JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

في هذه الدراسة، تم وضع بروتوكول لانتاج الكريات نوعية جيدة باستخدام مطحنة بيليه يموت شقة في خفض اختبار استهلاك الطاقة النوعية عالية الرطوبة حطب الذرة والموثق النشوية. أشارت النتائج أن إضافة الموثق نشا الذرة تحسين المتانة بيليه، وخفض الغرامات في المئة وانخفض استهلاك الطاقة النوعية.

Abstract

ويتمثل التحدي الرئيسي في إنتاج الكريات هي التكلفة العالية المرتبطة تجفيف الكتلة الحيوية 30-10٪ (WB) محتوى الرطوبة. في المختبر الوطني ايداهو، تم تطوير عملية التكوير عالية الرطوبة للحد من تكلفة التجفيف. في هذه العملية يتم إنتاج الكريات الكتلة الحيوية في محتويات رطوبة أعلى المواد الخام من الطرق التقليدية، والكريات عالية الرطوبة المنتجة وكذلك المجففة في مجففات كفاءة في استخدام الطاقة. هذه العملية تساعد على تقليل محتوى المواد الخام الرطوبة بحوالي 5-10٪ خلال التكوير، الذي يرجع أساسا إلى حرارة الاحتكاك وضعت في الموت. وكان الهدف من هذا البحث لاستكشاف كيفية الموثق بالإضافة يؤثر على جودة بيليه واستهلاك الطاقة في عملية التكوير عالية الرطوبة في بيليه مطحنة يموت مسطح. في هذه الدراسة، تم مكعبات الخام حطب الذرة في رطوبة من 33، 36، و 39٪ (الضفة الغربية) من خلال إضافة 0، 2، و 4٪ نشا الذرة النقي. وكان الكريات المجففة جزئيا إنتاج مزيد المجففة في منطقةفرن aboratory عند 70 درجة مئوية لمدة 3-4 ساعة لخفض الرطوبة بيليه إلى أقل من 9٪ (البنك الدولي). تم تقييم رطوبة عالية والكريات المجففة لخصائصها الفيزيائية، مثل الكثافة الظاهرية والمتانة. وأشارت النتائج إلى أن زيادة نسبة الموثق إلى 4٪ تحسين المتانة بيليه وخفض استهلاك الطاقة النوعية بنسبة 20-40٪ مقارنة مع الكريات مع أي الموثق. في أعلى بالإضافة الموثق (4٪)، وكان الانخفاض في رطوبة المواد الخام خلال التكوير <4٪، في حين كان الانخفاض حوالي 7-8٪ من دون الموثق. مع 4٪ الموثق و 33٪ (WB) محتوى المواد الخام الرطوبة، كانت كثافة ومتانة القيم السائبة لاحظ من الكريات المجففة> 510 كجم / م 3 و> 98٪، على التوالي، وانخفض في المئة ولدت الجسيمات الدقيقة إلى <3 ٪.

Introduction

الكتلة الحيوية هي واحدة من مصادر الطاقة الرئيسية في العالم، وتعتبر محايدة الكربون 1. الكثافة الظاهرية من الكتلة الحيوية الخشبية يرزم والكتلة الحيوية الزراعية الأرض ليسددها منخفضة. الكثافة السائبة منخفضة الكتلة الحيوية يرزم (130-160 كجم / م 3)، والكتلة الحيوية الأرض (60-80 كجم / م 3) وزميله الكتلة الحيوية الخشبية (200-250 كجم / م 3) خلق التخزين، والنقل، والتعامل مع القضايا 2، 3. التكثيف أو ضغط الكتلة الحيوية الأرض باستخدام الضغط ودرجة الحرارة يزيد من كثافتها بحوالي 5-7 مرات، ويساعد على التغلب على النقل والتخزين 4 القيود. مصانع بيليه، المطابع فحم حجري، وتضغط بثق هي أنظمة التكثيف التي تستخدم عادة لالكتلة الحيوية (4). وأشار التعادل تحليل مسافة النقل على يرزم ومكعبات المواد الأولية الكتلة الحيوية التي الكريات يمكن نقل 1.6 مرة أبعد من بالات باستخدام شاحنة لنفس تكلفة 5. وايفي النقلciencies الكريات زيادة مع وسائل النقل الأخرى مثل السكك الحديدية، لأنها محدودة الحجم بالمقارنة مع الشاحنات التي تقتصر بالوزن. حاليا، في أوروبا وتستخدم الكريات المنتجة من الكتلة الحيوية الخشبية على نطاق واسع لتوليد الطاقة الحيوية. كندا والولايات المتحدة على المنتجين والموردين من الكريات الخشب إلى أوروبا 6 رئيسيا. الكريات المنتجة من كلا الخشبية والكتلة الحيوية العشبية يمكن أن تستخدم لكلا حرارية و(cofiring، تغويز، والانحلال الحراري) وتحويل الكيمياء الحيوية (الإيثانول) تطبيقات 7-9.

الصفات الكريات (الكثافة والمتانة) واستهلاك الطاقة المحدد للعملية التكوير تعتمد على متغيرات عملية بيليه مطحنة، مثل قطر يموت، يموت سرعة ونسبة طول إلى قطر من يموت والمواد الخام المتغيرات، مثل محتوى المواد الخام الرطوبة وتكوين 4. كل من بيليه مطحنة المتغيرات العملية والمتغيرات الوسيطة النفوذنوعية الكريات والطاقة المحددة المستخدمة في هذه العملية. أبعاد يموت (أي نسبة طول إلى قطر) سوف تؤثر على ضغط وقذف الضغط، وسرعة دوران يموت يتحكم في وقت الإقامة للمادة داخل يموت. محتوى الرطوبة هو متغير المواد الخام التي تلعب دورا هاما من خلال التفاعل مع مكونات تكوين الكتلة الحيوية (أي البروتين والنشا، واللجنين) بسبب ارتفاع درجة الحرارة والضغط واجهت في الموت. وجود الرطوبة يزيد من قوى فان دير فال، وبالتالي زيادة التجاذب بين الجزيئات الحيوية 10. بشكل عام، والرطوبة العالية في الآثار الكتلة الحيوية والكثافة الظاهرية للمنتج مضغوط نتيجة للتوسع قطري والجانبي فور خروجها من مطحنة بيليه أو فحم حجري الصحافة يموت 10. تكوين الكتلة الحيوية، مثل النشا والبروتين واللجنين، وغيرها من الكربوهيدرات القابلة للذوبان في الماء، ويؤثر على سلوك ملزمة عندما تتعرض للضغط علىدرجة الحرارة الثانية في معدات التكثيف 11. بعض ردود الفعل تكوين المشتركة التي تتأثر بالرطوبة المواد الخام، ودرجة الحرارة يموت، والضغط على جلتنة النشا، تمسخ البروتين، والانتقال اللجنين الزجاج. عموما، عند درجة حرارة 100 درجة مئوية أو أكثر، ومحتوى المواد الخام رطوبة تزيد عن 30٪، والنشا في تغذية الأغذية والأعلاف الحيوانية يحصل مهيلم والتأثيرات الخصائص التكوينية مثل صلابة 12. عادة، فإن ردود الفعل النشا هي جلتنة، اللصق، وتدهور. ومن بين هذه التفاعلات، جلتنة له التأثير الأكبر على خصائص بيليه (13). وغالبا ما تتضمن النشا في تطبيقات المواد الغذائية وغير الغذائية كما الموثق. على سبيل المثال، في الصيدلانية النشا صياغة قرص يستخدم كمواد حشو 4،14. البروتين في الكتلة الحيوية يخضع تمسخ وتشكل السندات معقدة بسبب ارتفاع درجة الحرارة والضغط من ذوي الخبرة في عملية التكثيف 11. في العام، وهو أعلىسوف يتصاعد من البروتين في الكتلة الحيوية يؤدي إلى 15،16 بيليه أكثر دواما. على سبيل المثال، البرسيم، والذي يحتوي على كمية أكبر من البروتين، ينتج الكريات دائمة في أعلى محتوى رطوبة المواد الخام. الدهون في الكتلة الحيوية يقلل من قوى الاحتكاك والطاقة قذف أثناء التكوير أو قولبة 11،17. في الكتلة الحيوية lignocellulosic، وجود اللجنين ضمن المواد النباتية يساعد على تشكيل الكريات دون إضافة أي المجلدات 18. الكتلة الحيوية الخشبية لديها محتوى اللجنين أعلى (29-33٪) بالمقارنة مع الكتلة الحيوية العشبية، والتي تتكون عادة من 12-16٪ اللجنين 4،19. في أقل محتويات المواد الخام الرطوبة من حوالي 10-12٪ (WB)، درجة حرارة التحول الزجاجي من اللجنين أكبر من 140 درجة مئوية 20؛ في حين، وزيادة نسبة الرطوبة يقلل من درجة حرارة التحول الزجاجي 21. وفقا لLehtikangas 22، ودرجة حرارة التحول الزجاجي من اللجنين في 8-15٪ (WB) محتوى الرطوبة حوالي 100-135 درجة مئوية، بور زيادة نسبة الرطوبة إلى> 25٪ (WB) يقلل من درجة حرارة التحول الزجاجي إلى <90 درجة مئوية.

