Sınıflama ve Ayırma Makineleri ÜRETİM MAKİNELERİ Sınıflama ve Ayırma Makineleri

ÜRETİM MAKİNELERİ Gıda endüstrisi işletmelerinde ham maddenin işlenmesiyle ilgili makine ve ekipmanlar çok çeşitlidir.''üretim makineleri '' genel terimiyle tanımladığımız makine ve ekipmanların tamamının her işletmede bulunması beklenemez.Bu da işlenen hammaddenin özellikleri ve uygulanacak teknoloji ile yakından ilgilidir. Örneğin,bir süt işletmesinde elek sistemli bir sınıflama düzenine rastlanamayacağı gibi,yüksek devirli bir santrifüj baktofugatörün yeri de bir ekmek fabrikası değildir.Ancak içinde karıştırma düzeni bulunan ısıtmalı bir üretim tankı, her iki işletmenin de vazgeçilmez ekipmanları arasındadır.

Sınıflama ve Ayırma Makineleri Maddeler doğada genellikle karışım halinde bulunurlar.Bir karışımı oluşturan öğelerin bireysel fraksiyonlara ayrılması her endüstri dalında olduğu kadar gıda endüstrisi dalında da söz konusudur.bireysel fraksiyonlar ''büyüklük'', ''faz''ve ''kimyasal yapı''yönlerinden farklı olabilirler.Böyle olunca da 'ayırım' olayı gerçekleşebilir.Örneğin bir bireysel fraksiyon yabancı öğelerinden ayrılarak arındırılabilir.

Bir karışımdaki öğelerin birbirinden ayrılması için çeşitli işlemler uygulanır.Bu işlemleri iki ana grupta toplayabiliriz: 1. Faz değişimlerini veya bir fazdan diğer faza kitle aktarımını kapsayan '' diffüzyonel'' işlemler ve 2. Katı parçacıkların ve sıvı damlaların ayrılmasını kapsayan ''mekanik ayırım'' işlemleri.

Mekaniksel ayırımlar, heterojen karışımlara uygulanan yöntemlerdir Mekaniksel ayırımlar, heterojen karışımlara uygulanan yöntemlerdir.Maddelerin büyüklük,şekil yada yoğunluk gibi fiziksel özelliklerinden doğan ilkeler, mekaniksel ayırım işlemlerinde kullanılan düzenlerin ve makinelerin yapılmasını sağlamıştır.

Gıda endüstrisine konu olan ham yada yarı işlenmiş ürünler genellikle katı, yarı katı,sıvı ve yarı sıvı fazlarda bulunur.Bu fazların karışımları aşağıda gösterildiği gibi olabilir: >Katı-katı veya katı-yarı katı >Sıvı-katı veya sıvı-yarı katı >Sıvı-sıvı veya sıvı-yarı sıvı >Gaz-katı >Gaz-sıvı

Bu karışımların birbirinden ayrılması (seperasyon) için aşağıdaki başlıca iki ana ilke ve bu ilkelere dayalı yöntem ve miktarlar kullanılır: 1.Aynı veya farklı fazdaki karışımlarda bir fazın tutularak diğerlerinin geçmesine izin veren elek, süzgeç,filtre,membran,filtre keki ve benzeri mekanik aletlerden yararlanmak. 2.Sıvı yada gaz faz içindeki sıvı yada katı, farklı fazların çökelme(sedimentasyon) hızları arasındaki farklılık esasına dayalı aletlerden yararlanmak .

Sınıflama İlkelerine Genel Bakış Katı yada yarı katı bireysel tanecikler şekil,büyüklük ve yoğunluk nitelikleri ile tanımlanırlar.Küre ve küp şeklindeki bir tanecik için ''düzgün tanecik'' terimi kullanılır.Düzgün taneciklerin tanımlanması için '' şekil'' ve '' büyüklük'' terimlerinin yeterli olmasına karşılık düzgün olmayan taneciklerde bu terimin kullanılması gelişigüzel bir tanımlama sayılır. Gıda endüstrisine konu olan katı ve yarı katı ham maddelerin hepsi düzgün olmayan tane yada taneciklerdir.

