Transcript santrifüj kuvveti etkisiyle

Doğal sedimentasyon ve santrifüj
seperasyon
Doğal sedimentasyonun esası, ana faz
akışkan içerisinde dağılmış bulunan
sedimentlerin yerçekimi kuvveti etkisi
altında ve farklı süreler sonunda ana
fazdan ayrılmasıdır.
 Santrifüj seperasyonun esası ise, ana faz
içinde bulunan sedimentlerin santrifüj
kuvveti etkisiyle ana fazdan ayrılmasıdır.

Santrifüj Sedimentasyon Hızı



Bir kabın içini akışkanla doldurup bu kabı dikey
ekseni etrafında döndürdüğümüzde ortaya
santrifüj hızını oluşturan bir santrifüj (merkezkaç)
kuvveti çıkar.
Dönen kabın içindeki her sıvı noktacığı veya katı
parçacık santrifüj kuvvetinin etkisi altındadır.
Santrifüj hızı, dönüş ekseninden itibaren
uzaklaşan noktalarda dönüş hızına (açısal hıza)
bağlı olarak artmaktadır.
Klarifikasyon




Basit filtrasyondan geçmiş ana faz içindeki, filtrelerin
ayıramadığı katı, yarı katı veya yarı sıvı fazların santrifüj
kuvveti ile sürekli olarak ayrılması işlemine klarifikasyon
denir.
Örneğin,
Çiğ süt içindeki basit filtrelerin ayıramadığı taş ve toprak
gibi kirlilik öğeleri, meme hücreleri ve kan pıhtıları,
Ön filtrasyondan geçirilmiş ham ayçiçeği yağı, zeytin
yağı ve balık yağındaki kirlilik öğelerinin ana fazdan
ayrılması yani ana fazın temizlenmesi,
Vidalı veya merdaneli preslerden geçirilmiş bulanık elma
ekstraktının filtrasyonu
birer klarifikasyon işlemidir.
Santrifüj seperatörler




Şekil 4.25’de katı partiküllerin santrifüj kuvveti ile
akışkandan sürekli olarak ayrılması işlemi kesit olarak
gösterilmiştir.
Yatay duran kabın diğer yarısını da tamamlar ve 90º
çevirirsek tıpkı bir seperatör kabına benzediğini görürüz.
Burada sedimentasyon alanını arttırmak amacıyla konik
plakaların ortasına, seperatörün merkez ekseni boyunca
bir levha geçirilmiştir.
Diskler birbirlerinin üzerine bir disk yığını oluşturacak
şekilde takılmış, her disk arasına birer ayırma kanalı
oluşturmak üzere radyal şeritler kaynaklanmıştır. Bu
şeritler diskler arasındaki aralıkların sabit kalmasını
sağlar.
Şekil 4.25 Santrifüj seperatör




Kanal boyunca geçiş sırasında parçacıklar,
kanalın üst tarafındaki diskin altında toplanırlar.
Sıvının açısal hızı kanalın her noktasında aynı
değildir.
Diske en yakın noktada hemen hemen sıfır
değerde olan sıvı hızı, kanalın merkezinde
maksimum değere ulaşır.
Tüm parçacıklar, santrifüj kuvveti etkisiyle ve
sedimentasyon hızı ile seperatörün dışına doğru
savurulurlar.
Klarifikasyonda kullanılan
seperatörler


Klarifikasyon amacı ile yapılmış bir santrifüj
seperatörde, ayırma kanallarına disk yığının
dışından verilen sıvı, kanallar boyunca dönüş
merkezine doğru radyal olarak ilerlemekte ve
eksenel dönüş merkezindeki çıkış ağzından
seperatörü terketmektedir.
Bu arada katı parçacıklar sıvıdan ayrılarak
disklerin alt yüzeylerine ulaşır ve santrifüj kuvveti
etkisiyle seperatör gövdesinin yan iç çeperlerine
doğru fırlatılarak sediment birikme yerinde
toplanırlar.
Seperasyon

Klarifikasyon işlemi uygulanmış sıvı faz
hammadde içinde emülsiyon fazında
dağılmış bulunan sıvı, yarı sıvı ya da yarı
katı fazdaki öğelerin santrifüj seperasyon
yardımıyla ayrılmasıdır.
Seperasyona ilişkin örnekler