الكتلة الحيوية العشبية يتوفر في أعلى محتوى الرطوبة تبعا للوقت طريقة الحصاد والحصاد. في حالة واحدة طريقة تمرير حصاد مادة الحصاد سوف يكون محتوى الرطوبة> 30٪ (البنك الدولي) 23. وعادة ما يتم تجفيف الكتلة الحيوية إلى حوالي 10٪ (WB) محتوى الرطوبة لجعلها مستقرة هوائيا ومنع الجفاف فقدان المادة أثناء التخزين. وأشار امرز وآخرون. 24 أن للكتلة الحيوية المعالجة المسبقة على محتوى الرطوبة 30٪ من التكلفة الإجمالية لكل من طحن (المراحل 1 و 2) والتجفيف حوالي 43.60 $ / طن الجاف، وحوالي $ 15.00 / طن الجاف هو فقط لتجفيف الكتلة الحيوية. تجفيف الكتلة الحيوية يستغرق حوالي 65٪ من إجمالي الطاقة تجهيزها، والتكوير يستغرق حوالي 8-9٪ 24. ينسي] وآخرون. 25 وتؤكده حقيقة أن التجفيف هو المستهلك الرئيسي للطاقة في preproce الكتلة الحيويةssing. وأشارت البيانات التجريبية والتحليل التقني والاقتصادي أن إدارة الرطوبة فعالة أمر بالغ الأهمية للحد من تكاليف الكتلة الحيوية تجهيزها. طريقة واحدة لتقليل تكلفة التجفيف وإدارة رطوبة المواد الخام أكثر كفاءة في استخدام عملية التكوير عالية الرطوبة إلى جانب وجود انخفاض في درجة الحرارة طريقة التجفيف. في عملية التكوير عالية الرطوبة وضعت في مختبر الوطني لولاية ايداهو، ومكعبات الكتلة الحيوية في محتويات الرطوبة أكبر من 28٪ (البنك الدولي)؛ الكريات المجففة جزئيا المنتجة، التي لا تزال مرتفعة في الرطوبة، ويمكن أن تجفف في مجففات كفاءة في استخدام الطاقة، مثل الحبوب أو حزام مجففات 21. واحد الميزة الرئيسية لالتكوير عالية الرطوبة هو أنه يساعد في تقليل تكلفة التجفيف، والتي تؤدي بدورها إلى انخفاض إجمالي تكلفة الإنتاج بيليه. وأشار تحليل الفنية والاقتصادية أن تكاليف الطاقة والإنتاج وانخفاض بنحو 40-50٪ باستخدام عملية التكوير عالية الرطوبة بالمقارنة مع طريقة التكوير 24،26 التقليدية. والميجورأو سبب لانخفاض تكلفة الإنتاج بيليه ويرجع ذلك إلى استبدال مجفف الدوارة التي تعمل في درجات حرارة عالية 160 الى 180 درجة مئوية مع مجفف الحبوب التي تعمل في درجات حرارة منخفضة حوالي 80 درجة مئوية أو أقل 21. المزايا الأخرى لاستبدال مجفف دوارة مع حزام أو مجفف الحبوب هي: 1) زيادة الكفاءة، 2) انخفاض خطر الحريق، 3) لا تحتاج إلى حرارة عالية الجودة، 4) انخفاض المركبات العضوية المتطايرة (VOC) الانبعاثات، 5) خفضت انبعاثات الجسيمات، و6) لا التكتل الطين عالية أو الكتلة الحيوية لزجة 27. الخطوة تكييف البخار كثيفة الاستهلاك للطاقة في التكوير التقليدية، التي تستخدم عادة لإضافة الرطوبة وتنشيط بعض مكونات الكتلة الحيوية، يتم استبدال خطوة التسخين قصيرة. هذه الخطوة يساعد في تقليل نسبة الرطوبة المواد الخام وكذلك تفعيل مكونات الكتلة الحيوية مثل اللجنين. حرارة الاحتكاك وضعت في يموت بيليه يساعد أيضا في الحد من محتوى المواد الخام الرطوبة بنحو 5-8٪ (WB) 21،28. في ارتفاع متر،عملية التكوير oisture، مطحنة بيليه يضغط ليس فقط على الكتلة الحيوية، ولكن يساعد أيضا على تقليل نسبة الرطوبة خلال ضغط وقذف. العديد من الباحثين قد فعلت التجارب على التكوير الكتلة الحيوية الخام وسابقة التجهيز كيميائيا في مجموعة واسعة من محتويات الرطوبة (7-45٪، البنك الدولي) باستخدام واحد، والمختبرات، وخاتم نطاق تجريبي تموت والتجارية أنظمة التكوير مستمرة 10،25،29-40، (بيس، D. 2015. التكوير من النفايات البلدية الصلبة والأمونيا انفجار الألياف (AFEX) سابقة التجهيز حطب الذرة في نطاق تجريبي حلقة يموت بيليه مطحنة. زارة الوقود الحيوي، كبير المهندسين، الكتلة الحيوية الوطنية مرفق المستخدم، المختبر الوطني ايداهو (بيانات غير منشورة)) . هؤلاء الباحثين تعديل محتوى المواد الخام رطوبة من الكتلة الحيوية إلى المستويات المنشودة مختلفة لفهم تأثير الرطوبة على صفات الجودة من الكريات.

صفات الجودة بيليه وكثافتها وقوة التحمل، وهي المواصفات المعيارية فقا للولايات المتحدةومعهد مقرها بيليه وقود (الرابطة). ومع ذلك، وفقا للجنة الأوروبية للتقييس (CEN) متانة هو كثافة المعيارية والسائبة هي مواصفات بالمعلومات 41. تصنف الكريات مع القيم متانة> 96.5٪ والكثافة الظاهرية> 640 كجم / م 3 من هذه الكريات قسط سوبر على أساس معايير الرابطة، في حين يتم تعيين الكريات مع القيم متانة> 97.5٪ كما الكريات مع أعلى درجة. كل من معايير CEN والرابطة يوصي الكريات بأقطار مختلفة. على سبيل المثال، توصي الرابطة قطر في نطاق 6،35-7،25 ملم، في حين توصي CEN قطرها تتراوح 6-25 ملم وبطول بيليه أقل من أو يساوي 4 أضعاف قطر 41. ويفضل كريات قطرها أصغر (6 ملم) لنقل لمسافات أطول النظر لديهم كثافة التعبئة أعلى 28. للعمليات التكوير التقليدية، فمن المستحسن أن بيليه الكتلة الحيوية في محتويات رطوبة منخفضة لتلبية هذه المواصفات كثافة دesirable لنقل الكريات مسافات طويلة 41. كلا CEN والرابطة على درجات بيليه إضافية 41. وأشار Tumuluru 28 و Tumuluru وكونر 40 أن عمليات التكوير عالية الرطوبة وضعت في مختبر الوطني لولاية ايداهو مساعدة لإنتاج حطب الذرة والكريات الخشب مع سمات مختلفة الجودة (الكثافة الظاهرية والمتانة) واستهلاك الطاقة محددة مما يجعلها مناسبة لمختلف سيناريوهات النقل والخدمات اللوجستية.

