Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Nezaket Parlak 2015-2016 Öğretim Bahar Yarıyılı
Ders Değerlendirmesi
Ödev ve Proje Ödev %10: Proje ile alakalı İngilizce çeviri Proje %40: Öğrenci aşağıda belirtilen ürünlerden birini kurutmak için bir kurutucu tasarımı gerçekleştirecektir. Kereste, kömür, ilaç, seramik-tuğla, fındık, buğday, çeltik, mısır, kivi, üzüm vb. Proje notu (100)= proses sunumu %10 + hesap %30 + boyutlandırma %10 + model ve çizim %20 + malzeme seçimi %10 + ekipman seçimi %10 + maliyet hesabı %10
Kurutma Nedir? Gözenekli yapıya sahip üründeki nemin, ısı ve kütle transferi yardımıyla alınarak kurutucu akışkana (gaz veya hava) taşınması olayına Kurutma denir.
Neden Kurutma yapılır? Kurutma prosesi, birçok alanda da enerji prosesleri için çok önemli ara prosestir. Kimya Endüstrisi Zirai mücadele ilaçları Gübre Deterjan Boya Polimer Saf kimyasallar Besin Endüstrisi Meyveler Şeker Süt Nişasta İlaç Endüstrisi Solunabilir ilaçlar Sürülebilir ilaçlar Koruyucu maddeler Seramik Endüstrisi Ağaç-kereste Endüstrisi Atık kurutma Arıtma çamurlarının kurutulması Geri dönüşüm
Neden Kurutma yapılır? Çoğu zaman endüstriyel bir ürünün işlenebilmesi için belirli kurulukta olması istenir. Örneğin seramik üretimi. Seramik sinterlemeden önce kurutulmalıdır. Aksi taktirde nem daha sonraki yüksek sıcaklıklarda buharlaşır ve ürünü parçalar. Tuğla, kiremit, kereste ve inşaat malzemelerinin imalatında ve işlenmesinde kurutma işlemi çok önemlidir.
Neden Kurutma yapılır? Birçok endüstri alanında ekonomik değeri olan yeni ürünlerin elde edilmesinde Ürün atıklarının yeni bir alanda değerlendirilmesine olanak vermesi: Örnek plastik boru sanayii Gıda ürünün bozulmadan uzun süre dayanması Tohumların çimlenme yeteneklerinin korunması ve ürünlerin erken hasat edilmelerine olanak verilmesi için kurutma yapılır.
Kurutma Tekniği Maddenin susuzlaştırılması kurutmanın yanında mekanik yöntemlerle de yani presleme, filtrasyon, santrifüjlenmesi işlemlerine tabi tutularak ta yapılır. Kurutma tekniğinde maddede bulunan nem ısıl işlem yöntemiyle alınmaktadır.
Kurutmanın Önemi Dünyada 100 tipi yaygın olmak üzere yaklaşık 400 farklı tipte kurutma makinesi mevcuttur. Bu kadar fazla çeşitte kurutucu olmasının nedeni; endüstriyel kurutmanın gelişmiş ülkelerin toplam enerji tüketiminde büyük payı olmasıdır. Bu oran Amerika Birleşik devletlerinde %15 iken, Almanya ve Danimarka gibi ülkelerde %25 i bulmaktadır.
Endüstride kurutulan ürün tipleri Çamur Hamur Toz Granül Kristal Topak Yaprak Camsı maddeler Kurutma amaçlı temin edilen ıslak maddenin ve kuru halin fiziksel durumu en başta ele alınması gereken bir özelliktir. Sıvı, katı, kristal, taneli yapı veya levha yapıda bulunma gibi özellikler kurutucu seçimini etkileyecektir.
