DENEYİN AMACI: Bu deneyin amacı, katı-sıvı çözelti ya da süspansiyonlar içerisinde bulunan katı maddenin kuru olarak elde edilmesidir. Atomizer deneyinde püskürtmeli kurutma gerçekleştirilmektedir. Püskürtmeli kurutmada kurutulacak ürün çok küçük damlacıklar halinde sıcak hava akımı içine gönderilerek, çözeltinin buharlaşması sağlanır. Bu tip bir kurutma cihazının en önemli birimi atomizerdir. Atomizer, kurutulacak olan sıvıyı, çeşitli faktörlere bağlı olarak 50-500µm çapında küçük zerreciklere parçalayan cihazdır. Atomizerde ne kadar küçük damlacıklar elde edilirse, o kadar hızlı kurutma gerçekleşir. Kurutulacak olan çözelti, atomizerde zerreciklere ayrılarak sıcak gaz akımı içine püskürtülür. Sikloidal hava hareketiyle önce damlacık, birkaç saniye içinde katı partiküle dönüşerek ilerleyen ürün, siklonda gaz akımından ayrılarak ürün toplama kabında elde edilir.

Püskürtmeli kurutma en fazla gıda endüstrisinde uygulanmaktadır. Örneğin: süttozu, hazır çorba, instant-cafe vb içecekler bu şekilde elde edilir.

Püskürtmeli kurutucu Hava.girişi .15°C Hava Girdinin püskürtülmesi ~ 200°C Kurutma Çıkan bölgesi hava Siklon Katı madde ve Nemli hava Ürün

Püskürtmeli kurutucunun (Niro) fotoğrafları

Püskürtmeli Kurutucunun Teknik Resmi

DENEY YÖNTEMİ Besleme çözeltisi, 5-6 kg/cm2 lik hava basıncında, 40.000 devir/dakika hızla çalışan atomizer adı verilen birimde çok ince zerrecikler halinde pulverize edilir. Sıcak hava akımı ile konik bölgeye sürüklenen bu zerrecikler içindeki çözücü buharlaşarak gaz faza geçer ve kuru tanecikler şekline dönüşür. Kurutulmuş tanecikler sıcak hava akımı ile (pnömatik) taşınmakta ve bir siklon yardımı ile ayrılarak ürün toplama kabında biriktirilmektedir.

DENEY SİSTEMİNİN İŞLETİLMESİ 1. Sisteme enerji veren düğme açılır. Kurutma odası (26) ve panelin (13) lambaları yanar. 2. Çalışma düğmesi (14) “0” konumundan “ M” konumuna getirilir. Fan çalışmaya başlar. İstenilen hava giriş sıcaklığına göre düğme I, II veya III konumuna getirilir 4. İstenilen hava giriş sıcaklığı elde edilinceye kadar zaman ayarlayıcı (15) ile hava sıcaklığı ayarlanır. Isıtıcı ve fan çalışır durumdayken panelin üzerindeki mavi vana açılarak atomizer çalıştırılır. Bu sırada, atomizer son hızına ulaşıncaya kadar (basınç 5-6 kg/cm2) şiddetli bir ses çıkarır. Göstergeden izlenen hava basıncı sabit tutulmalıdır. Basınçtaki azalma, atomizerin hızının düşmesine neden olur. Atomizerin etkin çalışabilmesi için hızının sabit tutulması gerekir. 5. Atomizer çalışmaya başladıktan 30 saniye sonra son hızına ulaşır. İstenen hava çıkış sıcaklığı elde edilinceye kadar atomizere saf su beslenir. (Hava çıkış sıcaklığı kurutulan ürüne bağlıdır. Bir çok ürün için bu sıcaklık 85°C dir. 6. İstenen hava çıkış sıcaklığı elde edildikten ve bu sıcaklığın sabit kalması sağlandıktan sonra atomizere saf su yerine sıvı besleme gönderilir. Böylece kurutma işlemi başlamış olur.

