellettatrice con il materiale, misurare il consumo di energia ed effettuare i calcoli appropriati. Sono stati confrontati pellet con legante e contenuto di umidità variabili.
Il contenuto di umidità della biomassa è stato ridotto di circa il 7-8 percento, dopo la pellettatura senza legante. L'aggiunta del legante del quattro percento ha ridotto la perdita di umidità nella materia prima dal tre al cinque percento. Diametro del pellet aumentato con un maggiore contenuto di umidità.
Questo aumento è stato statisticamente significativo tra il 33 e il 39% di umidità, senza legante. I pellet essiccati avevano un rapporto di espansione inferiore. L'aumento del contenuto di umidità ha aumentato il rapporto di espansione, ma l'aggiunta di un legante di amido non ha avuto alcun effetto significativo sul rapporto di espansione.
La densità apparente è diminuita con l'aumento del contenuto di umidità della materia prima iniziale. Inoltre, vi è qualche indicazione che la densità apparente è diminuita con l'aumento del contenuto di amido. I valori di durabilità verde e stagionata dei pellet aumentavano con il contenuto di legante.
Il picco di durabilità verde è stato riscontrato con un contenuto di umidità del 33% e del quattro percento di legante dell'amido. La durabilità dell'indurimento è stata molto più elevata, con un picco del 98% per i pellet realizzati con il 33% di contenuto di umidità e il quattro percento di legante. La percentuale di multe generate aumentava con il contenuto di umidità.
L'aggiunta di leganti ha comportato una riduzione della percentuale di particelle fini per tutto il contenuto di umidità. Il consumo specifico di energia è stato ridotto con l'aggiunta di legante a tutti i contenuti di umidità. L'aggiunta del 2-4% di legante ha ridotto il consumo specifico di energia di circa il 20-40%.
Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in due ore, se eseguita correttamente. Durante l'esecuzione di questa procedura, è importante ricordare le procedure di sicurezza da seguire per il funzionamento di una pellettatrice a stampo piatto. Le alte temperature e i rischi di schiacciamento richiedono adeguati dispositivi di protezione individuale.
Seguendo questa procedura, è possibile modificare un'ampia varietà di parametri, come il tipo di materia prima, la dimensione delle particelle di biomassa, il contenuto di umidità della materia prima, il tipo di legante, la temperatura di preriscaldamento, la velocità dello stampo, il rapporto LBD, il rapporto lunghezza/diametro dello stampo, Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori per sviluppare pellet a basso costo in laboratorio, per applicazioni bioenergetiche. Prevediamo di utilizzare queste informazioni per estendere il processo ai laminatoi su scala pilota e su scala commerciale.
Panoramica
Questo studio presenta un protocollo per la produzione di pellet di alta qualità a partire da pannocchie di mais ad alto contenuto di umidità, utilizzando un mulino per pellet con matrice piana e un legante a base di amido. I risultati dimostrano che l'aggiunta di un legante a base di amido di mais migliora la resistenza meccanica dei pellet riducendo al contempo il consumo energetico.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Trasformazione della biomassa
- Produzione di bioenergia
- Produzione di pellet
Sfondo
- La pellettizzazione ad alta umidità è fondamentale per un'utilizzazione efficiente della biomassa.
- I leganti possono migliorare la qualità e la durata dei pellet.
- La riduzione dei costi nella produzione di pellet rappresenta una sfida significativa.
- Metodi personalizzabili possono soddisfare le esigenze di diversi utilizzatori finali.
Scopo dello studio
- Sviluppare una metodologia per la pellettizzazione ad alta umidità della biomassa.
- Studiare gli effetti di un legante a base di amido sulla qualità dei pellet.
- Ottimizzare il consumo energetico durante la produzione di pellet.
Metodi Utilizzati
- Utilizzato un mulino per pellet a matrice piana in laboratorio per le prove.
- Riscaldamento preliminare della biomassa mediante un sistema a temperatura controllata.
- Misurato il contenuto di umidità e la densità apparente dei materiali.
- Eseguite prove di resistenza meccanica sui pellet prodotti.
Risultati principali
- L'aggiunta di un legante a base di amido di mais ha migliorato la resistenza dei pellet.
