Transcript Tek Etkili Evaporatörler

Bu derste




Evaporatörler
Dearatörler
Deodorizatörler
Kondansörler
Anlatılacaktır.
Evaporatörler (Buharlaştırıcılar)
 Gıda endüstrisinde kullanılan
hammaddelerin çoğunun yapısında örneğin
sütte %83, sebze ve meyvelerde %98’lere
varan oranlarda su bulunur.
 Evaporasyon, basit tanımı ile yapıdaki
suyun kısmi uçurulmasıdır.
Evaporasyon ile elde edilen avantajlar ve
evaporasyonun etkileri





Ürünün işlenmesi için gerekli olan enerjiden
ekonomi sağlanır,
Taşıma, depolama ve ambalajlama maliyetlerini
azaltır,
Kuru maddeyi arttırarak su aktivitesini düşürür,
Üründeki tat-koku ve renk özelliklerini değiştirir
ve
Üretimde istenilen bazı teknik ve teknolojik
özelliklere örneğin, ürüne mikrobiyolojik yönden
bozulmayan bir nitelik kazandırmak gibi
sonuçlara ulaşmayı sağlar.
Evaporasyonun gıda sanayiinde
kullanımı
 Reçel ve marmelat yapımı
 Meyve suyu ve nektar konsantratlarının
hazırlanması
 Sütün yoğurta işlenmeden önce konsantre hale
getirilmesi
Evaporasyon
 Herhangi bir sıvının buharlaştırılması için
ısıya gereksinim vardır. Evaporasyon
işleminde önemli olan, önce bu ısının
sağlanmasıdır.
 Güneş enerjisinin sağladığı ısıdan
yararlanarak yalnızca tuz eldesi için
kullanılan yöntem (doğal evaporasyon)
bugün dahi uygulanır.
Evaporasyon
 Evaporasyonda, buharlaştırılacak olan sıvı, sıvının
bulunduğu koşullara (basınca) bağlı olarak önce
kaynama derecesine kadar ısıtılır sonra da bu
derecede buharlaşmasını sağlayacak olan
“buharlaşma gizli ısısı” verilir.
 Buharlaşma gizli ısısı kaynama derecesine,
kaynama derecesi de basınca bağlıdır.
 Suyun buharlaştırılması için gerekli olan ısı,
işletmenin buhar üreticisinden sağlanır.
Evaporatörlerin Sınıflandırılması
1)
2)
Sistem basıncına göre;
Atmosferik evaporatörler
Düşük basınçlı evaporatörler
Vakum evaporatörler
Buhar ekonomisine göre
Tek etkili evaporatörler
Çok etkili evaporatörler
Evaporatörlerin Sınıflandırılması
3) Isı aktarma yüzeyine göre;
Borulu evaporatörler
Kısa borulu evaporatörler
Kısa-yatay borulu evaporatörler
Kısa-dikey borulu evaporatörler
Uzun borulu evaporatörler
Tırmanan film evaporatörler
İnen film evaporatörler
Spiral borulu evaporatörler
Silindirik yüzeyli (ceketli) evaporatörler
Plakalı evaporatörler
Konik yüzeyli (santrifüj) evaporatörler
Evaporatörlerin Sınıflandırılması
4)
5)
Uygulanan sıcaklık derecesine göre;
Düşük sıcaklık evaporatörler
Orta sıcaklık evaporatörler
Yüksek sıcaklık evaporatörler
Sıvı hareketine göre;
Doğal sirkülasyonlu evaporatörler
Zorlamalı sirkülasyonlu evaporatörler
Karıştırmalı ya da sıyırmalı film evaporatörler
Evaporatörlerin Sınıflandırılması
 6) Ürün beslemesine göre;

İleri beslemeli evaporatörler

Geri beslemeli evaporatörler
 7) Sıvı hareket yönüne göre;

Doğru akım evaporatörler

Ters akım evaporatörler
 8) Sıvı akış tipine göre;

Tek akışlı evaporatörler

Çok akışlı evaporatörler
Evaporatörler
 Evaporatörlerin en basiti ve ucuz olanı doğal
sirkülasyonlu, atmosfere açık kazanlardır.
