1. KURULUŞUN TANIMI 1.1. Türkiye Şeker Sanayisi’nin Kuruluşu Günümüzde şeker pancarı ve şeker kamışından yaygın bir biçimde üretilen şeker, tarihin çok eski çağlarından beri insanlar tarafından kullanılan gıda maddelerinden biridir. Şekerin dünya ekonomisindeki önemi, insanin beslenmesinde temel enerji kaynağı olmasından ve çeşitli amaçlar için ham madde olarak kullanılmasından ileri gelmektedir. Dünya şeker üretiminin hemen hemen hepsi şeker kamışı ile şeker pancarından yapılmaktadır. Ancak ülkemizdeki tüm fabrikalarda ham madde olarak şeker pancarı kullanılmaktadır. Beyaz pancarın ısıtılmasıyla tatlı bir şurup elde edildiği ilk kez XVI. yüzyılda Fransa'da belirlenmiştir. Ancak pancardan şeker çıkarılması yönünde çalışmalar ilk kez XVIII. yüzyıl ortalarında Almanya'da başlatılmıştır. Nihayet XIX. yüzyıl başında şeker pancarından şeker çıkaran ilk fabrikalar Almanya, Fransa ve Rusya'da kurulmaya başlanmıştır. Bu arada şeker pancarının ıslahı yönünde de büyük ilerlemeler kaydedilerek şeker yüzdesinin yükseltilmesinin gerçekleştirilmesi ile pancardan şeker üretme sanayi XIX. yüzyıl sonlarında hızla gelişmeye ve yayılmaya başlamıştır. Bu gelişmeler ülkemizde de etkisini göstermiştir ve bu amaçla İstanbul, Trakya ve İzmir yörelerinde şeker fabrikası kurmak için imtiyazlar alınmış olduğu, ancak, gerek tarım gerekse endüstri alanındaki bilgi noksanlıkları ve kapitülasyonlar nedeniyle bu girişimlerin başarısızlıkla sonuçlandığı bildirilmektedir. Türkiye'de şeker sanayi kurma fikri 1842 yılında doğmuş olup, çeşitli nedenlerden ötürü gerçekleşmemiştir. Kurtuluş savaşının kazanılmasından sonra Uşak'ta Nuri Şeker'in öncülüğünde 51 kişilik bir kurucu heyet tarafından 600.000 TL. sermaye ile kurulan şirket, Uşak Şeker Fabrikasının Temelini 6.12.1925 tarihinde atmıştır. 14.06.25 tarihinde Alpullu 01.02.1933 tarihinde Eskişehir, 19.10.1934 tarihinde Turhal Şeker Fabrikaları ilk kurulan fabrikalardır.
1
Şeker Sanayi 1953 yılında Adapazarı, 1954 yılında Konya, Amasya ve Kütahya, 1955 yılında susurluk, Burdur ve Kayseri, 1956 yılında da Erzurum, Erzincan, Elazığ ve Malatya Şeker Fabrikalarım işletmeye açarak ülkeye programlı bir çalışma örneği vermiştir. Daha sonra Ankara Şeker Fabrikası 1962, Kastamonu Şeker Fabrikası da 1963 yılında hizmete açılmıştır. 1975 yılında Afyon ve sırasıyla Ilgın, Muş, Bor, Ağrı, Elbistan, Erciş, Ereğli ve Çarşamba şeker fabrikaları kurularak işletmeye alınmıştır. Sorgun , Kırşehir ve Kars şeker fabrikalarının temeli 1990 yılında atılmıştır. Çorum şeker fabrikasının da 19 Temmuz 1987 yılında temeli atılmış olup 4 Ekim 1991 tarihinde üretime başlamıştır[1,2]. 1.2. Ankara Şeker Fabrikası Ankara Şeker Fabrikası’nın montajına 20.10.1961 tarihinde başlanmıştır. 20.9.1962 tarihleri arasında soğuk ve sıcak denemeleri yapılarak 15.10.1962 tarihinde deneme kampanyasına girilmiştir. Deneme kampanyası 40 ½ gün sürmüş ve toplam 41600 ton pancar işlenerek 5558 ton kristal şeker üretilmiştir. Fabrikanın kuruluş kapasitesi 1200 ton/gün’dür. Zamanla pancar ekiminin artması ve daha ekonomik şeker üretebilme ihtiyacının doğması nedeniyle 1985 yılında yapılan tevziat sonucunda fabrikanın pancar işleme kapasitesi 3500 ton/gün’e çıkarılmıştır. Fabrikanın pancar ekim sahası Genel Müdürlükçe verilen iş programına bağlı olarak değişmektedir. 1998 yılında fabrikanın bölgelerinde 170 000 dekat sahayapancar ekimi yapılacağı hesap edilmiştir. 1962 yılında 2 adet 1260 KW’lık karşı basınçlı türbinle devreye giren fabrika daha sonra 6320 KW’lık Simens marka türbinin de devreye girmesiyle türbinlerin toplam gücü 8840 KW’a yükseltilmiştir. Fabrikada 2 adet 20 ton/h’lık Borsig marka, bir adet de 50 ton/h’lık VKW buhar kazanı mevcuttur. 1992 yılına kadar yapılan dönüşümle doğalgazla çalışır hale getirilmiştir. Ayrıca alternatif yakıt olarak özel yakıt da kullanılabilmektedir. Ankara Şeker Fabrikası’nın toplam arazisi 4215423 m2 olup, bu arazi içerisinde Şeker Fabrikası, Makine Fabrikası, Tohum İşleme Fabrikası, E.M.A.F., Şeker Enstitüsü, Eğitim Dairesi Başkanlığı ve Teftiş Kurulu Başkanlığı vardır. Ayrıca fabrikanın arazisi içerisinde 2
ilkokul, ortaokul, lise, kapalı spor salonu, tenis sahası, futbol sahası, misafirhaneler, lojmanlar, cami, kreş, lokanta ve sinema salonu gibi sosyal tesisler yer almaktadır[1].
Şekil 1. Ankara Şeker Fabrikası 1.3. Ürün Sayısı, Üretim Şekilleri ve Ürünlerin Teknik Özellikleri 2009/2010 kampanya döneminde günde 3873
ton, toplamda 421.000 ton pancar
işlenmiştir. Bundan 62.550 ton kristal şeker, 17.720 ton melas ( % 50 polar şekerli) elde edilmiştir. Geri kalan kısmı hayvan yemi olarak kullanılmıştır. Şeker fabrikasının yan ürünleri olarak pancar toprağı, pancar baş ve yaprakları, pancar kuyruğu, küspe, küspe suyu, filtre pres ve döner filtre çamuru, melas sayılabilir. Şeker pancarının % 90,1’i usare, % 5’i kuru posa, % 5‘i posadaki kolloid sudur. Posanın % 50‘sini pektin, % 25’ini selüloz ve % 25’ini de pentosan, protein ve tuzlar oluşturur. Pancardan elde edilen taze usarenin bileşiminde % 18,0 sakaroz, % 0,15 invert şeker, % 0,01 rafinoz, % 0,2 bitkisel asitler, % 0,5 protein, pepton ve aminoasitler, % 0,14 inorganik tuzlar (K+, P04-3), eser miktarda saponinler bulunur. Usarenin % 81’i sudur. Sakarozun erime noktası 160 °C’dir. Soğukta ağırlığının 1/3 ü kadar suda çözünür ( 30 g sakaroz, 10 gram suda çözünür). 190 °C ye ısıtıldığında rengi sarı- kahverengi olur. Buna "karamelizasyon" denir. Oluşan kütle karameldir. İnvert şeker balda bulunur. Kristalleşmediği 3
için sakarozun invert şekere dönüşmesi istenmez. Sakarozun parçalanmasıyla oluşan glukoz ve fruktoz karışımına "invert şeker" denir. Pektin, pentos ve galaktronik asit moleküllerinden oluşmuş yüksek moleküllü polisakarittir. Kaynar suda çözünür, soğukta jel haline dönüşür. Rafinoz bir trisakarittir. Selüloz ise glikoz molekülünden oluşmuş bir polisakarittir[1,3]. 1.4. Kullanılan Ana Ham Maddeler ve Bu Maddelerin Sağlandığı Kaynaklar Şeker üretiminde ham madde olarak ülkemizde de üretilen şeker pancarı kullanılır. Şeker pancarı diğer pancarlardan farklıdır, daha büyüktür, rengi beyazdır. İçerdiği şeker bakımından dünyanın büyük bir bölümünde çok değerli bir üründür. Şeker pancarı özel bir kültür ve yetiştirme ile yabani pancardan elde edilmiş bulunan ve dünyamızın mutedil iklimli mıntıkalarında yetişen, bol şeker ihtiva eden bir bitkidir. Pancarın diğer türleri olan hayvan pancarı, kırmızı pancar, beyaz pancar ve diğerleri gibi şeker pancarı da Akdeniz ve Atlantik denizi sahil memleketleri bitkisi olan ve halen oralarda bulunan yabani sahil pancarından sağlanmaktadır. Şeker pancarı iki yıllık bir bitkidir ve ilkbaharda ekilir. Birinci yıl tohumdan kök ve yapraklar çıkar. Bitkinin kışı geçirmesine müsaade edilirse ikinci yıl, 1,5-2 m yüksekliğinde saplar, küçük yapraklar, çiçek ve sonunda tohum elde edilir. Şeker fabrikasyonu için gerekli olan şeker pancarının birinci yıl oluşan köküdür. Kökü rendelenip sıkılmak veya sıcakla haşlanmak suretiyle kendisinden elde edilen tatlı usarenin koyulaştırılması ile bildiğimiz şeker istihsal edilir. Yurdumuzda şeker pancarı 57 ilimizde ekilmektedir. Şeker pancarı tarımı yurdumuzda deniz seviyesine yakın bölgelerden 1750 m yükseklikteki Erzurum merkez bölgesine kadar uygun olan her yerde yapılmaktadır[1,2,3]. 1.5. Ürünlerin Ana Tüketici veya Tüketici Kuruluşları Ankara Şeker Fabrikası Türkiye de bulunan diğer şeker fabrikaları gibi Türkiye'nin şeker ihtiyacını karşılamaktadır. Şeker fabrikasının yan ürünlerinden olan pancar toprağı, pancar ile birlikte gelmektedir. Toprak ayırıcısından geçtikten sonra ayrılan toprak, pancar ekicisine verilmektedir. Şeker pancarı küspesinin içerdiği albüminler, hemiselüloz ve selüloz, pektin maddeleri ve şeker, büyük baş hayvanları için çok kıymetli bir yemdir.
