ŞEKER ÜRETİM TEKNOLOJİSİ
1.1 Tesis ve Süreçler
Pancardan şeker üretiminde temel süreçler ve kullanılan başlıca makine ve tesisler ile bu tesislerde yapılan işlemler aşağıda özetlenmiştir.
1.2 Meydan Tesisleri
1.2.1 Pancarın Boşaltılması ve Silolanması
Şeker fabrikasına doğrudan çiftçi tarafından getirilen veya tesellüm merkezlerinde çiftçiden alınarak fabrikaya sevk edilen pancar, fabrika meydanındaki kantarlarda tartılır. Toprak firesi tesbit edilir ve meydandaki pancar silolarına boşaltılır.
Fabrikaya gelen pancar 2 şekilde boşaltılır.
a) Otomatik (mekanik) boşaltma ile
b) Basınçlı su ile
Karayolu ile fabrikaya gelen pancar, kamyonun hidrolik sistemle kaldırılan bir platformda belli bir eğime getirilmesi ile boşaltılarak transportlar aracılığıyla silolara sevk edilir. Bu sistemlerde pancardan toprağı ayıracak bir kısım bulunduğundan toprağın fabrikaya girmesi önlenmiş olur. Tesellüm merkezlerinden fabrikaya gelen pancarın bir kısmı da basınçlı su ile fabrika pancar yüzdürme kanallarına boşaltılır.
1.2.2 Pancarın Silolardan Fabrikaya Sevki
Fabrika sahasında iki üç günlük pancarı depolayabilecek siloların yanında, genel sökümden sonraki aylarda işlenecek olan pancarlar tesellüm merkezlerinde veya fabrika sahasından tahsis edilen silolarda depolanır. Silolarda bulunan pancar, yüzdürme kanallarından fabrikaya su ile sevk edilir. Pancar yüzdürme kanalları vasıtasıyla fabrikaya sevk edilen pancar içindeki otlar, kanallar üzerinde bulunan ot tutucuda, taşlar ise taş tutucuda ayrıştırılır.
1.2.3 Pancar Yıkama Makinesi
Taşından, kumundan, toprağından kısmen ayrılan pancar; döner kollu yıkama teknesinde 10-15 dakika döndürülerek yıkanır. Pancar yıkama makinesinde yıkama görevini, hareketli bir mile bağlı olarak dönen aktarıcı, karıştırıcı ve atıcı kollar yerine getirir. Aktarıcı kollar pancarın makine içinde karıştırıcı kollara doğru ilerlemesini sağlar. Karıştırıcı kollar pancarın makine içinde hareketini sağlayarak, çamur ve yabancı maddelerden temizlenmesini, atıcı kollar ise yıkanmış pancarın çıkış helezonuna atılmasını sağlar. Yıkama teknesinin tabanındaki süzgeçten toprak, kum, kuyruk ve taşlar ayrılır. Yıkama işlemi ön yıkama, esas yıkama ve durulamadan ibarettir. Yıkama işleminin amacı pancar ile birlikte fabrikaya gelen taş, çamur ve pancar kuyruğundan pancarı arındırmaktır. Bazı fabrikalarımızda aynı işleve sahip dönel silindir yıkama makineleri bulunmaktadır.
1.3 Ham Fabrika
1.3.1 Pancar Kıyım Makineleri
Kıyım makinelerinde pancar teknolojik değerlere uygun olarak kıyılır. Kıyma işlemi sırasında pancar hücre dokusu bozulmamalıdır. Pancar kıyım makineleri genellikle ekseni üzerinde dikilmiş silindirik bir bunker ve bu eksene dik dönebilen bir pancar kıyma tablasından oluşur. Bu tabla üzerinde bıçak gruplarını taşıyan pancar bıçak kasaları yerleştirilmiştir. Ağırlığı ile bıçaklara gelen pancar dönen bıçaklar vasıtasıyla kıyım haline getirilir. Pancar bıçaklarında kıyılan pancar kıyımları nakil bandında sürekli otomatik kantarda tartılarak haşlama teknesine verilir. Bazı fabrikalarımızda dikey (tambur) tipi kıyım makinaları bulunmaktadır.