 Başka bir evaporatörde ceketli bir ısıtıcı
bulunmaktadır. Ürünün ısıtılması ya da
kaynatılması amacıyla kullanılan bu
evaporatörler çok yaygındır.
 Buhar ceketli açık evaporatörler marmelat
yapımında ve bazı meyve sularının
konsantrasyonunda kullanılmaktadır.
Evaporatörler
 Yüksek sıcaklıklar ve uzun süreli konsantrasyon
ürünün yapısında bozulmalara neden olur. Ayrıca,
ürünün kalınlaşması ve kazan iç yüzeyinde
yapışması ısı aktarımını yavaşlatmakta ve
konsantrasyonu geciktirmektedir.
 Ceketli evaporatörler sakıncalarına rağmen yaygın
olmamakla beraber bazı meyve sularının
konsantrasyonunda, şeker karamelizasyonu ile
renk eldesinde ve tipik aroma oluşturulması
istenen durumlarda halen kullanılmaktadır.
Tek Etkili Evaporatörler
 Tek etkili evaporatörde ürün borular içinden bir kez geçer.
Buharlaşma bu tek geçişle olmaktadır.
 Tek etkili sistemlerde buharlaşma hızı sınırlıdır. Örneğin,
karıştırmalı film evaporatörler tek etkili, yukarı ve aşağı
akışlıdır.
 Tek etkili evaporatörler çoğunlukla ısıya karşı duyarlı olan
ürünlerin buharlaştırılmasında kullanılır.
 Yüksek vakum uygulanarak gerektiğinde ürünün kaynama
noktası düşürülür. Ürün borulardan geçtikten sonra hızla
soğutulur ve bozulmaya karşı korunur.
Şekil. 5.39. Tek etkili evaporatör
Çok Etkili Evaporatörler
 Çok etkili evaporatörlerde iki, üç hatta dört
ünite birbirine borularla bağlanmıştır.
Evaporatörün her ünitesi tek etkili gibi
çalışır.
 Çok etkili evaporatörlerde her evaporatör
ünitesi, bir sonraki ünitenin buhar üreticisi
görevini yapmaktadır. İlk ünitede kullanılan
yüksek basınçlı buhar diğer ünitelerde
düşük basınçlı olarak kullanılmaktadır.
Çok Etkili Evaporatörler
 Bu evaporatörlerde en düşük basınç son
ünitededir.
 Böylece her ünitede sırasıyla basınç ve
buna bağlı olarak kaynama sıcaklığı giderek
düşmektedir.
 Bu şekilde her ünitede ısı aktarımı için
gerekli olan sıcaklık farkı
sağlanabilmektedir.
Şekil 5.40. İleri beslemeli üç etkili evaporatör
Isı aktarım yüzeyine göre evaporatörler
 Evaporatörler, ısı aktarım yüzeylerinin farklı
olmalarına göre borulu, plakalı, silindirik ve
konik yüzeyli evaporatörler olarak çok
çeşitlidirler.
Borulu Evaporatörler
 Gıda endüstrisi fabrikalarında en çok rastlanan
evaporatörler borulu olanlardır.
 Bu evaporatörler, boruların gövde içindeki yerleşim
durumuna ve boru uzunluklarına göre adlandırılırlar.
 Atmosfer ya da vakum altında çalışırlar.
 Koyulaştırılan ürün uzun süre yüksek sıcaklık
derecesinde kaldığından ısıya duyarlı olmayan
ürünlerin konsantrasyonuna, örneğin salça üretimine
elverişli olan evaporatörlerdir.