NOT : Deney sistemi, maksimum 350°C lik hava giriş sıcaklığı, maksimum 120°C hava çıkış sıcaklığına göre tasarlanmıştır

DENEY VERİLERİNİN ELDE EDİLMESİ Deney sırasında hesaplamalarda kullanılmak üzere aşağıdaki veriler elde edilecektir: · Boş ve dolu piknometre tartımlarıın alınması · Çözelti ve ortam sıcaklığının ölçülmesi · Başlangıçtaki besleme çözeltisinin hacminin ölçülmesi (ml) · Havanın giriş ve çıkış sıcaklıklarının ölçülmesi · Besleme çözeltisi akış hızının ölçülmesi · Yatışkın koşullarda işletme süresinin belirlenmesi · Ürün toplama şişesinin boş ve dolu tartımlarının alınması · Sistem basıncının ölçülmesi · Havanın ısıtılmasında kullanılan elektrik enerjisi · Disk dönüş hızının ölçülmesi · Disk çapının ölçülmesi

DENEY VERİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ · Ürün veriminin bulunması · Sistem için enerji dengesinin kurulması ve enerji kaybının hesabı · Ortalama damlacık çapının hesaplanması · Maksimum damlacık çapının hesaplanması · Üründeki en küçük tanecik çapının hesaplanması

SORULAR 1.Püskürtmeli kurutma (Atomizör) deneyinin amaçları nelerdir 2.Püskürtmeli kurutucuların kullanıldığı sektörlere örnekler veriniz 3.Deney sisteminin elementer akım şemasını çiziniz Kütle denkliğini yazınız. Enerji denkliğini yazınız. 4. Mutlak Nem ve Bağıl Nem’in tanımını yapınız 5. Aşağıdaki şemayı göz önüne alarak sıcak hava ortamına püskürtülen bir damlacık ile sıcak hava arasındaki kütle ve ısı aktarım olaylarını irdeleyiniz. İlgili kütle ve ısı aktarım denkliklerini yazınız Damla katı Sıcak hava ve sıvı 6. Damlacık büyüklüğüne etki eden parametreler nelerdir irdeleyiniz. Prof.Dr.Hasip Yeniova

TASARIM SORULARI 1. Yılda 100 ton SÜT TOZU üretmek için kuruluşu yapılacak olan bir fabrikada grekeli olan püskürtmeli kurutucunun spesifiksyonlarını hesaplayınız. 2. Püskürtmeli kurutma prosesinde katı madde kayıplarının en aza indirilmesi amacıyla sistemde yapılması gerekli değişikleri tasarlayınız. 3. Püskürtmeli kurutma prosesinde enerji kayıplarının en aza indirilmesi amacıyla sistemde yapılması gerekli değişikleri tasarlayınız.

KAYNAKLAR 1. Yeniova, H.., Akay, B. , Katıların Kurutulması, Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü Ders notları, Mayıs 1990, Ankara. 2. Perry, R.H., Green. D., Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 6th ed., pp. 18,48, 18-57 and 20-51, 20-63, McGraw Hill, 1985. 3. Geankoples, C. J., Transport Process and Unit Operations, Prentice-Hall International, Inc 3rd ed.,1993. 4. Master, K., Spray Drying Handbook, 3rd ed., George Godwin, London 1979. 5. Mc Cabe, W.L., Smith, J. C., Unit Operations of Chemical Engineering, 4th ed., McGraw Hill, 1985 6. Treybal, R. E., Mass Transfer Opertions, 3rd ed. McGraw Hill, Kogakusha, Tokyo, 1981.
…