Sütün içindeki yağ globüllerinin (kremanın)
değişik oranlarda yapıdan alınması
(standardizasyon),
Peynir altı suyunda bulunan yağın veya
telemenin ayrılması,
İçinde süt bulunmayan süt yağındaki serum
fazının ayrılması
Soya ve pamuk yağlarındaki sabun öğelerinin
yüksek devirli santrifüj seperatörlerle ayrılarak
hamyağ-solvent karışımının ekstraksiyon
verimliliğinin arttırılması gibi
Şekil 4.28 Sütün kremasının ayrılması sırasında
santrifüj seperatör disklerinin kesit görünümü

Sıvı faz içerisinde bulunan yarı sıvı bir başka fazın,
örneğin sütteki yağ globüllerinin, ayrılma sırasında
krema seperatörünün ayırma kanallarındaki (konik
diskler) hareketleri görülmektedir.
Sütün kremasının ayrılması




Şekilde de görüldüğü üzere karışım faz seperatöre,
seperatörün merkezinden giriş yapmakta, konik plakalar
grubunun altından tekrar yukarıya doğru ilerlemektedir.
Konik diskler üzerinde dikey olarak aynı doğrultuda açılmış
bulunan deliklerden yukarıya ilerleyen ve disk plakaları
arasına geçen sıvı içerisindeki farklı yoğunlukta olan
parçacıklar, santrifüj kuvveti etkisi altında iki plakanın iç veya
dış yüzeylerine yerleşerek toplanırlar.
Yoğunluğu fazla olan katı parçacıklar disklerin dış yüzeylerine
yerleşir ve zamanla kayarak sediment birikme yerinde
toplanırken, yoğunluğu ana fazdan daha az olan diğer sıvı faz
örneğin yağ globülleri, disklerin iç yüzeylerine yerleşir ve
seperatörün dönüş eksenine doğru ilerlerler.
Böylece ana faz (örneğin yağı alınmış süt) seperatör
merkezinden, yoğunluğu az olan faz ise (örneğin yağ
globülleri) merkeze yakın kendi çıkış boğazından çıkarken,
yoğunlukları daha ağır olanlar merkezdeki kendine ait diğer
çıkış boğazından çıkarlar.
Otomatik Seperatörler




Seperatör gövdesinin çevresel iç yüzeyinde
toplanan pislik, temizlenmek istenen ana fazdan
farklı olan yoğunluktaki öğelerdir.
Eski model seperatörler, işlem sırasında belirli
zamanlarda sökülerek temizlenmekteydi.
Günümüzde biriken pislik öğelerinin belirli
zamanlarda otomatik olarak deşarj edildiği ve
sökülmesine gerek duyulmayan “kendi kendini
temizleyen” modern seperatörler
kullanılmaktadır.
Bu seperatörlere “Otomatik seperatörler”
denilmektedir.
Şekil 4.29 Pisliğin otomatik olarak atılması

Otomatik seperatörlerin gövdesinde bir yarık bulunmaktadır.
Seperatörün çalışması sırasında bu yarık kapalıdır. Deşarj sırasında
yarık çok kısa bir süre açılır ve bu sırada pislik öğeleri çevresel
olarak seperatörün dışına atılırlar (Şekil 4.29).
Yarı açık ve hermetik seperatörler

Kendi kendini temizleyen modern
seperatörler yarı açık ve hermetik
(sızdırmaz) olmak üzere iki tiptir.
Yarı açık seperatörler





Şekil 4.30’da yarı açık seperatörlerde, sıvının
seperatörün üst tarafındaki sabit bir giriş boğazından
atmosfer basıncı ile girişi görülmektedir.
Ayırma plakaları yüksek devirle dönüş yaptığından
sıvının hızının bu devire uyum sağlayabilmesi için sıvının
hızı, seperatör girişinde bulunan “dağıtıcı”da arttırılır.
Santrifüj kuvveti sıvıyı seperatör gövdesi iç yüzeyine
uyan bir çember oluşturacak şekilde dışa doğru fırlatır.
Seperatöre giriş sırasında atmosfer basıncı etkisinde
olan sıvı dönüş ekseninden uzaklaştıkça artan ve çanak
iç çevresinde maksimuma ulaşan bir basınca
erişmektedir.
Yüksek hızda dönmekte olan sıvının kazandığı kinetik
enerji, seperatör çıkışındaki özel bir pompa yardımıyla
normal basınca dönüştürülerek pompalanmaktadır.
Şekil 4.30 Yarı açık otomatik seperatörün kesit
görünümü