Şekil 5.41. Dikey-kısa borulu
evaporatörler
Tırmanan Film Evaporatörler
 Boru içerisindeki ürünün, yukarıya doğru hareketi ya da aşağıya
doğru inişine göre adlandırılırlar.
 Tırmanan film evaporatörde ürün boru içerisinde, buhar ise boru
dışında akar.
 Evaporatöre ürün beslemesi alttan yapılır (şekil 5.42). Ürün
ısındıkça yükselir. Kaynamanın olduğu noktadan itibaren oluşan
kabarcıklar boruların ortasından yükselirken, ürün de boru iç
yüzeylerinden film halinde yukarıya doğru tırmanır.
 Tırmanan film evaporatörlerde ürünün seviyesi boru yarı
uzunluğunun biraz altındadır. Bu düzeyin üzerinde brüdekonsantrat karışımı yüksek bir hızda boruları terkederek tepedeki
ayırıcıya (seperatöre) ulaşır.
 Tırmanan film evaporatörlerde ürünün boruda kalma süresi 1
dakika dolayında olduğundan ısıl bozulma çok azdır. Bu nedenle
meyve suyu konsantrasyonunda kullanılırlar.
Şekil 4.113. Uzun borulu tırmanan film evaporatörün
şematik çalışma ilkesi
İnen Film Evaporatörler
 İnen film evaporatörler az yer kaplayan uzun borulu
evaporatörlerdir. Konsantre edilecek olan ürün
üstten verilir.
 Genellikle ısıya karşı duyarlılığı fazla olan örneğin
narenciye suları konsantrasyonunda yaygın olarak
kullanılır.
 Ürün boru iç yüzeylerinden ince bir film halinde
inerken ısınır. Ürünün borulardaki kalış süresi
yaklaşık 1 dakika, film kalınlığı ise 0.1 mm kadardır.
Boru içerisinde oluşan buhar, ürünün ince bir film
oluşturmasına yardımcı olur.
 Evaporatörün altında toplanan brüde-konsantrat
karışımı, bir ayırıcıya gönderilir. Konsantratın kıvamı
yeterli değilse tekrar sirküle ettirilir ya da ikinci
üniteye gönderilir.
Şekil 5.43. İnen film evaporatör
Zorlamalı Sirkülasyonlu Evaporatörler
 Özellikle viskozitesi yüksek olan ürünlerin konsantrasyonunda doğal
sirkülasyonla çalışmak ekonomik değildir. Yüksek verim ancak hızlı
sirkülasyonla elde edilebilir.
 Borularda 1-3 sn süre içinde kaynama derecesine kadar ısıtılan ürün
ayırıcıya geldiğinde konsantrat-brüde karışımı halindedir.
 Ayırıcı girişinde bir yansıtıcı yüzeyle karşılaşan karışımdaki
konsantre tanecikler yüzeye çarparak aşağıya iner ve sisteme giren
yeni ürünle karşılaşırken brüde ise, separatörü üstten terkederek ya
bir kondensöre gider ya da ikinci bir evaporatör ünitesini
çalıştırmakta kullanılır. Böylece evaporasyon sürekli olarak yapılır.
Şekil 4.115. İki geçişli yatay ısıtma sistemi dışarda olan
zorlamalı sirkülasyonlu evaporatör
Flaş Evaporatörler
 Özellikle yüksek viskozitesi nedeniyle film haline
getirilemeyen ya da konsantrasyon ilerledikçe yoğunluğu
hayli yükselen ürünlerin, örneğin üzüm ve elma gibi
meyve sularının ve bazı pulpların konsantrasyonunda ve
salça üretiminde flaş evaporatörler kullanılır.
 Isıtılmış ve bir pompa ile evaporatör gövdesine
pompalanmakta olan ürüne, açısal yerleştirilmiş bir
enjektörle doğrudan ısı aktarımı yöntemiyle 0.5 sn gibi
çok kısa bir sürede 150ºC dolayında ısıtılmış temiz buhar
püskürtülür.