وقد أجريت معظم الدراسات التكوير على الكتلة الحيوية باستخدام نظام التكوير واحد. التكوير البيانات على الكتلة الحيوية باستخدام نظام مستمر في نطاق المختبر محدودة. والدراسات على أنظمة التكوير مستمرة تكون مفيدة لفهم تأثير المتغيرات عملية التكوير مثل سرعة دوران يموت، نسبة طول إلى قطر ويموت قطر على صفات الجودة واستهلاك الطاقة النوعية. البيانات التكوير على أنظمة مستمرة ويمكن زيادة استخدامها لالشوريالبيرة بعملية تجريب وأنظمة نطاق تجاري. بشكل عام، يتم استخدام مسطحة مطحنة يموت بيليه لإجراء دراسات التكوير على الخشبية والكتلة الحيوية العشبية في مختبر 4. مبدأ العمل من يموت نطاق المختبر شقة، والطيار، وعلى نطاق تجاري المطاحن الدائري يموت بيليه متشابهة. كل من هذه المطاحن بيليه يملك يموت الفولاذ الصلب مثقب مع اثنين أو ثلاثة بكرات. من خلال تناوب يموت، بكرات ممارسة القوة على المواد الخام وإجبارها من خلال الثقوب من يموت لتشكيل الكريات مكثف 4.

أسفرت دراساتنا السابقة على التكوير عالية الرطوبة من حطب الذرة في المواد الخام محتوى الرطوبة من 28-38٪ (WB) دون أي إضافة الموثق في القيم متانة أقل في ارتفاع المواد الخام محتوى الرطوبة 21،28. زيادة متانة الكريات الرطوبة عالية بعد التبريد والتجفيف مهم لأنه يساعد على منع تفكك الكريات (فقدان للجودة بيليه) أثناء التداول أو ستوالغضب والنقل. تفكك الكريات النتائج عادة في توليد غرامات وفقدان للدخل بالنسبة للمنتجين بيليه. وتستخدم المواد اللاصقة عادة في عملية التكوير لتحسين جودة بيليه، خاصة وقوة التحمل، والحد من استهلاك الطاقة النوعية. يشيع استخدامها المجلدات الطبيعية في عملية التكوير هي البروتينات والنشويات 4،28. النشا يخضع جلتنة، في حين أن البروتين يخضع تمسخ في وجود الحرارة والرطوبة والضغط. كل من هذه التفاعلات تؤدي إلى الكريات ملزمة وأكثر دواما أفضل في انخفاض استهلاك الطاقة. وكان الهدف العام من هذه الدراسة هو تطوير وإثبات عملية التكوير عالية الرطوبة باستخدام حطب الذرة مع إضافة الموثق لإنتاج الكريات نوعية جيدة من حيث المتانة الخضراء (بعد التبريد) والمتانة مملح (بعد التجفيف) بسعر أقل استهلاك الطاقة معين. وكانت الأهداف المحددة للدراسة ل1) إجراء التكوير عالية الرطوبة من الذرة الواحدأكثر على مختلف محتويات المواد الخام الرطوبة (33، 36، و 39٪، البنك الدولي) والنشا الموثق (0، 2، و 4٪)، 2) تقييم الخصائص الفيزيائية (بيليه محتوى الرطوبة، قطر بيليه، ونسبة التوسع وكثافتها والمتانة (الأخضر والمتانة الشفاء)، و 3) تقييم استهلاك الطاقة المحدد للعملية التكوير.

Protocol

وقد تم شراء الذرة بالة حطب في شكل بالات من المزارع في ولاية ايوا، الولايات المتحدة الأمريكية: ملاحظة. تم وقف برنامج بالة تم شراؤها بالتتابع على مرحلتين. في المرحلة 1، وأرضي بالات حطب الذرة باستخدام طاحونة مزودة بشاشة 50.8 ملم. في المرحلة 2، وكانت المواد الأرض من المرحلة 1 مزيد من الأرض باستخدام مطرقة مطحنة بليس مزودة بشاشة 4.8 ملم. تم اختبار المواد لمحتوى الرطوبة والكثافة الظاهرية وتخزينها في وعاء محكم الهواء لمزيد من الاختبارات التكوير. تم شراؤها النقي نشا الذرة من السوق المحلي وقياس لنسبة الرطوبة والكثافة الظاهرية. وتعطى نسبة الرطوبة والكثافة الظاهرية من حطب الذرة الأرض والموثق نشا الذرة الجدول 1.

figure-protocol-758
جدول المحتويات 1. الرطوبة والكثافة الظاهرية من حطب الذرة الأرض والموثق نشا الذرة.

1. بيليه مطحنة

  1. استخدام يموت شقة بيليه مطحنة نطاق المختبر مجهز حصان المحرك 10 لتنفيذ الاختبارات التكوير (الشكل 1) 21،28،38.

figure-protocol-1352
الشكل 1. تخطيطي ليموت شقة مطحنة بيليه نطاق المختبر في المختبر الوطني ايداهو (مقتبس من Tumuluru 21). وقد استخدم بيليه مطحنة يموت شقة لإجراء اختبارات التكوير عالية الرطوبة الذرة حطب مع وبدون إضافة الموثق. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. وضع التدفئة الشريط مرنة على سطح النطاط والمسمار المغذية ثم عزل لهم الصوف الزجاجي لمنع فقدان الحرارة. ربط التدفئة الشريط إلى وحدة تحكم في درجة الحرارة لتسخين الكتلة الحيوية إلى درجة الحرارة المطلوبة في رن(ه) من 30-130 درجة مئوية.
  2. تجهيز مطحنة بيليه مع محرك التردد المتغير (VFD). ربط ففد من مطحنة بيليه إلى المحرك بيليه مطحنة. وحدة تحكم تغذية المحرك هو وحدة تحكم محرك التيار المباشر لتغيير معدل التغذية إلى مطحنة بيليه.
  3. ربط السلطة متر لمحرك بيليه مطحنة لتسجيل استهلاك الطاقة. اختيار يدويا بيليه يموت مع افتتاح قطرها 8 مم وطول قطرها إلى (L / D) نسبة 2.6.
  4. إضافة برودة بيليه الأفقية إلى مطحنة بيليه لتهدئة الكريات الدافئة القادمة من يموت بيليه. ربط برودة لنظام العادم لتعميم الهواء النقي.

2. إعداد المواد الخام

  1. خذ 2-3 كجم من الذرة حطب الأرض باستخدام شاشة 4.8 مم. قياس محتوى الرطوبة حطب الذرة (راجع الخطوة 4.1) والكثافة الظاهرية (راجع الخطوة 4.3) (انظر الجدول 2).
  2. قياس محتوى الرطوبة (راجع الخطوة 4.1) والكثافة الظاهرية (راجع الخطوة 4.3) من النقي (100٪) نشا الذرة الموثقتم شراؤها من السوق المحلي.
  3. إضافة نشا الذرة الموثق إلى حطب الذرة الأرض (انظر الجدول 2 لإضافة٪ الموثق)
  4. حساب كمية المياه التي يمكن ان تضاف لضبط مستويات الرطوبة من حطب الذرة الأرض ومزيج الموثق نشا الذرة إلى 33، 36، و 39٪ (البنك الدولي) باستخدام المعادلة 1.
    figure-protocol-3634 = figure-protocol-3704 (1)
    ملاحظة: في المعادلة 1، W w غير وزن الماء (ز)، W الصورة هو وزن العينة الكتلة الحيوية (ز)، م و: في المئة نسبة الرطوبة في العينة (البنك الدولي)، وم ط: في المئة نسبة الرطوبة الأولية لل العينة (٪ البنك الدولي).
  5. يضاف الماء المحسوبة على الذرة مزيج الموثق حطب الذرة / نشا ومزج ذلك في خلاط الشريط على نطاق المختبر.
  6. تخزين الذرة حطب / الذرة مزيج النشا تعديل الرطوبة في حاوية مغلقة ووضعه في الثلاجة وضعت في4-5 درجة مئوية للسماح للرطوبة للتوازن.

