Uploaded by Nedim BAŞAR

Defeko-karbonatlama şerbet arıtımı

advertisement
DEFEKO-KARBONASYON ARITIM SİSTEMİ
Defeko, şerbete aynı anda kireçleme ve karbonatlama eylemini ifade etmek için şeker
teknolojisinde kullanılan durultma için bir kısaltmadır. Defeko-karbonasyon yönteminde (kireç gazlama
yöntemi), klasik arıtma yönteminin aksine, hem kireçleme (şerbete kireç ekleme) ve karbonasyon
(şerbete CO2 ekleyerek) aynı anda gerçekleştirilir. Kireç meyve suyuna aşamalı olarak (yavaş ve sabit
bir oranda) eklenir ve karbonasyon gazı sürekli uygulanır. Bazı defeko-karbonasyon sistemleri (örneğin,
BMA sistemi) ayrı bir ön kireçlemeye sahiptir. Diğer sistemlerde (örn. Dorr sistemi), üç ön hazırlık
bölümü olan ön kireçleme,birinci kireçleme ve birinci karbonatlama işlemi tek bir birimde gerçekleşir.
Defeco yönteminin klasik yönteme göre avantajları aşağıdaki gibidir:
■ Farklı kalitede pancarları (düşük saflıkta ve hasarlı pancarlar dahil) verimli bir şekilde işler.
■ Daha iyi çökebilirlik, filtrelenebilirlik ve absorblanabilirlik ile bir çökelti üretir.
■ Daha düşük ekipman maliyeti vardır ve daha az yer gerektirir.
■ Daha yüksek saflıkta meyve suyu üretir.
*Klasik arıtmalı bazı şeker fabrikaları, ilk karbonatlama tanklarını kireç ilavesi ve şerbet devirdaim
ekipmanı ile donatmıştır. Bu fabrikalarda, ön kireçleme ve ana kireçleme işlemleri yapılmayabilir,
gerekirse süreç defeco-karbonasyon olarak değiştirilir.
Defeko ve klasik saflaştırma arasındaki iki ana fark şunlardır:
■ Defeco yönteminde büyük bir resirkülasyon (gelen şerbette % 700'e kadar) kireçli karbonat şerbet
yer alır. Bu defeco-karbonasyon sırasında, şerbetin sürekli olarak aynı tanka (Benning karbonatörü
kullanılıyorsa) veya iki tank arasında ileri geri pompalandığı anlamına gelir.
■ Tüm defeco-karbonasyon sistemleri, çökeltinin şerbetten ayrılması ve koyulaştırılması için birinci
karbonatlama çamur ayırma ekipmanı (bir arıtıcı veya bir koyulaştırıcı) ile donatılmıştır. Kalın çamurun
bir kısmı (bulamaç veya çamur olarak da adlandırılır) ön kireçlemeye geri döner.
Birinci Karbonatlama Şerbeti Sirkülasyonu
Tüm defeco sistemlerinde, karbonatlanmış (gazlı) şerbetin tamamı ilk karbonatlama işlemi
sırasında sirküle edilir. Standart sirkülasyon oranı % 700'dür (7: 1) ve 5: 1 ila 10: 1 arasında değişebilir.
Sirkülasyon aşağıdaki faydalara sahiptir:
■ Köpürmeyi önler.
■ CO2 kullanımını iyileştirir.
■ Çamurun arıtıcıda durulmasını iyileştirir.
Birinci karbonatlama genellikle iki tankta gerçekleştirilir: A (gazlaştırma tankı) ve B (kireç
tankı).Karbonatlama A tankında gerçekleştirilir; ve B'ye kireç eklenir ve devridaim her iki tank arasında
gerçekleştirilir.
7: 1 sirkülasyonu, karbonatlama tankına eklenen her bir ton şerbet için, kireç tankından gaz tankına 7
ton karbonatlama şerbeti (pompa veya doğal sirkülasyonla) gönderildiği anlamına gelir.
(Not: Bu, birinci karbonatlama tankına giren malzemenin [şerbette] oranıdır, arıtım istasyonuna giren
şerbet değil.) Devridaim oranı (RR) aşağıdaki denklemle hesaplanabilir :
CaO1 = Karbonatlamaya gelen şerbetteki CaO
CaO2 = Gazlaştırma tankını terkeden şerbetteki CaO
CaO3 = Kireçleme tankını terkeden şerbetteki CaO
Buradaki geçerli bir soru, böylesine yüksek bir devridaim oranının neden gerekli olduğudur. Bu soru
bir sonraki örnekle cevaplanabilir.