Şekil Faktörü Bir bireysel taneciğin şekli taneciğin büyüklüğünden bağımsız bir ''şekil faktörü'' ile tanımlanır.Şekil faktörü, çap ve uzunlukları eşit olan küp.Küre ve silindir için 1`dir.düzgün olmayan tanecikler için şekil faktörünün değeri 1`den büyüktür.

Büyüklük Faktörü Genelde, boyutları eşit olan tanecikler için çap boyutu gruplandırılabilir.Ancak boyutları eşit olmayan taneciklerin tanımlanması çeşitli yöntemlerle olabilir.Örneğin, bir boyutu diğerine göre daha uzun olan tanecikler çoğunlukla ''ikinci en uzun boyut''u ile tanımlanırlar.Bir diğer deyişle ''iğnemsi '' taneciklerde , taneciğin uzunluğu değil en geniş kalınlığını simgeler.

Taneciklerin büyüklükleri, büyüklük grubuna bağlı olarak farklı birimler ile tanımlanır. İri tanecikler için ''mm'', küçük tanecikler için elek ve süzgeçlerde kullanılan ''örgü '' birimi , çok küçük tanecikler için ''mikron'' yada '' milimikron'' ve aşırı küçük olanlar için de '' birim kütle alanı'' kullanılır.

Tane ve taneciklerin büyüklüklerine göre fraksiyonlara ayrılmasında tel örgü (dokuma) elekler ile yuvarlak ve oblong delikli elekler kullanılır.Elekler , fraksiyonlara ayrılacak karışımların cinsine ve büyülük faktörüne göre numaralanırlar.Numaralama yöntemi çeşitlidir.Genellikle tel örgü eleklerdeki birim uzunluktaki delik sayısı, bir inç`teki yada 100 mm deki delik sayısı ,yuvarlak delikli eleklerde delik çapı ve oblong delikli eleklerde de delik genişliği ile gösterilir.

Endüstride tane yada taneciklerin büyüklüklerini ölçen standart test elekleri kullanılır.Test elekleri , el dokuma (örgü) eleklerdir. Aralıklar ve tel et kalınlıkları çok hassas standardize edilmiştir.Örgü aralıkları kare biçimindedir.Gerçek aralıklar , eleği simgeleyen numara değerinden biraz daha küçüktür.

Elek Analizi Standart test elekleri serisi, en dar örgülü olan elek en alta ve en geniş örgülü olan elek ise en üste gelecek şekilde aralıklı olarak üst üste yerleştirilir.Karışım örneği en üstteki eleğin üzerine konur.Elek kümesi belirli bir süre çalkalanır.Örgüsü en dar olan en alttaki eleğin altına geçen taneler bir kapta toplanır.Her elek üzerinde tutulan tanecik grupları alınarak ayrı ayrı tartılır.Her eleğin tuttuğu bireysel taneler,kütle fraksiyonuna veya toplam örneğin kütle oranına çevrilir.

Elek analizi sonuçları ,her eleğin tuttuğu fraksiyonu gösterecek şekilde bir cetvel düzenlenir.Testte kullanılan standart eleklerin elek serisinin belirlenmesi için iki numaraya gerek vardır .Örneğin 14/20 gibi .Numaraların ilki fraksiyonu alt tarafa geçiren eleği, ikincisi de fraksiyonu üzerinde tutan eleği belirlemektedir.Bu şekilde yapılan analize '' diferansiyel analiz '' denir. İkinci tip elek analizi '' kümülatif analiz'' dir.Diferansiyel analizde elde edilen değerlerin kümülatif olarak toplanmasıyla elde edilir.

Her iki analiz yöntemi ,bir karışımın yüzey alanı ile tanecik popülasyonunun hesaplanmasında uygulanabilir.Diferansiyel analiz kullanılırsa, bireysel bir franksiyondaki tanecik çaplarının aritmetik ortalaması alınır. Elek analizlerin doğruluğu pek iyi olmamakla beraber her iki yöntemle yapılan hesaplamalar deneysel verilere göre daha geçerlidir.

