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) Sistem basıncına göre; Atmosferik evaporatörler Düşük basınçlı evaporatörler Vakum evaporatörler 2) 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) Uygulanan sıcaklık derecesine göre; Düşük sıcaklık evaporatörler Orta sıcaklık evaporatörler Yüksek sıcaklık evaporatörler 5) 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 brüde-konsantrat 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.