Verilen:
Ön karbonatlama tankına giren şerbetin alkalinitesi (1) Şerbette % 0.08 CaO
Kireçleme tankından çıkan şerbetin alkalinitesi (2)% 0.09 CaO
Devridaim oranı (RR)% 800
Hesaplama:
İlk karbonatlama şerbetinin alkalinitesi
800 mL geri döndürülmüş şerbet
8 × 0,09 =% 0,72 CaO
900 mL şerbet (800 geri döndürülmüş şerbet ve 100 mL gelen şerbet) içinde dağıtılan ilk
karbonatlama şerbetinin alkalinitesi
Bu alkalilik, birinci karbonatlama şerbeti için gereken alkaliniteye (0.08 ila 0.11 gCaO / 100 mL)
benzer; böyle yüksek bir devridaim olmasaydı elde edilemezdi.
Karbonatlama Çamuru Geri Dönüşümü
Tüm defeko-arıtma sistemlerinde, ilk karbonatlama çamurunun bir kısmı (% 50 ila 60) (arıtıcı veya
koyulaştırıcı filtrelerde birinci karbonatlama bulamacından ayrılan katılar) bir geri dönüşüm akışı olarak
ön kireçlemeye geri döndürülür. Karbonatlama çamurunun geri kalanı daha fazla konsantrasyon için
kek filtrelerine gider (döner tambur filtreler veya filtre presler).
Birinci karbonatlama çamuru yüksek miktarda kalsiyum karbonat içerir. Bazı fabrikalar çamurun birinci
ve ikinci karbonatlamadan birinci kireçlemeye geri dönmesini sağlar. Çamur geri döndürüldüğünde, ön
kireçlenmiş şerbet çok daha yüksek pH'a sahip şerbetle karıştırılır (çamurun pH değeri 10.5 ila 11.0'dır).
Çamuru difüzyon şerbeti ile karıştırmak aşağıdaki faydalara sahiptir:
■ Kireç kullanımını azaltır: Çamur taze kirecin bir kısmını kaplar
■ Pıhtılaşma yeteneğini artırır: Çamur kolloidlerin pıhtılaşmasını iyileştirir
■ Emilim kabiliyetini arttırır: Çamurdaki kireç, şeker dışı maddelerin emilim gücünü arttırmak için
maya görevi görür
■ pH ve alkaliniteyi artırır: Çamur, difüzyon şerbetinin pH'ını yaklaşık 8.5'e ve alkalinitesini 0.08'e
yükseltir;
■ Enerji maliyetini düşürür
Karbonatlama çamurunun birinci karbonatlama şerbetinden ayrılması için iki tip ekipman kullanılır:
■ Durultucular
■ Yoğunlaştırma filtreleri
Bir durultucu ile ayrılmış tipik koyulaştırılmış, birinci karbonatlama çamuru yaklaşık %18 Cao içeriğine
sahip %36 kuru madde (yaklaşık 20 [Be]) konsantrasyonuna sahiptir. Ön kireçlemeye geri döndürülmüş
çamur miktarı, ürünün konsantrasyonuna bağlıdır ve genellikle toplam çamurun% 50 ila 60'ı arasında
değişir, bu da difüzyon şerbeti % 3 ila 6'ya eşittir. Difüzyon şerbetine geri döndürülmüş karbonatlama
çamuru (RCM) miktarı aşağıdaki denklemden hesaplanabilir:
A : Ön kireçlenmiş şerbetteki % CaO
B : Geri döndürülen çamurdaki % CaO
Dorr Arıtma Sistemi
Orijinal Dorr sisteminin bir Benning karbonatörü vardır. Bir Dorr sisteminin aşağıdaki genel açıklaması
yer almaktadır.
İç tank karıştırma ve sirkülasyon tankı görevi görür.
Birincil tank gaz dağıtıcılar ile donatılmıştır böylece ikinci tank kireç tutma bakımından dikkate
alınmayabilir.
Nasıl çalışır :
Şerbet ısıtıcılardan gelen difüzyon şerbeti ve gaz tankından gelen sirkülasyon şerbeti karıştırma
tankının tabanından girer.Akış karıştırma tankında yükselerek gazlama tankının üstüne taşar.Kireç
sütü taşma hattından eklenir böylece karışmaya biraz izin verilmiş olur.Şerbet gaz tankından aşağı
doğru (gaz kabarcıklarının hareket yönüne karşı şekilde) ve deponun altından sirkülasyon pompasına
daha sonra tekrar karıştırma tankına hareket eder.Reaksiyonu tamamlanan birinci karbonatlama
şerbeti pompanın deşarjından geçen bir taşma hattı yoluyla yoğunlaştırıcıya gönderilir.