Temel Kurutma yöntemleri 1. Doğal (güneşte) kurutma 2. Isıtılmış hava ile (kontak) kurutma 3. Vakum kurutma 4. Dondurarak kurutma
Kurutucuların sınıflandırılması Kriter Kurutucu tipleri Çalışma şekli Isı enerjisine göre Kurutucudaki ürünün durumu Çalışma basıncı Kurutma ortamı Yığın Sürekli Taşınım, iletim, Işınım, Yüksek frekans, Adyabatik yada adyabatik olmayan Hareketsiz Hareketli, titreşimli, Vakum Atmosferik Hava Kızgın buhar Gaz
Uygulanan Kurutma Yöntemlerinin Sınıflandırılması Isı Enerjisine göre: Bir ürünün kurutulması, üründen nemin alınış şekline göre ön kurutma ve esas kurutma biçiminde yapılabilmektedir. Esas kurutma, ısı transferi oluş biçimine göre taşınımla (konveksiyon), iletimle (kondüksiyon), ışınımla (radyasyon) ve yüksek frekansla (dielektrik) kurutma olmak üzere başlıca dört farklı biçimde gerçekleştirilmektedir.
Uygulanan Kurutma Yöntemlerinin Sınıflandırılması Taşınımla Kurutma: Taşınımla kurutmanın prensibi ısıtılmış ve nem içeriği az olan havanın, kurutulacak nemli ürünle ile çeşitli şekilde irtibatlandırılarak kurutulmasıdır.
Uygulanan Kurutma Yöntemleri İletimle Kurutma: Ürünün, buhar veya kızgın yağ ile ısıtılmış silindir veya levhalarla teması sağlanarak ürün bünyesindeki suyun buharlaşması ile kurutma gerçekleşmektedir. İletimle kurutmanın en büyük dezavantajı, yüksek sıcaklıklarla çalışıldığında mamulün higroskopik neminin uzaklaştırılması riskinin bulunmasıdır.
Uygulanan Kurutma Yöntemleri Işınımla Kurutma: Yüksek sıcaklıkta bulunan yüzeyden nemli malzemeye ısının elektromanyetik dalgalar şeklinde transferi ile gerçekleşen ışınımla kurutma yönteminde, iki tarafında ışınlayıcıların olduğu dikey bir kanal içerisinden ürünün geçirilerek kurutulması sağlanmaktadır. Kurutulacak materyalin cinsine göre mamul sıcaklığı 500 ºC ye kadar çıkabildiğinden, ürüne herhangi bir zarar vermemek için bu sistemlerle ürünün tamamen kurutulduğu esas kurutma yerine, yaş ürünün ön kurutulması yapılarak mamul üzerinde kalan su miktarının %25-35 e kadar düşürüldüğü kurutmalar daha çok tercih edilmektedir.
Uygulanan Kurutma Yöntemleri Örnek (Işınım) Yüksek Frekansla Kurutma: Bu kurutma yönteminde kurutulacak ürüne dışarıdan ısı transferi yapılmamaktadır. Yaş malzemesinin yüksek frekanslı alternatif akıma bağlı iki kondansatör levhası arasından geçirilmesi ile kurutma işlemi yapılmaktadır. Bu durumda yüksek frekanslı alternatif akımdan ötürü kondansatör levhalarının yükü sürekli olarak değiştiğinden, mamül içindeki su moleküllerinin de yeri sürekli değişmektedir. Bunun sonucunda su moleküllerinin sürtünmeleri nedeniyle meydana gelen ısı, ürün üzerindeki suyun buharlaşmasını sağlamaktadır. Dielektrik kurutma (10-100 MHz) ve mikrodalga kurutma (1000-3000 MHz) olmak üzere iki şekilde kullanılmaktadır. Bu tip kurutucular, homojen ve hızlı bir kurutma sağlamaları ve aşırı kurutma riskinin bulunmaması nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır.
Uygulanan Kurutma Yöntemleri Örnek (Taşınım ve iletim): Dondurarak Kurutma: Dondurarak kurutma farmakolojik ürünler, serumlar, bakteri kültürleri, meyve suları, sebze, kahve ve çay özlerinin eldesin de, et ve süt üretiminde uygulanabilir. Malzeme önce dondurulur. Ardından kimyasal nem alıcı veya düşük sıcaklık yoğuşturucusu ile bağlantılı yüksek vakum uygulanan hacme alınır. Dondurulan malzemeye iletim veya kızılötesi radyasyon ile ısı geçişi sağlanır. Bu esnada uçucu element genellikle su süblimleşir ve yoğuşur, ya da nem alıcı madde tarafından absorplanır. Dondurarak kurutma genellikle -l0 C ile -40 C arasında uygulanır. Dondurarak kurutma pahalı ve yavaş yürüyen bir işlemdir, ısıya duyarlı malzemeler için uygundur.
