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.