عملية 3. عالية الرطوبة التكوير

  1. خذ مزيج نشا حطب الذرة / الذرة من الثلاجة ويترك في درجة حرارة الغرفة لمدة 1-2 ساعة للوصول بها إلى درجة حرارة الغرفة.
  2. تحميل المواد في قادوس تغذية مطحنة بيليه. تشغيل مطحنة بيليه في 60 هرتز (380 دورة في الدقيقة) يموت السرعة.
  3. تغذية مطحنة بيليه بشكل موحد عن طريق ضبط معدل التغذية من مطحنة بيليه لانتاج الكريات في حالة حالة مستقرة. تبريد الكريات في برودة بيليه الأفقية.
  4. غرامات منفصلة ولدت في عملية التكوير باستخدام شاشة 6.3 ملم.
    ملاحظة: قياس محتوى الرطوبة والمتانة من الكريات بعد التبريد 21.
  5. تجفيف تبريد الكريات عالية الرطوبة في فرن مختبر في 70 درجة مئوية لمدة 3-4 ساعة لتقليل نسبة الرطوبة في الكريات إلى أقل من 9٪ (البنك الدولي).
    ملاحظة: قياس محتوى الرطوبة بيليه وكثافتها، والجافيةبيليتي من الكريات المجففة 21.
  6. تسجيل بيانات الطاقة في الكمبيوتر أثناء عملية التكوير.
    ملاحظة: انظر الجدول رقم 2 للظروف الاختبار التكوير والشكل 2 الكريات المنتجة في 33 و 36 و 39٪ نسبة الرطوبة و 4٪ نشا الذرة الموثق بالإضافة.

figure-protocol-5887
الجدول 2. ظروف الاختبار التجريبي المستخدمة في هذه الدراسة.

figure-protocol-6139
الشكل 2. صورة من الكريات حطب الذرة المنتجة مع 4٪ الموثق نشا الذرة في مختلف محتويات المواد الخام الرطوبة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4. بيليهخصائص ومحددة استهلاك الطاقة

واستخدمت معايير ASABE 42 لقياس محتوى الرطوبة والكثافة والمتانة وفي المئة غرامات من المواد الخام ومكعبات: ملاحظة.

  1. ضع حوالي 25-50 غرام من عينات الأرض وحطب الذرة مكعبات في المختبر وضع الفرن على 105 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. وزن العينة قبل وبعد التجفيف. حساب محتوى الرطوبة باستخدام المعادلة 2. إجراء التجارب في ثلاث نسخ.
    figure-protocol-7069 (2)
  2. اتخاذ بيليه واحد وسلس كلا طرفي مع الحصباء المساعدة القماش. قياس قطرها بيليه باستخدام الفرجار الورنية. حساب نسبة التوسع من بيليه باستخدام المعادلة 3 28. قياس قطر كريات عشر.
    نسبة التوسع = figure-protocol-7395 (3)
    ملاحظة: في المعادلة 3، D هو قطر للمقذوف بيليه (مم) وd هو قطر يموت (مم).
  3. استخدام اسطوانة بلإكسي الزجاج مع ارتفاع 155 ملم ويبلغ قطرها 120 ملم. صب الكريات في الاسطوانة حتى يفيض ومستوى السطح العلوي مع حافة مستقيمة. وزن الاسطوانة مع المواد. تقسيم وزن الاسطوانة حجم الاسطوانة لحساب الكثافة الظاهرية. تكرار التجربة ثلاث مرات.
  4. ومن ناحية غربال المواد مكعبات باستخدام شاشة 6.3 ملم. وزن المادة التي مرت من خلال الشاشة. حساب الغرامات في المئة باستخدام المعادلة (4).
    غرامات في المئة = figure-protocol-8059 × 100 (4)
  5. وضع حوالي 500 غرام من الكريات دون غرامات في كل حجرة من اختبار بيليه المتانة. تعثر الكريات في 50 لفة / دقيقة لمدة 10 دقيقة. غربال المواد المقلوبة باستخدام شاشة 6.3 ملم. استخدام المعادلة 5 لحساب المتانة في المئة من الكريات.
    متانة =tp_upload / 54092 / 54092eq6.jpg "/> × 100 (5)
    ملاحظة: متانة الخضراء هي المتانة من الكريات قياسها بعد التبريد، والمتانة علاجه هو متانة قياسها بعد تجفيف الكريات عند 70 درجة مئوية لمدة 3 ساعات.
  6. سجل بيليه مطحنة استهلاك الطاقة باستخدام برنامج تسجيل البيانات. تسجيل أي تحميل السلطة (كيلوواط) البيانات من مطحنة بيليه عن طريق تشغيل مطحنة بيليه فارغة عند 60 هرتز سرعة يموت. استخدام المعادلة 6 لحساب استهلاك الطاقة معين (SEC).
    figure-protocol-8904 (6)

النتائج

بيليه محتوى الرطوبة

تم تخفيض محتوى الرطوبة من الكتلة الحيوية بنسبة 5-8٪ (البنك الدولي) بعد التكوير. ويعزى هذا الانخفاض أساسا إلى حرارة الاحتكاك وضعت في الموت، والتسخين درجة الحرارة والتبريد من الكريات الرطوبة العالية. أيضا، كان تجليد لها تأثير على كمية الرطوبة المفقودة. عند 0٪ الموثق، فإن فقدان الرطوبة حوالي 7-8٪، والتي تتفق مع دراسات سابقة لدينا 21،28. في حين، في 4٪ الموثق، فإن فقدان الرطوبة في المواد الخام خلال التكوير حوالي 3-5٪ (الشكل 3). الموثق تضاف إلى الكتلة الحيوية قد تصرفت كعامل التشحيم. هذا قد قللت من مقاومة الاحتكاك وتقليل وقت بقاء المواد في قناة يموت مما تسبب في انخفاض في فقدان الرطوبة. في دراسات سابقة يموت درجة الحرارة المقاسة على الفور بعد التكوير باستخدام الأشعة تحت الحمراء للrmometer (فلوك، نموذج 561، فلوك شركة، ايفرت، WA، الولايات المتحدة الأمريكية) وصلت إلى حوالي 100-110 درجة مئوية 21. زيادة نسبة الموثق تقليل فقدان الرطوبة كما الرطوبة قد تم بإحكام للحبيبات النشا. استخدمت الكريات الرطوبة العالية التي كان أبعد تجفف في فرن مختبر في 70 درجة مئوية لمدة ساعة وكان 3-4 محتويات رطوبة <9٪ (البنك الدولي)، وهذه الكريات لقياس الخصائص الفيزيائية الأخرى مثل قطر بيليه، ونسبة التوسع وكثافتها والمتانة. وأشار التحليل الإحصائي للبيانات المحتوى بيليه الرطوبة التي كان هناك تأثير تفاعلي لمحتوى المواد الخام الرطوبة وبالإضافة إلى ذلك الموثق على محتوى الرطوبة بيليه (الجدول 3). الكريات مع أي الموثق و 2٪ الموثق، تسبب زيادة في محتوى المواد الخام الرطوبة زيادة في محتوى بيليه الرطوبة (ع توكي في <0.05)، ولكن هذا الاتجاه لا دلالة إحصائية عند 4٪ الموثق (p≥0.05 توكي؛ والشكل 3) .

figure-results-1856
الشكل 3. تأثير محتوى المواد الخام الرطوبة (FMC) والموثق نشا على محتوى الرطوبة بيليه بعد التبريد (يعني ± 1SD، ن = 3). وأسفرت الاختبارات التي أجريت التكوير دون الموثق في أعلى خسارة محتوى المواد الخام الرطوبة بالمقارنة مع التجارب التي أجريت مع الموثق. رسائل مختلفة تشير إلى اختلافات كبيرة باستخدام اللاحق اختبارات توكي HSD (ع <0.05). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