Karışımdaki Tanecik Sayısı Diferansiyel analiz yöntemi ile karışımdaki tanecik sayısı hesaplanır.Parçacıkların büyüklüklerine göre fraksiyonlarına ayrılması olayına sınıflama denir.Buna göre tek elek ve tek işlem sonunda karışım ancak iki fraksiyona ayrılabilmektedir.Bunlara ''boyutsuz fraksiyonlar'' denir.Karışım bir seri elekten geçirilirse ''boyutlu fraksiyonlara'' anlamındadır. Tane yada taneciklerin büyüklüklerine göre ayrılması işlemi için çok çeşitli elek sistemleri kullanılır.Endüstride kullanılan elekler, metal çubuklu,presle delinmiş metal plakalı ve ince metal-tel örgülü olabilir.

Elekli Sistemler Ve Sınıflama Makineleri Gıda endüstrisinde elekli düzenlerin uygulaması genellikle hububat ürünleri işletmelerinde ve meyve sebze işleme endüstrisi dalında yaygındır.Meyve ve sebzelerde taş, toprak,toz ve çamurların yıkama işlemi ile temizlenebilmesine karşın, hububat ürünleri endüstrisinin ana ham maddesi olan buğday,arpa ,mısır ve benzeri tahılların taş-toprak ve yabancı tohumlarından temizlenmesi yada ayrılması için elek sistemleri ve pnömatik düzenler tercih edilir.Sebze meyve için elekli düzenler ''sınıflama makineleri'' terimiyle anılırlar. Elek sistemleri konstrüktif olarak çok çeşitli olmakla beraber gıda endüstrisinde kullanılanlar ''düz'' ve '' silindirik'' elekler olarak iki çeşittir.En yaygın olanları,silindirik eleklerdir.

Elek sistemlerinin en basiti, metal çubukların belirli aralıklarla yan yana getirilmesiyle oluşturulmuş bir ızgara düzenidir.Belli bir eğimle yerleştirilmiş olan ızgaranın üst ucundan yapılan besleme ile ürün alt uca doğru iner.Çubuk ızgara aralıklarından geçmeyen iri parçalar eleğin çıkış ucundan alınır.Bu sistemin biraz geliştirilmiş olanı meyve sebze sınıflamasına uyarlanmıştır. Ürün burada , aralıkları giderek genişleyen bant çiftleri arasında taşınırken alttaki kaplara düşerek gruplanır.Bu makineler daha çok domates,elma ve benzeri büyüklükteki meyve ve sebzelere çok uygundurlar.

Düz elekli düzenlerde delik aralığı en büyük olan elek ,düzenin en üstünde yada en altında olabilir.Ancak genellikle daha kaliteli sayılan küçük boyuttaki ürünün elekte uzun süre kalarak hırpalanması için düzene girişte küçük delikli çıkışta ise büyük delikli elekler yerleştirilmiş, ayrıca eleklere belirli bir eğim ve titreşim verilerek sürenin kısaltılması ve ayırımın kolaylaşması sağlanmıştır. Ham maddeye yıkama işlemi uygulanması istenmediği zaman düzene girişteki elektirikli delik çapı çok küçük olduğundan toz toprak gibi yabancı öğelerin önce ayrılması amaçlanmıştır.

Silindir şeklindeki elekli sınıflama düzenlerinde ham madde, silindirin dönüşü ile değişik çaplı deliklerden geçerek iriliklerine göre alt tarafta gruplanır.Ürünün, belli eğimle duran silindiri bir anda aşarak öteki uca ulaşmasını önlemek üzere silindir içerisine bir helezon konulmuştur.Ürün böylece her bölümde zorunlu olarak bir süre kaldığından sınıflamada etkinlik sağlanır.