1. Dağıtıcı, 2. Disk yığını, 3. Krema ayırma
odası, 4. Yavan süt ayırma odası
Hermetik (sızdırmaz) seperatörler





Milin altında bulunan santrifüj pompa sıvıya istenilen basıncı
kazandırır.
Hermetik seperatörün içi, tahrik mili içi de dahil, çalışırken hiç hava
kalmayacak şekilde tamamen sıvıyla dolmaktadır. Bu nedenle
hermetik seperatör kapalı ve sızdırmaz iletim hattının bir parçası
olarak kabul edilir.
Santrifüj pompanın oluşturduğu basınç yeterli bir akış direnci
sağlayarak bunu seperatör çıkışına kadar devam ettirir.
Çıkış basıncının yüksek olmasının istendiği durumlarda çıkışa bir
başka pompa konulur.
Hermetik seperatörler, özellikle sütün soğukken kremasının alınması
ve içinde su bulunmayan (anhidro) kremadan serum fazının
ayrılması işlemlerinde daha iyi sonuç verirler.
Şekil 4.31 Hermetik otomatik seperatörün kesit görünümü


Hermetik seperatörlerde sıvı, seperatörün içerisine alttan
ve ortası kanal şeklinde açılmış olan seperatör ana tahrik
mili yardımıyla verilmektedir.
Milin altında bulunan santrifüj pompa sıvıya istenilen
basıncı kazandırır.
Sporlu bakteriler








Bazı bakteriler stoplazma içinde spor oluşturabilirler.
Sporlar dış etkenlere karşı oldukça dayanıklıdırlar.
Sporlu bir bakteri, uygun olmayan koşullarda vejetatif formdan spor
formuna geçebilir. Buna metamorfoz denir.
Koşullar uygun olduğunda da sporlar vejetatif hale dönüşerek
çoğalır ve bakteri oluştururlar.
Sporlarda metabolizma faaliyeti yoktur. Kuru ve çok soğuk
koşullarda yıllarca yaşayabilirler.
Bakterilere kıyasla dezenfektanlara, ultraviole ışınlarına ve ısıl
işlemlere daha dayanıklıdırlar.
Tamamen yok edilmeleri için 120ºC’de 20 dakika süre gereklidir.
İşlenecek hammadde içerisindeki sporlu bakteri ve sporların
tamamen yok edilmesine gereksinme duyulduğu taktirde
“baktofugasyon” uygulanır.
Baktofugasyon





Baktofugasyon, akışkan fazda spor veya spor yapan
bakterilerin, “baktofugatör” olarak tanımlanan ve santrifüj
kuvveti ilkesine göre çalışan çok yüksek devirli
seperatörler yardımı ile ayrılmasıdır.
Örneğin, fermente süt ürünlerine işlenecek olan süte
normal olarak klarifikasyon ve standardizasyon işlemleri
uygulandıktan sonra baktofugasyon uygulanır.
Sütten bu yolla ayrılan bakteri ve sporlardan oluşan
artığa baktofugat denir ve miktarı ana fazın %2-3’ü
kadardır.
Baktofugat direkt buharla 130-140ºC’de 3-4 saniye süre
ile sterilize edilip soğutulur.
Yüksek devir nedeni ile bu artık içinde sütten ayrılan bazı
proteinler de bulunur. Bu nedenle sterilizasyondan sonra
istenirse bu bölüm ana faza (süte) tekrar karıştırılabilir
Şekil. Baktofugatör
Dekanter Seperatörler

Santrifüj kuvveti ilkesine göre çalışan ve
özellikle süt ürünleri işletmelerinde
pıhtılaştırılmış kremasız sütten kazeinin
ayrılması, yıkanmış kazeinin suyunun
alınması ve laktoz üretimi amacıyla
kurulmuş üretim hatlarında kullanılan bir
diğer seperatördür
Şekil 4.34 Dekanter seperatörün dış görünümü
1. Besleme, 2. Sıvı faz çıkışı, 3. Katı faz çıkışı.
Dekanter Seperatörlerin çalışma prensibi