- Un contenuto di umidità più elevato ha portato a un aumento del diametro dei pellet.
- I pellet con legante a base di amido presentavano una percentuale inferiore di fini.
- I pellet stagionati hanno raggiunto una resistenza fino al 98% nelle condizioni ottimali.
Conclusioni
- Lo studio dimostra con successo un metodo per la pellettizzazione efficiente della biomassa.
- I leganti a base di amido migliorano significativamente la qualità dei pellet e riducono il consumo energetico.
- I risultati possono fornire indicazioni per futuri ampliamenti e applicazioni commerciali.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
L'ottimizzazione della durabilità dei pellet e la riduzione del consumo energetico sono fondamentali per un processo scalabile di biomassa nella ricerca e sviluppo di bioenergia e bioprodotti. Questo protocollo di pelletizzazione ad alta umidità con l'aggiunta di un legante a base di amido consente una densificazione più efficiente della materia prima, sostenendo logistica della catena di approvvigionamento ed standardizzazione dei materiali a costi contenuti. L'approccio fornisce indicazioni per lo sviluppo del processo a livello pilota e per l'ingrandimento su scala commerciale, influenzando direttamente la continuità traslazionale dal laboratorio all'applicazione industriale.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Prima scoperta e validazione dell'obiettivo
- Permette una valutazione sistematica degli effetti del legante sulle proprietà fisiche dei pellet e sulle metriche energetiche.
- Supporta la riduzione del rischio meccanicistico quantificando come le variabili di processo influenzino la qualità dei pellet.
- Facilita una previsione affidabile nella gestione della materia prima e nella processabilità a valle.
Sviluppo di screening e saggi
- Stabilisce protocolli riproducibili per la misurazione della durabilità del pellet, della densità apparente e della produzione di fini.
- Standardizza gli output quantitativi per il confronto incrociato delle condizioni di legante e umidità.
- Prepara campioni di pellet validati per ulteriori analisi delle proprietà del materiale o della combustione.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea i risultati su scala di laboratorio allo sviluppo di processo su scala pilota e commerciale.
- Consente decisioni basate sulla valutazione del rischio per la progressione delle formulazioni in pellet verso la validazione industriale.
- Fornisce un quadro per l'adattamento dei parametri di processo a diverse biomasse di partenza.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo protocollo collega la scoperta di laboratorio con l'ingegneria dei processi, sostenendo l'integrazione del flusso di lavoro dalla preparazione della materia prima fino alla valutazione della qualità dei pellet e all'analisi energetica.
- Biologia della scoperta: Quantifica l'impatto del legante e dell'umidità sulla formazione e sulla durabilità dei pellet.
- Screening: Fornisce misurazioni standardizzate e riproducibili delle proprietà fisiche dei pellet.
- Analisi: Fornisce dati sul consumo specifico di energia e sulla generazione di fini per l'ottimizzazione del processo.
- Ricerca traslazionale: Guida le strategie di scala e l'adattamento del processo per ambienti industriali.
- Riutilizzo aziendale: Offre un protocollo personalizzabile e riutilizzabile per diversi sistemi di biomassa e leganti.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva sulla qualità del pellet e sull'efficienza del processo.
- Valore operativo: Riduce l'apporto energetico e standardizza la durabilità del pellet tra diversi lotti.
- Valore strategico: Permette uno sviluppo del processo economicamente vantaggioso e supporta decisioni di avanzamento o meno verso l'ingrandimento di scala.
- Impatto sul portafoglio: Riduce i rischi nell' avanzamento di nuove formulazioni di pellet e supporta l'ottimizzazione della catena di approvvigionamento.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nella manipolazione della biomassa, nell'ingegneria dei processi e nell'analisi quantitativa dei materiali.
- Necessita di un mulino per pellet su scala di laboratorio, di un tester per la resistenza meccanica e di un'infrastruttura analitica per misurazioni di umidità e densità.
- Richiede una standardizzazione intersettoriale dei protocolli di misurazione e della presentazione dei dati.
- Adattabile a diversi tipi di materie prime e formulazioni di leganti, con opportune modifiche al protocollo.
- I limiti pratici includono la variabilità delle materie prime e la necessità di fasi controllate di essiccazione e raffreddamento.
