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 Yığın
Sürekli
Isı enerjisine göre Taşınım, iletim, Işınım, Yüksek frekans, Adyabatik yada adyabatik olmayan Kurutucudaki ürünün
durumu
Hareketsiz
Hareketli, titreşimli,
Çalışma basıncı Vakum
Atmosferik
Kurutma ortamı 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 de elde 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
Akışkan yataklı kurutucu Püskürtmeli kurutucu
Merdaneli tip kurutucu
Dönel silindirik kurutucu Tünel tipi kurutucu
Bantlı tip 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 bir yöntemdir.
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