! Normalde santrifüj tipinde olan sirkülasyon pompası oluşan topakları tahrip etmemelidir.Burası için
ideal pompa tipi düşük hızlı,eksenel akışlı pervane tipi pompadır.
Benning Karbonatlayıcısı
Dorr sistemindeki birinci ve ikinci tankları değiştirerek tasarlanmış tek bir tanktan oluşan
sistemdir.Birinci tank gaz tankına dairesel bir eklenti ile değiştirilir.Bu karıştırma bölümünde
alıkonma süresi geleneksel Dorr birinci tankından biraz daha azdır.
Dorr sisteminde, difüzyon şerbeti aşağıdaki adımlardan geçer:
1. Isıtılmış difüzyon şerbeti (genellikle 70ºC'ye kadar) yedi bölümden oluşan yatay bir ön
kireçlemeye girer. Kireç ve birinci karbonatlama çamurunun bir kısmı, şerbet pH'ını yaklaşık
11'e yükseltmek için ön kireçlemedeki şerbet ile karıştırılır.
2. Şerbet yaklaşık 80ºC'ye ısıtılır.
3. İlk karbonatlama ekipmanının iki tankı vardır: kireçleme ve gazlama. Ön kireçleme şerbeti, gaz
tankından büyük bir devridaim (% 700'e kadar) ile birlikte kireçleme tankının altından
girer.Şerbet yukarı doğru yükselir, tankın tepesinden ayrılır, taze kireç eklenir ve gaz tankının
tepesinden girer. Gaz tankında, şerbet gazla karıştırılır ve devridaim pompası tarafından tekrar
karıştırma tankına pompalanır. Şerbetin büyük kısmı karıştırma tankına geri pompalanır ve
diğer kısmı gaz tankını birinci karbonatlama şerbeti olarak terkeder.
4. Şerbet bir durultucu veya yoğunlaştırma filtresi ile arıtılır.
5. İkinci karbonatlamadan berrak şerbet alınır.
6. Şerbet ikinci karbonatlama filtrelerine gönderilir.
Bazı fabrikalar hala Dorr sistemini orijinal Benning karbonatlayıcı ile kullanıyor. Benning
karbonatlayıcı, büyük bir tankın ortasında küçük bir tanka benzeyen iki bölümlü (karıştırma ve gazlama)
tek bir tanktır. Karıştırma bölümü, gazlama bölümünden 1.5 m daha büyüktür. Daha iyi karıştırma için,
iki bölüm arasındaki boşluk delikli bölmelerle birkaç bölmeye bölünür. Bu sistemde kireç sütü ve gaz
doğrudan karbonatlayıcıya eklenir. Difüzyon şerbeti geri döndürülmüş şerbet borusuna akar.
Karbonatlanmış şerbetin büyük kısmı (gelen şerbette %700'e kadar) karbonatlayıcıyı çevreleyen ara
cekete geri döner. Karbonatlanmış şerbetin küçük kısmı (kireçli ve gazlı şerbet) tankın alt kısmını birinci
karbonatlama şerbeti olarak terkeder.
Dorr 1.Karbonatlamayı etkileyen faktörler :
1) Ph/Alkalinite :
Deneysel çalışmalara göre alkalinite ne kadar yüksek olursa ( belli sınırlar dahilinde) renk,kireç
tuzları,kolloid içeriği ve sulu şerbet kalitesi o kadar iyi olur.Diğer bir yandan düşük alkalinite
aglomeraları büyütecek ve kolay çöken filtrelenebilir çamurlar verecektir.Sonuçta tüm bu
avantajlar göz önüne alındığında çamurun ayrıldığı ünitelerin kapasitesi ve verimine bağlı orta
nokta tercih edilmelidir.Yaygın olarak çalışma noktaları 0,060-0,120 arasında değişmektedir.
2) Sıcaklık :
Birinci karbonatlamada sıcaklığın belli bir noktaya kadar artışı çamurun çökmesi ve filtrasyonu
daha kolay hale getirir.Ancak sulu şerbet kalitesi düşecektir.Pratikte 80-85 ‘ C arası çalışma sıcaklığı
seçikmektedir.