GİRİŞ 1972 yılında kurulan ve gıda sanayine araştırma ve ürün geliştirme çalışmaları ile destek veren Gıda Enstitüsü pilot tesisi, 2006 yılında fiziki ekipman ve alt yapısı yenilenerek yeni binasına 2012 yılında taşınmıştır. 2 2 Pilot tesis, 1700m taban alanı üzerine oturtulmuş, toplamda yaklaşık 3500 m kapalı alana sahiptir. Tesisin en büyük kısmı üretim holü olarak adlandırılan ve gıda işlemeye yönelik ekipmanların yer aldığı 2 alandır. Yaklaşık 1000m ’lik alan içerisinde çeşitli işleme ekipmanları yer almaktadır. Ayrıca üretim holü 2 ile bitişik olarak düzenlenmiş toplam 700 m ’lik kapalı alana sahip 9 ayrı bölme bulunmaktadır. Bu alanlarda meyve sebze, et ürünleri, süt ürünleri, unlu mamüller ve kuruyemişlerin işlenmesi ve paketlenmesine yönelik ekipmanlar yer almaktadır. Üretim holünde hammadde ve mamul depolamaya uygun farklı soğutma kapasitelerine sahip (-40°C ile +15°C arasında) altı adet soğuk oda bulunmaktadır. Ayrıca ortam koşullarında depolama yapmaya müsait odalar mevcuttur. Tesiste, spesifik ürün gruplarına yönelik ulusal ve uluslararası araştırma ve ürün geliştirme çalışmaları yürütülmektedir. Bu kapsamda yeni ürün geliştirme, ürün formülasyonlarında iyileştirme, farklı proses koşullarının denenmesi, proses optimizasyonu gibi çalışmalar yapılmaktadır. 1

Pilot tesis, enstitünün teknolojik çalışmaları yanında sanayi kuruluşlarının deneme üretimlerine de açıktır. Endüstriyel hizmetler kapsamında rutinde kullanılan cihazlar için numune başvuruları ve kabul koşulları, http://mam.tubitak.gov.tr adresinde, “Gıda Hizmet Alanları” başlığı altında açıklanmıştır. Bunun dışındaki talepler ve pilot tesis kullanım koşulları hakkındaki bilgilere aşağıdaki iletişim bilgileri kullanılarak ulaşılabilinir. Adres : TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi, Gıda Enstitüsü P.K. 21, 41470 Gebze-Kocaeli Tel : 0 262 677 32 00 Faks : 0 262 641 23 09 E-posta : mam.gida@tubitak.gov.tr Bu katalogda, Gıda Enstitüsü pilot tesisinde yer alan gıda işleme cihazları, özellikleri ve cihazlarda yapılabilecek çalışmalara yer verilmiştir.

Isıl İşlem Ekipmanları-Kurutucular AKIŞKAN YATAK KURUTMA SİSTEMİ (PROCELL LabSystem) Cihaz Özellikleri: Proses Haznesi : GF3 (1-5 L) Başlama materyali : 0,2-1.2 kg (ürün tipine bağlı) Püskürtme hızı : 2000 g/h (ürün tipine bağlı) Akışkanlaşma hızı : 3 m/s’e kadar Kompres hava basıncı : 6 bar (sabit) Cihazla Yapılabilecek Çalışmalar: Gıda endüstrisinde aglomerasyon, enkapsülasyon ve kaplama yapabilme özelliği ile; Instant (çözünebilir) gıda ürünleri (kahve, soya sütü, peyniraltı suyu tozu veya kakao gibi suda veya sütte kolayca çözünebilen ürünler), Kuru çorba karışımı üretiminde, Proses yardımcı maddeleri (enzimler, maya, vs), Renklendiriciler, Koruyucu maddeler (asit ve tuzlar), Besin takviye maddeleri (vitamin ve mineral), Aroma ve tat bileşenleri (doğal ve sentetik), Tıbbi ve aromatik bitkilerin ekstraksiyonu, enkapsülasyonu ve kaplanması gibi çeşitli alanlarda kullanılmaktadır.

