Methode om Duurzaam Pellets bij een lager energieverbruik met High Vocht maïsstro en een Corn Starch Binder te produceren in een vlakke matrijs Pellet Mill
15 juni 2016
In deze studie werd een protocol ontwikkeld om een goede kwaliteit pellets met behulp van een vlakke matrijs korrelmolen tegen gereduceerde specifieke energieverbruik testen van high-vocht maïsstro en een bindmiddel op basis van zetmeel te produceren. De resultaten gaven aan dat toevoeging van een bindmiddel maïszetmeel verbeterde de pellet duurzaamheid, verminderde procent boetes en minder specifiek energieverbruik.
Het algemene doel van deze procedure is om een methodologie te ontwikkelen voor het pellen van biomassa met hoog vochtgehalte, met behulp van een bindmiddel in een platte pelsmolen. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in het bio-energiegebied te beantwoorden, zoals hoe de kosten van pelletproductie kunnen worden verlaagd terwijl er pellets worden geproduceerd die voldoen aan de kwaliteitsspecificaties die nodig zijn voor verschillende transportscenario's. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat deze aanpasbaar is aan de behoeften van elke eindgebruiker.
De opgedane informatie kan vervolgens worden gebruikt als basis om op schaal vergrotingsmodellen te ontwikkelen en om het proces te testen in pelsmolens op pilot- en commerciële schaal. Gebruik een laboratoriumschaal platte pelsmolen uitgerust met een 10 pk motor om de pellestests uit te voeren. Wikkel verwarmingstape rond de onderste helft van de trechter aan alle vier de zijden.
Schroef vervolgens de feeder en isoleer de trechter en feeder met glaswol, om warmteverlies te voorkomen. Verbind vervolgens de verwarmingstape met een temperatuurregelaar, zodat de biomassa voorverwarmd kan worden. Verbind vervolgens een VFD met de motor van de pelsmolen.
De feedermotor wordt geregeld met een potentiometer, dus gelijkstroom wordt gebruikt om de voedingssnelheid van de pelsmolen aan te passen. Verbind vervolgens een vermogensmeter met de motor van de pelsmolen om het stroomverbruik van de motor te registreren. Selecteer vervolgens een pelletdie met een opening van acht millimeter diameter en een lengte-diameterverhouding van twee punt zes.
Pas de afstand tussen de roller en de die aan op nul punt achttien tot nul punt twintig millimeter. Voeg tot slot een horizontale pelletkoeler toe om de warme pellets te koelen als ze uit de die komen. Verbind de koeler met een afvoersysteem om frisse lucht te circuleren.
Bereid drie tot vier kilogram maïsstro, gemalen in een hamermolen, voorzien van een vier punt acht millimeter scherm. Verkrijg ook 100 procent puur maïszetmeelbindmiddel van een lokale markt. Meet het vochtgehalte van beide stoffen.
Weeg bijvoorbeeld drie monsters van 25 tot 50 gram van de maïsstro en plaats ze in een oven ingesteld op 105 graden Celsius gedurende 24 uur. Weeg de volgende dag de gedroogde monsters en bereken hun vochtgehalte. Meet vervolgens de bulkdichtheid van beide stoffen.
Vul een Plexiglas-cilinder tot het overloopt en egaliseer het oppervlak met een rechte rand. Weeg vervolgens de cilinder met het materiaal. Deel het gewicht door het volume van de cilinder.
Herhaal de meting in drievoud en gebruik het gemiddelde. Voeg nu maïszetmeelbindmiddel toe aan de gemalen maïsstro volgens tabel twee in het tekstprotocol. Pas de hoeveelheid water die moet worden gebruikt aan volgens het vochtgehalte van de gemalen maïsstro.
Maak mengsels met 33, 36 en 39 procent vochtgehalte door het water in de stoverstarksmix te mengen met een lintmixer. Elke mix is ongeveer drie tot vier kilogram. Bewaar de mengsels in verzegelde containers en bewaar ze bij vier tot vijf graden Celsius.
Na ongeveer 24 uur zal hun vochtgehalte in evenwicht zijn en kunnen ze worden getest. Verwarm de maïsstro-starkmix tot kamertemperatuur. Laad het materiaal in de voedingstrechter van de pelsmolen.
Stel de molen in om op 60 Hertz of 380 rpm te draaien. Start vervolgens de molen en voer het mengsel gelijkmatig aan door de voedingssnelheid aan te passen om pellets in een stabiele toestand te produceren. Koel de pellets in de horizontale pelletkoeler.