بيليه قطر

كان قطرها من الكريات في 33٪ نسبة الرطوبة مع وبدون إضافة الموثق في مجموعة من 8،4-8،7 مم بعد التبريد (لا تظهر البيانات). زيادة الأعلافتوك نسبة الرطوبة إلى 36 و 39٪ (البنك الدولي) مع الموثق وأضاف زاد قطرها بيليه إلى الحد الأقصى لقيمة 9.3 ملم (لا تظهر البيانات). وكذلك جفت هذه الكريات في فرن مختبر في 70 درجة مئوية لمدة 3-4 ساعة. أدى تجفيف إلى انخفاض في قطر بيليه من حوالي 0.3-0.4 مم. كان من المقرر أن تقلص من الكريات السبب الرئيسي لانخفاض في قطر بعد التجفيف. كان هناك تأثير ذو دلالة إحصائية للتفاعل بين محتوى المواد الخام الرطوبة وبالإضافة إلى ذلك الموثق على قطر بيليه بعد التجفيف (الجدول 3). في 33٪ من محتوى المواد الخام الرطوبة وقطر بيليه بعد التجفيف في مجموعة من 8،3-8،5 ملم، في حين أن زيادة محتوى رطوبة المواد الخام إلى 36٪ أو 39٪ زيادة قطر بيليه إلى حوالي 8.7 مم (الشكل 4). وكانت هذه الزيادة فقط ذات دلالة إحصائية بين 33٪ و 39٪ عند استخدام أي الموثق (ع توكي في <0.05)، من المحتمل بسبب الانحرافات عالية في القياسات.

figure-results-3717
الرقم 4. تأثير محتوى المواد الخام الرطوبة (FMC) ونشا الذرة الموثق على قطر بيليه بعد التجفيف (يعني ± 1SD، ن = 10) بيليه زيادة مع زيادة في نسبة الرطوبة والمواد الخام إضافة النشا قطر. رسائل مختلفة تشير إلى اختلافات كبيرة باستخدام اللاحق اختبارات توكي HSD (ع <0.05). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

نسبة التوسع

يتم احتساب نسبة التوسع باستخدام قطرها بيليه (المعادلة 3). وكانت القيم نسبة التوسع أعلى لالكريات بعد التبريد مقارنة بعد التجفيف (لا تظهر البيانات). في 33٪ من محتوى الرطوبة دون ومعالموثق بالإضافة إلى ذلك، فإن قيم نسبة التوسع بعد التبريد في مجموعة من 1،16-1،20. مواصلة زيادة نسبة الرطوبة إلى 36 و 39٪ دون إضافة الموثق زيادة القيم نسبة التوسع إلى 1.35. كان الكريات المجففة أقل نسب التوسع، الذي كان يرجع ذلك أساسا إلى تقلص من الكريات على حد سواء تماما وأفقيا. في 33٪ من محتوى المواد الخام الرطوبة كانت القيم نسبة التوسع مع وبدون إضافة الموثق في مجموعة من 1،11-1،07 (الشكل 5). زيادة محتوى المواد الخام الرطوبة إلى 36 و 39٪ زادت من القيم نسبة التوسع إلى 1،10-1،18 (الشكل 5). ومع ذلك، كان هذا مهما ل33٪ فقط إحصائيا مقارنة مع 39٪ نسبة الرطوبة مع عدم وجود بالإضافة الموثق (ع توكي في <0.05، الجدول 3). في حالة قطر بيليه ونسبة التوسع، إضافة النشا زاد الموثق على أساس هذه القيم في كل محتويات المواد الخام الرطوبة، ولكن هذه الاختلافات لا إحصائياأهمية (p≥0.05 توكي و). نتائج نسبة التوسع بعد التجفيف ثبيت هذه النتائج من الدراسات السابقة، حيث ارتفعت زيادة رطوبة المواد الخام نسبة توسع وانخفضت كذلك الكثافة الظاهرية تقدر 28.

figure-results-5729
الرقم 5. تأثير محتوى المواد الخام الرطوبة (FMC) والموثق النشوية على نسبة التوسع في الكريات بعد التجفيف (ن = 10). نسبة التوسع في الكريات زيادة مع زيادة في محتوى المواد الخام الرطوبة دون ومع اضافة الموثق. رسائل مختلفة تشير إلى اختلافات كبيرة باستخدام اللاحق اختبارات توكي HSD (ع <0.05). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

دن السائبةSITY

كانت الكثافة الأكبر من الكريات مع محتوى المواد الخام الرطوبة من 33٪ مع وبدون الموثق ويتم قياسها بعد التبريد في نطاق 464-514 كجم / م 3 (لا تظهر البيانات). في 36 و 39٪ من محتوى المواد الخام الرطوبة دون الموثق فإن قيم الكثافة الظاهرية في نطاق 437-442 كجم / م 3. مضيفا الموثق في هذه محتويات المواد الخام الرطوبة انخفاض الكثافة الظاهرية إلى <400 كجم / م 3. تجفيف حبيبات رطوبة عالية في فرن مختبر في 70 درجة مئوية لمدة حوالي 3 ساعات تقليل محتويات الرطوبة من الكريات إلى أقل من 9٪ (البنك الدولي). وكانت هناك زيادة طفيفة في قيم الكثافة الظاهرية بنحو 50 كغ / م 3 بعد التجفيف. الزيادة في الكثافة الظاهرية بعد التجفيف يمكن أن يعزى إلى عدد أقل من الجسور السائلة بين الجسيمات، والتي قد حافظت على جسيمات أقرب مع هيكل أقل مفتوحة. لاحظ Oginni 44 أن الكثافة الأكبر من الأرض دي الصنوبر الأرض الطينيةمجعدة مع زيادة في نسبة الرطوبة. على كريات مصنوعة مع محتوى المواد الخام الرطوبة من 33٪ مع وبدون إضافة الموثق، وكانت الكثافة الظاهرية من الكريات في نطاق 520-530 كجم / م 3 (الشكل 6). في أعلى محتويات المواد الخام الرطوبة من 36 و 39٪ (البنك الدولي)، وانخفاض كثافة الجزء الأكبر من الكريات المجففة بشكل كبير إلى <434 كجم / م 3 و<437 كجم / م 3، على التوالي. كان هناك تأثير ذو دلالة إحصائية للتفاعل بين محتوى المواد الخام الرطوبة وبالإضافة إلى ذلك الموثق على الكثافة الظاهرية (الجدول 3). بشكل عام، انخفضت الكثافة الظاهرية مع زيادة في البدء محتوى المواد الخام الرطوبة. وبالإضافة إلى ذلك، هناك بعض الدلائل على أن الكثافة انخفضت مع زيادة في محتوى النشا (الشكل 6).

figure-results-8166
الشكل 6. أفfect من محتوى المواد الخام الرطوبة (FMC) والموثق نشا على الكثافة الظاهرية من الكريات بعد التجفيف (يعني ± 1SD، ن = 3) أدى انخفاض المواد الخام محتوى الرطوبة من 33٪ (البنك الدولي) وليس الموثق في أعلى الكثافة الظاهرية. أدى مضيفا الموثق 2 و 4٪ على مختلف محتويات المواد الخام الرطوبة في أدنى قيم الكثافة الظاهرية. رسائل مختلفة تشير إلى اختلافات كبيرة باستخدام اللاحق اختبارات توكي HSD (ع <0.05). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

متانة (٪)