Isıl İşlem Ekipmanları-Kurutucular MİNİ AKIŞKAN YATAKLI KURUTUCU (GEA STREA-1 Classic) Cihaz Özellikleri: Mini akışkan yataklı kurutucunun çalışma aralığı aşağıda verilmektedir: Ürün miktarı : 0.2 – 2 kg Hazne hacmi : 16.5 lt Motor Gücü : 0,75 kW 3 Hava debisi : 2m / min . Püskürtme başlığı : Top Nozül Hava basıncı : 6 bar Cihazla Yapılabilecek Çalışmalar: Toz (pudra) veya ağırlığına bağlı olarak 1-2 mm’ye kadar iri taneli malzemelerin topaklandırılmasında, pelet, granül, kristal veya tablet kaplanmasında kullanılabilir. Kurutma, granülasyon ve kaplamada deneme amaçlı çalışmalara uygunluğu nedeniyle 200g-2kg kadar fazla miktarda ürün gerektirmeden parametrelerin optimizasyonu sağlanabilir..

Isıl İşlem Ekipmanları-Kurutucular PÜSKÜRTMELİ KURUTUCU (Niro Atomizer) Cihaz Özellikleri: Ürün besleme hızı : 7-15kg/saat (ürün özelliğine bağlı olarak) Püskürtme başlığı : Atomizer Sıcak hava sistemi : Elektrik (Kademeli olarak 5 adet, toplam 36 KW) Çıkan ürün toz boyutları: 5- 100 mikron Pilot ölçekli çalışmalar için idealdir. Cihazla Yapılabilecek Çalışmalar: Gıdalardan ve diğer doğal kaynaklardan (bitki veya diğer canlılardan) su veya benzer parlayıcı ya da patlayıcı özellik içermeyen solventler kullanılarak elde edilen ekstrakt ve/veya gıda, ilaç gibi sektörlerde kullanılan sıvıların pudra halinde toz olarak üretilmesi işlemlerinde kullanılabilir. Toz üretim sırasında çeşitli karışımlar yapılarak enkapsülasyon işlemleri de gerçekleştirilebilir. Yapay olarak elde edilen inorganik/organik sıvı ürünlerden de pudra elde edilebilir. Fermente içecekler, meyve suları, bitki ekstraktları, mayalar, ilaç hammaddeleri, gıda katkı maddeleri gibi ürünlerin toz haline getirilmesinde veya kaplanmasında kullanılabilir.

Isıl İşlem Ekipmanları-Kurutucular PÜSKÜRTMELİ KURUTUCU (Büchi, B-290) Cihaz Özellikleri: 0 Max. hava giriş sıcaklığı : 220 C Püskürtücü çapı : 0.7 mm Partikül çapı aralığı : 1 -25 µm Asit, organik çözgen/çözgen karışımı ile çalışma imkânı Laboratuvar ölçekli kurutma çalışmaları için idealdir. Cihazla Yapılabilecek Çalışmalar: Kurutma, granülasyon, aglomerasyon, kaplama, enkapsülasyon işlemlerini gerçekleştirmek amacıyla; ana materyalimizin dış çevre (ısı, ışık, oksijen) ile iletişimini kesmek, ürüne daha kolay işleyiş yapısı kazandırmak, sıvıları katı forma dönüştürmek, hacimden kazanmak, akış hızını artırmak, aroma ve lezzet maddelerini maskelemek, hassas bileşenleri korumak, besin kaybına karşı garantiye almak, kontrollü salınım sağlamak gibi farklı amaçlarla kullanılmaktadır. Bu sistem ile, gıda katkı maddelerinin (asitliği düzenleyiciler, lezzet vericiler, tatlandırıcılar, renk maddeleri, aroma maddelerinin) kaplanması/enkapsüle edilmesi, Instant (çözünebilir) gıda ürünlerinin (kahve, soya sütü, peynir altı suyu tozu veya kakao gibi suda veya sütte kolayca çözünebilen ürünler) üretilmesi, gıda ekstraktlarının kaplanması/enkapsüle edilmesi, yağların enkapsüle edilmesi, vitamin ve minerallerin kaplanması, enzimlerin kaplanması, mikroorganizmaların kaplanması/enkapsüle edilmesi çalışmalarının yapılması mümkündür.