 Çok kısa bir süre içinde kaynayarak brüde-konsantrat
karışımına dönüşen ürün ayırıcıya girdiği anda, büyük
hacimli ve silindirik bir gövdeden ibaret olan ayırıcıdaki
düşük basınç nedeni ile aniden buharlaşır. Bu olaya
“flashing” denilmektedir. Buharlaşma, ürünün sıcaklığı
ayırıcıdaki koşullarda kaynama derecesine düşene kadar
devam eder.
Şekil 5.45. Flaş Evaporatör
Karıştırmalı veya Sıyırma Film
Evaporatörler
 Dıştan buharla ısıtılan ceketli, silindirik, uzun ve
dikey bir gövdeden oluşur.
 Gövdenin içinde motorla dönüş hareketi verilen bir
rotor bulunur. Rotor üzerindeki kanatçılar dönüş
hareketi sırasında ürünü gövde iç yüzeyine bir film
halinde yayarlar.
 Ürün girişi evaporatörün üstünden yapılır.
Santrifüj kuvveti etkisi ile iç yüzeyde oluşan ince
ürün filmi çok kısa bir süre içinde evapore olur.
Karıştırmalı veya Sıyırma Film
Evaporatörler
 Brüde, gövde içinde yukarıya doğru yükselirken
konsantrat, yerçekimi kuvveti nedeni ile iç
yüzeyden sıyrılarak aşağıya doğru iner.
 Dipte toplanan konsantrat içinde bir miktar brüde
de bulunduğundan karışım bir ayırıcıya verilir.
 Konsantrat, ayırıcının altından alınırken brüde bir
kondensöre verilerek yoğuşturulur ya da ikinci ve
üçüncü ünitelere verilerek ısıtıcı ortam olarak
kullanılır.
 Ürün filminin evaporatörde kalış süresi çok kısadır.
Şekil 5.46. Karıştırmalı film evaporatör
Spiral Evaporatörler
 Spiral evaporatörde ısıtıcı borular, bakır ya da
çelikten yapılmış spiral sargı biçimindedir.
 Buhar, borular içinde kondanse olur. Fiyatı ucuz
olduğundan ve hayli geniş bir ısıtma alanı
sağladığından domates salçası, sosu ve ketçap
gibi viskozitesi yüksek ürünlerin yapımında ön
konsantrasyon işleminde kullanılır.
 Spiral evaporatörlerin yüksek kapasiteli olanları
şeker endüstrisinde kristalizatörlerde buharlaştırıcı
olarak kullanılmaktadır.
Plakalı Evaporatörler
 Yan yana dizilmiş olan plakalardan birisinde buhar,
yanındaki komşu plakada ise ürün sirküle eder.
 Sistemde yüksek basınçlı buhar kullanılır.
 Sirkülasyonu sağlayan bir pompadır.
 Ürün, bir bölümün ürün plakasında tırmanan film, diğer
ürün plakasında ise inen film şeklinde ısınır. Bu olay
her dört plakalık bölümlerde aynı anda oluşur.
 Ürünün evaporatörde kalış süresi 20 sn kadardır.
 Plaka sayısı arttıkça kapasite artar.
 Genellikle elma, üzüm ve portakal suları
konsantrasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Şekil 5.47. Plakalı evaporatör
Konik Yüzeyli (Santrifüj)
Evaporatörler
 Konik yüzeyli evaporatör, santrifüj separatörün çalışma
ilkesinden yararlanılarak yapılmış, ayırma plakaları aynı
zamanda ısıtıcı yüzey olarak kullanılmıştır.
 Bir elektrik motoru ile tahrik edilen santrifüj evaporatörlerde
ürün, bir dağıtım borusu ile üstten girer ve merkezden
aşağıya doğru ilerlerken plaka iç yüzeylerine dağılır. Isıtıcı
buhar evaporatörün altından verilir.
 Brüde ise evaporatörün ortasındaki boşluktan yukarıya
doğru ilerler, ayrı bir kanaldan kondensöre geçer.