Scheiden vervolgens de fijne deeltjes van de pellets met behulp van een zeef met een opening van zes punt drie millimeter. Weeg het materiaal dat door het zeefje is gegaan om het percentage fijne deeltjes van het materiaal te bepalen. Zet twee kilogram pellets opzij om hun vochtgehalte en duurzaamheid te meten, en droog de resterende pellets bij 70 graden Celsius gedurende drie tot vier uur, om het uiteindelijke vochtgehalte van de pellets te verlagen tot minder dan negen procent.
Gebruik de eerder beschreven methoden om het vochtgehalte en de bulkdichtheid van de natte pellets en de droge pellets, die respectievelijk ook wel groene of gekeurde pellets worden genoemd, te meten. Bepaal vervolgens de duurzaamheid van de pellets. Plaats ongeveer 500 gram pellets zonder fijne deeltjes in elk compartiment van de pelletduurzaamheidstester en tuimel de pellets gedurende 10 minuten bij 50 omwentelingen per minuut.
Zeef vervolgens het getuimelde materiaal met een zeef met een opening van zes punt drie millimeter en weeg de pellets om hun duurzaamheid te berekenen. Om de expansieverhouding te berekenen, neem een enkele pellet en maak beide uiteinden glad met grit utility cloth. Meet vervolgens de pelletdiameter met behulp van een verniercalliper.
Dit doet u met 10 pellets. De expansieverhouding is het kwadraat van de diameter van de geëxtrudeerde pellet gedeeld door het kwadraat van de diameter van de die. Bepaal ten slotte het stroomverbruik van de pelsmolen.
Noteer eerst het vermogen zonder belasting van de pelsmolen die leeg draait op 60 Hertz. Laat vervolgens de pelsmolen met materiaal draaien, meet het stroomverbruik en maak de juiste berekeningen. Pellets met variabele bindmiddel en vochtgehalte werden vergeleken.
Het vochtgehalte van de biomassa werd met ongeveer zeven tot acht procent verlaagd na het pellen zonder bindmiddel. Toevoeging van vier procent bindmiddel verminderde het vochtverlies in het voeder tot drie tot vijf procent. De pelletdiameter nam toe met een hoger vochtgehalte.
Deze toename was statistisch significant tussen 33 en 39 procent vocht, zonder bindmiddel. Gedroogde pellets hadden een lagere expansieverhouding. Een verhoogd vochtgehalte verhoogde de expansieverhouding, maar het toevoegen van een zetmeelbindmiddel had geen significant effect op de expansieverhouding.
De bulkdichtheid nam af met een toename van het vochtgehalte van het startvoeder. Bovendien is er enige indicatie dat de bulkdichtheid afnam met een toename van het zetmeelgehalt
Overzicht
Deze studie presenteert een protocol voor het produceren van hoogwaardige pellets uit maïsstro met een hoog vochtgehalte met behulp van een pelletmolen met een platte matrijs en een bindmiddel op basis van zetmeel. De resultaten tonen aan dat de toevoeging van een maïszetmeel-bindmiddel de duurzaamheid van de pellets verbetert en tegelijkertijd het energieverbruik vermindert.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Biomassverwerking
- Bioenergieproductie
- Pelletproductie
Achtergrond
- Pelletisering met een hoog vochtgehalte is cruciaal voor een efficiënte benutting van biomassa.
- Bindmiddelen kunnen de kwaliteit en duurzaamheid van pellets verbeteren.
- Kostenreductie bij de productie van pellets is een aanzienlijke uitdaging.
- Aanpasbare methoden kunnen voorzien in diverse behoeften van eindgebruikers.
Doel van de studie
- Een methodologie ontwikkelen voor het pelletiseren van biomassa met een hoog vochtgehalte.
- De effecten van een zetmeelbinder op de pelletkwaliteit onderzoeken.
- Het energieverbruik tijdens de pelletproductie optimaliseren.
Gebruikte methoden
- Een pelletmolen met een platte matrijs op laboratoriumschaal werd gebruikt voor de tests.
- Biomassa werd voorverwarmd met behulp van een temperatuurgecontroleerd systeem.
- Het vochtgehalte en de schijnbare dichtheid van de materialen werden gemeten.
- Er werden duurzaamheidstests uitgevoerd op de geproduceerde pellets.
Belangrijkste resultaten
- De toevoeging van een maïszetmeelbindmiddel verbeterde de duurzaamheid van de pellets.