بعد التبريد

متانة الخضراء

ويبين الشكل 7 متانة الكريات بعد التبريد (زقوة reen) وبعد التجفيف في الفرن على 70 درجة مئوية لمدة 3-4 ساعات (قوة الشفاء). قيم متانة أعلى من الكريات الرطوبة العالية ومرغوب فيه لأنه سوف يؤدي إلى التقليل من الكسر أثناء المناولة والتخزين بسبب المقاومة القص والتأثير. لأنوفا، كان تفاعل كبير بين محتوى المواد الخام الرطوبة، الموثق في المئة، وتجفيف (الجدول 3). قيم متانة من الكريات بعد التبريد زيادة مع زيادة في محتوى الموثق (الجدول 3، ص توكي في <0.05). في 33٪ (البنك الدولي) محتوى المواد الخام الرطوبة، فإن قيم المتانة دون الموثق عن 87.2٪. في حين، مع إضافة 2 و 4٪ نشا الموثق، ارتفعت قيم المتانة إلى 93.2 و 96.1٪ (الشكل 7). كان اتجاه مماثل لغيرها من محتويات المواد الخام الرطوبة من 36 و 39٪ (البنك الدولي). دون الموثق كانت القيم متانة حوالي 80٪. ومع ذلك، مضيفا الموثق إلى الكتلة الحيوية زيادة القيم المتانة. وincr المتانةخفف إلى حوالي 90٪ عندما قدمت الكريات مع محتوى المواد الخام الرطوبة من 36٪ و 4٪ نشا الموثق. في أعلى المواد الخام محتوى الرطوبة من 39٪ (البنك الدولي) في اتجاه مماثل، ولكن القيم المتانة العامة انخفضت مقارنة مع غيرها من محتويات المواد الخام الرطوبة.

figure-results-10536
الرقم 7. تأثير محتوى المواد الخام الرطوبة (FMC) والموثق نشا على متانة بعد التبريد، وبعد التجفيف. (يعني ± 1SD، ن = 3) القيم متانة عالية الرطوبة الكريات حطب الذرة المنتجة في 33 و 36 و 39٪ (البنك الدولي) زاد محتوى المواد الخام الرطوبة مع اضافة الموثق على حد سواء بعد التبريد، وبعد التجفيف. وتشير رسائل مختلفة اختلافات كبيرة باستخدام اللاحق توكي HSD اختبارات (ع <0.05). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

بعد التجفيف

متانة علاجه

أدى تجفيف الكريات عالية الرطوبة في فرن مختبر في 70 درجة مئوية لمدة 3-4 ساعات في علاج من الكريات، مما يزيد من قوة التحمل من الكريات. قيم متانة من الكريات المصنوعة في 33 و 36 و 39٪ (WB) المواد الخام محتوى الرطوبة ارتفعت إلى> 92٪ (الشكل 7). ارتفعت قيم المتانة في 33٪ من محتوى المواد الخام الرطوبة إلى حوالي 98٪ بعد التجفيف (الشكل 7). تطابق هذه النتائج بشكل وثيق مع العمل في وقت سابق 21،28. ارتفعت قيم متانة من الكريات التي تستخدم الموثق بعد التجفيف (ع توكي في <0.05). في 33٪ من محتوى المواد الخام الرطوبة و 4٪ الموثق، فإن قيم متانة النهائية لوحظ حوالي 98٪. كان اتجاه مماثل في 36 و 39٪ المواد الخاممحتوى الرطوبة، حيث كان الموثق لها تأثير إيجابي على القيم المتانة (ع توكي في <0.05). في 39٪ المواد الخام محتوى الرطوبة مع إضافة الموثق بين 2 و 4٪، ارتفعت قيم المتانة إلى حوالي 94-95٪.

الغرامات في المئة

في هذه الدراسة، كانت الغرامات في المئة ولدت خلال التكوير أعلى بنسبة 36 و 39٪ (البنك الدولي) مقارنة مع 33٪ محتوى الرطوبة (WB) المواد الخام. أسفرت المجلدات مضيفا في خفض الغرامات في المئة ولدت في جميع محتويات رطوبة المواد الخام بالمقارنة مع الاختبارات بدون إضافة الموثق (الشكل 8). وأظهرت الاختبارات التي أجريت التكوير مع أي الموثق أعلى الغرامات في المئة من حوالي 11٪ الى 39٪ (WB) المواد الخام محتوى الرطوبة. واضاف 2 و 4٪ الموثق إلى حطب الذرة، وانخفاض الغرامات في المئة ولدت خلال التكوير 33٪ و 36٪ (WB) مقارنة الكريات مع إضافة أي الموثق. تكانت أنه أدنى الغرامات في المئة لوحظ في هذه الدراسة عند 4٪ بالإضافة الموثق و 33٪ (WB) محتوى المواد الخام الرطوبة (حوالي 3٪).

figure-results-13334
الرقم 8. تأثير محتوى المواد الخام الرطوبة والموثق نشا على الغرامات في المئة المنتجة من المواد مكعبات. وفي محتويات رطوبة المواد الخام من 33 و 36 و 39٪ (البنك الدولي) إضافة الموثق تخفيض الغرامات في المئة في المواد مكعبات. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

استهلاك الطاقة معين

وقد تأثر استهلاك الطاقة النوعية من قبل الموثق إضافة (الشكل 9). ومع عدم وجود الموثق، ومحددة أونوكانت ergy في 33، 36، و 39٪ من محتوى المواد الخام الرطوبة بين 118-126 kWhr / طن. إضافة الموثق 2٪ تخفيض استهلاك الطاقة النوعية لحوالي 75-94 kWhr / طن. مواصلة زيادة نسبة الموثق إلى 4٪ خفضت كذلك استهلاك الطاقة النوعية لحوالي 68-75 kWhr / طن لجميع محتويات المواد الخام الرطوبة التي تم اختبارها. إضافة الموثق في 2 و 4٪ انخفاض استهلاك الطاقة النوعية بنحو 20-40٪.

figure-results-14623
وانخفض الرقم 9. تأثير محتوى المواد الخام الرطوبة والموثق نشا على استهلاك الطاقة المحدد للعملية التكوير رطوبة عالية. استهلاك الطاقة النوعية من عملية التكوير حطب الذرة عالية الرطوبة بنحو 20-40٪ مع إضافة 2 و 4٪ نشا الموثق مقرها. الرجاء انقر هنا لعرض أكبر أصدارات ن من هذا الرقم.

تحليل احصائي

تم الانتهاء من التحليل الإحصائي في أحزاب اللقاء المشترك 10 43. اتجاهين كانت تستخدم ANOVA لتحديد الآثار المترتبة على محتوى المواد الخام الرطوبة (33، 36، 39٪) ونشا الذرة الموثق (0، 2، 4٪) على نسبة الرطوبة بيليه (ن = 3)، قطر بيليه (ن = 10)، ونسبة التوسع (ن = 10)، والكثافة الظاهرية (ن = 3). تم استخدام طريقة ثلاثة ANOVA لتحديد الآثار المترتبة على محتوى الرطوبة (33، 36، 39٪)، نشا الذرة الموثق (0، 2، 4٪)، وتجفيف (قبل التجفيف، وبعد التجفيف) على متانة (ن = 3 ). اجتمعت بقايا افتراضات ANOVA لطبيعتها وتجانس التباين. لتلبية هذه الافتراضات، تم تحويل محتوى بيليه الرطوبة عن طريق رفع البيانات إلى قوة ال 4. إذا كانت العوامل اختبارها في أنوفا كبيرة في ع <0.05، استخدمت اختبارات توكي HSD لاللاحق مقارنة، بحث.

خيمة "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" 1 "> figure-results-16099
الجدول 3. الدلالة الإحصائية للمتغيرات العملية على أساس تحليل التباين (ANOVA).

Discussion

الخطوات الحاسمة في ارتفاع طريقة الرطوبة التكوير لانتاج الكريات مع المتانة المطلوبة في استهلاك أقل للطاقة محددة هي: 1) تجفيف الذرة حطب عالية الرطوبة إلى مستويات الرطوبة المطلوبة (33-39٪، البنك الدولي)، 2) في المئة الموثق إضافة و3) تغذية عالية الكتلة الحيوية الرطوبة بشكل موحد في مطحنة بيليه. رطوبة المواد الخام وفي المئة الموثق هي متغيرات العملية التي أثرت على خصائص بيليه (كثافة وقوة التحمل من الكريات قبل التبريد وبعد التجفيف) واستهلاك الطاقة المحدد للعملية التكوير. فمن المستحسن لاختبار محتوى الرطوبة من المواد الخام قبل استخدامها للدراسات التكوير. تغذية عالية الرطوبة حطب الذرة في 33 و 36 و 39٪ (WB) موحد لمطحنة بيليه له تأثير على نوعية واستهلاك الطاقة. تعديل وحدة تغذية بيليه مطحنة مع محرك التردد المتغير من الضروري لتغذية الكتلة الحيوية بشكل موحد على مطحنة بيليه.