Şekil 4.34’te de görüldüğü gibi dekanter seperatör, çeperleri
deliksiz silindirik bir gövde ile bu gövde içerisinde, gövde ile
aynı yöne fakat daha hızlı devirle dönen sonsuz dişli bir
rotordan oluşur.
Bu seperatörlerde parçalar yatay olarak yerleştirilmiştir.
Sıvı, seperatöre konik uçtan (1) giriş yapar ve rotor gövdesinin
merkez hattı boyunca uzanan giriş borusunu izleyerek ilerler.
Giriş borusu ucundan çıkan sıvı rotor gövdesi üzerinde
birbirinden 90º’lik aralıkla açılmış dört adet delikten seperatör
içine girer.
Santrifüj kuvveti etkisi ile silindirik gövdenin dış cidarlarında
toplanan katı partiküller, rotor üzerindeki vida kanatları ile
tekrar konik uca doğru hareket ettirilirler ve çıkış deliklerinden
(3) dışarıya çıkarlar. Sıvı faz seperatörün geniş olan
tarafından (2) alınır.
Seperatörün Yapısı
Santrifüj kuvveti ilkesine göre yapılmış bir
seperatörün parçaları basit olarak ikiye
ayrılır.
 Tahrik düzeni parçaları
 Üretim düzeni parçaları
Tahrik düzeni parçaları




Şekil 4.35’de seperatörün döşemeye bağlandığı tabla ile
yatay ve dikey tahrik elemanlarının kesit görünümü
verilmiştir.
Yatay tahrik elemanları arasında başlıcaları elektrik
motoru, santrifüj kavrama düzeni ve ana tahrik milidir.
Elektrik motorundan alınan hareket, ana tahrik mili
üzerinde bulunan büyük dişli yardımıyla üzerinde
helezon dişli bulunan dikey tahrik miline aktarılır.
Titreşimi önlemek üzere bu tahrik milleri dikey ve yatay
olarak çok hassas bilyalı rulmanlarla yataklandırılmıştır.
Üretim düzeni parçaları
Seperatörün üretim düzeni ana parçaları
arasında üst ve alt seperatör gövdesi,
bunları birbirine birleştiren içten dişli kilit
çemberi, gövde içerisinde konik-disk
yığını, distribütör (dağıtıcı) ve basınç ayar
saatleri sayılabilir.
 Konik diskler 0.1-0.3 mm kalınlığında ve
diskler arası mesafe 0.3-0.5 mm kadardır.

Şekil 4.35 Seperatör tahrik düzeninin dikey ve yatay parçalarının
görünümü
Şekil 4.36. Seperatör üretim düzeni parçalarının görünümü.
Siklon Seperatörler


Bir gaz akımı içindeki katı parçacıkların
ayrılmasında kullanılan santrifüj seperatörlerde,
genellikle sistemde hareketli makina parçası
bulunmaz.
Tozlu hava (gaz-katı parçacık karışımı) sisteme
girişte bir dönüş hareketi kazandığından, radyal
hareket eden santrifüj bir kuvvet oluşur. Bu
kuvvet hava içindeki parçacıkları (toz ve diğer
zerreleri) silindir iç duvarına doğru fırlatır.
Şekil 4.37. Siklon seperatörün çalışma ilkesi
Siklon seperatörler




Siklon seperatörde oluşan santrifüj kuvveti,
yerçekimi kuvvetinden daha büyüktür.
Hava, önce siklonun içinde dibe doğru ve silindir
iç yüzeylerine yapışarak spiral bir biçimde iniş
yapar ve konik gövdenin dibine ulaşır.
Daha sonra spiralin içinden yukarıya doğru ve
yine bir dönüş hareketi ile yükselerek seperatör
tepesindeki boğazdan dışarıya çıkar.
Her iki spiralin dönüş yönü aynıdır
Siklon seperatörlerin kullanım alanları