3) Eklenen kireç miktarı :
Steffen fabrikasında kullanılan kireç miktarı serbest değişken değildir,çünkü çalışılan melas
miktarı ile belirlenir.Yani atık suda kaybedilen küçük miktar hariç steffen işleminin gerektirdiği tüm
kireç ilk karbonasyona eklenmelidir.Bu nedenle şekerdışı maddelerin daha fazla olacağı açıktır
böylece steffen metodunda normal bir arıtım istasyonunkinden daha fazla kireç kullanılır.Normal
alkalitelerde kullanılan kireç miktarı arttıkça sulu şerbet kalitesnin daha iyi olduğu
görülmektedir.Fakat sakkarat sütü ilave edildiğinde kireç tuzu miktarında artış söz konusudur.
Kirecin büyük kısmı sadece filtre yardımcısı olarak yararlı olduğundan bazen yeterli arıtım için
çok az kirecin gerekli olduğuna dair yanlış bir düşünce yer almaktadır.Schoenrock tarafından
yapılan çalışmalar bunun sadece pıhtılaşma ve çökelme için gerekli olduğunu göstermiştir.Burada
kireç adsorban olarak görev yapar.Arıtma etkinliği veya kireç miktarı başına gerçekleşen arıtma
miktarı yüksek kireç ilaveleriyla azalır.
Sakkarat sütü ile durultmada 0,130 optimum alkalinitede işlem aynı renkteki sulu şerbet için
0,080 alkalinitedeki kirecin sadece %35,5’ini ve aynı kireç tuzu miktarı için 0,080 alkalinitedeki
kirecin %63’ünü gerektirmiştir.
Kireç sütü ile durultmada 0,100 optimum alkalinitede işlem aynı renk için kirecin %59u ve
0,080 alkalinitede sulu şerbette aynı kireç tuzu miktarı için %74’ünü gerektirir.
Yeterli arıtım için gerekli olan gerçek kireç miktarı esas olarak şekerdışı madde miktarı ve
yapısına göre değişir.
4) Sirkülasyon oranı :
Dorr sisteminde, durultucuda çamurun tatmin edici şekilde çökelmesi birinci karbonatlamada
sirkülasyon olmadan mümkün değildir.
Sirkülasyon oranı ile iki tank arasında sirküle edilen şerbet ile sistemden gönderilen
karbonatlanmış şerbet hacmi oranı ifade edilir.Birincinin hacmi; eritici geri dönüş miktarı,fazla tatlı
su,sakkarat,kireç sütü ve yapılabilecek diğer ilaveler ile ikincisinin hacminden daha
büyüktür.Sirkülasyon oranı 5:1 ile 9:1 arasında olmalıdır.
5) Difüzyon şerbeti yoğunluğu :
Difüzyon şerbeti kuru madde konsantrasyonu artar,operasyon için uygun son alkalinite noktası
da artar.Bu sebeple difüzyon şerbeti yoğunluğunu makul derecede sabit tutmak için özen
gösterilmezse çok değişken kalitede şerbet ortaya çıkar.
Bununla birlikte yoğunluk değişimine rağmen optimum alkalinite korunursa çökelme en
azından kireç tuzları bakımından yüksek yoğunluklarda daha etkili olacaktır.
Bu ve buharlaştırılacak suyun maliyeti göz önüne alındığında difüzyon kayıplarıyla ekonomik
olarak uyumlu olduğu kadar yüksek bir difüzyon şerbeti yoğunluğu sağlamanın avantajlı olduğu
açıktır.
6) Bekletme süresi :
Dikkate alınması gereken iki bekletme süresi vardır.Gaz tankındaki ve karıştırma tankındaki
bekletme süreleri.İki veya daha fazla tank içeren standart kurulumda her tanktaki bekletme süresi
yaklaşık olarak aynı veya her birinde yaklaşık 10 dakikadır.
Benning karbonatlayıcısında gaz tankındaki bekletme süresi normal iki tanklı sistemdekiyle
aynıdır.
Bununla birlikte Benning karbonatlayıcısında birincil/karıştırma bölmesindeki tutma/bekletme
süresi standar iki tanklı sistemin birincil tankından önemli ölçüde daha kısadır.Daha sonraki bazı
Dorr sistem kurulumlarının nispeten daha küçük birincil tanklarla yapılması birincil tankta daha az
bekletme süresinin bir dezavantaj olmadığını doğrulamaktadır.İkinci tanktaki süre yine de 10
dakikadan kısa olmamlıdır.
Download