Sınıflama ve Ayırma Makinaları

1. Sınıflama ve Ayırma Makinaları Maddeler doğada genellikle karışım halinde bulunurlar. • Bir karışımdaki ögelerin birbirlerinden ayrılması için çeşitli işlemler uygulanır. Bu işlemleri iki ana grupta toplayabiliriz: • Faz değişimlerini veya bir fazdan diğer faza kitle aktarımını kapsayan “diffüzyonel” işlemler • Katı parçacıkların ve sıvı damlaların ayrılmasını kapsayan “mekanik ayırım” işlemler

2. Gıda Endüstrisindeki fazların karışımları • Katı-katı veya Katı-yarı katı • Sıvı-katı veya Sıvı-yarı katı • Sıvı-sıvı veya Sıvı-yarı sıvı • Gaz-katı • Gaz-sıvı Olabilir.

3. Karışımların birbirinden ayrılmasında Aşağıdaki başlıca iki ana ilke ve bu ilkelere dayalı yöntem ve makinalar kullanılır: • Aynı veya farklı fazdaki karışımlarda bir fazın tutularak diğerinin geçmesine izin veren elek, süzgeç, filtre, membran, filtre keki ve benzeri mekanik aletlerden yararlanmak • Sıvı faz içindeki sıvı ya da katı, farklı fazların çökelme (sedimentasyon) hızları arasındaki farklılık esasına dayalı aletlerden yararlanmak

4. Sınıflama İlkeleri Katı ya da yarı katı bireysel tanecikler • Şekil, • Büyüklük, • Yoğunluk nitelikleri ile tanımlanırlar.

5. Şekil Faktörü • Bir bireysel taneciğin şekli taneciğin büyüklüğünden bağımsız bir “şekil faktörü” (λ) ile tanımlanır. • Şekil faktörü (λ), çap ve uzunluk boyutları eşit olan küp, küre ve silindir için 1’ dir. • Düzgün olmayan tanecikler için şekil faktörünün değeri 1’den büyüktür.

6. Şekil Faktörü • Herhangi bir taneciğin şekline bağlı geometrik sabit hacimsel şekil faktörü (a) ve kalınlık veya yüzeysel şekil faktörü (b) ise taneciğin hacmi ve yüzey alanı aşağıdaki gibi gösterilebilir: Vp = a Dp3 Sp = 6bDp2 b/a = λ olduğuna göre, taneciğin hacminin yüzey alanına oranı

7. Büyüklük Faktörü • Genelde, boyutları eşit olan tanecikler için çap boyutu gruplandırılabilir. • Örneğin, bir boyutu diğerine göre daha uzun olan tanecikler çoğunlukla “ikinci en uzun boyut”u ile tanımlanırlar. Bir diğer deyişle, “iğnemsi” taneciklerde (Dp), taneciğin uzunluğu değil en geniş kalınlığını simgeler. • Tanecik büyüklüğünü tanımlamanın bir diğer yöntemi, “eşdeğer çap” (Dp,e) kavramıdır.

8. Büyüklük Faktörü • Kürenin eşdeğer çapı, yüzeyinin hacmine oranına eşittir. • Taneciklerin büyüklükleri farklı birimler ile tanımlanır. İri tanecikler için “mm”, küçük tanecikler için elek ve süzgeçlerde kullanılan “örgü” birimi, çok küçük tanecikler için “mikron” ya da “milimikron” ve aşırı (ultra) küçük olanlar için de “birim kütle alanı” (m2/g) kullanılır

9. Elekler • Tane ve taneciklerin büyüklüklerine göre fraksiyonlara ayrılmasında tel örgü (dokuma) elekler ile yuvarlak ve oblong delikli elekler kullanılır. • Elekler, fraksiyonlara ayrılacak karışımların cinsine ve büyüklük faktörüne göre numaralanırlar. • Numaralama yöntemi çeşitlidir. Genellikle tel örgü eleklerdeki birim uzunluktaki delik sayısı, bir inç’teki ya da 100 mm deki delik sayısı, yuvarlak delikli eleklerdedelik çapı ve oblong delikli eleklerde de delik genişliğiilegösterilir.

11. Endüstride kullanılan elekler • Endüstride tane ya da taneciklerin büyüklüklerini ölçen standart test elekleri kullanılır. • Test eleklerinde aralıklar (delikler), genelde 76000-38μ (mikron) arasındaki seriyi kapsar. • Aralıklar ve tel et kalınlıkları çok hassas standardize edilmiştir. • Örgü aralıkları kare biçimindedir.

12. 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.

13. 1.Differansiyel elek analizi • 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.

14. Diferansiyel elek analizi (ΔΦn), (n) seri numaralı elek üzerinde tutulan kütle fraksiyonunu gösterir. (Dpn), (n) nolu elek aralığına eşit tanecik çapını simgeler.