Siklon seperatörler, gıda endüstrisinin
fırıncılık ürünleri ile süt tozu ve çocuk
maması endüstrisi dallarında yaygın
olarak kullanılırlar.
Şekil 4.38. Siklon seperatör dizisi

Şekil 4.38’de püskürterek kurutma yapan bir
dehidratöre seri olarak konumlandırılmış bir
siklon seperatör düzeni görülmektedir.
Membran Filtrasyon




Süt endüstrisinde kullanılan membran teknolojisi
başlıca aşağıdaki teknikler
Ters Osmoz (RO): Suyun uzaklaştırılması ile
çözeltilerin konsantre edilmesidir.
Nanofiltrasyon (NF): Organik bileşenlerin,
sodyum ve klorür gibi iyonların uzaklaştırılması
ile ortamın konsantre edilmesidir (kısmi
demineralizasyon).
Ultrafiltrasyon (UF): Ortamda sayıca çok olan
makro moleküllerin konsantre hale getirilmesidir.
Mikrofiltrasyon (MF): Bakterilerin uzaklaştırılması
ve makro molekül ağırlıklı ögelerin ayrılmasıdır.
Membran filtrasyon

Sıvı ürün basınç altında bir membran
filtreden geçirilmekte, farklı boyutlardaki
katı ve yarı katı bileşenler (filtre keki)
membranda tutulurken (retentant) ayrılan
diğer faz (permeat) yani filtrat, membran
filtreden geçirilmektedir.
Kullanım alanları




Ters Ozmoz (RO) peynir suyunun konsantre hale
getirilmesinde,
nanofiltrasyon (NF) peynir suyunun kısmi
desalinasyonunda,
ultrafiltrasyon (UF) tipik olarak süt ve peynir suyundaki
süt proteinlerinin konsantre hale getirilmesinde, peynir,
yoğurt ve diğer ürünlerin imalatında kullanılacak sütün
protein standardizasyonununda;
mikrofiltrasyon (MF) ise yavan süt, peynir suyu ve
salamuradaki bakteri sayısının azaltılmasında, peynir
suyu ile taşınan yağın geri kazanımında, peynir suyu
protein konsantratı ve protein fraksiyonu eldesinde
kullanılmaktadır.
Şekil 4.40 Membran filtrasyonu ilkeleri
Geleneksel filtreler ile membran
filtreler arasındaki farklar



Geleneksel filtrelerde suspansiyon partiküllerin
ayrılmasında kağıt, bez, bitkisel lifler, pamuk
diskleri gibi filtrasyon malzemeleri kullanılır ve
ayırma yerçekimi ivmesi veya basınç ile
gerçekleştirilir.
Membran filtrelerde çeşitli polimerler, seramik,
selüloz ve asetat gibi malzemeler kullanılır ve
ayırmada basınç uygulanır.
Membran seperasyonda akış çapraz veya
tanjant akış olarak tasarımlanmıştır. Beslenen
sıvı yüzeye paralel olarak akıtılır.
Filtrasyon modülleri
Filtrasyon modülleri değişik
konfigürasyonlarda olabilir. Örneğin;
Tasarım şekli
Tipik uygulaması
 Spiral sarımlı
RO, NF, UF
 Plakalı
UF, RO
 Polimer elemanlı borulu
UF, RO
 Seramik elemanlı borulu
MF, UF
 Silindir fiberli
UF

Spiral Sarımlı Sistemler

Spiral sarımlı bir sistem, herbiri iki katman
ve arasında permeatı geçiren gözenekli bir
malzemenin bulunduğu bir veya birden
çok membran “zarfı”ndan oluşur
Şekil 4.43 Spiral sarımlı sistem modulü
Plakalı Sistemler
Plakalı ısı değiştiricilere benzeyen
membranların membran destek plakaları
arasına bir sandviç gibi yerleştirildiği
sistemlerdir.
 Ürün paralel veya seri-paralel
kombinasyonu dar kanallardan basınçla
geçirilir. (Şekil 4.44).