النتائج منوأشارت الدراسة إلى أن إضافة الموثق إلى حطب الذرة عالية الرطوبة فعل تقليل الكثافة الأكبر من الكريات بشكل هامشي، ولكن تحسنت متانة كبيرة. إضافة النشا أساس الموثق زيادة نسبة الرطوبة في الكريات بعد ضغط وقذف، ولكن تم العثور على الزيادة لا تكون ذات دلالة إحصائية في جميع الحالات تقريبا التي شملتها الدراسة. وكان فقدان الرطوبة خلال التكوير حوالي 3 إلى 4٪ عند إضافة 4٪ الموثق، في حين كان أعلى (7-8٪، البنك الدولي) دون الموثق. إضافة الموثق إلى حطب الذرة قد يكون لديك 1) خفضت فترة بقاء المواد في الموت و2) خفض مقاومة الاحتكاك في الموت، مما يؤدي إلى خفض درجة حرارة يموت، والتي قد تسببت في خسارة أقل رطوبة خلال ضغط وقذف في بيليه يموت.

كان هناك زيادة في قطر بيليه بعد مقذوف أنه من يموت بيليه والمجففة (الشكل 4). هذه الزيادة كانت كبيرةإيه في أعلى محتوى المواد الخام الرطوبة ومع اضافة النشا الموثق. كانت الكثافة الأكبر من الكريات في نطاق 510-530 كجم / م 3 في 33٪ (WB) محتوى المواد الخام الرطوبة مع وبدون الموثق. وقد أشارت الأبحاث السابقة أن ارتفاع محتوى المواد الخام الرطوبة عن 38٪ (WB) النتائج إلى انخفاض الكثافة الظاهرية، ويرجع ذلك أساسا إلى التوسع في الكريات عند خروجها من خلال يموت 21،28. بل هو ظاهرة شائعة أنه عندما مقذوف المواد الكتلة الحيوية عالية الرطوبة من خلال يموت تحت الضغط الذي ينتج في الرطوبة فلاش قبالة 12،21. الرطوبة فلاش قبالة يعطي وسيلة لتوسيع بيليه، سواء في الاتجاه المحوري وقطري. بشكل عام، وتوسيع قطري هو أكثر بروزا مقارنة مع توسع المحوري. وهناك سبب آخر لسلوك توسيع الكتلة الحيوية بعد ضغط وقذف من خلال يموت بيليه يمكن أن يكون أن الألياف الكتلة الحيوية الاسترخاء في ظل وجود نسبة الرطوبة. نديما وآخرون. 45 ووأشار ماني وآخرون. 18 أن الإفراج عن الضغوط التي مورست في النتائج يموت في التخفيف من الكتلة الحيوية مضغوط. خصائص الاسترخاء تعتمد على عوامل كثيرة مثل حجم الجسيمات، ومحتوى الرطوبة المواد الخام والضغوط التي مورست. أيضا، في هذه الدراسة لاحظنا أن زيادة الكثافة الظاهرية بعد التجفيف، والتي يمكن أن تكون نتيجة لعدد أقل من الجسور السائلة بين الجسيمات التي قد حافظت على جسيمات أقرب وأسفر عن هيكل أقل مفتوحة. لاحظ Oginni 45 أن الكثافة الأكبر من الأرض الأرض الطينية الصنوبر انخفضت مع زيادة نسبة الرطوبة.

وقد تم قياس قوة التحمل من الكريات لفهم قوة من الكريات. عموما، والكريات تخضع ليجز وتؤثر المقاومة أثناء التخزين، والنقل، وعملية التعامل مع 4،46. اقترح Kaliyan وموري 47 أن متانة الكريات المنتجة على الفور بعد الإنتاج (قوة الخضراء) مختلفة من دوrability من الكريات التي يتم تخزينها لبضعة أيام بعد الإنتاج (قوة الشفاء). الكريات مع القيم متانة أقل كسر وتزيد من خطر قضايا التخزين، مثل خارج بالغاز والاحتراق التلقائي التي يمكن أن تسبب خسارة في الإيرادات لمصنعي بيليه. ووفقا للجنة الأوروبية للتقييس (CEN) والولايات معهد الوقود بيليه المتحدة (الرابطة) القيم الموصى بها من المتانة هي> 96.5٪ عن ذات جودة عالية أو الكريات قسط الصف 31. في هذه الدراسة، ارتفعت قيم التحمل إلى ما يقرب من 94-95٪ عند مكعبات مع الموثق نشا في نسبة الرطوبة 39٪ مقارنة مع الكريات المصنوعة من أي الموثق الذي كان القيم المتانة في حدود 83-85٪ بعد التجفيف. الكريات المنتجة في 33٪ زيارتها (WB) محتوى المواد الخام الرطوبة القيم متانة> 96.5٪ وتلبية المعايير الدولية.

الرطوبة لها وظائف مختلفة خلال التكوير الكتلة الحيوية، بما في ذلك: 1) تشكيل جسر متين بينقوات فال جسيمات الكتلة الحيوية يرجع فان دير، 2) تفعيل المجلدات الطبيعية مثل البروتين والنشا واللجنين الموجودة في الكتلة الحيوية، و 3) تعزيز النشا والبروتين ردود الفعل القائمة على مثل جلتنة وتمسخ أن يكون لها تأثير قوي على الخصائص التكوينية، مثل صلابة 4-12. في حالة الكتلة الحيوية lignocellulosic، وكيل ملزم الرئيسي هو اللجنين (الكتلة الحيوية الخشبية: 27-33٪، والكتلة الحيوية العشبية: 12-16٪) 4. تم تحديد محتوى اللجنين في حطب الذرة بمعدل يصل الى 16٪ على أساس مراجعة بيانات التكوين، بما في ذلك مصادر الأدب وقواعد البيانات وسيطة 48. جزيئات اللجنين، والتي تنقل أعلى في محتوى الرطوبة العالي، تعمل كمادة لاصقة ويؤدي إلى ملزمة أقوى. ومع ذلك، عند مستويات مرتفعة جدا والرطوبة ستعمل أشبه زيوت التشحيم مما أدى ملزم أقل. في هذه الدراسة، على نسبة عالية من الرطوبة جدا من حوالي 39٪ (البنك الدولي) الرطوبة قد تصرفوا أشبه زيوت التشحيم ونتج عنها انخفاض المتانة لالثانية توليد المزيد من الغرامات في عملية الإنتاج بيليه. وقد لوحظت القيم متانة أعلى بإضافة الموثق في أعلى المواد الخام محتوى الرطوبة من 36 و 39٪ (البنك الدولي)، والتي يمكن أن تسببها جلتنة من النشا في وجود درجة حرارة يموت ومحتوى المواد الخام الرطوبة. ردود الفعل هذه جلتنة يمكن أن يؤدي إلى تشكيل عبر ربط النشا مع مكونات الكتلة الحيوية الأخرى.

الغرامات في المئة إنشاؤها أثناء عملية التكوير يعد مؤشرا جيدا لكيفية الكتلة الحيوية بشكل جيد سوف تشكل الكريات. جيل من جسيمات دقيقة خلال نتائج عملية التكوير في المنتجات وفقدان عائدات للمنتج بيليه. جيل ما يرام المفرط أثناء عمليات التكوير يمكن أن يكون لها أيضا تأثير على جودة سمات مثل الكثافة والمتانة. ويتأثر الجيل الغرامات أثناء عملية الإنتاج بيليه من خلال التركيبة الكتلة الحيوية (أي النشا والبروتين واللجنين، والشموع)، والمتغيرات بيليه عملية مطحنة <م> أي نسبة طول إلى قطر (L / نسبة D)، ويموت سرعة الدوران، شرط البخاري، التسخين)، والمتغيرات الوسيطة (أي محتوى رطوبة المواد الخام، وحجم الجسيمات ومعدل تغذية) 4. وتشير النتائج الحالية إلى أن إضافة الموثق لا يقلل فقط من المئة من الجسيمات الدقيقة، و لكن يساعد أيضا على تحسين الخواص الفيزيائية مع الحد من استهلاك الطاقة النوعية. أقل غرامات في المئة ولدت تشير إلى أن الكتلة الحيوية لديها pelletability أكبر.