 Santrifüj evaporatörlerde ürünün ısıtma yüzeyinde kalma
süresi 1 sn’den daha kısadır.
Şekil 5.48. Santrifüj evaporatör
Düşük Sıcaklık (Vakum)
Evaporatörleri
 Buhardan ekonomi sağlamanın bir diğer
yöntemi de sisteme düşük basınç
uygulamaktır.
 Düşük basınç nedeniyle ürünün kaynama
noktası da düşürülmüştür.
 Vakum konsantrasyonunun çeşitli avantajları
vardır. Isıya duyarlı ürünler bazı özelliklerine
zarar verilmeksizin evapore edilirler.
Deaeratörler (Hava Çıkarıcılar)
 Sıvı, yarı sıvı hammadde ya da yarı işlenmiş gıdaların
fabrika üretim hatlarında çeşitli işlemler görmesi sırasında
ürüne az ya da çok miktarda hava karışır.
 Havanın ürüne fazla miktarda karışmış olması teknik ve
teknolojik birtakım sorunlar doğurur.
 Üründe kalite bozukluğuna yol açan nedenlerden birisi de
havanın karışmasıdır.
 Havadaki oksijen, üründe birtakım oksidatif tepkimelere yol
açmaktadır. Örneğin, meyve sularında askorbik asit miktarı
azalır, aroma öğeleri değişir, yabancı kokular oluşabilir,
laklı ya da laksız teneke kutularda korozyon hızlanabilir.
Vakum Deaeratörler
 Ürün, vakum pompası yardımıyla basıncı, atmosferik
basıncın altında belirli bir düzeye düşürülmüş olan vakum
hücresine girer girmez dağıtıcı düzen tarafından
püskürtülür ya da ince bir film oluşturacak şekilde iç duvara
yayılması sağlanır.
 Düşük basınç (vakum) ürünü, normal kaynama derecesinin
altındaki bir sıcaklıkta aniden kaynattığından ürüne
karışmış ya da yapısında bulunan hava, evapore olarak
üründen kolaylıkla uzaklaşır. Hava, vakum pompası ile
sistemden atılırken, buharlaşan bir miktar ürün ve aroma
öğeleri bir kondensörden geçirilerek yoğuşturulur ve
tekrar ürüne karıştırılır.
Hava Seperatörü, dağılmış hava
Hava seperatörü ve azot gazı uygulaması
 Hava seperatörü, atmosferik koşullarda
çalıştığından yalnızca, üründe dağılmış olan
havayı alabilmektedir. Çözünmüş hava üründe
kalır.
 Üründen havanın çıkarılmasını sağlayan bir başka
yöntem, steril azot gazının (N) ince zerreler
halinde ürüne enjekte edilmesidir. Azot gazı,
havanın yerini alarak havanın üründen
uzaklaşmasını sağlamaktadır. Bu yöntem
çoğunlukla depolanacak meyve sularına uygulanır.
Deaeratörlü bir süt işleme tesisi
Deodorizatörler (Koku Alıcılar)
 Deodorizasyon (koku alma) işleminden amaç,
üründe doğal olarak bulunan ya da oksidatif ve
hidrolitik (kimyasal, enzimatik, mikrobiyal)
tepkimeler sonucu sonradan oluşan ve ürünün
kalitesini düşürücü nitelikteki koku ve aroma
öğelerinin üründen uzaklaştırılmasıdır.
 Yemeklik sıvı yağ üretimi endüstrisinde
deodorizasyon işlemi, en son ve tüm rafinasyon
işlemleri arasında en zor olan işlem sayılır.
Deodorizatörler (Koku Alıcılar)
 Deodorizasyon çoğunlukla buhar
destilasyonu ile yapılır. Üründen çıkarılması
istenen yabancı koku öğelerinin buharlaşma
basınçları düşük olduğundan düşük
basınçta yüksek sıcaklık derecelerinin
kullanılması gerekir.