Filtrasyon Karışımlar akışkan-katı yada akışkan-yarı katı karışımı olabilirler.Bu tür karışımların ayırıcı bir ortamdan geçirilerek yapılarındaki katı yada yarı-katı istenmeyen parçacıkların ayrılması işlemine filtrasyon denir. Gıda endüstrisinde uygulanan filtrasyon işlemleri , basit süzme işlemlerinden geliştirilmiş ayırma işlemlerine değin çok farklı işlemlerdir.Fazlardan birisinin sıvı yada gaz , katı yada yarı katı ,parçacıkların iri yada çok küçük ,sert yada yumuşak ,birbirlerinden bireysel olarak farklı yada bir karışım oluşturan parçacıklar halinde bulunması, karışımın sıcak yada soğuk oluşu gibi faktörler farklı filtrasyon sistemlerinin kullanılmasını ve bu işlemlerin vakum yada basınç altında yapılmasını gerektirmektedir.

Filtrasyonda filtratın cinsine ve filtrasyon amacına göre kısmen yada tamamen bir ayırım yapılması istenebilir. Bu nedenle çok çeşitli filtrasyon işlemleri uygulanır.Örneğin; zeytinyağı, ayçiçeği ve balık yağı üretiminde preslemeyi izleyen ön filtrasyonda keskin, şarap ve meyve suyu üretiminde ise bulanıklık veren küçük öğelerin tutulması, süt mamülleri üretiminde sütün içindeki kirlilik öğelerinin ayrılması gibi.

SIVI FİLTRELERİN KULLANIM ALANLARI Meyve suyu, gazoz ve diğer alkolsüz meşrubat • Şarap, rakı, bira ve diğer alkollü içecekler • Özel üretim sirke ve şalgam suları • Maden suyu, memba suyu ve işlenmiş sular • Gıda sektörleri için proses suları • Ters ozmoz ve deiyonizasyon sistemleri koruma • Diatoma toprağı, karbon parçacıkları vb. tutma • Özel üretim yemeklik sıvı yağlar • Maya, nişasta, früktoz ve glikoz şurupları

Gıda endüstrisi işletmelerinde filtrasyon amacı ile kullanılan makina, ekipman ve aparatlar genelde iki grupta toplanabilir. Basit filtrasyon düzenleri Geliştirilmiş ayırma düzenleri

Basit filtrasyon düzenleri Sıvı faz içinde bulunan farklı fazdaki (özellikle katı ve yarı katı fazdaki) maddeleri tutabilen ve sıvı fazı (ana fazı) geçiren delikli ya da geçirgen malzemeden yapılmış düzenlerdir.(2)

Bir filtre tablasında, tablayı oluşturan malzemenin bileşimi, cm² deki gözenek sayısı ve gözeneklerin çapları filtrenin niteliklerini belirleyen özelliklerdir. Filtre tablaları bu özelliklere göre ince ya da kaba filtrasyon yaparlar

Filtre tablalarının üç teknik özelliği vardır Özgül süzme değeri Toplam süzme değeri Filtrasyon etkisi

Özgül süzme değeri, tablanın 1 m² yüzeyinden 1 saatte ve sabit basınç farkında geçen 20 ºC deki saf su miktarıdır.Birimi 1/m² dir ve değeri deneysel olarak bulunur. (2) Toplam süzme değeri, filtrenin tamamen dolmasına (tıkanmasına) kadar 1 m² yüzeyden geçirebildiği filtrat miktarıdır. (2) Filtrasyon etkisi, filtre edilen sıvı ana faxdaki katı fazların ayrılmasındaki etkinlik derecesidir. Filtratta kalan parçacıkların büyüklükleri ne kadar küçükse, tablanın filtrasyon etkisi o kadar yüksektir.

Filtre tablalarında aranan özellikler aşağıdaki gibi özetlenebilir. Katı parçacıkları tutabilmeli, oldukça berrak ve parlak filtrat verebilmelidir. Tıkanmamalıdır. Kimyasal ve fiziksel etken ve kuvvetlere ve çalışma koşullarına dayanıklı olmalıdır. Kolay yıkanabilir bir kek oluştırmaya uygun nitelikte olmalıdır. Pahalı olmamalıdır.