1.3.2 Haşlama Teknesi
Haşlama teknesi kule difüzöründen çekilen sirkülasyon şerbeti ile kıyımların karıştırıldığı silindirik bir kazandır. Burada amaç hem ısıtıcıdan geçirilen sirkülasyon şerbeti ile kıyımları ısıtarak difüzör kule ortasında sıcaklığını optimal difüzyon sıcaklığı olan 70-72 oC ye getirmek ve pancarın hücrelerini denatüre ederek şeker çıkışını sağlamak, hem de şerbetle karıştırarak difüzöre pompalanabilir hale getirmektir. Haşlama teknesine verilen şerbetin bir kısmı kıyım giriş tarafındaki alın süzgecinden ham şerbet olarak çekilerek arıtıma verilir.
1.3.3 Difüzör Tesisleri
1.3.3.1 Kule Difüzörü
Kule difüzörü yaklaşık 16 m yüksekliğinde çapı kapasiteye göre 3,30 m ile 5,20 m arasında değişen dikey silindirik bir kazandır. Kazan içinde kıyım taşıyıcı kollar vardır. Haşlama teknesinde pancar kıyımları şerbetle karıştırılarak difüzyon kulesinin alt süzgecinin hemen üzerine basılır. Şekerin ters akım prensibine göre su ile ekstraksiyonu burada gerçekleşir. Difüzyonun orta kısmındaki sıcaklığı 70-72 oC civarındadır. pH sı 5,8 altına düşmemelidir. Difüzyona su ve prese suyu üst kısımdan verilir. Difüzyonun içinde yatayla 30o lik açı yapan kanatlar taşıyan mil vardır. Dönen kanatlar vasıtasıyla kıyımlar kulenin altında tepesine doğru, ham şerbet ise kulenin alt kısmına doğru ilerler. Kulenin üstünden şekeri alınmış yaş pancar posası helezon vasıtasıyla pancar posası preselerine verilir. Kıyımlar düfüzyonu yaklaşık 60-75 dakikada terk eder. Difüzörün alt ve yan süzgeçlerinden alınan sirkülasyon şerbeti haşlama teknesine verilir.
1.3.3.2 D.D.S. Difüzörü
22,5 m boyunda kapasitesine göre 3,7 m-5,5 m genişliğinde yatay eğimli silindirik bir kazandır. İçindeki bir mile bağlı karıştırıcı ve itici helezon vardır. Difüzör ters akım prensibine göre çalışır. Şekeri alınmış kıyım (pancar posası) çıkışından, sıcak su ve prese suyu 70-75 ºC da girer. Kıyım baş taraftan girer. Kıyım içindeki şekeri çözen sıcak su ve prese suyu difüzörün kıyım giriş tarafındaki süzgeçten ham şerbet olarak sistemden çıkar.
1.3.4 Birinci Kireçleme
Birinci Kireçlemede amaç, ham şerbetteki şeker dışı maddeleri, kademeli olarak pH 11’e getirerek çöktürmektir. Difüzyondan alınan şerbetin kuru maddesi %12-17 şeker yüzdesi 11-15 ve arılığı yaklaşık 84-89 civarındadır. I. Kireçleme altı bölmeli, U kesitinde tabandan biraz yüksekte olan levhalarla bölünmüştür. Bu levhaların üst kısmında hareket edebilir kanatlar mevcuttur. Bu levhalarla bölümler arasındaki şerbet geçiş hızı arttırılıp azaltılabilir. Tekneyi baştan başa kateden bir mil ve üzerinde her bölmeye ait kanatlar vardır. Teknenin bir ucundan ham şerbet verilerek bölmeden bölmeye ilerlerken, diğer ucundan alttan verilen kireç sütü [Ca(OH)2] sabit kanatların altından ters istikamette ilerleyerek ham şerbete karışır. I. Kireçelme pancara göre %0,2 CaO kapsar ve kireçleme süresi 20 dakika, sıcaklığı 65 oC, son bölmenin pH sı ise 11 civarındadır. I.Kireçlemenin 3.bölmesine çökmeyi hızlandırıcı bir miktar (pancara göre %20) I.Karbonatlama şerbeti verilir.