Kondensörler (Yoğuşturucular
 Gıda endüstrisinde, koyulaştırılmak ya da
kurutulmak istenen ürünlerin yapılarındaki
suyun belirli bir miktarını yapıdan
buharlaştırarak (evaporasyon) çıkarmak
büyük önem taşır.

Kondensörler
 Buharları, buharlaşma gizli ısılarını alarak
yoğuşturan ve sıvı haline getiren makina veya
düzene kondensör (yoğuşturucu) denir.
 Gizli ısı, kondensörde kullanılan soğutucu (soğuk
su, soğutucu özel sıvı) tarafından alınmakta, bu
arada soğutucunun sıcaklığı artmaktadır.
 Genellikle yoğuşturulacak buhar gövde içerisinde,
soğutucu sıvı ise borular içinde sirküle eder.
Brüde
 Yoğuşan brüde tek bir öğe, yoğuşan ve
yoğuşmayan öğelerden oluşan bir karışım, iki ya
da daha çok yoğuşan öğelerden oluşan bir karışım
olabilir.
 Örneğin, meyve sularının evaporasyonu sırasında
üründen uzaklaştırılan brüdenin içinde meyveye
özgü aroma öğeleri vardır.
 Bunlar çeşitli alkoller, aldehitler, ketonlar, esterler
ve asitlerden oluşan kolaylıkla uçucu öğelerdir. Bu
nedenle, evaporasyondan önce kondensasyon
yöntemi ile üründen ayrılmaları gerekir.
Film veya damla kondensasyonu
 Brüde soğuk bir yüzeyde iki şekilde yoğuşur. Bunlardan
birisi film, diğeri damla kondensasyonudur.
 Film kondensasyonunda sıvı, yerçekimi kuvveti
nedeniyle sürekli olarak yoğuşma yüzeyinden akan ince
bir film tabakası oluşturur.
 Damla kondensasyonunda ise brüdenin yoğuşması
mikroskobik bir düzeyde başlayarak küçük çukurlar,
çizikler ve noktalar oluşur. Bunlar giderek büyür,
damlaları oluşturur, damlalar dönerek diğer damlalarla
birleşir ve nihayet aşağıya doğru akarlar.
 Damla kondensasyonunda ısı aktarım yüzeyi boştur ve
brüde ile temas eder. Sıvı filmi olmadığından ısı
aktarımına karşı direnç çok küçük, ısı aktarım katsayısı
büyüktür.
 Film kondensasyonunda film, kondensörün tepesinde
oluşur, filmin kalınlığı aşağıya doğru artar.
Kondensör çeşitleri
 Yüzey (kovan-boru) kondensörleri
 Temas (püskürtmeli) kondensörleri
Yüzey kondensörleri
 Kovan-boru kondensörü de denilen yüzey
kondensöründe buhar (brüde) kovan içinde,
soğutucu sıvı (genellikle soğuk su) ise boru
içinde dolaşır
Tek geçişli yüzey kondansörü
Temas Kondensörleri
 Şekil 4.59’da bir temas kondensöründe,
brüde üzerine su püskürtülerek
yoğuşturulması gösterilmektedir. Yoğuşmuş
brüde ile soğutma suyu karışarak brüde gizli
ısısı doğrudan suya aktarılır.
Şekil 5.59. Temas kondensörü
Temas Kondensörleri
 Büyük hacım kaplayan brüdenin aniden
yoğuşması kondensörde bir düşük basınç
oluşmasına neden olur.
 Böylece evaporatörde belirli bir vakum oluşturur.
 Vakum oluşmasını engelleyen gazlar bir vakum
pompası ile sistemden uzaklaştırılarak vakumun
istenen düzeyde kalması sağlanır.
 Brüdenin yoğuşması sonucu oluşan kondensat,
yüzey kondensörlerde içeriye hava kaçırmayan
özel pompalarla sistemden alınır.