15. 2.Kümülatif analiz • İkinci tip elek analizi “kümülatif analiz”dir. • Diferansiyel analizde elde edilen değerlerin kümülatif olarak toplanmasıyla elde edilir. • Bireysel diferansiyel fraksiyon değerleri, en üstten başlayarak bir sonraki ile kümülatif olarak toplanır ve bir sonraki elek numarası karşısına bir cetvel oluşturacak şekilde yazılır.

16. Kümülatif analiz (Dp) (n) seri nolu eleğin örgü boyutudur. (Φ) ise (Dp)’den daha büyük boyuttaki taneciklerden oluşan kütle fraksiyonunun miktarıdır.

17. Elekli Sistemler ve Sınıflama Makinaları • Gıda endüstrisinde elekli düzenlerin uygulaması genellikle hububat ürünleriişletmelerinde ve meyve-sebze işleme endüstrisi dalında yaygındır. • Meyve ve sebzelerde taş-toprak, toz ve çamurların yıkama işlemi ile temizlenebilmesine karşın, hububat ürünleri endüstrisinin ana hammaddesi olan buğday, arpa, mısır ve benzeri tahılların taş-toprak ve yabancı tohumlarından temizlenmesi ya da ayrılması için elek sistemleri ve pnömatik düzenler tercih edilir. • Meyve-sebze için elekli düzenler “sınıflama makinaları” terimiyle anılırlar.

18. Gıda endüstrisinde kullanılanlar elekler • Düz elekler • Silindirik elekler En yaygın olanları, silindirik eleklerdir.

19. Elek sistemleri • 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 geçemeyen iri parçalar eleğin çıkış ucundan alınır. • Bu makinalar daha çok domates, elma ve benzeri büyüklükteki meyve ve sebzelere çok uygundurlar.

21. Düz elekli düzenler • Düz elekli düzenlerde delik aralığı en büyük olan elek, düzenin en üstünde ya da en altında olabilir. • Ancak genelde, daha kaliteli sayılan küçük boyuttaki ürünün elekte uzun süre kalarak hırpalanmaması için düzene girişte küçük delikli, çıkışa ise büyük delikli elekler yerleştirilmiştir. • Eleklere belirli bir eğim ve titreşim (vibrasyon) verilerek sürenin kısaltılması ve ayırımın kolaylaşması sağlanmıştır.

23. Silindirik elekli düzenler • Silindir şeklindeki elekli sınıflama düzenlerinde hammadde, 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 bölmede zorunlu olarak bir süre kaldığından sınıflamada etkinlik sağlanır.

24. Silindirik elekli düzenler • Aynı silindirik gövde üzerinde farklı delik çaplı yan yana eleklerden oluşan sınıflama makinaları • Yerden ekonomi sağlamak üzere üst üste yerleştirilmiş bir seri elekten oluşan bir sınıflama makinası kullanılabilmektedir.

28. Filtrasyon • Karışımların (akışkan-katı ya da akışkan-yarı katı) ayırıcı bir ortamdan (filtre) geçirilerek yapılarındaki katı ya da yarı katı istenmeyen parçacıkların ayrılması (tutulması) işlemine “filtrasyon” denir.

29. Filtrasyon • Filtrasyonda, filtratın cinsine ve filtrasyon amacına göre kısmen ya da tamamen bir ayırım (seperasyon) yapılması istenebilir. • Bu nedenle çok çeşitli filtrasyon işlemleri uygulanır. Örneğin, Zeytinyağı, ayçiçeği ve balıkyağı üretiminde preslemeyi izleyen ön (kaba) filtrasyonda kekin, Şarap ve meyve suyu üretiminde ise bulanıklık veren küçük öğelerin tutulması, Süt mamulleri üretiminde sütün kremasının ayrılması gibi.

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

31. Basit Filtrasyon Düzenleri • Süzgeçler, • Filtre tablaları • Kalınlaştırıcı filtreler olarak çok çeşitlidirler

32. Süzgeçler • Genellikle delikli metalden (paslanmaz çelik) yapılmış, içinden akıp giden sıvı ana fazdaki katı ve yarı katı fazları tutabilen en basit düzenlerdir. • Süzgeçler dolduğunda sökülüp temizlenirler. • Örneğin, çiğ sütün süt alım hattındaki ön filtrasyonunda taş parçalarının, saman, böcek ve benzeri iri taneli yabancı maddelerin telli, bezli ve delikli metal saçtan yapılmışkaba filtrasyon düzenleri yardımı ile tutulması gibi.

33. Filtre Tablaları • Filtre tablaları, daha küçük fazları tutabilen ve çoğunlukla berrak filtrat çıkarabilen düzenlerdir. • Filtre tablaları aspest, selüloz, kanava ve benzeri geçirgen özellikteki dokuma materyalinden yapılmıştır.