Filtrasyonda kullanılan aspest, gerçekte kısa ve ince lifli aspest içine % 10-20 oranında selüloz lifleri karıştırılarak hazırlanır ve piyasaya arz edilir. Perlit, doğal aliminyum silikatın özel olarak işlenip parçacık büyüklüğüne göre sınıflanmış şeklidir. Kieselguhr filtrelerinde kullanılabilir. Kieselghur, tatlı su yataklarında yaşamış ve üst üste birikmiş mikroskobik alglerin iskeletleridir. Zamanla kuruyan göl alanlarında toprak altından çıkarılan ve özel yöntemlerle işlenerek hazırlanan kieselguhr parçacıkları, büyüklüklerine göre sınıflanıp sarılırlar.

Kieselguhr Filtreleri: Kieselguhr ekonomik bir filtrasyon yapabilmek için filtre tablalarında yaygın olarak kullanılan yardımcı bir filtre elemanıdır. İlke, filtre edilecek olan sıvıya sürekli ve belli oranda Kieselguhr katmaktır. Böylece kaba katı faz parçacıklar Kieselguhr tanecikleri arasına yerleşerek filtre tablasını tıkayamazlar. Bu işlemde Kieselguhr’un kesiksiz ve belli miktarda verilmesi en önemli aşamadır.

Kieselguhr filtreleri çok çeşitlidir.İki grupta incelenebilir. Atmosfer basıncı üzerinde basınç uygulananlar Filtre üzerinde yüksek basınç, filtre altında vakum uygulananlar Yüksek basınç uygulanan filtrelerde, uygulanan basınç,sıvı sütununa etki eden yerçekimi kuvvetiyle, bir pompa kuvvetiyle ya da santrüfüj kuvvetiyle sağlanır.

Basınçlı Filtreler: Genellikle gıda endüstrisinde kullanılan filtreler basınçlı-makinalı filtrelerdir. Bunlar filtratın “kesikli” ve “sürekli” çıkışına göre iki gruba ayrılırlar. Kesikli çalışan filtrelerde ürünün verilmesi süreklidir ancak filtrenin temizlenmesi, işlemi kesikli duruma çevirir. Sürekli çalışan filtrelerde ise katı fazın atılması işlemi durdurmaz

Kesikli Çalışan Basınçlı Filtreler: Bu filtreler, viskozitesi yüksek olan sıvı gıdaların filtrasyonunda kullanılır. En yaygın olanları “pres filtreler” ve “yaprak (plakalı) filtreler” dir. Bu filtrelerde tutulan katı parçacıklarının deşarjı, atmosferik basınç üstündeki basınçla karşı karşıya olduğundan kesikli çalışırlar.

Pres Filtreler: Pres filtreler, bir seri filtre tablasının birbiri ardına sıralanıp sıkıştırılmasıyla oluşmuştur. Geçmiş zamanlarda insan gücüyle kullanılmakta olan bu ekipmanlar hızla gelişen teknoloji sayesinde 1980'li yıllardan itibaren imajını değiştirerek kuruya yakın bir kek oluşturmak için manuel, yarı otomatik ve otomatik olarak filtre presler üretmekteyiz. Filtre preslerimiz iki sabit gövde ve 1 adet orta plakadan oluşur, yan kollar sayesinde manuel ve hidrolik yardımıyla sıkıştırma yapmaktadır.Filtre plakaları, filtre bezleri giydirilerek yanyana diziler. Filtre tablaları, bir yüzü jüt’ten yapılmış kanava ve benzeri bir filtre elemanı ile kaplanmış plakalardır. Düzgün şekilde plakalar beslenir. Preslemeden sonra plakaların hücreleri tamamen dolduktan sonra kek kuruluğunu arttırmak için merkezden hava verilir.

Preslemedeki kalan kuru kek alınması için hava ile deşarj edilir Preslemedeki kalan kuru kek alınması için hava ile deşarj edilir. Filtre pres açılır plakaların arasındaki kekler boşaltılır ve temizlendikten sora düzgün bir şekilde yerlerine dizilir ve ikinci operasyona hazırlanır. Filtre tablaları, bir yüzü jüt’ten yapılmış kanava ve benzeri bir filtre elemanı ile kaplanmış plakalardır. Bazı pres filtre tiplerinde temizlik işleri otomatik olarak yapılmaktadır.