Tumuluru وآخرون. 4 في استعراضها على أنظمة التكثيف مناسبة لجعل الكتلة الحيوية إلى منتج نوع السلع المشار إليها أن إضافة الموثق يساعد على تقليل الطاقة قذف، مما يؤدي إلى الحد من استهلاك الطاقة النوعية. عادة، وطول قطرها إلى (L / D) نسبة تتحكم في مدة بقاء المواد في الموت ويساعد على الربط من الكتلة الحيوية. أيضا، نسبة L / D تسيطر على الطاقة قذف وSPECIاستهلاك الطاقة المرورية. ارتفاع نسبة L / D يزيد من وقت الإقامة، مما يحسن من الخصائص الفيزيائية للكريات، ولكن يزيد من الطاقة اللازمة للقذف. يمكن إضافة الموثق إلى الكتلة الحيوية تساعد على تماسك الكتلة الحيوية في انخفاض نسبة L / D وتقليل الطاقة قذف. في هذه الدراسة، تم اختيار طول المستمر لقطر (L / D) نسبة (2.6). وتهدف البحوث المستقبلية في فهم تأثير نسبة L / D من يموت بيليه وتفاعله مع محتوى المواد الخام الرطوبة على صفات الجودة بيليه.

وأشارت البيانات التجريبية على تجهيزها الكتلة الحيوية (طحن، والتجفيف والتكوير) تم الحصول عليها من الكتلة الحيوية الوطنية مرفق المستخدم (https://www.inl.gov/bfnuf/) الموجود في INL وما يرتبط بها من تحليل الفنية والاقتصادية التي تجفيف الكتلة الحيوية من 30- 10٪ (WB) تستهلك كمية كبيرة من الطاقة (بيانات غير منشورة). عملية التكوير عالية الرطوبة وضعت في القائمة العراقية الوطنية يمكن أن تساعد على تقليل تكلفة الإنتاج بيليه مقارنة بيليه التقليديةأسلوب الإنتاج 24. وأشارت الدراسة إلى أن إضافة الموثق النشوية إلى عملية التكوير عالية الرطوبة تحسين المتانة من الكريات إلى> 92٪ بعد التبريد في محتويات المواد الخام الرطوبة من 36 و 39٪ (البنك الدولي)، وخفض أيضا الطاقة محددة استهلاك عملية التكوير بنحو 20-40٪. القيم قدر أكبر من المتانة من الكريات المصنوعة في ارتفاع الرطوبة وسيطة هي مهمة لأنها يمكن التعامل معها بكفاءة عن طريق الناقلات. عادة الكريات متانة منخفضة تنهار لغرامات أثناء المناولة والتخزين، مما يؤدي إلى فقدان إيرادات المنتجين بيليه. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للغرامات ولدت في عملية تؤدي إلى مخاطر السلامة مثل الاحتراق التلقائي وخارج بالغاز 28،41. تخفيض الطاقة معين قبل ما يقرب من 20-40٪ باستخدام الموثق تفوق تكلفة الموثق. أيضا، استنادا إلى هذه الدراسة يمكننا أن نستنتج أن بعض من المنتجات من الصناعات الغذائية يمكن أن تستخدم لالتكوير الكتلة الحيويةلتطبيقات الطاقة الحيوية. حاليا، وقد تجلى عملية التكوير عالية الرطوبة باستخدام يموت شقة بيليه مطحنة نطاق المختبر. سوف بروتوكول صفها هنا للمطحنة بيليه على نطاق المختبر أن تكون أساسا لوضع النماذج على نطاق ويصل ولاختبار عملية في نطاق تجريبي وبيليه على نطاق تجاري المطاحن.

Disclosures

No competing financial interests exist. This information was prepared as an account of work sponsored by an agency of the U.S. government. Neither the U.S. government nor any agency thereof, nor any of their employees, makes any warranty, express or implied, or assumes any legal liability or responsibility for the accuracy, completeness, or usefulness of any information, apparatus, product, or process disclosed, or represents that its use would not infringe privately owned rights. References herein to any specific commercial product, process, or service by trade name, trademark, manufacturer, or otherwise, do not necessarily constitute or imply its endorsement, recommendation, or favouring by the U.S. government or any agency thereof. The views and opinions of the authors expressed herein do not necessarily state or reflect those of the U.S. government or any agency thereof.

Acknowledgements

The authors would like to acknowledge Matt Dee for supporting the experimental work, Matthew Anderson and Rod Shurtliff for instrumenting the pellet mill. This work was supported by the Department of Energy, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy under the Department of Energy Idaho Operations Office Contract DE-AC07-05ID14517. Accordingly, the publisher, by accepting the article for publication, acknowledges that the U.S. government retains a nonexclusive, paid-up, irrevocable, worldwide license to publish or reproduce the published form of this manuscript, or allow others to do so, for U.S. government purposes.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Flat die pellet millColorado Mill Equipment, Canon City, CO, USAECO-10 pellet mill
Heating tapesBriskHeat, Columbus, OH, USASilicon Rubber Heater, Etched foil elements
ThermocouplesWatlow, Burnaby, BC, CanadaJ-type
Variable frequency driveSchneider Electric, Palatine, IL, USAAltivar 71
Pellet coolerColorado Mill Equipment, Canon City, CO, USACME ECO-HC6 
Data logging softwareNational Instruments Corporation, Austin, TX, USALabview software
Durability testerSeedburo Equipment Co., Des Plaines, IL, USAPellet durability tester
Hammer mill Bliss Industries CME ECO-HC6 
GrinderVermeerHG200
Horizontal mixerColorado Mill Equipment, Canon City, CO, USAECO-RB 500
Blue grit utilty cloth3MPart No.05107-150J grade
Insulation materailMcMaster CarrFlexible fiberglass insulation
Feeder controllerKB Electornics, INCKBIC-DC-MTR direct current motor controller
Dust exhaust systemDeltaModel No: 50-763, Serial No: 2010 11OI1415
Vernier calipersVWR® Digital CalipersPart Number: 12777-830
BinderACH Food Companies Inc., Memphis, TN, USAARGO 100% pure corn starch
Corn stoverHarvested in Iowa and procurred in bale form

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. , 165-174 (1997).
  2. Sokhansanj, S., Fenton, J. . Cost benefit of biomass supply and preprocessing: BIOCAP (Canada) research integration program synthesis paper. , (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. , (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. , (2015).
  6. Searcy, E. M., Hess, J. R., Tumuluru, J. S., Ovard, L., Muth, D. J., Jacobson, J., Goh, M., Sheng, C., Andre, F., et al. Optimization of biomass transport and logistics. International Bioenergy Trade. , 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., Kaletun, G., Breslauer, K. J. Starch properties and functionalities. Characterization of cereals and flours: properties, analysis,and applications. , 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. , (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. , (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. , (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. , (2014).
  27. McCoy, G. Improving energy efficiency through biomass drying. , (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. , (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. , (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. , (2007).
  43. Oginni, O. J. . Contribution of particle size and moisture content to flowability of fractioned ground loblolly pine. , (2014).
  44. 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).
  45. 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).
  46. Kaliyan, N., Morey, R. V. Factors affecting the strength and durability of densified products. , (2006).
  47. Gresham, G., Emerson, R., Hoover, A., Miller, A., Kenney, K., Bauer, W. . Evolution and development of effective feedstock specifications. , INL/EXT-14-31510 (2013).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

112

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved