Buhar Ekonomisi Sağlayıcı Buhar Ekonomisi Sağlayıcı Yöntemler

Buhar ekonomisi açısından evaporatörler Tek aşamalı evaporatörler Çok aşamalı evaporatörler

Buhar kullanımı aşama sayısı ile doğru orantılı olarak azalır.  Tek aşamalı: 1 kg suyun buharlaşması için ~ 1 kg buhar Ø 2 aşamalı: 1 kg suyun buharlaşması için ~ 1/2 kg buhar 3 aşamalı: 1 kg suyun buharlaşması için ~ 1/3 kg buhar harcanır.

Buhar ekonomisi sağlayıcı diğer yöntemler 1. Brüdenin sıkıştırılıp sıcaklığının yükseltilmesi 2. Evapore edilecek meyve suyunun ön ısıtılması

1. Brüdenin sıkıştırılıp sıcaklığının yükseltilmesi Brüde adyabatik olarak sıkıştırılır ve sıcaklık derecesi yükseltilirse evaporatörde tekrar sıcak buhar olarak kullanılabilir. Brüdenin sıkıştırılması, termokompresyon Øturbokompresyon

Termokompresor Yüksek basınçlı buhar bir memeden hızla çıkarken, buhar basıncı kinetik enerjiye dönüşerek, yüksek basınçlı buhar büyük bir hıza ulaşır ve düşük basınçlı buharı beraberinde sürükleyerek, onu sıkıştırır. Böylece, buhar ve brüde karışımı, ısıtmada kullanılacak niteliğe kavuşur. Bu yolla soğutma suyu kullanımı da azalır.

Turbokompresör Brüde, bir mekaniki kompresör (turbokompresör) ile de sıkıştırılabilir. Böylece evaporatörde, bir kondensatöre gereksinim kalmaz ve soğutma suyu sarfiyatı da ortadan kalkar. L Sabit yatırım ve çalıştırılmasında elektrik sarfiyatı çok fazladır, bu nedenle evaporatörlerde pek uygulanmaz.

2. Evapore edilecek meyve suyunun ön ısıtılması Ø Brüde doğrudan bir ısı değiştiricide ısıtıcı buhar olarak kullanılarak, soğuk meyve suyu bir miktar ısıtılır. Bu ısı değiştirici kısmen bir kondensatör olarak görev yapar. Ancak brüdenin tam olarak kondensasyonu sağlanamadığından, bunu takiben sistemde ayrıca bir kondensatör yer almalıdır. Böylece, soğutma suyu tasarrufu da sağlanmaktadır. Ø Kondensat (yoğuşmuş olan yüksek basınçlı buhar), evaporatore giren soğuk meyve suyunun ısıtılmasında kullanılır. Özellikle çok aşamalı evaporatörlerde, ilk aşamadan uzaklaşan kondensatın sıcaklık derecesi, meyve suyunun giriş sıcaklığını ilk aşamadaki kaynama derecesine yükseltebilecek düzeydedir. Bu amaçla bir ısı değiştiriciden yararlanmak yeterlidir.

Evaporatör çeşitleri

Kısa Borulu Evaporatörler Ø Kesikli çalışır. Ø Her partinin konsantrasyonu 1- 6 saat sürer.  Yeterli bir ısı transferi sağlayabilmek ve ısıtma alanını uygun düzeyde tutabilmek için, yüksek sıcaklık derecesi farkında (ΔT = 30-45 °C ) çalışmak gerekir.  Sadece ısıya duyarlı olmayan ürünlerin konsantrasyonuna uygundur; çünkü konsantre edilen ürün, uzun süre yüksek sıcaklık derecesinde kalır.  Daha çok salça üretiminde kullanılır.

Tırmanan Film Evaporatörler  Besleme alttan yapılır.  Meyve suyu boruda yükselirken ısınıp kaynar.  Oluşan buhar boruların ortasından hızla yükselir.  Boru yüzeylerinde film halinde meyve suyu, ortada ise brüde bulunur.  Meyve suyunun borularda kalış süresi 1 dak.

İnen (düşen) Film Evaporatörler  Besleme üstten yapılır Ø Meyve suyu, boru iç çeperlerinden film halinde inerek hızla ısınır (film kalınlığı ~ 0.1 mm)  Meyve suyunun kalış süresi 1 dak.  Sıvı dolum hacmi çok küçüktür.

Zorlamalı sirkülasyonlu (flash) evaporatörler  Sıvı dolum hacmi fazla Ø Meyve suyunun evaporatorde kalış süresi min 30 dak.  Yüksek viskozitesi nedeni ile film haline getirilemeyen sıvılar için uygun  Pulpların konsantre edilmesine ve salça üretimine uygun

Sıyırma film evaporatörler  Rotorun dönüşüyle ms silindirin iç duvarına ince film halinde yayılır  Ms filmi santrifüj ve yer çekimi etkisiyle spiral şekilde yukardan aşağıya kayar ve çok güçlü bir evaporasyon olur.  Ms.nun evaporatorde kalış süresi çok kısadır. (30 saniye, 12 Bx → 72 Bx)

Plakalı evaporatörler  4 plaka 1 üniteyi oluşturur (1. buhar, 2. ms, 3. buhar,4. ms)  Ms, ilk hücrenin plaka yüzeyinde tırmanan film, ikinci ms hücresinde düşen film şeklinde hareket eder.  Meyve suyunun evap.de ort. kalış süresi 20 saniye

Santrifüj evaporatörler  Dönüş etkisiyle ms iç yüzeye film halinde yayılır  Toplam ısı transfer katsayısı çok yüksektir  Meyve suyunun kalış süresi 1 saniyeden daha azdır.

Düşük sıcaklık evaporatörleri  Isıya çok hassas sıvılar için uygun  Bir soğutma makinası gibi çalışır. Ø Soğutma makinası kondensatöründeki ısı, meyve suyunu ısıtır. Brüde ise,soğutma makinasının evap. ile yoğunlaştırılır. Kompresörde amonyak kullanılır.

Evaporatör Yardımcı Cihazları ØKondensatörler Vakum pompaları Konsantre soğutucuları Kontrol cihazları

Kondensatörler Evaporasyonun aynı koşullarda kesiksiz sürdürülebilmesi için brüde düzenli ve etkili bir şekilde sistemden uzaklaştırılmalıdır (oluşan buharın hacmi çok fazla) Evaporatörde meydana gelen buharı düzenli bir şekilde emen ve yoğunlaştıran cihaza “kondensatör” denir. Kondensatörler; Øyüzeysel kondensatörler püskürtmeli kondensatörler

Yüzeysel kondensatörler  Borusal veya plakalı bir ısı değiştiriciden oluşur. Buhar, soğuk su ile karışmaksızın yoğunlaşır.  Isınmış olan su, buhar üreticisinin beslenmesinde veya temizlikte kullanılabilir. Isı değiştiricinin bir bölümü, meyve suyu ile temas edebilir nitelikte materyalden yapılırsa, kondensatörün bu bölümünden soğutucu olarak meyve suyu kullanılabilir; böylece soğuk meyve suyuna ön ısıtma uygulanmış olur.

Püskürtmeli kondensatörler  Brüde üzerine su püskürtülerek yoğunlaştırılır. Böylece yoğunlaşmış brüde ile soğutma suyu karışarak, brüde gizli ısısı doğrudan suya transfer olur.  “Kontakt kondensatörler” de denir.  Püskürtmeli kondensatörlerin sabit yatırım masrafı daha düşükse de, su sarfiyatı çok fazladır.

Büyük bir hacim kaplayan buharın, kondensatörde aniden yoğunlaşması, burada bir düşük basınç oluşmasına neden olur. Düşük basınç, evaporatördeki Düşük basınç brüdeyi düzenli bir şekilde dışarı doğru emen esas etkendir.  Evaporatörde kaynayan sıvıdan, su buharı ile beraber, sıvıda çözünmüş gazlar da ayrılarak kondensatöre ulaşır. Kondensatörde toplanan bu gazlar, bir süre sonra gittikçe artan bir basınca neden olur, böylece gerekli vakum sağlanamaz. “kondense olmayan gazlar” denen bu unsurların kondensatöre bağlı bir vakum pompasıyla uzaklaştırılması gerekir. Böylece evaporatörlerde istenen düzeyde vakum sağlanabilir.

Yüzeysel kondensatörlerde oluşan kondensat vakum kırılmadan bir pompa ile sistemden devamlı uzaklaştırılır. Özel pompalar sayesinde içeri hava kaçmaz.  Püskürtmeli kondensatörlerde çok fazla su kullanıldığından, su ve kondensat karışımının pompa ile uzaklaştırılması çok masraflıdır. Bu nedenle bunlara “barometrik kolon” eklenir (barometrik kondensatörler)

Kolonun kondensatöre açılan ucunda vakum, alt ucunda ise normal atm basıncı vardır.  Kolon, yoğunlaşmış brüde ve soğutma suyunu vakum bulunan bölmeden, diğer tarafa güç sarfetmeden iletir.

Barometrik kondensatörler çok yer kapladığı için “yarı barometrik” kondensatörler kullanılabilir.  Ayrıca bir pompaya ihtiyaç vardır.  Pompanın işletme masrafı çok yüksektir.

Vakum Pompaları Kondense olmayan gazları emerek uzaklaştırır. o mekaniki pompalar o buhar ejektörleri o su halkalı vakum pompalar  Yaygın olarak kullanılan, buhar ejektörleridir; bunlar termokompresörde belirtilen ilkeye göre çalışırlar.

Konsantre soğutucuları Evaporatörü terk eden konsantre, yaklaşık 60 °C civarında bulunur. Depolamadan önce, min 10-15 °C’ye kadar soğutulmalıdır. ØSoğutma; konsantre soğutucu denen cihazda, bir buhar ejektörü yardımıyla sağlanan kuvvetli vakum altında tutularak yani evaporatif yolla (flash evaporatör) yapılır. Böylece, konsantrenin 5 °C’ye kadar soğutulması mümkün olmaktadır. J Evaporatif yolla soğutmada brix derecesinde doğal olarak 2-3 birim kadar bir yükselme belirir.

Kontrol cihazları Kontrol altında tutulması gereken unsurlar; vbasınç vsıcaklık vevaporatör beslemesi Örneğin; beslemede % 3 kadar azalma, üretilmekte olan konsantrenin brix derecesinin 50’den 70’e yükselmesine neden olur. vüretilen konsantre miktarı ve briksi

Evaporator seçimi Uygulanan sıcaklık ve süre konsantre edilecek meyve suyunun nitelikleri (ısıya duyarlığı, viskozitesi vs.) elde edilecek üründe ulaşılmak istenen kalite sabit yatırım ve işletme masrafları evaporator kapasitesi “saatte evapore edilen su miktarı”

Konsantrelerin Depolanması Meyve suları, eğer mikrobiyolojik açıdan bozulmadan saklanmak isteniyorsa, kuru madde içeriği mutlaka % 68’e ulaşana kadar konsantre edilmelidir. 68 °Bx ve üzerindeki konsantreler içi laklı veya polietilen torba yerleştirilmiş 200 litrelik metal varillere veya son yıllarda yaygın olarak uygulandığı gibi doğrudan plastik materyalden yapılmış varillere doldurulup, serin bir depoda olabildiğince düşük sıcaklıkta, tercihen +10 °C’nin altında depolanmalıdırlar.

68 °Bx derecesinin altında üretilmiş konsantreler, mikrobiyolojik yolla kolaylıkla bozulabileceklerinden, mutlaka dondurulmuş halde, -10 °C’nin altında, tercihen -18 °, -20 °C’lerde depolanmalıdırlar. Ø Briks derecesi hangi düzeyde olursa olsun, turunçgil suyu konsantreleri dondurulmuş halde, -18°, -20 °C’lerde depolanmak zorundadır. Aksi halde başta renk ve flavor nitelikleri hızla değişerek kalitelerini kaybederler.

Ozmotolerant mayalarla bozulmalara dikkat! Konsantre ambalaja ılık olarak doldurulup kapatılırsa, daha sonraki düşük depolama sıcaklıklarında ambalajın tepe boşluğundaki su buharı konsantre yüzeyinde damlacıklar halinde yoğunlaşır. Böylece ozmotolerant mayaların gelişebileceği briks düzeyi oluşur. Mayaların faaliyeti sonucu briks hızla düşer ve bozulma tüm ürüne yayılır.

Aroma Ayırma

Aroma;  Meyvelerin flavorunu oluşturan en önemli unsur  Bir meyvedeki aroma sayısı bazen yüzlerce ifade edilebilir, ama her birinin miktarı çoğu kez mikrogram/L düzeyinin altındadır. Hepsinin toplam miktarı ise ancak en çok 100 mg/L düzeyine ulaşabilir.  Aroma komponentleri, çeşitli alkoller, aldehitler, ketonlar, esterler, hidrokarbonlar vb. gibi bileşik gruplarından oluşur.

Kolay uçucu özelliktedir. Meyve sularının konsantre edilmelerinde uzaklaştırılan brüde, beraberinde o meyveye özgü aroma bileşiklerini de sürükleyip götürür. Bu nedenle, konsantrasyondan önce “aroma ayırıcılarda” aromanın ayrılması zorunludur.

Aroma hangi aşamada ayrılmalıdır?  Aroma genellikle durultmadan önce uygulanır; böylece daha güçlü bir aroma konsantresi üretilebilir. Bu şekilde bir uygulama ile, depektinizasyon aşaması için gerekli ısıtma da sağlanmış olur.  Presten alınan meyve suyu, gerekirse bir separatörden geçirildikten sonra, doğrudan aroma tutucuya verilerek aroması ayrılır. Aroması alınmış ve kısmen, konsantre olmuş meyve suyu, aroma ayırıcının plakalı soğutucusunda, depektinizasyon sıcaklığı olan 45-50 °C’ye kadar soğutularak tanklara alınır. Depektinizasyon sonunda berraklaştırılıp (durultulup) filtre edilerek evaporatöre verilir.

Bir meyve suyundan ayrılan aromanın nitelikleri,  meyve çeşidine, Øyetişme yöresine meyvenin depolanmış olup olmadığına, meyve suyunun üretiminde uygulanan işlemlere aroma ayırma yöntemine göre değişir.

Aroma ayırıcılar, bir evaporator ile, brüdeden evaporator aroma maddelerini ayıran “ters akım destilasyon ters akım destilasyon kolonundan” ibaret bir sistemdir. kolonundan Meyve suyunun bir kısmı aroma tutucunun evaporator bölümünde buharlaştırılır ve elde edilen brüde bir separatörde, meyve suyundan ayrılır. Brüde, bir zıt akım kolonuna (rektifikasyon kolonu) verilerek aroma konsantresi ile suya ayrılır ve su kısmı atılır.

Rektifikasyon kolonunda yukarı doğru yükselen brüde, kısmen yoğunlaşarak geri akar. Fraksiyon kolonunda yukardan aşağı doğru bir sıvı akımı, aşağıdan yukarı doğru ise buhar (brüde) akımı vardır. Böylece brüde kolonda, yoğunlaşmış suya ve aromaca zengin buhara ayrılır. Yoğunlaşmış brüde genellikle “Lutter suyu” adını Lutter suyu alır ve kolonun altından atılır.

Aromatik maddelerce çok zenginleşmiş az miktardaki buhar ise, kolonun son kısmındaki kondensatörde yoğunlaştırılır ve yıkama kolonuna verilir. Kondensatörde yoğunlaştırılamamış gazların (karbondioksit, azot, oksijen) içinde, çok düşük derecelerde uçabilir aroma maddeleri bulunduğundan, bunlar da yıkama kolonuna geçerler ve kondansatörde ayrılmış aroma konsantresi yardımıyla yoğunlaştırılıp, kondense olmayan gazlardan ayrılırlar. Böylece yıkama kolonu altından aroma konsantresi alınır.

Rektifikasyon kolonları, dolgulu kolon, elek tablalı kolon Ø çan tablalı kolon şeklinde olabilir. En yaygın olarak kullanılan dolgulu kolonlarda, kolonun içi çeşitli şekillerdeki porselen veya metal parçacıklarla yani rasching halkalarıyla doldurulmuştur. Böylece, kolonda yoğunlaşan su, bu parçacıklar üzerinden ve arasından, ince bir film halinde aşağı akarken kolonun altından yukarı doğru yükselen brüde ile çok geniş bir yüzeyde karşılaşır, adeta yıkanır ve kolonun üstüne ulaşan buhar, aromatik maddelerce çok zenginleşmiş olur.