Şekil 4.44 Plakalı sisteme örnek (UF)
Borulu Sistemler



Bir borulu sistem modülünde
paslanmaz çelikten yapılmış borular
bulunur.
Örneğin polimer elemanlı borulu
sistemlerde boruların içine yine boru
şeklinde polimer filtre malzemesi
yerleştirilmiştir.
Borular seri olarak demet halinde
bağlanmıştır.
Şekil 4.45 Seramik elemanlı borulu sistem
Silindir Fiberli Sistemler
Silindir fiberli modüller her kartuşta 45 ila
3000’in üzerinde silindir fiber elemanı
içeren sistemlerdir.
 Fiberler birbirine paralel bir demet halinde
uçları reçine içine yerleştirilmiş ve
epoksitten yapılmış bir permeat toplama
borusuna bağlanmıştır.

Şekil 4.48 Silindir fiberli kartuş (A) filtrasyon (B)
temizlik (C) temizlik çözeltisi ile temizlik
Membranların Ayırmadaki
Sınırları
Membranlarda ayırma sınırı ayrılabilen en
küçük molekül ağırlığı ile tespit edilir.
 Sınırlı ayırmaya sahip membranlar
tamamen molekül ağırlığı küçük olan
herşeyi ayırırlar,
 Difüz sınırı olanlar ise daha yüksek
molekül ağırlığında bazı materyalin
geçmesine izin verirken daha küçük
olanları tutarlar.

Membranların ayrırma kapasitesine etki
eden faktörler
Membran direnci: Bu özellik her membran
için karakteristiktir ve membran kalınlığı,
yüzey alanı ve gözenek çapı ile tayin edilir.
 Taşıma direnci: Taşıma direnci
polarizasyon veya tıkanma etkisi olup
filtrasyon sırasında membran yüzeyinde
oluşur.

Membranlarda İşletme Tasarımı




Pompa(lar)ın kapasitesi istenilen akış hızıyla ve modül
tasarımı ve boyutuna göre büyük ölçüde değişen modül(ler)in
nitelikleriyle uyumlu olmalıdır.
Pompa(lar), modül viskozite sınırlarına kadar olan viskozite
değişikliklerinden etkilenmemeli, işlem ve temizlik için
uygulanan sıcaklıklarda verimli çalışmalıdırlar.
Membran ayırma sistemleri kesikli ve sürekli sistemlerin
ikisinde de kullanılır. Besleme sıvısı kaba partiküller
içermemelidir. Aksi halde membranlarda hasara sebep olur.
Bu nedenle çok ince gözenekli süzgeçler sisteme entegre
edilmiştir.
Kesikli sistemler, laboratuvar ve araştırma üniteleri gibi ürün
hacımının az olduğu sistemlerde kullanılır. İşlenen ürün bir ara
tankta belirli miktarda tutulur. Bu miktar istenilen
konsantrasyon elde edilinceye kadar sirküle ettirilir.
FABRİKA KURULUŞ
TEKNİKLERİ
Fabrika kuruluş çalışmaları
Kuruluş etüd ve çalışmaları
 Yerleşim planlarının yapılması
 Yerleşim Teknikleri

Kuruluş etüd ve çalışmaları
Fizibilite raporu
 Kapasite tayini
 Teknoloji seçimi
 Enerji kullanımı
 Üretim akış şemaları
 Yerleşim planı ve iş akış modeli seçimi
 Yer seçiminden oluşur

Yerleşim planlarının yapılması
Arsa yerleşim planı
 İşletme binası yerleşim planı

Arsa yerleşim planı
Hammadde iletim ve taşınım faktörleri
 Yardımcı kilit tesisler ile ilgili faktörler
 Enerji donanımları ile ilgili faktörler
 Atık su ve pis su donanım faktörleri
 İşletme binası faktörleri
 Yardımcı diğer bina ve tesislerle ilgili faktörler

İşletme binası yerleşim planı
Ekonomik faktörler
 Güvenlik ve proses faktörleri
 İşletme ve bakım faktörleri
 Yapısal ve görünüm faktörleri
 Tevsi (eklenti) faktörleri
 Otomasyon faktörleri

Yerleşim Teknikleri
Yerleşim planlarının geliştirilmesi
 Blok maket yapımı
 Arsa vaziyet planı çizimleri
 İşletme binası yerleşim kesit plan çizimleri
 Boru donanım modelleri yapımı

Gelecek derste,
Karıştırma ve karışımlama makinaları
 Boyut küçültme makinaları

Anlatılacaktır.