1.3.5 İkinci Kireçleme
Birinci kireçleme sonunda şeker dışı maddeler pıhtılaşmış ve süzülmeye hazır hale gelmiştir. Sıcaklık 86-88 ºC, p.g.% CaO miktarı 1.2, pH sı 12.6, süre ise 10-15 dakikadır. II. Kireçlemede amaç şerbet içindeki invert şekeri parçalamak ve bakteri faaliyetini durdurmaktır.
1.3.6 Birinci Karbonatlama
I.ve II. Kireçlemeden geçen ham şerbet 80-82 oC de I.Karbonatlamaya gelir. Karbonatlama kazanı silindirik bir kuleye benzemekte olup, ters akım prensibine göre çalışmaktadır. Kireçlenmiş şerbet üstten, karbondioksit gazı ise alt kısımdan verilir. Çökme işlemi tamamlanmış şerbet karbonatlama kazanının alt kısmından alınır. Karbonatlama için gerekli olan CO2 gazı kireç ocağından kirecin yanması ile elde edilir. I.Karbonatlamaya pH sı 12 olarak gelen kireçli şerbet I.Karbonatlamayı 10,8-11,2 arasındaki pH da terk eder.
I.Karbonatlama çamurlu şerbeti dekantörde çöktürülür. Dekantörler yoğunluk farkı dolayısıyla çamur parçacıklarının dibe çökmesi ilkesine dayanır. Dekantörün üstünde berrak şerbet altında çamur birikir. Dekantör çamuru pompa vasıtasıyla pres filtrelere veya döner filtrelere gönderilerek şerbet çamurundan ayrılır. Dekantörün üstündeki berrak şerbet I.GP filtrelerine pompa ile basılır ve süzülür, süzülen bu iki şerbet ısıtıcılara gitmeden birleştirilir. Isıtıcılarda 94-96 oC ye kadar ısıtılan şerbet II.Karbonatlamaya basılır.
1.3.7 İkinci Karbonatlama
Filtre edilen I. Karbonatlama şerbeti, içindeki kalan kireci de alabilmek için II. karbonatlamaya tabi tutulur. II. Karbonatlama kazanı I. Karbonatlama kazanı gibi çalışır. Sıcaklık 92-95 ºC civarındadır, şerbet 2.GP filtrelerinden süzülerek sulu şerbet elde edilir. Sulu şerbetin kuru maddesi %12-15 arasındadır. Rengi açık sarı ve berraktır.
1.3.8 Buharlaştırıcılar
Sulu şerbetin koyulaştırıldığı istasyondur. Buharlaştırma aparatları buhar kamarası, şerbet kamarası ve şerbet buharı kamarasından ibarettir. Şerbet buharlaştırıcıya alttan girer, buhar kamarası içinden geçen boruların dışındaki ısıtma buharının etkisiyle buharlaşarak yükselir ve ısıtma kamarasının tam ortasındaki sirkülasyon borusundan tekrar aşağı inerek diğer buharlaştırıcıya geçer. Brüde olarak adlandırılan şerbet buharı ise, aparatın üstünden alınır ve diğer buharlaştırıcının buhar kamarasına verilir. Beş kademeli buharlaştırıcıların beşinci buharlaştırıcısı üstten kondensere bağlıdır. Böylece tüm buharlaştırıcılarda kademeli olarak basınç düşürülmüş ve şerbetin kaynaması kolaylaştırılmış ve buharlaştırıcılardaki yüksek sıcaklık nedeniyle sakaroz parçalanması önlenmiş olur.
5. Buharlaştırıcıdan alınan şerbete koyu şerbet denir. Koyu şerbetin kuru maddesi 60-65, arılığı sulu şerbetten bir birim daha fazla, koyu sarı ile açık kahverengi arası, renkli, viskoz bir şeker çözeltisidir. Koyu şerbet pişirime elverişli hale geldiği için artık rafineriye gönderilir.
Ham fabrikadaki tesislerin bir kısmında sistemi otomatik olarak çalıştıracak kontrol düzengeçleri vardır.