Isıl İşlem Ekipmanları-Kurutucular NANO PÜSKÜRTMELİ KURUTUCU (Büchi, B-90/B) Cihaz Özellikleri: 0 Maks. hava giriş sıcaklığı : 120 C Hava akış hızı : 80– 160 L/dak. Hava, N ve CO basıncı : maks. 2 bar 2 2 Ortalama parçacık boyutu : 300 nm–5µm Organik çözgen/çözgen karışımları ile çalışma imkânı Cihazla Yapılabilecek Çalışmalar: Kurutma, granülasyon, aglomerasyon, kaplama, enkapsülasyon işlemlerini gerçekleştirmek amacıyla ana materyalimizin dış çevre (ısı, ışık, oksijen) ile iletişimini kesmek, ürüne daha kolay işleyiş yapısı kazandırmak, sıvıları katı forma dönüştürmek, hacimden kazanmak, akış hızını artırmak, aroma ve lezzet maddelerini maskelemek, hassas bileşenleri korumak, besin kaybına karşı garantiye almak, kontrollü salınım sağlamak gibi farklı amaçlara hizmet etmektedir. Bu ekipmanlar ile, gıda katkı maddelerinin (asitliği düzenleyiciler, lezzet vericiler, tatlandırıcılar, renk maddeleri, aroma maddelerinin) kaplanması/enkapsüle edilmesi, instant (çözünebilir) gıda ürünlerinin (kahve, soya sütü, peynir altı suyu tozu veya kakao gibi suda veya sütte kolayca çözünebilen ürünler) üretilmesi, gıda ekstraktlarının kaplanması/enkapsüle edilmesi, yağların enkapsüle edilmesi, vitamin ve minerallerin kaplanması, enzimlerin kaplanması, mikroorganizmaların kaplanması/enkapsüle edilmesi çalışmalarının yapılması mümkündür.

Isıl İşlem Ekipmanları-Kurutucular LİYOFİLİZATÖR (Telstar, Lyobeta 35) Cihaz Özellikleri: Liyofilizasyon hızı : 24L/gün (teorik değer) Raf sayısı : 6 2 Kurutma alanı : 1.03 m Sıcaklık : -65 +80 C 3 Vakum pompasının kapasitesi: 20.50m /h Cihazla Yapılabilecek Çalışmalar: Dökme ve cam vial içinde bulunan ürünlerin vakum altında ve çok düşük ısılarda kurutulmasında kullanılabilir. Meyve sebzelerin kurutulmasında, sıvıların kurtularak toz forma getirilmesinde kullanılabilir.

Isıl İşlem Ekipmanları-Kurutucular MİKRODALGA KURUTUCU Cihaz Özellikleri: Ana giriş : 380 20 V / 50 Hz. Gücü : 3 kW, 2450 25MHz Güç Kontrolü : 1 kW, 2 kW ve 3 kW Bant ölçüleri : 0.4 m x 3.5 m Hava hızı : 0,9-1,2 m/s Malzeme : Paslanmaz çelik Mikrodalga ısıtma alanı: 1.5 m x 0.4 m Cihazla Yapılabilecek Çalışmalar: Kurutma amaçlı kullanılan bu cihazda, ürün özelliğine bağlı olarak bant hızı, hava hızı ve mikrodalga gücü (3 adet magnetronun devreye alınması ile kontrol edilebilir) ayarlanarak işlem koşulları ayarlanabilmektedir. Ürün tipine bağlı olarak koşullar oluşturulmakta ve denemeler pilot ölçekte gerçekleştirilmektedir..

Isıl İşlem Ekipmanları-Kurutucular TAMBURLU KURUTUCU (Goudsche) Cihaz Özellikleri: Ürün besleme hızı : Değişken Silindir dönüş hızı : Değişken Çalışma koşulu : Basınçlı buhar Cihazla Yapılabilecek Çalışmalar: Özellikle ısıya hassasiyet göstermeyen ürünlerde toz ürün elde etme denemeleri yapılabilir. Bazı sebze ve meyve özlerinin çeşitli katkılarla karıştırılarak kurutulması ile toz formunda ürün elde edilebilir. Şeker içeriği yüksek bazı gıda maddelerinden toz ürün elde etmede de kullanılabilir.