Filtre Presin Kullanıldığı Yerler Evsel ve Endüstriyel Atık Su Arıtma Tesislerinde Seramik Sanayi ve Boya Endüstri Tesislerinde Çöp vb. Katı Atıkların Susuzlaştırılmasında Galvaniz vb. Elektro Kaplama Sanayinde Yağ ve Yağlı Çamurların Filtrasyonunda Yiyecek ve İçecek Endüstrisinde

Yaprak filtreler : Pres filtrelere kıyasla daha yüksek basınçlarla çalışabilen, yıkama işleminin daha kolay ve etkili olarak yapıldığı, dolayısıyla işçilikten ekonomi sağlanan filtrelerdir. Şekil – 2’de de görüldüğü gibi yatay bir tankın içine çok sayıda dikey ve plakalardan oluşan bir filtre elemanı yerleştirilmiştir. Besleme, tankın yanında yapılır. Yaprak plakalardan geçen ürün ön kapaktaki bir çıkış boğazından dışarıya alınır. Yaprak filtre elemanlı düzenler, yardımcı filtre elemanları ile birlikte kullanılırlar.

Sürekli Çalışan Basınçlı Filtreler Kesikli çalışan filtrelerde temizlik işlemi hayli iş gücü gerektiren ve pahalıya mal olan işlemlerdir. Sürekli çalışan düzenlerde iş gücünden ekonomi sağlanmışsa da bazı durumlarda sürekli çalışanlarda da işlem maliyetinin arttığı görülür.

Vakum Filtreler Bu filtrelerde ürün vakumla emilerek hareketli bir filtrasyon ortamından (septum) geçirilir. En yaygın olanı valsli vakum filtrelerdir

Valsli Vakum Filtreler: Yatay konumda dönmekte olan bir vals, ürün dolu tanka yarı daldırılmış durumdadır. Valsin dönüş hızı 0.1-2d/d’dir. Silindirik yüzey kanava benzeri bir filtre elemanı ile kaplanmıştır. Silindirik yüzey kesiklidir ve altında daha küçük çaplı ikinci bir vals vardır. İki vals arasındaki radyal bölmelerin her birinde, çıkış boğazındaki döner valfa açılan borular yerleştirilmiştir.

Kalınlaştırıcı Filtreler Sürekli çalışan basınçlı filtrelerden birisi de kalınlaştırıcı filtrelerdir. Düşük viskoziteli sıvılardan kısmen ayırım yaparlar. Bir taraftan temiz ve parlak sıvı faz çıkarken, diğer taraftan yine sıvı faz, ancak viskozitesi yüksek bir filtrat alınır.

Görünümü bir pres filtreye benzemesine karışan kalın ve berrak iki sıvı fazın çıkışı süreklidir. Birbirine kapanan iki filtre tablasında, yine birbiri karşısına gelen sargı biçimindeki kanallar ürünün akışını sağlar ve ürün için uzun bir yol oluşturur. Ürün bu kanallar ürünün akışını sağlar ve ürün için uzun bir yol oluşturur. Ürün bu kanalları izleyerek bir tabladan çıkar, diğerine girer. İki tabla arasında bir filtre elemanı konulmuştur. Kalınlaşan fazın daha da kalınlaşması isteniyorsa, filtrat ikinci bir düzenekten geçirilir.

Kek Filtrasyon İlkelerine Genel Bakış Akışkanlar mekaniği ilkelerine göre filtre, bir “akış düzeni”’dir. Sıvı-katı karışımın filtreye giriş basıncı ile filtratın çıkış basıncı arasındaki “basınç farkı” filtratın filtreden geçmesini (süzülmesini, filtrasyonunu) sağlamaktadır.

Filtreden geçen filtrat genellikle dört çeşit dirençle karşılaşır Filtre tablasının gösterdiği direnç Filtre kekinin gösterdiği direnç Karışım filtre keki üst yüzeyine gelmeden önce filtre düzeni kanallarının gösterdiği direnç Filtre düzeni bağlama elemanlarının gösterdiği direnç