Aroma konsantresi Renksiz, berrak bir sıvıdır. Økonsantrasyon derecesi önemlidir. “kaç litre meyve suyundan ne kadar aroma konsantresi alındığı“ nı ifade eder. Örneğin, 250 litre meyve suyundan 1 litre aroma konsantresi elde edilmişse, konsantrasyon derecesi 1 : 250 dir. Buna “mekaniki konsantrasyon” da denir. Ø1 : 150 ile 1 : 1500 arasında mekaniki konsantrasyonda aroma ayıran cihazlar vardır.

Konsantrasyon derecesi arttıkça, elde edilen aroma konsantresinin depolama ve taşıma kolaylığı yükselir, ama bu tip aromalarda, meyvenin bazı aromatik unsurları kaybolur. Yani; konsantrasyon derecesi artırılırken bazı aromatik maddeler kaybedilmektedir. Örneğin 1 : 150 konsantrasyondaki aroma konsantresi, 1 : 500 olandan daha zengin ve üstün niteliklerdedir

Aroma konsantresinin depolanması Aroma konsantresi, buharla sterilize edilmiş cam damacanalarda saklanır. Hava oksijeninin, aroma maddelerinin zamanla bozulmasını önlemek için, konsantre damacananın ağzına kadar doldurulur ve hava almayacak şekilde kapatılır. Serin ve karanlık depolarda (2-3 °C) saklanır. Büyük çapta aroma üretilmesi halinde, aroma konsantresi steril tanklarda da depolanabilir.

Aroma tutucularda en önemli konulardan birisi, meyve suyundan buharlaştırılması gereken su oranıdır. Her meyve suyunun aromasının uçuculuk özelliği farklıdır. Bir meyve suyunun aroma bileşiklerinin uçuculuğu, sıcaklığa ve çözündüğü ortamın niteliklerine bağlıdır. Ø Bir meyve suyunun aramasının uçuculuğu, “suya göre nisbi uçuculuk” olarak tanımlanır. Örneğin elma suyunun aromasının uçuculuğu, suya göre; 21.9 misliyken çilek aromasınınki sadece 1.34 mislidir. Nisbi uçuculuk ne kadar yüksekse, o meyve suyundan aromanın ayrılması için gerekli evaporasyon oranı o kadar düşüktür.

“Döner Konik Kolon” (Spinning Cone Column-SCC) Geleneksel aroma ayırma yönteminde, sıvıfazdaki aroma komponentlerinin gaz fazına geçirilebilmesi için meyve suyu ısıtılır; yani ısı enerjisinden yararlanılır. “Döner Konik Kolon” (Spinning Cone Column-SCC) ünitelerinde ısı enerjisi kullanılmaksızın bir taşıyıcı gaz yardımıyla aroma ayrılmakta, böylece ne aroma ve ne de meyve suyu ısıdan zarar görmemektedir.

Döner Konik Kolon SCC aroma ayırma ünitesi, paslanmaz çelikten üretilmiş dikey bir kolon şeklindedir. Kolonun içi, bir tane sabit, bir tane dönen olmak üzere üst üste yer alan koniler serisinden oluşur.

Aroması ayrılacak meyve suyu, veya pulpu, kolonun tepesinden beslenir. Meyve suyu koniden koniye geçerek ve koni yüzeylerinde ince bir film oluşturarak aşağıya doğru yoluna devam eder. Ø Meyve suyunun yukarıdan aşağı doğru hareketine karşı, aromayı meyve suyundan çekip alacak ve taşıyacak gaz (çoğunlukla N ) kolonun altından 2 beslenir. Azot gazı yukarıya doğru, ancak koniler arasından geçerek yoluna devam eder.  Aroma komponentlerince zenginleşmiş gaz, kolonu terk ederek yoğunlaştırma ünitesine ulaşır. Burada, aroma bileşikleri soğutularak yoğunlaştırılır ve aroma konsantresi halinde gazdan ayrılır.

Döner konik kolon sistemleri, aroma ayırma dışında; Øturunçgil sularından kabuk yağını uzaklaştırma (deoiling) Ømeyve sularından istenmeyen uçucu bileşikleri, örneğin S0 ‘yi uzaklaştırma, 2 Øturunçgil kabuk yağlarından terpenleri ayırma, Øbir materyalden alkole aktarılmış aroma bileşiklerini alkolden ayırma gibi amaçlarla da kullanılabilir.

…