1.4 Rafineri
1.4.1 Basınçlı Filtreler
Rafineride ilk işlem %60-65 kuru maddeli koyu şerbetin süzülmesidir. Bu işlem için basınçlı filtreler kullanılmaktadır. Basınçlı filtre delikli silindirik elemanlar üzerine bez takılmış kapalı silindirik bir aparattır. Üzerleri bez kaplanmış süzme elemanları süzmeden önce kaplama maddesi perlit ile sıvanır ve daha sonra filtre yardımcı maddesi (perlit) katılmış koyu şerbet bu elemanlardan süzülür. Şerbet yandan aparata verilir. Silindirik süzme elemanlarının içinden geçerek üstten temiz olarak alınır. Kirli şerbet tarafında basıncın yükselmesi, temiz şerbet debisinin düşmesi filtre süzme alanının tıkandığını (kirlendiğini) gösterir. Süzme bitirilip, kirlenen süzme elemanları şerbet akışı yönünün tersinden hava-su verilerek yıkanıp temizlenir. Basınçlı filtrelerin süzme yüzeyleri 45 m², her m² için kullanılacak filtre yardımcı maddesi perlit ise 0.6 kg dır.
Şeker Pişirimi – Kristal Lapa Pişirimi
Kristalizasyon işlemi; vakum altında çalışan ve bir buhar kamarası aracılığıyla ısıtılan, dikey silindir kazanlarda yapılır. Kazanların ısıtma yüzeyleri 280 m², çapları 4,2 metre ve 60 ton lapa üretimi yapacak şekilde tasarlanmışlardır. Pişirim aparatı şu ana kısımlardan oluşur.
1. Şurup kamarası
2. Buhar kamarası
3. Mekanik karıştırıcı
Pişirim başlangıcında önce buhar kamarasının üstüne kadar pişirim için gerekli şurup çekilir ve buharlaştırılarak aşırı doygun hale gelinceye kadar koyulaştırılır. Aşırı doygun şuruba pudra şekeri maya olarak verilerek kristal taneleri oluşturulur ve koyulaştırmaya devam edilerek bu taneler büyütülür. Pişirim süresince lapa sürekli karıştırılır. Lapanın kuru maddesi % 92-94 e gelince pişirime son verilip, aparatın alt kapağı açılarak lapa refrijerantlara alınır. Kristal lapa pişirimi için 3. buharlaştırıcının şerbet buharı kullanılır. Pişirim cihazlarında vakum, çıkan brüdenin (şerbet buharı) kondenser denilen cihazlarda soğuk su ile yoğunlaştırılması ile elde edilir. Pişirim otomasyonu olan fabrikalarımızda bütün bu işlemler seviye ve kuru madde parametrelerine tabi olarak bilgisayar destekli otomasyon sistemi vasıtasıyla gerçekleştirilir.
1.4.3 Kristal Lapa Refrijerantları
Kristal şeker lapası refrijerantlara alınır. Refrijerantlar çapları 2,5 metre, boyları 9 metre olan U şeklinde teknelerdir. Refrijerantlardaki lapa santrifüjlerin ihtiyacı kadar bir debi ile, santrifüjlere işlenmek üzere sevk edilir. Tekneye alınan lapa donmaması için sürekli karıştırılır.
1.4.4 Santrifüjler (kristal şeker)
Kristal lapa içindeki sakaroz kristallerinin ayrılması işlemi santrifüjlerde yapılır. Santrifüj üstten bir motorla çevrilen etrafı delikli levhayla kaplı silindirik yapıya sahiptir. Lapa santrifüjlendiğinde kristaller silindirin içinde kalırken şurup dışındaki gövdeye savrulur ve buradan depoya gönderilir. Şurubu ayrılan şeker kristalleri su ve buhar püskürtülerek yıkanır ve kurutma ünitesine gönderilir.
1.4.5 Orta Şeker Lapası Pişirimi
Bu pişirim kristal lapa şurupları ile yapılır. Sürekli santrifüjler kullanılmaktadır. Santrifüjden çıkan orta şeker, standart şurup hazırlama teknesinde koyu şerbetle eritilerek, standart şurup elde edilir.