Uygulanan Kurutma Yöntemleri Çalışma basıncına göre; Vakumda Kurutma Vakumdan kurutma düşük basınçlarda suyun düşük sıcaklıklarda(buharlaşması) kaynaması gibi avantaja sahiptir. Kağıt sanayiinde kısmen uygulanmaktadır. Hareketli titreşimli; Karıştırmalı Yatakta Kurutma Titreşimli raf veya konveyör kullanılarak malzemenin sürekli ve belli aralıklarla titreştirilmesi sonucu üniform bir kuruma elde edilir. Aynı sonuç delikli raf veya konveyör üzerindeki yatağın kısmı akışkanlaştırılması ile deelde edilir. Tahıl kurutulması için uygundur.
Uygulanan Kurutma Yöntemleri Kurutma Ortamına göre; Kızgın Buhar Atmosferinde Kurutma Bir malzemenin kurutulmasında hava veya diğer gazlar kullanıldığında, uzaklaştırılan nem buharları kitlesel gaz akımına ulaşana dek durgun bir gaz filminde difüzlenir. Bu filmin kütle transferine direnci büyük olduğundan, kuruma hızı nem buharının difüzyon hızına bağlı olur. Kurutma ortamı olarak nem buharı kullanılırsa buhar fazındaki kütle transfer direnci önlenir ve kurutma hızı sadece ısı transfer hızına bağlı olur. Nem buharındaki kuruma hızları, kurutma ortamı olarak havanın kullanıldığı durumlara göre daha büyüktür. Bu yöntemde verim daha yüksektir ve nemin geri kazanımı da kolaydır. Ayrıca kurutma ortamı olarak havanın kullanıldığı durumlarda görülen oksidasyon ve diğer tepkimeler söz konusu değildir. Ancak yüksek sıcaklık nedeniyle ısıya duyarlı malzemelere uygulanması sakıncalıdır. Ticari olarak örnekler tekstil ve kimya sanayilerinde görülmektedir.
Kurutucu Tipleri Ürünlerinin kurutulmasında kullanılan kurutucular, kurutulacak ürün tipine ve uygulanacak kurutma yöntemine bağlı olarak farklı gruplara ayrılmaktadırlar. Sanayi ürünlerinin, gıda (sebze, meyve) ve bunlardan üretilen ikincil ürünlerin kurutulmasında kullanılan kurutucular genel olarak; kabin tipi, arabalı tünel tipi, sonsuz bantlı tünel tipi, dönen silindirik tip, akışkan yatak tipi, valsli, vakumlu, püskürtmeli tip kurutucular şeklinde sıralanabilir.
Kurutucu tipleri Tünel tipi kurutucu Dönel silindirik kurutucu Püskürtmeli kurutucu Bantlı tip kurutucu Merdaneli tip kurutucu Akışkan yataklı kurutucu
Kurutucu Tipleri Tünel Kurutucu Sürekli veya yarı sürekli olarak çalıştırılan tünel kurutucu modifiye edilmiş kompartıman kurutucudur. Kurutma ortamı olarak kullanılan sıcak hava yanma gazları fan yardımıyla sistemde dolaştırılır. Malzeme raf veya bantlar üzerinde kurutulur. Hava akımı, malzeme ile paralel zıt akışlı veya her ikisinin birlikte uygulaması olarak sistemden geçirilir. Kurutucuda havanın tekrar ısıtılması veya tekrar dolanım ile sistemden çıkmadan önce daha fazla nem alması sağlanabilir. Tünel kurutucularda değişik hava hız ve yönü, sıcaklık, nem uygulamaları mümkündür. Giriş ve çıkışta sıcak hava kayıplarını önlemek için gereken önlemler alınmalıdır.