Isıl İşlem Ekipmanları-Kurutucular TÜNEL KURUTUCU (Alaco) Cihaz Özellikleri: Cihaz sıcak hava üfleme ve buhar püskürtme özelliğine sahiptir. Ürün besleme hızı : Manuel o Çalışma koşulu : Basınçlı buhar (maks.150 C) Sabit hızda çalışan çift taşıyıcılı Konveyör (paslanmaz) Cihazla Yapılabilecek Çalışmalar: Her türlü sebze-meyve, bitki ve bazı hayvansal gıdaların kurutulmasında kullanılabilir. Ambalajlı ürünlerin pastörizasyonu, sterilizasyonu yapılabilir. Fermantasyon gerektiren ürünler için kullanılabilir. Isıdan etkilenmeyen her türlü (cam, plastik, metal vb.) ambalaj malzemesinin dolum öncesi hijyenik olarak temizlenmesinde kullanılabilir.

…

Kaynak: http://ge.mam.tubitak.gov.tr/sites/images/ge_mam/katalog.pdf

Pnömatik Kurutucu:

Yüksek sıcaklık ve ürün tanecik yapısının fiziksel olarak değişmesinin kurutma sonrasında problem çıkarmadığı durumlarda kullanılır. Su uçurma bir kırıcı içerisinde ürünün mekanik+pnömatik işlemle kırılarak ve ardından kurutulacak ürünün boru içerisinde pnömatik taşınmasıyla sağlanmaktadır. Son ürün toz halinde çıkar.

Tepsili Kurutma Makinesi:

Tepsili kurutma sistemi düşük kapasitedeki ürünlerin kurutulmasında kullanılır. Makine içerisine konulan tepsilerdeki ürünün değişik şartlar altında havalandırılması ile kurutma işlemi gerçekleştirilir.

Bantlı Kurutma Makinesi

Uzun süre kurutma makinesi içerisinde bekletilmesi gereken ürünlerin hareketli bir şekilde kurutma tüneli içerisinde ilerlemesi ile susuzlaştırma işlemini gerçekleştiren makinedir. Kurutulacak ürüne göre uygun kuru hava sıcaklığı, debisi ve ürünün nem alma süresinin belirlenmesi gereklidir.

Hareketli Tepsili Kurutma Makinesi:

Bantlı kurutma sistemlerinde bantta banda düşme esnasında meydana gelebilecek problemleri önlemektedir. Kurutma Makinesi içerisinde bant yerine kurutma tepsilerinin yerleştirildiği araba hareket eder. Bantlı kurutucu ile aynı hacimdeki bir tepsili kurutucu yaklaşık 2-3 kat daha fazla ürün alma kapasitesine sahiptir.

Akışkan Yataklı Kurutucu

Kurutulan ürünün kurutma esnasında vibratör ve/veya hava vasıtası ile bir yatak üzerinde hareketlendirildiği kurutma makinesidir. Akışkan yataklı kurutucu ismini buradan almaktadır. Kurutma makinasında genel olarak taneli ürünler kurutulur.

Oda Tipi Kurutma Fırını:

Bantlı kurutucunun yada tünel tipi kurutma sistemlerinin işlevini gerçekleştiremediği büyük kütlelerin kurutulmasında kullanılır. Burada hava debisinin ve kurutma sıcaklığın doğru bir şekilde ayarlanarak standart kurutma işleminin gerçekleştirilmesi gerekmektedir.

Püskürtmeli Kurutucu

Süt, peynir altı suyu gibi sıvı ürünlerin kurutulmasında kullanılan kurutma makinasıdır. Çalışma prensibi şu şekildedir; Kurutulacak sıvı ürün pompa ile ürüne göre özel olarak seçilen, kurutma makinesi içerisindeki nozula basılarak püskürtme işlemi gerçekleştirilir. Püskürtülen ürün ile sıcak havanın teması sonucunda kurutulan üründeki nem havaya geçerek kurutma işlemi gerçekleştirilir.

…