34. Filtre tablalarının üç teknik özelliği • Özgül süzme değeri • Toplam süzme değeri • Filtrasyon etkisi

35. Özgül süzme değeri • Tablanın 1 m2 yüzeyinden 1 saatte ve sabit basınç farkında geçen 20ºC’deki saf su miktarıdır. • Birimi 1/m2’dir ve değeri deneysel olarak bulunur.

36. Toplam süzme değeri • Filtrenin tamamen dolmasına (tıkanmasına) kadar 1 m2 yüzeyden geçirebildiği filtrat miktarıdır.

37. Filtrasyon etkisi • Filtre edilen sıvı ana fazdaki katı fazların ayrılmasındaki etkinlik derecesidir. • Filtratta kalan parçacıkların büyüklüklerini ne kadar küçükse, tablanın filtrasyon etkisi o kadar yüksektir.

38. Filtre tablalarında aranan özellikler • Katı parçacıkları tutabilmeli, oldukça berrak ve parlak filtrat verebilmelidir. • Tıkanmamalıdır. • Kimyasal ve fiziksel faktör ve kuvvetlere ve çalışma koşullarına dayanıklı olmalıdır. • Kolay yıkanabilir bir kek oluşturmaya uygun nitelikte olmalıdır. • Pahalı olmamalıdır.

39. Filtrasyon işleminde kullanılan yardımcı elemanlar • Perlit, doğal alüminyum silikatın özel olarak işlenip parçacık büyüklüğüne göre sınıflanmış şeklidir. • Kieselguhr, tatlı su yataklarında yaşamış ve ölerek üst üste birikmiş mikroskobik alg’lerin iskeletleridir. • Kieselguhr Kieselguhr parçacıklarının büyüklükleri 10-20 µ arasında değişir. • Filtrasyon yardımcı elemanları olarak kullanılan perlit ve kieselguhr filtre tablalarında filtrasyon etkisiniarttırmaktadırlar.

40. Kieselguhr Filtreleri • Filtre edilecek olan sıvıya sürekli ve belli oranda Kieselguhr katılmaktadır. • Böylece kaba katı faz parçacıkları Kieselguhr tanecikleri tarafından tutularak filtre tablasını tıkaması önlenir. • Kieselguhr filtreleri çok çeşitlidir. En yaygın olanları silindirik delikli metal elekli ve küresel çanak biçiminde olanlardır.

42. Filtre tablaları uygulanan basınç yönünden iki grupta incelenir • Atmosfer basıncı üzerinde basınç uygulananlar • Filtre üzerinde yüksek basınç, filtre altında vakum uygulananlar

43. Basınçlı filtreler • Kesikli • Sürekli oluşuna göre iki gruba ayrılırlar.

44. Kesikli Çalışan Basınçlı Filtreler • Bu filtreler, viskozitesi yüksek olan sıvı faz gıdaların filtrasyonunda kullanılır. • En yaygın olanları “pres filtreler” ve “yaprak(plakalı) filtreler”dir.

45. Pres Filtreler • Pres filtreler, bir seri filtre tablasının birbiri ardına sıralanıp sıkıştırılmasıyla oluşmuştur. • Filtre tablaları, bir yüzü kanava ve benzeri bir filtre elemanı ile kaplanmış plakalardır. • Basınçla filtreye verilen ana faz, filtre tablalarından geçerek çıkış vanasından alınır. • Geriye ıslak katı parçacıkların oluşturduğu bir kek kalır.

46. Pres filtrelerin temizlenmesi • Filtratın kesilmesi, tablanın dolduğunu gösterir. • Pres filtrelerin temizlenmesinde kekin içinde çözünebilir nitelikteki parçacıkların uzaklaştırılması için tersten (çıkış boğazından) bir yıkama sıvısı, sonra da buhar veya hava, basınçlı olarak filtre tablasından geçirilir. • Ardından pres filtre sökülerek tablada kalmış olan kek temizlenir. • Bazı pres filtre tiplerinde temizlik işlemi otomatik olarak yapılmaktadır.

48. Yaprak filtreler • Pres filtrelere kıyasla daha yüksek basınçlarla çalışılabilen, yıkama işleminin daha kolay ve etkili olarak yapıldığı, dolayısıyla işçilikten ekonomi sağlanan filtrelerdir. • Yatay bir tankın içine çok sayıda dikey ve metal plakalardan oluşan bir filtre elemanı yerleştirilmiştir. • Yaprak plakalardan geçen ürün ön kapaktaki bir çıkış boğazından dışarıya alınır. Yardımcı filtre elemanları kullanılır

50. Sürekli Çalışan Basınçlı Filtreler • Kesikli çalışan filtrelerde temizlik işlemi 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. • Bu filtrelerde temizlik işlemi otomatik olarak yapılır.