Kurutucu Tipleri Püskürtmeli Kurutucular Püskürtmeli kurutucular genellikle süt tozu, kahve, sabun ve deterjan üretiminde kullanılır. Kurutulan ürünler uniformdur ve kuruma süreleri (5 ile l5 saniye arasında) değişir. Bu sistemlerde sıcak kurutma ortamına, malzeme bir püskürtücü yardımıyla gönderilir. Giriş gaz sıcaklığı 93 C ile760 C arasında değişir. Isıl verimlilik kurutma ortamı giriş sıcaklığı ile arttığından, yüksek sıcaklıklar tercih edilir. Kuruma süresinin çok kısa olması nedeniyle ısıya duyarlı malzemelerin kurutulması için de uygundur. Kurutma ortamı, besleme akımı ile paralel veya zıt yönde sistemden geçirilebilir. Çıkış gazı ile sürüklenebilen toz halindeki malzeme siklon seperatör veya torba filtrelerde tutulur. Ürünün son nemliliği çıkış gaz akımın sıcaklık ve nemi ile kontrol edilir. Ortalama tanecik çapı, kuruma süresi, sistem hacmi, giriş ve çıkış sıcaklıkları ile ilgili deneysel eşitlikler ile ilgili literatürden sağlanabilir.
Kurutucu Tipleri Dönel Kurutucular Kurutucu ısıtılması direkt veya indirekt olacağı gibi hava akımı paralel veya zıt akışlı olabilir.
Kurutucu Tipleri Akışkan Yatakta Kurutma Akışkan yatakta tanecik yapısındaki maddeler arasından kurutma ortamı gaz akımı geçirilir. Gaz hızı çok dikkatli ayarlanmalıdır. Toz veya taneli yapıdaki kurutucular malzeme ile akışkanlaştırma gazı arasında temas çok iyi olduğundan, kurutma havası ve tanecikler arasında ısı transferi de etkin şekilde gerçekleşir. Otomatik yükleme ve boşaltmanın mümkün olduğu bu sistemin en önemli avantajı kurutma işlemi kısa sürede tamamlanmasıdır. Akışkanyatak başlıca kömür, kireçtaşı, fosfat, plastik ilaç tabletleri kurutulması için uygundur.
Kurutucu Tipleri Flaş Kurutma Flaş kurutmada çok küçük yapıdaki malzeme sıcak gaz akımında dağıtılmıştır. Pigment, sentetik, reçine, gıda ürünleri, kağıt üretiminde uygulama örnekler vardır.
Kurutucu Tipleri Kabin ve Kompartıman Kurutucular Bu tip kurutucularda kurutulacak malzeme temas yüzeyini arttıracak şekilde raflara serilir. Eğer kurutulma olan ürünün içerdiği nem buharı patlayıcı-yanıcı özellikte ise kurutma işleminin başında veya yüksek hızda buharlaşmanın gözlendiği anlarda çıkış havasının tamamı sisteme geri gönderilmeden dışarı verilmelidir. Normal çalışma koşullarında ise çıkış havasının bir bölümünü sisteme geri göndermek ekonomik biryöntemdir.
Kurutucu seçiminde göz önünde bulundurulması gereken parametreler Ürün tipi Ürün boyutu Sıcaklık Isıya Duyarlılık Kurutma zamanı Hijyen (Mikrobiyolojik faaliyetler) Maliyet
Kurutucu Seçiminde Ele Alınması Gereken Önemli Faktörler Kurutulacak malzemenin özellikleri -Ürünün fiziksel özellikleri - Korozyon etkisi - Tutuşabilirliği - Zehirlilik - Parça büyüklüğü
Kurutucu Seçiminde Ele Alınması Gereken Önemli Faktörler Malzemenin kuruma özellikleri Nemin tipi ( bağlı nem, bağsız nem veya her ikisi) Başlangıç nem miktarı Son nem miktarı (en çok) İzin verilen kurutma sıcaklığı Kuruma zamanı Malzemenin kurutucuya ve kurutucudan akışı Birim zamanda kütlesel debiler Sürekli veya kesikli işlem Kurutma öncesi ve sonrası işlemler
Kurutucu Seçiminde Ele Alınması Gereken Önemli Faktörler Ürün Kalitesi - Büzülme - Ürün bileşimi - Ürün sıcaklığı - Rengi - Yoğunluğu - Bulaşma - Son nem miktarının kararlı dağılışı
Kurutucu Seçiminde Ele Alınması Gereken Önemli Faktörler Mevcut imkanlar - Hacim - Havanın sıcaklık nem ve temizliği - Mevcut yakıtlar - Mevcut elektrik gücü - İzin verilen gürültü, titreşim, toz veya ısı kaybı -Islak ürün beslemenin tipi -Egzoz gazları