- Een hoger vochtgehalte leidde tot een grotere pelletdiameter.
- Pellets met zetmeelbindmiddel vertoonden een lager percentage fijnstof.
- Gecurede pellets bereikten een duurzaamheid tot 98% onder optimale omstandigheden.
Conclusies
- De studie demonstreert succesvol een methode voor efficiënte biomassapelletisering.
- Zetmeelbindmiddelen verbeteren de pelletkwaliteit aanzienlijk en verminderen het energieverbruik.
- De bevindingen kunnen dienen als basis voor toekomstige opschaling en commerciële toepassingen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie
Het optimaliseren van de pelletduurzaamheid en het verminderen van het energieverbruik zijn cruciaal voor schaalbare biomassaverwerking in R&D voor bio-energie en bioproducten. Dit protocol voor pelletering met een hoog vochtgehalte en toevoeging van zetmeelbinder maakt een efficiëntere verdichting van de grondstof mogelijk, wat bijdraagt aan kosteneffectieve logistiek in de toeleveringsketen en materiaalisatie. De aanpak dient als basis voor procesontwikkeling voor opschaling op pilot- en commerciële schaal, wat een directe impact heeft op de translationele continuïteit van laboratorium- naar industriële toepassing.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt systematische evaluatie mogelijk van de effecten van bindmiddelen op de fysische eigenschappen van pellets en energiekritische parameters.
- Ondersteunt mechanische risicoreductie door te kwantificeren hoe procesvariabelen de pelletkwaliteit beïnvloeden.
- Vergemakkelijkt voorspellende betrouwbaarheid bij de verwerking van grondstoffen en de daaropvolgende procesbaarheid.
Screening & Assayontwikkeling
- Stelt reproduceerbare protocollen vast voor het meten van de pelletduurzaamheid, de bulkdichtheid en de vorming van fijnstof.
- Standaardiseert kwantitatieve resultaten voor onderlinge vergelijking van bindmiddel- en vochtigheidscondities.
- Bereidt gevalideerde pelletmonsters voor op verdere materiaalonderzoeken of verbrandingsanalyses.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijmt bevindingen op laboratoriumschaal met procesontwikkeling op piloot- en commerciële schaal.
- Maakt risico-gecorrigeerde beslissingen mogelijk voor het doorvoeren van pelletformuleringen naar industriële validatie.
- Biedt een kader voor het aanpassen van procesparameters aan diverse biomassagrssstroomen.
Integratie van Pipeline en Workflow
Dit protocol slaat een brug tussen laboratoriumonderzoek en procesengineering en ondersteunt de integratie van de workflow, van de voorbereiding van de grondstoffen tot de kwaliteitsbeoordeling van de pellets en de energieanalyse.
- Discovery Biology: Kwantificeert de impact van bindmiddel en vochtigheid op pelletvorming en duurzaamheid.
- Screening: Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare metingen van de fysieke pelleteigenschappen.
- Analytics: Biedt gegevens over het specifiek energieverbruik en de generatie van fijnstof voor procesoptimalisatie.
- Translational Research: Informeert opschalingsstrategieën en procesaanpassingen voor industriële omgevingen.
- Enterprise Reuse: Biedt een aanpasbaar, herbruikbaar protocol voor diverse biomassa- en bindmiddelsystemen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in de pelletkwaliteit en de procesefficiëntie.
- Operationele waarde: Vermindert de energie-input en standaardiseert de pelletduurzaamheid over verschillende batches.
- Strategische waarde: Maakt kostenefficiënte procesontwikkeling mogelijk en ondersteunt go/no-go-beslissingen voor opschaling.
- Impact op portfolio: Vermindert de risico's bij de verdere ontwikkeling van nieuwe pelletformuleringen en ondersteunt de optimalisatie van de toeleveringsketen.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in biomassaverwerking, procestechnologie en kwantitatieve materiaalanalyse.
- Vereist een pelletmolen op laboratoriumschaal, een duurzaamheidstester en analytische infrastructuur voor vocht- en dichtheidsmetingen.
- Vraagt om cross-team standaardisatie van meetprotocollen en datarapportage.
- Aanpasbaar aan verschillende soorten grondstoffen en bindmiddelformuleringen door middel van protocolwijzigingen.
- Praktische beperkingen omvatten variabiliteit van de grondstof en de noodzaak van gecontroleerde droog- en koelstappen.