1.4.6 Son Şeker Lapası Pişirimi ve Soğutma Kristalizasyonu
Orta şekerin şurupları son şeker pişirim aparatına alınır. Son şekerde pişirim süreleri kristal ve orta şekere göre çok daha uzundur. Son şeker refrijerantlarına indirilen lapanın şurubunda kalan şekerin bir kısma da, lapanın bu refrijerantlarda 25-35 saat soğutulması ile kazanılır. Sürekli santrifüjlerde ayrılan şeker, orta şekerle birlikte eritilerek kristal lapa pişiriminde kullanılır. Ayrılan şurup ise melas olarak isimlendirilir. Bu şurupta hala %50 oranında şeker vardır. Ancak, bu şekeri kazanmak için tekrar pişirim yapmak ekonomik değildir. Melas etil alkol, maya, sitrik asit üretiminde ve yem sanayiinde kullanılan bir yan üründür.
Fabrikalarımızın bir kısmında son şekerde soğutma kristalizasyonu dik refrijerantlarda yapılmaktadır.
1.4.7 Şekerin Kurutulması ve Ambalajlanması
Santrifüjlerden çıkan şeker kurutma ünitesine nakledilir. Karıştırılarak sıcak hava ile kurutulan şeker soğutularak kristal şeker bunkerine gider. Kristal şeker depoya girmeden önce elenir. Artık kristal şeker elde edilmiş olup, ambalajlama işlemine hazırdır. Bunkerin alt kısmında hassas kantarda tartılır, 50 kg lık polipropilen torbalara konarak ambara sevk edilir ve ambardan satışa sunulur.
Küp Şeker Üretimi
Erzincan ve Erzurum Şeker Fabrikalarımızda bulunan küp şeker tesislerinde özel olarak imal edilen kristal şekerden üretilen küp şeker müşteri talebine göre ambalajlanarak satışa sunulur.
1.6 Enerji Üretimi ve Diğer Yan Tesisler
Yan tesislerden en önemlileri; kireç ocağı, buhar kazanı ve türbin dairesidir.
1.6.1 Kireç Ocağı ve Kireç Üretimi
Arıtımda kullanılan kireç fabrika sahasındaki kireç ocaklarında üretilir. Dikey bir silindir şeklinde olan kireç ocağına üstten kireç taşı ve kok karışımı verilir. Ocak içinde yanan kok, kireç taşını 1000-1100 ºC ye ısıtarak, kireç ve karbondiokside ayrışmasını sağlar. Kireç su ile söndürülerek, şerbet arıtımında kullanılmak üzere, kireç sütü hazırlanır. Ocağın üst bölümünden çekilen CO2 ise arıtımda kullanılan kirecin fazlasının çöktürülmesinde kullanılır.
1.6.2 Buhar Kazanları
Şeker üretim prosesinde kullanılan ısı ve elektrik enerjisi fabrika içerisinde yer alan kazan ve türbin dairesinden oluşan tesislerden elde edilir. Şeker fabrikalarında yüksek basınçlı kızgın buhar üreten kazanlar kullanılmaktadır. Fabrikanın pancar işleme kapasitesine göre kazan özellikleri belirlenir. Kazanlarda yakıt olarak kömür, fueloil ve doğal gaz kullanılmaktadır. T.Ş.F.A.Ş. ye bağlı şeker fabrikalarında fabrika ihtiyacına göre 10-100 t/h arasında buhar üreten çeşitli kazanlar kullanılmaktadır. Kazanlardan elde edilen yüksek basınçtaki buhar türbinden geçirilerek fabrikanın kullanacağı elektrik enerjisi elde edilir.
1.6.3 Buhar Türbinleri
Şeker fabrikalarında üretim teknolojisi gereği hiç durmadan (nonstop) çalışılması zorunluluğundan dolayı kullanılan tüm elektrik enerjisi, buhar kazanlarından elde edilen 17-40 bar ve 380 ºC – 400 ºC deki sağlam buharla çalışan buhar türbinlerine bağlı 1400-6400 KW’lık jeneratörlerden elde edilir. Elektrik enerjisinde kullanılan sağlam buhar daha sonra retür (çürük) buhar olarak işletmede kullanılır.
Şeker Üretimi - ŞEKER ÜRETİM TEKNOLOJİSİ