4
Yan ürünlerden biri olan döner filtre çamurunun gübre olarak yararlanılması sağlanmaktadır.. Almanya da bazı fabrikalarda döner filtre çamuru özel fırınlarda kurutularak torbalanmakta ve çiftçilere satılmaktadır. Diğer yan ürünlerinden melas çeşitli kullanım sahalarında ya doğrudan doğruya ya da ham madde olarak değerlendirilir. Melas hayvan yemi olarak kullanılabilir. Ayrıca şekersizlendirme işlemiyle şeker elde edilmesinde, fermantasyon işlemiyle alkol, maya, gliserin, süt asidi gibi maddelere ayrılmasında, azot içeren organik şeker dışı maddelerin başında gelen "glutamin asidi" elde edilmesinde kullanılabilir. Şeker, ilaç sanayinde de faydalı bir rol oynayabilmektedir. Bir şeker bileşiği olan "sorbit askorbin asidinin" imalinde dolayısıyla C vitamini istihsalinde kullanılmaktadır[1,3]. 1.6. Kuruluşun Endüstriyel Organizasyon Şema ve Yapısı Ankara Şeker Fabrikası’nın endüstriyel organizasyon şeması Ek 2’de verilmiştir[1]. 1.7. Kuruluştaki Çalışanların Görevleri ve Sayıları Fabrika Müdür Yardımcısı (Teknik) : İşletme biriminin en yetkili amiridir. Mevzuat, şirket yönetmelikleri, yönetim kurulu kararları ve Genel Müdürlük talimatlarına uygun olarak işletmenin teknik ve idari işlerini en rasyonel bir şekilde yönetir. Genel müdürlüğe sunulacak iş programı teklifi için kendi bölümü ile ilgili hususları hazırlar, birimine bağlı işletmelerin bakım ve kampanya dönemlerine ait çalışma programlarını tespit eder. Bununla ilgili şema ve grafik hazırlar, bu programların zamanında yapılıp yapılmadığını kontrol eder, aynı zamanda birimine bağlı personelin mevki ve idari alanda yetişmesi için gerekli çalışmaları yapar. Maliyeti etkileyen teknik faktörleri inceler ve bu faktörlerin maliyet düşürücü yöne çevrilmesi için tedbirleri araştırır, önemli işletme arızalarının sebeplerini ve bu hususta gerekli tedbirlerin alınmasını sağlar. İşletmeyi ilgilendiren konularda gerekli etütleri yapar ve yaptırır. 5
Birimine bağlı işletmelerin daha iyi çalışmasını temin edecek gerekli tadilat ve modernizasyon planlarını hazırlar veya hazırlatarak Fabrika Müdürüne teklifte bulunur. Muhasebe kayıtları ve maliyet hesapları için gerekli bilgi ve bilgileri muhasebe servisine intikal ettirir. Birimine bağlı personelin tayin, nakil, terfi ile izin ve vazife salahiyetleri hakkında fabrika müdürüne teklifte bulunur. Birimi ile ilgili işlerin düzenli bir şekilde yapılabilmesi için birimindeki personel ile ve diğer birimlerle işbirliği kurarak düzenli bir koordinasyon sağlar. İşletme Uzmanı (1 kişi): Birimle ilgili işlerde Fabrika Müdür Yardımcısına ( Teknik ) yardım eder. Fabrika müdür yardımcısından aldığı talimatlar uyarınca birimine ilişkin işleri tanzim sevk ve idare eder. Genel müdürlük talimatlarına göre imza yetkisini kullanır. Fabrika müdür yardımcısının olmadığı zaman yerine vekalet eder, kendi iş alanına giren konularda iş ilişkisi kurar. Fabrika Müdür Yardımcısının ( Teknik ) görevlendirdiği dış temasları yapar ve neticelendirir. Makine Elektrik Şefi (1 kişi): İşletme uzmanının talimatları uyarınca, mevzuat, şirket yönetmelikleri ve talimatlara uygun olarak birimine bağlı kısımların işlerini yürütmek temel görevidir. Birimine bağlı Makinistlik, Elektrik Atölyesi, Kazan Dairesi, Türbin Dairesi, Kantarcılar, Mekanik Atölye, Resim hane gibi tesislerin çalışma esaslarını ve kadrolarını düzenler, kendisine bağlı kısımların bakım ve onarım programlarını hazırlar ve uygulanmasını sağlar. Makine ve tesislerin işletme bakım talimatlarını hazırlar tatbik eder veya ettirir. Bakım onarım için gerekli yedek parça ve malzemelerin iç ve dıştan temini için gerekli hazırlıklar yapar ve bu konudaki siparişleri takip eder. Kampanya içinde ve dışında birimi ile ilgili defter ve kayıtları tutmak ve tutturmak, gerekli raporları hazırlamak ve hazırlatmak işletmede meydana gelecek önemli arızalarda ve olaylarda gerekli tedbirleri almak ve işletme uzmanını haberdar etmek. Üretilen şekerlerin ve ambalajın istenilen evsaf ve gramajda olmasını sağlamak. İşletme birimiyle ilgili makine ve tesislerin, parçaların resim ve şemaların tekniğine uygun olarak hazırlatır ve düzenli bir şekilde saklatır. Yapılması onaylanan her türlü 6
değişiklikleri mevcut plan ve resimler üzerine işletir ve resimlerin mevcut tesisata her an uygun olmasını sağlar. Önemli işletme arızalarının sebeplerini araştırır ve bunların önlenmesi için alınacak tedbirler hakkında teklifte bulunur, kantar ve ölçü aletlerinin revizyon ayar ve damgalarının yapılmasını ve çalışma süresince bu ölçü aletlerini tespit edilen esaslar içerisinde kontrol eder ve ettirir. İşletme Şefi (1 kişi): İşletme uzmanının talimatlarına uygun olarak birimine bağlı kısımların işlerini yürütür. Birimine bağlı fabrika meydan işleri, ham fabrikanın bütün kısımları, kireç üretimi, nakil vasıtaları, küspe kurutma, maniplant ve yardımcıları, rafinerinin maniplant ve yardımcıları, terzi gibi kısımların genel esaslarını düzenler. İşletmenin genel bakım ve onarım programlarını hazırlar ve kurulmasını sağlar. Bakım ve onarım için gerekli parça ve işletme malzemesinin iç ve dıştan temini için gerekli hazırlıkları yapar. Birimi ile ilgili tesislerin işletme ve bakım talimatlarını düzenler, tatbik eder ve ettirir. Tesislerin düzenli ve rasyonel çalışmasını temin için gerekli tedbirleri alır, işletme için gerekli etütleri yapar ve yaptırır. Üretim rantabilite ve kalite konularında, makineleri takip ve uygulama imkanları hakkında teklifte bulunur. Önemli işletme sorunlarını araştırır ve bunların önlenmesi için alınacak tedbirler hakkında teklife bulunur. Fabrikada bulunan ölçü aletlerinin kontrolünü yaptırır, önemli arıza ve olaylarda gerekli tedbirleri alır, üretilen ürün ve ambalajların istenilen evsaf ve gramajda olmasını sağlar
İşletme ve Makine Elektrik Mühendisleri (3 kişi): İşletme Şefi ve Makine Elektrik Şefine bağlı olarak, onlardan aldığı talimatlara uygun olarak biriminde kendine bağlı olan kısımlarda işleri yürütürler. İşletmenin daha verimli çalışması için bağlı olan alt birimlerle koordinasyon sağlayarak tamir, bakım, onarım ve üretim işlerini tekniğine uygun olarak yapmak ve yaptırmak, ürünlerin kalite ve ambalajlanmasının uygunluğunu kontrol etmek görevleri arasındadır. Kısımlar arasındaki organizasyonu sağlayarak üretimi sürekli kılarlar. Fabrikasyon ara kademelerinden alınan numunelerin analiz değerlerinin tekniğe uygun oluşup oluşmadığını kontrol ederler, fabrikasyonda gerekli önlemleri alırlar. İşletmenin daha verimli çalışması için gerekli değişikliğin yapılmasını teklif ederler ve onaylanmış değişiklikleri yaptırırlar[1,3].
Tablo 1. Fabrika Çalışanları; Statüleri ve Toplam sayıları 7
Statü
Sayısı
Mühendis
36
Usta
148
İdari Personel
205
Teknisyen
1
İşçi
596
Toplam
986
Tablo 2. Meydan Amirliği Çalışanları ve Sayıları Meydan Amiri
1
Meydan Amir Yardımcısı
1
Meydancı
3
Silocu
3
Pancar Boşaltma Operatörü
3
Manevracı
3
Makinist Yardımcısı
2
Kireç Ocağı Ustası
1
Kasiyer İşçi
2
Müteferrik İşçi
9
Muvakkat İşçi
53
Dozer Operatörü
3
Tablo 3. Ham Fabrika Çalışanları ve Sayıları Ham Fabrika Maniplantı
1
Maniplant Yardımcıları Yıkamacı
3 2
Pancar Bıçak Ustaları Pancar Bıçak Usta Yardımcısı
2 2
Şerbet Üretim Ustası Difüzyoncu Şerbet Koyulaştırma ve Tasfiye Ustası Usta Yardımcısı Filtreci Kireç Ocağı Ustası
3 1 3 2 2 2 8
Kireç Ocağı Usta Yardımcısı Müteferrik İşçi Muvakkat İşçi Terzihane Kasiyer İşçi Müteferrik İşçi Muvakkat İşçi
3 6 109 1 1 3 105
Tablo 4. Kazan Dairesi Çalışanları ve Sayısı Kazan Dairesi Ustabaşı Kazan Dairesi Ustabaşı Yardımcısı Kazan Tamir Ustası Ateşçi Kömür Hazırlama Ustası Su Hazırlama Ustası Kasiyer işçi Müteferrik işçi Muvakkat işçi
1 2 3 2 1 1 1 4 25
Tablo 5. Türbin Dairesi Çalışanları ve Sayısı Türbin Dairesi Baş Makinisti Türbin Ustası Kasiyer işçi Muvakkat işçi
1 2 2 5
2. ŞEKER PANCARINDAN ŞEKER ÜRETİM PROSESİ Bir şeker fabrikası yapılan işlemlere göre dört bölümde incelenebilir: •
Meydan: Pancar ve diğer işletme malzemelerinin alındığı, silolandığı ve fabrikasyona hazır bir hale getirildiği bölümdür.
•
Ham Fabrika: Şerbet üretiminin ve arıtımının yapıldığı bölümdür.
•
Rafineri: Şerbetin koyulaştırılması, oluşan koyu şerbetin kristallendirilmesi, ayrılması ve kurutularak torbalanması işlemlerinin yapıldığı bölümdür.
• Yan Tesisler: Şeker fabrikasyonu için gerekli işletme malzemeleri ve enerjinin
üretildiği veya yan ürünlerin değerlendirildiği tesislerdir. (Kireç ocağı, buhar kazanı,türbinler,su arıtma tesisleri,küspe kurutma tesisi gibi) 9
Pancardan şeker elde edilene kadar uygulanan işlemler sırası ile aşağıdaki gibidir: Pancarın hasadı ve fabrikaya nakli,
Pancarın yıkanması; tartılması ve kıyılması, Pancardan ham şerbet elde edilmesi, Ham şerbetin arıtılması, Sulu şerbetin koyulaştırılması, Şurubun (koyu şerbetin) lapaya işlenmesi, Kristalizasyon, Kristal şekerin kurutulması,
Kristal şekerin ambalajlanması. 2.1. Pancarın Hasadı ve Şeker Fabrikasına Nakli Fabrikanın ham maddesi olan pancarın ekimi, hasadı ve fabrikaya nakli, şirketin Ziraat Teşkilatı tarafından planlanır ve yürütülür. Pancarların olgunlaşması ekolojik koşullara ve pancarın çeşidine göre farklı zamanlarda olur. Birim zamanda, oluşan ve kullanılan şeker miktarı birbirine eşitlendiği zaman pancar fizyolojik olgunluğa erişmiş olur. Artık, bu aşamada, pancarda şeker birikimi durmuştur. Ülkemiz pancarlarında bu zaman genellikle Eylül-Ekim aylarına rastlar. Tarlada sökülen pancarların baş ve yapraklan kesilir. Pancarın baş kısmı tüm pancar ağırlığının yaklaşık %10'unu oluşturur. Fazla kesme pancarın dayanıklılığını azaltır. En uygunu yaprakların çıktığı yerden kesmektir. Pancarın uzun olan kuyrukları da kesilir. Sökülen pancarlar hemen fabrikaya nakledilmeyecekse birkaç günü geçmemek kaydıyla tarla kenarlarında ya da tren istasyonu yanında yığın halinde istiflenir ve toprak silo yapılır. Çiftçi; söktüğü pancarını işlenmek üzere teşkilatın bölge kantarlarına veya fabrikaya kara yoluyla; örneğin traktör römorku, kamyon vs. ile nakleder[1,4]. 2.2. Meydan Pancarın tarlada hasat edilmesinden, pancar bıçaklarına ayrılmasına kadar olan şeker fabrikasyonunda birim işlemlere hazırlanması için gerekli ara işlemlerin yapıldığı alana meydan denir[5]. 10
Meydan tesislerinin en önemli görevi; pancarın nakil araçlarından boşaltılarak ham fabrikaya naklinin sağlanmasıdır. Vagon veya kamyonlar vasıtası ile fabrikaya sevk edilen pancarları boşaltmaya yarayan tertibat, bütün fabrikalarda, pancarı fabrika meydanında silo edildiği yerden fabrika binası içinde işleneceği yere kadar sevk eden sistemle bir işbirliği içerisindedir. Bir şeker fabrikasına gelen pancar meydanda sırasıyla şu tesislerden geçer[4]. 2.2.1. Pancarın Boşaltılması ve Silolanması Boşaltım: Şeker fabrikasına çiftçi tarafından getirilen veya çiftçiden alınarak fabrikaya sevk edilen pancar, fabrika meydanındaki kantarlarda tartılır. Toprak firesi tespit 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[6].
11
Şekil 2. Pancarın Boşaltılması Pancarların yüzdürülmek sureti ile pancar yıkama ünitesine sevk edilmeleri için, bir ton pancar başına, kanallarda ortalama olarak 8 ile 10 m3 suyun devretmesi lazımdır. Bu sevkiyat esnasında, pancara yapışık toprağın bir kısmı pancardan ayrılarak suda süspansiyon haline geçer. Bu sevkiyat işlemini yapmak için devamlı olarak temiz su kullanılmaz. Çöktürme havuzlarında zamanla kanalın tıkanması ve dolmasına sebep olacak çamur atılarak elde edilen suya temiz su ilave edilerek kullanılır. Sevkiyat temiz su vasıtası ile yapıldığı taktirde, yoğunlukları 1,08 ile1,09 arasında değişen pancarlar suyun altına iner ve su akımının tesiri ile kanalın dibinde yuvarlanarak sürüklenirler. Suların geri kazanımı tesisatı ile çalışırken, süspansiyon halinde hafif çamur ihtiva eden bu suyun yoğunluğu 1,00’ den biraz fazla olduğu için pancarlar su içinde veya yüzeyde kolaylıkla yüzebilirler ve hareket edebilirler. Su akımının hızı kanalın eğimine bağlıdır. Bu kanal, ortalama olarak metrede 10 mm meyil verecek şekilde oluşturulur. Meyilin bundan fazla olması, kanalların birleşme noktasının çok aşağıda olmasına sebep olur, dolayısı ile yıkama ünitesinde pancarların toplandığı çukurun derinleşmesine sebep olur. Günümüzde fabrika kapasitelerinin daha da büyümesi nedeni ile el ile boşaltma yetersiz kalmaktadır ve günümüzde artık kullanılmamaktadır. Mekanik boşaltma sistemlerinde pancardan
toprağı
ayıracak
bir
kısım
bulunduğundan,
ayrıca
pancarın
fabrikaya
yüzdürülmesinde kullanılan suya karışan çamur oranı da azaltılmaktadır. Hızlı çalışma ve toprak ayırma avantajlarına karşılık mekanik pancar boşaltma sistemlerinde pancarın zedelenmesi tehlikesi daha büyüktür[1,3,7]. Silolama: Şeker fabrikalarının iki üç günlük pancarını alabilen günlük siloların yanında, genel pancar sökümünden sonraki aylarda işlenecek olan pancarlar da uzun süreli silolarda muhafaza edilirler. Bu silolar fabrikanın kış aylarındaki nakliye olanaklarına göre 10-30 günlük pancar ihtiyacını depo edebilir. Bütün siloların alt kısmında, silodaki pancar işleneceği zaman bunun yıkama ünitesine doğru su vasıtası ile sevk edilmesini sağlayan bir kanal mevcuttur. Silolar dörtgen kesitli, etrafı betondan yapılmış dik duvarlarla çevrili, tabanın eksenine de hafif meyilli yapılardır. Silolar pancarla doldurulmadan önce kanala açılan ağızları bir kapakla kapatılır. Silolardan pancar boşaltılacağı zaman bu kapaklar açılır ve kanalın üst tarafından tazyikli su verilerek pancarın boşaltılması sağlanır[1,3,7].
12
Şekil 3. Pancarın Silolanması 2.2.2. Ot, Taş ve Kuyruk Tutucular Fabrikaya gelen pancarda (fire) ot, taş, toprak %’si 5-15’tir. Yağışlı havalarda % 1525’lere ulaşır. Elfa ile doğrudan kamyondan veya püskürtme başlıklarıyla silolardan su ile yüzdürme kanallarına indirilen pancarlar, bu kanallar vasıtasıyla fabrikaya gönderilirler. Bu kanallar üzerinde bulunan tesislerde pancarla birlikte gelen ot ve taş büyük ölçüde ayrılır. Bu ayırma işleminde bu maddelerin özgül ağırlıkları arasındaki farktan yararlanılır. Otlar su üzerinde yüzdüğünden kanalın genişlediği ve su hızının azaldığı bir bölümde suyun üst kısmına dalan taraklar yardımıyla dışarı alınırlar. Suda daha hızlı çökebilen taşlar ise kanalın dibindeki bir delikten dışarıya alınırlar. Pancarın bu delikten aşağı düşmemesi için buradan pancarın sudaki çökme hızı olan 0.17 m/sn hızla su gönderilir. Bu şekilde alttaki bir hazneye düşen taşlar ya kesikli olarak zaman zaman haznenin boşaltılmasıyla veya sürekli olarak tarayıcı kovalar yardımıyla dışarı atılırlar. Şekil 3 ve 4’te sırası ile ot ve taş tutucular görülmektedir.
13
Şekil 4. Ot Tutucu
Şekil 5. Taş Tutucu
Yıkama teknesinden seviye taşkanı ve tahliye kapakları ile ayrılan sudaki kuyruk ve kırıntı pancarların tutulmasını sağlar. Gövdesi 8- 12 mm delikli perfore bir saç tambur ve yatay eksende dönen tambur içi sıyırıcı paletlerden oluşur[5]. 2.2.3. Pancar Ayar Çarkı ve Pancar Sürgüsü Pancar ayar çarkı merkezden ışınsal doğrultuda uzanan kalın çubuklar üzerinde, dikey eksenle açılı kanatçıkların monte edildiği bir çarktır[5]. Fabrikanın iyi çalışabilmesi için pancar girişinin de düzenli olması arzulanır. Belirli bir hızda dönen ve demir çubuklardan taraklarla bölmelere ayrılmış olan pancar ayar çarkı her bölmesinde suyun seviyesine göre belirli miktarda pancarın geçmesine izin vererek
bu
düzenliliği sağlamada yardımcı olur. Herhangi bir arıza nedeniyle pancar girişinin durdurulması isteniyorsa sinyal lambaları yardımıyla elfa ve püskürtme başlıklarındaki personel ikaz edilir ve demir çubuklardan yapılmış bir kafes olan pancar sürgüsü yardımıyla kanal kesiti tamamen kapatılarak pancarın ilerlemesi önlenir. 2.3. Ham Fabrika 2.3.1. Pancar Dolabı ve Pancar Pompası Yüzdürme kanalları yer seviyesinin altında olmasına karşılık pancar yıkama teknesi altından su ve taş alınacağından yer seviyesi üstüne konmuştur. Bu nedenle pancarın yıkama teknesi seviyesine kadar kaldırılması gereklidir. Bu işlem pancar dolabı veya pancar pompasıyla yapılır. Pancar dolabı 8-10 m çapında bir çarktır ve çevresindeki kepçeler yardımıyla pancarı yüzdürme kanalından alarak yukarıya taşır. Bu kepçeler delikli 14
yapıldığından aynı zamanda pancar yüzdürme suyundan ayrılması sağlanır. Oldukça kirli olan yüzdürme suyunun yıkama teknesine gitmesi arzulanmaz[1,3,7]. Pancar pompası büyük bir santrifüj pompasıdır. % 700 su ile karışmış pancar bu pompa yardımıyla dolaptan daha yükseğe gönderilebilir. Böylece dolap sisteminde yıkama teknesinden sonra pancar bıçaklarının bunkerine pancarın çıkarılması için kullanılan elevatörden tasarruf edilebilir. Böyle sistemlerde yıkama teknesi yükseğe konur ve buradan çıkan yıkanmış pancar doğrudan bıçakların bunkerine düşer. Ancak pompa kullanıldığında yıkama teknesine girmeden yüzdürme suyunun ayrılabilmesi için özel elek sistemi gereklidir. Diğer taraftan su-pancar oranı düştüğünde pancarların pompada zedelenmesi tehlikesi de doğabilir[1,3]. 2.3.2. Yıkama Teknesi Genellikle fabrika binası içinde bulunan pancar yıkama teknesi son yıllarda daha çok ayrı bir binaya veya doğrudan meydana konulmaktadır. Çalışma şekli de daha çok meydan tesisleriyle ilgili olduğunda pancar yıkama da bu meydanda incelenebilir. Pancarın üzerindeki toprağın fabrikaya girmesi çeşitli işletme kademelerinde güçlüklere neden olduğundan arzulanmayan bir husustur. Toprakla birlikte gelen mikroorganizmalar difüzyonda şekerin parçalanmasına neden oldukları gibi, toprağın kendisi de şerbet arıtımında süzme işlemini güçleştirir. Pancarın yıkanması esas olarak üç ayrı sistemle yapılabilir; Tambur tipi yıkayıcılar Püskürtme yıkama Döner kollu yıkama teknesi Her birinin çeşitli avantaj ve dezavantajları olan bu sistemlerden Türkiye'de döner kollu yıkama teknesi kullanılmaktadır. Pancarlar bu teknede yaklaşık 10 dakika kalır ve birbirlerine sürtünerek temizlenirler. Tekneden çıkan pancarın gerektiğinde dezenfektan bir madde de ilave edilmiş bir temiz su duşundan geçmesi yararlı olur[1,4,8].
Şekil 6. Döner Kollu Pancar Yıkama Teknesi ( Dubourg, 1957)
15
Yıkama teknesinin önemi: Yıkama teknesi ön taş tutucu sistemi çalışır durumda olmalıdır. Alttan basınç sağlayan, uskur fan kontrol edilmeli ve çalışmıyorsa, çalışır duruma getirilmelidir. Taş boşaltma kapakları muntazaman metal çubuklardan oluşan meyilli bir ızgara konulmalıdır. Tekneye giren yüzdürme suyunun en az kirlilikte olması durumunda, tahliye kapaklarının açılması periyodu da uzayacağından, teknenin temiz takviye suyu ihtiyacı da bağlı olarak daha az olacaktır[5]. 2.3.3. Pancar Kesme Makinaları ve Pancarın Kıyılması Kesme 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[1].
Şekil 7. Pancarın kıyılması ( Dubourg, 1957) Bu tabla üzerinde bıçak gruplarını taşıyan pancar bıçak kasaları yerleştirilmiştir.
Şekil 8. Pancar Bıçağı ( Dubourg, 1957) 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 şeker fabrikalarında, dikey (tambur) tipi kıyım makinaları bulunmaktadır. Pancar Kesme Makinasının Sağladığı Avantajlar: 16
Kaliteli kıyım Yüksek kapasitede istenilen tonaj Minumun arıza
Hızlı operasyon bıçak değişimi hızlı Düşük güç tüketimi Kolay kullanım, mükemmel dizayn Az ve hızlı bakım temizlik Otomatik sistem olarak sayılabilir[5].
2.3.4. Ham Şerbet Üretimi Pancardaki şekerin su ile ekstraksiyon yoluyla dışarı alınması ve "Ham şerbet" adı verilen siyaha yakın koyu renkli, % 12-18 kuru madde kapsayan bir şerbetin üretilmesi işlemi ham şerbet üretimi olarak isimlendirilir. Çok eskiden pancardaki şeker, pancarın preslenmesiyle elde edilen usareden kristallendirilirdi. Daha sonra su ile ekstraksiyon yöntemi ve bu yöntemde ters akım prensibiyle çalışan çeşitli sistemler geliştirildi. Uzun yıllar şeker sanayisinde önemli bir yer tutan Robert Batarya Difüzörü artık yerini sürekli çalışan kule veya tekne sistemlerine terk etmiştir. Türkiye'de son difüzyon bataryası Erzurum fabrikasında 1979 yılında kaldırılmıştır. Fabrikalarımızın bir çoğunda kullanılan Kule difüzörü Batı Alman BMA firmasının, bazı fabrikalarımızdaki DDS difüzörü ise Danimarka’nın DDS firmasının lisansıyla makine fabrikalarımızda imal edilmektedir. Şerbet üretiminde amaç kuru madde kapsamı ve arılığı yüksek bir ham şerbet ve şeker oranı düşük ve sıkılabilme yeteneği yüksek bir sulu küspe elde etmektir[1,4,8]. 2.3.5. Difüzyon Kıyım, bıçaklardan sonra band kantarlarında tartıldıktan sonra difüzyon sistemine girer. Difüzöre giren kıyımlar su devrettirmek sureti ile bütün şekerlerini verene kadar yıkanmaktadırlar. Eklerde difüzyon sistemi akım şeması verilmiştir. Şekeri alınacak kıyımlar dikey bir kule içerisinden devamlı olarak aşağıdan yukarıya doğru çıkarken, su bu kuleyi yukarıdan aşağıya doğru kat eder. Difüzörde şerbet şeker itibari ile zenginleştikçe yoğunluğu artar ve difüzörün alt kısmına doğru ilerler. Şeker içeriği azalan kıyımın ise yoğunluğu azalacağından kule içerisinde yukarıya doğru hareket eder. Kulenin üst kısmından içerisinde eser miktarda şeker bulunan şekersiz küspe alınırken alt kısımdan da şeker içeriği fazla olan ham şerbet alınır. Kule difüzöründe kıyımlar önce haşlama teknesi olarak 17
adlandırılan bir teknede kuleden çekilen sirkülasyon şerbeti ile karıştırılır. Burada amaç hem kıyımların optimum difüzyon sıcaklığı olan 70-72 °C’ye ısıtmak hem de şerbetle karıştırılarak kuleye pompalanabilir hale getirmektir. Ham şerbet haşlama teknesinin kıyım girişi tarafındaki akım süzgecinden çekilir, kum tutucu ve pülp ayırıcıdan geçtikten sonra düşük sıcaklığı nedeniyle başka yerde kullanılmayan rafinerinin vakum brüdesi ile 60°C’ye kadar ısıtılır. Eklerde kule difüzyon sisteminin akış şeması verilmiştir. 2.3.6. Küspe Difüzyon sistemlerinden çıkan şekeri alınmış kıyımlar (sulu küspe) küspe preslerinden geçirilerek başlangıçta % 8 dolayında olan kuru madde oranı % 18-20 ye kadar çıkartılır. Fazla preslemek suretiyle küspeden daha fazla miktarda su çıkarmak bir noktadan sonra doğru değildir. Sulu küspe çok fazla miktarda sıkıldığı taktirde küspe hücrelerindeki bazı önemli gıda maddeleri ve selüloz azalmış olur. Bu sıkılmış küspe ya doğrudan doğruya hayvan yemi olarak çiftçiye verilir, veya küspe kurutma tesislerinde melasla birlikte kurutularak kuru küspeye dönüştürülür[1,7]. Sulu küspe ,fazla su içerdiğinden,hayvan yemi olarak uzun süre saklanamaz.Aynı zamanda kolay bozulması nedeniyle çevre kirliliği yaratmakta ve kapsadığı fazla hacimden dolayı da nakliye masrafları artmaktadır.Bu nedenle küspe preselerden geçirilerek su içeriği azaltılmakta ve kurutularak uzun süre saklanabilmektedir[9].
Tablo 6. Sıkılmış Küspe İçeriği Kuru Madde % Ham Protein g/kg Yağ (eter ekstraklı) g/kg Toplam kül g/kg Net Enerji (laktasyon) g/kg
18-30 104 9 40-90 7.2
Küspe kurutmanın avantajları; Stok edileceği zaman küspenin iyi bir şekilde muhafaza edilebilmesini sağlamak, Mikroplarla mücadele edebilmektir. 18
Kurutulduktan sonra küspedeki su miktarı %10 civarındadır, yani kuru madde miktarı %90 olmalıdır. Bu kuru madde oranından öteye geçmek gereksizdir, çünkü kuru küspe istif edildiğinde %11 ile %12 kuru madde içeriğine kadar sulanır. Bunun yanında, kuru maddedeki su miktarının asla %12’den fazla olmaması gerekir. Çünkü kuru küspenin dökme olarak stok edilmesi halinde ısınmalar ve oto oksidasyonlar nedeniyle yangın çıkma ihtimali vardır. Preslerden çıkan ve % 0.6-1.2 arasında şeker kapsayan pres suyu ise ısıtıldıktan sonra difüzyon sistemine geri alını[3,4]. 2.3.7. Difüzyon Kayıpları Katı madde içeriği yaklaşık olarak % 20-25 olan sıkılmış küspede kalan şeker miktarı difüzyon kaybını oluşturur ve normal koşullarda işlenen pancara göre % 0.2-0.3 mertebesindedir. Bu kaybı düşük tutmak için kıyım kalitesinin iyi olması, difüzyon sıcaklığını 70-72 °C arasında olması ve 100 birim pancara göre sistemden alınan ham şerbet miktarının (çekiş) sistem için öngörülen optimum değerde (110-120 arası) olması gerekir. Bunlardan başka difüzyona verilen taze suyun pH değerinin 5.8-6.0 değerine getirilmiş olması gerek ham şerbetin arılığı gerekse küspenin sıkılabilme yeteneği açısından önem taşır. Difüzyonda oluşabilecek diğer bir kayıp şekerin mikroorganizmaların etkisiyle parçalanmasından doğar. Prensip olarak tüm işletmede, daha çok ham fabrikada ve özellikle difüzyonda görülen bu parçalanma sonucu kaybolan şeker "bilinmeyen kayıplar" adı altında geçen % 0.1-0.2 dolayındaki kayıpların en önemli kısmını oluşturur. Difüzyon sıcaklıklarının yüksek tutulması ve belirli aralıklarla dezenfektan olarak şok halinde sisteme formalin verilmesiyle bu kayıplar en düşük düzeyde tutulabilir. Difüzyonda enfeksiyonun varlığına bir işaret olarak ham şerbetin pH’ının veya difüzyon ortamından alınan şerbetin pH sının 5.5’in altına düşmesi ile gözlenebilir. Difüzyon sisteminden alınan ham şerbet pancarın kalitesine göre normal koşullarda % 12-20 kuru maddeli, % 85-90 arılıkta siyah bir sıvıdır. İçindeki yabancı maddelerin en önemlileri protein ve pektin gibi kolloidler, Amino asitler, betain, çeşitli organik ve anorganik asitler, Potasyum, Sodyum ve az miktarda diğer çeşitli katyonlardır. Ayrıca şerbetin hava ile temasında oluşan melanin grubu renk maddeleri, sakaroz'un parçalanmasıyla oluşmuş invert şeker ve az miktarda rafinoz, kestoz gibi diğer şeker türleri bulunur. Pancardaki çözünen şeker dışı maddeler azotlu, azotsuz maddeler ve küldür. Azotlu şeker dışı maddeler albuminler, amidler, amino asitler ve benzerleridir. Azotsuz organik şeker dışı maddeler invert şeker, pektin maddeleri, organik asitlerdir[1,7] 2.3.8. Ham Şerbetin Arıtılması 19
Difüzörlerden çıkan ham şerbet; koyu renkli, viskoz yapılı, kolloid maddeler içeren bir sıvıdır. Sıcaklığı 35-40 °C olup, kuru madde içeriği 14-15 Brix, saflık katsayısı 88-90 kadardır. Şeker dışı maddelerin bazıları şerbet içerisinde kolloidel halde bulunurlar ve bunlar buharlaştırma ve kristallendirme gibi işlemlerin yapılmasını imkansız hale getirdikleri için tamimiyle tasfiye edilmesi gerekir[1,6,8] 2.3.8.1. Kireç ile Şeker Dışı Maddelerin Tasfiyesi Sanayide 150 seneden beri kullanılan ve hala tatbik edilen yegane çöküntü teşkil ettirici madde kireç olup, uygulama esnasında şerbeti biraz ısıtmak gerekir bu yöntem pancar şekeri fabrikalarında kullanıldığı gibi kamış şekeri fabrikalarında da kullanılır. Günümüzde yaygın olarak uygulanan kademeli birinci kireçlemeli arıtım sistemi şu basamaklardan oluşur; • Kademeli birinci kireçleme • İkinci kireçleme • Birinci karbonatlama • Çöktürme ve süzme • İkinci karbonatlama • Süzme Ham şerbetin temizlenmesinin esası; ham şerbetin önce kireçle muamele edilmesi, sonra da kireçli şerbete CO2 vererek kireci CaCO3 şeklinde çökeltmek ve takiben süzmekten ibarettir. Bu işlemlerden birincisi kireçleme ikincisi saturasyon işlemi olarak adlandırılır. Pancar ham şerbetlerindeki kolloidler yaklaşık pH 11 değerinde topaklanarak çökerler. Şerbete kireç sütü (Kalsiyum hidroksit çözeltisi ve süspansiyon) verilerek pH’ın arttırılması işlemi kademeli olarak yapılırsa bu çökelek daha dayanıklı ve daha küçük hacimli olur[4,6,8]. 2.3.8.1.1. Kireçleme Ham şerbetin kireçlenmesi ile; içinde bulunan, Fosfor asidi, suda çözünmeyen kalsiyum fosfat haline dönüşerek, Oksalik ve sitrik asit gibi organik asitler suda az çözünen kalsiyum tuzlarına dönüşerek, Demir ve magnezyum, metal hidroksitleri haline dönüşerek, Proteinler koagüle olarak ve parçalanarak, Amonyum tuzları, amino asitler, pektik maddeler parçalanarak ve tuz oluşturarak, İnvert şekerler parçalanarak şerbetten uzaklaşır.
20
Ayrıca, kireçlenme ile; şerbetin pH'si yükselerek (pH=10-12.5) alkali ortam oluşur ve mikroorganizmalar ölür. Bu arada bir kısım şeker (sakkaroz) de fazla kirecin bir kısmıyla birleşerek suda çözünebilir, kalsiyum mono sakkarat formuna dönüşür. C12H22O11 + Ca(OH)2
CaC12H20O11 + 2H2O
Şekil 9. Kireç Ocakları Eskiden bir defada yapılan kireçleme işlemi günümüzde ön kireçleme (1. kireçleme) ve ikinci kireçleme olmak üzere iki aşamada yapılmaktadır. Ön kireçleme sayesinde daha açık renkli ve daha kolay filtre edilebilen bir ince şerbet elde edilir[1,4,8].
• 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.
21
Şekil 10. Birinci kireçlemenin şematik gösterimi 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. Kireçleme pancara göre %0,2 CaO kapsar ve kireçleme süresi 20 dakika, sıcaklığı 65 ˚C, son bölmenin pH’ı ise 11 civarındadır. I.Kireçlemenin üçüncü bölmesine çökmeyi hızlandırıcı bir miktar (pancara göre %20) I.Karbonatlama şerbeti verilir.
Şekil 11. Birinci Kireçleme Bölümleri
• İkinci Kireçleme Birinci kireçleme sonunda şeker dışı maddeler pıhtılaşmış ve süzülmeye hazır hale gelmiştir. Bu pıhtıyı büyük kütleli bir çöküntü içerisinde dağıtmak gerekir. Çünkü bu pıhtı süzgeçleri süratle tıkar ve süzülme işlemini imkansız hale getirir. 1. Kireçleme sonunda, sıcaklık 86-88 ºC, p.g.% CaO miktarı 1.2, pH 12.6, süre ise 10-15 dakikadır. II. Kireçlemede amaç; şerbet içindeki invert şekeri parçalamak ve bakteri faaliyetini durdurmaktır. 22
İkinci kireçleme kabında yine kireç sütü ilavesiyle şerbetin alkalitesi 1.00 1.20 g CaO / 100 ml değerine kadar yükselir. Bu yüksek alkalitede ham şerbet 85 C’ye kadar ısıtılarak dinlendirme teknesine alınır. Kimyasal parçalanmaya uğramış şeker dışı maddeler gaz halinde şerbetten uzaklaştırılır[8,10] 2.3.8.1.2. Saturasyon ( Karbonatlama) Saturasyon işlemi, kireçleme işleminden sonra yapılmaktadır. Bu işlemde daha önceden kireçlenmiş olan şerbet, CO2 ile doyurulur. Bu sırada başlıca iki tepkime meydana gelir. Ca(OH)2+C02 CaC03+H20 CaCı2H20On+CO2+H2O CnHbOn+CaCOs
Bu tepkimeler sonucunda, şerbette bulunan fazla kireç, kalsiyum karbonat (CaCO3) şeklinde çöker ve suda çözünür nitelikteki kalsiyum monosakkarat yeniden sakkaroz ve kalsiyum karbonata ayrılır. Saturasyon ile şerbetin pH'ı da aşamalı olarak 10.9'a ve 9.5'e indirilir. Çökelen CaCO3 büyük bir yüzeye sahip olduğundan renk maddeleri ve diğer kolloidleri de adsorbe ederek beraberinde çöktürür. Böylece şerbet durulur, rengi açılır ve su gibi saydam bir görünümde, filtre edilebilecek durumdaki şerbet elde edilmiş olur[8,10]. • Birinci Saturasyon ( Birinci Karbonatlama) I.ve II. Kireçlemeden geçen ham şerbet 80-82 ˚C’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’ı 12 olarak gelen kireçli şerbet I.Karbonatlamayı 10,8-11,2 arasındaki pH’ta terk eder[6]. İkinci kireçlemede ilave edilen kirecin fazlası CO2 ile CaCO3 olarak çöktürülür. Bu CaCO3 ‘ün 2 görevi vardır: Kimyasal arıtım
Süzme için dolgu maddesidir[11]. 23
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 ˚C’ye kadar ısıtılan şerbet II.Karbonatlama’ya basılır[6]. • İkinci Saturasyon ( 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[1,6].
Şekil 12. İkinci Saturasyon Kolonu 2.3.8.1.3. Buharlaştırma İstasyonu( Tephir İstasyonu) Şerbetteki sakkarozun kristalleşebilmesi için, derişiminin arttırılması, yani suyunun büyük ölçüde buharlaştırılması gerekir. Şeker fabrikasında pancardan üretilen şerbet tasfiye ve süzme işlemlerinden sonra 14-26 Briks’te sulu şerbet olarak buharlaştırma (tephir) istasyonuna gelmektedir[1,6]. Tephirler, 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 24
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. Tephir istasyonu, buhar tasarrufu yönünden beş kademeli olarak çalışır. 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[1,12].
5. Buharlaştırıcıdan alınan şerbete koyu şerbet denir. Koyu şerbetin kuru maddesi 6065, 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.
Şekil 13. Tephir İstasyonu 2.4. Rafineri 2.4.1. Basınçlı Filtreler
25
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[6]. 2.4.2. Şekerin Kristallendirilmesi ( Şeker Pişirimi- Kristal Lapa Pişirimi) Kristalizasyon işlemi vakum altında çalışan ve bir buhar kamarası aracılığıyla ısıtılan dikey kazanlarda yapılmaktadır. Yüksek koyulukta bir şeker çözeltisi normal basınç altında 100 °C’den daha yüksek sıcaklıkta kaynar hale gelir. Böyle yüksek sıcaklıkta şeker, sıcaklığın etkisi altında parçalanır. Bunu önlemek için, ancak kaynatma ısısının düşürülmesi yani vakum altında yapılması ile mümkündür. Bu nedenle şekerin kristallendirilmesine yarayan kazanlara vakum kazanları denir.
Fabrikada, • otomatik karıştırıcılı, • otomatik pişirim yapan vakum cihazları kullanılmaktadır. Koyu şerbet süzüldükten sonra orta şekerle karıştırılarak standart şurup elde edilmekte ve kristal şeker pişiriminde ana şurup olarak bu şurup kullanılmaktadır. Standart şurup içerisindeki şekerin tümünün tek bir işlemle kristallendirilmesi imkansızdır. Böyle bir yöntemle yeşil şurupta fazla miktarda kristallenebilecek şeker kalır. Bu nedenle, pratikte kristallendirme işlemi birkaç kademede yapılır. Her kademeden sonra kristallerinden ayrılan yeşil ve beyaz şuruplar tekrar pişirilir. Bu işlemler sonunda pratik olarak artık içindeki şekerin kristallenmesi imkanı bulunmayan bir süzüntü elde edilir ki buna melas adı verilir.
26
Melas içinde % 50 kadar şeker olmasına rağmen, şekerdışı maddelerin fazlalığı
(Q = 58)
nedeni ile kristallenmesi imkansızdır. Melasta kalan şeker, fabrikasyon kaybı olarak kabul edilir. Melas çeşitli yöntemler ile değerlendirilir. Mikrobiyolojik ve kimyasal yöntemlerle çeşitli maddeler elde edilir veya pancar küspesine katılarak hayvan yemi olarak kullanılır. Kristallendirmenin esas amacı; mümkün olduğu kadar fazla miktarda kristal elde etmek ve beyaz şurupta mümkün olduğu kadar az miktarda şeker bırakmaktır. Pişirimde kullanılan terimler: Lapa: Şeker pişiriminin sonucunda elde edilen kristal- ana şurup karışımı Yeşil şurup: Ana şurup- santrifrüjde su ilave edilmeden önceki şurup Beyaz şurup: Santrifrüjlemede su ile yıkama sonucu elde edilen arılığı yüksek şurup Klere: Orta ve son şekerin suda çözülmesiyle elde edilen şurup Afinasyon: Düşük kalitedeki şekerlerin arılıklarını artırmak amacıyla su veya bir şurupla karıştırılması Standart şurup: Birçok şurubun karıştırılması ile elde edilen sabit arılıklı şurup [13] Kristalizasyon işlemindeki 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. Yaklaşık olarak 65 Bx’deki şerbet takriben 92 Bx kadar koyulaşarak lapa halini alır. Beyaz şurup olarak tabir edilen ve şuruptaki bütün safsızlıkları içeren bir şurubun içerisinde süspansiyon halinde şeker kristallerinin bulunmasına “lapa” denir. 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 fabrikada bütün bu işlemler seviye ve kuru madde parametrelerine tabi olarak bilgisayar destekli otomasyon sistemi vasıtasıyla gerçekleştirilir[6]. 27
Şekil 14. Şekerin Kristallendirilmesi 2.4.3. Kristal Lapa Refrijerantları ( Soğutma) Pişirme işleminden sonra pişirme kazanındaki lapanın sıcaklığı 80-85°C arasındadır. Kristal şeker verimini artırmak için lapa yavaş yavaş soğutularak kristaller daha da büyütülür. Vakum kazanında pişen her lapa refrigerantlara boşalır. Bu boşalma işlemi vakum kazanının serbest kalabilmesi için süratle yapılması gerekir. Lapa seri olarak konmuş refrigerantlardan birincisine geçer ve bütün refrigerantları sıra ile geçerek en sonunda istenilen dereceye kadar soğutulur. 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[6]. Yüksek arılıklı lapalar (küp ve kristal lapaları) refrigerantlarda fazla bekletilmeden santrifüjlenerek kristaller şuruptan ayrılır. Orta şeker lapası(86-88 arılıklı) 2 saat kadar refrigerantta bekletilerek bir miktar daha şekerin kristallenmesi saglanır. Arılığı 75-78 arasında olabilen son şeker lapası soğuk su dolaşımlı refrigerantlarda 24-48 saat arasında bekletilerek bir soğutma kristalizasyonuna tabi tutulur. Lapanın viskozitesinin, sıcaklığının, sogutma hızının, şeker dışı madde bileşiminin önemli faktörler olduğu bu soğutma kristalizasyonunda ana şurup 28
arılığı yaklaşık beş birim kadar düşer. Sonuçta santrifüjlerden ayrılan ana şurup melas olduğundan ve artık fabrika dışına pompalanacağından soğutma kristalizasyonunun iyi yürütülmesi ve mümkün olduğu kadar düşük arılıklı melas elde edilmesi büyük önem taşır. Refrigerantlar genellikle pişirme kazanlarının altına konmuşlardır. Bunların içinde lapanın iyice karışmasını sağlayan bir karıştırıcı vardır (Şekil 15). Soğuma tamamlanınca bunların, içindeki lapa, sürgüsü açılan ve altı kısımda bulunan genişçe bir delikten akıtılarak refrigerant boşaltılır. Refrigerantların içindeki karıştırıcı, içerisinden sıcak ve soğuk su geçirilebilen borulardan oluşmuştur. Bu borulardan gerektiğinde sıcak veya soğuk su geçirilerek soğutma işlemi kontrollü olarak yapılır. Soğumanın çok hızlı olması çok küçük kristallerin oluşmasına neden olacağından, bu durum santrifüjleme de verimi düşürdüğü için istenmez. Şekil 15’te ısıtma serpantinli bir refrigerant karıştırıcısı görülmektedir[8,13].
Şekil 15. Isıtma serpantinli refrigerant karıştırıcısı (Dubourg,1957) 2.4.4 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[6]. Santrifüj üstten bir motorla çevrilen etrafı delikli levhayla kaplı bir silindirdir. Lapa santrifüjlendiğinde kristaller “sepet” adı verilen bir silindirin içinde kalırlar. Şurup sepet dışındaki gövdeye fırlatılır ve buradan toplanarak depoya kanalize edilir. Su ile yıkama ve buhar verme sepet içine uzanan bir boru üzerindeki memeler yardımıyla yapılır. 900-1800 devir/dak arasında maksimum hıza erişen santrifüjler doldurma ve boşaltma işlemleri sırasında 50 devir/dak dolayında bir hızla dönerler. Boşaltma işlemi sepet içine indirilen bir sıyırıcı kürek 29
yardımıyla yapılır. Sıyırma işlemi tüm santrifüjleme işlemleri tam otomatik olarak yapılabilir. Son yıllarda fabrikalarımızda sürekli santrifüjler de kullanılmaya başlanmıştır. Aynı anda doldurma ve boşaltma işlemini yapan ve bakım hariç 24 saat durmadan çalışan sürekli santrifüjlerin sepeti koni şeklindedir ve göbekten verilen lapa şurubunu kaybederken bir yandan merkezkaç kuvvetin etkisiyle yukarıya doğru tırmanır. Santrifüjlenmiş ve gereğinde yıkanmış kristaller koninin üst kenarından dışarıya savrulurlar. Ancak bu şekilde santrifüjlemede kristaller sürtünmeyle kırıldığından sürekli santrifüjler kristal şekerde kullanılamazlar. Şeker fabrikasyonunda tam olarak saf kristaller elde etmek için, santrifüjleme işleminden sonra şeker kristalleri üzerindeki yapışkan zarın alınması gerekir. Bu sebeple santrifüje edilen şekeri su veya buharla yıkamak gerekir. Buharla yıkamada, şurubu süzülmüş olan şeker tabakası arasından buhar geçirilir. Buharla temas eden şeker ısınır ve kristali saran gayet ince olan zarın mukavemeti zayıflar ve böylece santrifüjün dışına çıkması kolaylaşır. Diğer santrifüjlerde şeker su ile yıkandığı halde son şeker santrifüjünde melas arılığını yükseltmemek için su ile yıkama yapılmaz. Santrifüjden alınan son şeker kristalleri daha yüksek arılıklı bir şurupla karıştırılarak üzerlerindeki melas tabakası bir ölçüde yıkanır. “Afinasyon” adı verilen bu işlemden sonra afinasyon lapası adı verilen kristal şurup karışımı tekrar santrifüjlenir ve yıkanır. Alınan toplam şurupların bir kısmı tekrar afinasyon işleminde kullanılır, bir kısmı da son şeker pişirim aparatlarına gönderilir. Kristal şeker ve orta şeker santrifüjlerinde lapanın ana şurubu (yeşil şurup) ile daha sonra su ile yıkamada çıkan yüksek arılıklı şurubu (beyaz şurup) ayrı ayrı depolara almak olanağı vardır. Gerek bu şurup ayırma zamanı, gerekse santrifüjleme süresi, su verme başlangıcı, su verme süresi, buhar verme süresi gibi parametreler her santrifüj için konulan kumanda dolabındaki zaman röleleriyle ayarlanırlar. Bu rölelerin doğru ayarlanması hem istenilen rafineri şemasının uygulanabilmesi hem de kristal şekerin kalitesi açısından önem taşır[1,8,12,13]. 2.4.5. Şekerin Kurutulması ve Ambalajlanması Santrifüjlerden çıkan şeker bir sarsak yardımıyla elevatöre daha sonra da kurutma ünitesine nakledilir. Santrifrüjden inen şeker, üç ayrı cins rutubet içerir. Bu rutubetlerden birincisi serbest rutubettir. Serbest rutubet, şeker kristallerinin etrafını saran şeker çözeltisinden ileri gelmektedir. Kolayca uçurulabilen rutubettir. İkinci rutubet, bağlı rutubettir. Bağlı rutubet, doymuş şurup zarı olup sakkaroz kristali yüzeyine yapışmış vaziyettedir. Daha zor uçurulabilen rutubet türüdür. Şeker kristallerinde kuşatılmış rutubet adı verilen bir rutubet daha vardır. Bu
30
rutubet şeker kristalleri içinde hapsedilmiş olarak kaldığı varsayılan su zerreleridir. Bu rutubet ancak şeker kristalleri kırıldığı takdirde ortaya çıkmaktadır. Pratikte şekerin kurutulmasında maksat serbest rutubetin uçurulmasıdır. Bizim kurutma tesislerimizde de serbest rutubet uçurulmakta; fakat bağlı rutubet kalmaktadır[14]. 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[1,6].
Şekil 16. Şekerin Ambalajlanması
3. YARDIMCI BİRİMLER Yardımcı birimlerde fabrikanın yardımcı tesisleri, enerji üretim ve dağıtımı, proses parametrelerin ölçüm ve kontrolü, analiz ve kontrol laboratuarları, kalite kontrol bölümleri, proses için su hazırlama ve çevre için atık arıtılmaları, ham madde ve ürünlerin depolanma ve transferleri, güvenliği ve yangına karşı tedbirleri, idare ve muhasebesi anlatılacaktır Bir şeker fabrikasında pancarın fabrikaya alınışından, şekerin ambarda depo edilişine kadar olan işlemler esnasında kireç, karbondioksit, buhar, su ve elektrik gibi yardımcı maddelere ihtiyaç vardır.
Yan tesislerden en önemlileri; kireç ocağı, buhar kazanı ve türbin dairesidir[6].
3.1. Kireç Ocağı ve Kireç Üretimi Arıtımda kullanılan kireç, fabrika sahasındaki kireç ocaklarında üretilir. Dikey bir 31
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. Kireç ocakları; silindir şeklinde olup, dış yüzeyleri çelikten yapılmıştır. Çelik örtü ocağın fiziksel dayanıklılığını sağlar ve içteki diğer tabakaları atmosferin etkilerinden korur. En içte yüksek sıcaklığa ve ocak işletme şartlarına oldukça dayanıklı şamot tuğladan örülmüş bir astar vardır. Astarla çelik örtü arasında izolasyonu sağlayacak izole maddeleri ve izole tuğlaları mevcuttur.
Şekil 17. Kireç Ocakları Ocaktan saturasyon gazı çekişi, ocağın üst yan tarafından su halkalı pompalarla sağlanır. Çekilen gaz temizlenip şerbet arıtımında kullanılmak üzere fabrikaya gönderilir. Ocağın altından kirecin alınması vibratörlü boşaltma oluklarıyla otomatik olarak yapılır. Kireç daireleri fabrikanın yanında kurulur. Kireç dairesi içerisinde ocak doldurma ve boşaltma tesisleri, kireç sütü hazırlama trommeli, kireç sütü hidrosiklonları kireç sütü depo ve pompaları, gaz pompaları bulunur. Ham şerbetin arıtılması için, kireç sütüne [Ca(OH)2] ve CO2 gazına ihtiyaç vardır. Bu iki ürün kireç taşının (CaCO3) 900- 1150°C arasında yakılmasıyla şu reaksiyona göre elde edilir. CaCO3 CaO + O2 + Q taşın yanması için gerekli ısı kok kömüründen sağlanır. 32
•
Kok ve ters akım prensibi ile çalışan dikey kireç ocakları
Taşın kokla yakılması, teşekkül eden karbondioksitin ocaktan uzaklaşması, oluşan kirecin kireç sütü hazırlamak üzere trommele verilmesi işlemlerini yerine getiren komple bir tesistir. Ankara şeker fabrikasında 2 tane kireç ocağı mevcuttur. 3.2. Su temini Şeker fabrikaları, çok fazla miktarda su kullanan işletmelerdir. İşletmede kullanılan suların fazla oluşu ve işletmeden çıkan suların da fazla olması nedeniyle Şeker Fabrikaları akar sulara, göl ve nehirlere yakın yerlerde kurulmuşlardır. Şeker fabrikalarında 100 ton pancarı işlemek için ortalama 1500-2000 m3 suya gereksinim duyulmaktadır. Fakat kullanılan bu suyun ancak küçük bir birimi taza sudur, büyük bölümü ise kendi içinde devrettirilerek birçok kez kullanılabilen sulardır. Fabrikada kullanılamayacak derecede kirli suların arıtılarak akarsulara verilmesi gerekmektedir. 100 ton pancarın işlenmesiyle ortaya çıkacak arıtılması gerekli su miktarı 30 ila 50 m3 arasında bulunmalıdır[15]. Pancarın yıkanması ve yüzdürülmesi için yaklaşık olarak pancarın on katı su kullanılır. Su , pancarın çamurdan ayrı olarak biraz şeker ile pancardan çözünebilen diğer bazı maddeleri ve ayrıca da kuyruk tutucuya geçen kök, ot ve yaprakları da ihtiva eder. Fabrikaların kurulacakları yerler eskiden, yüzdürme ve yıkama suyunu bir defa kullandıktan sonra dışarı atılabilecek şekilde seçilirdi. Pis su evvela bir çamur havuzuna alınır. Buradan taşan su, dışarı atılırdı. Çamur havuzunda kum ve toprak kalmış olur. Bu havuzda toplanmış olan çamur, yaz aylarında boşaltılır. Fabrika kapasiteleri büyüdükçe, işlenen pancar miktarı ve buna bağlı olarak kullanılan su da artmış, dolayısıyla da hem temiz suyun tedariki ve hem de pis suyun atılması güçleşmiştir .Bundan dolayı, bir kere kullanılan suyun temizlenip tekrar kullanılması kaçınılmaz olmuştur. Pis suyun içinde bulunan çöken ve yüzen maddeler durultma havuzunda toplanıp, mekanik olarak buradan atılmaktadır.
33
Şekil 18. Atık Su Arıtma Havuzu Çöken maddeler taş parçacıkları, kum, çamur ve pancar parçalarıdır. Yüzen maddeler ise ot ve yapraklar, pancar tali kökleri ile çürümüş pancar parçalarıdır. Su durulma havuzlarının ilk kademesi BRÜGNER havuzudur ve yaklaşık 52 m çapında ve 1.4 m yüksekliğindedir. Çamurlu su girişi havuzun ortasındadır. Çamurun büyük bir kısmını bu havuzda bırakan su, nispeten temizlenmiş olarak bu havuzun kenarlarındaki taşkanlardan taşarak ikinci kademe durulma havuzları olan AQUA- PURA havuzlarına gelir. Bu havuzların yaklaşık hacimleri 600 m3 tür. Toplam su kütlesi: Brügner havuzu : 3000 m , Aqua- Prua : 600+ 600 m Havuzların tabanlarında biriken çamur, pompalar vasıtasıyla 800.000 m3 lük Aslım çökeltme havuzlarına basılır. Fabrikanın su ihtiyacını karşılamak üzere 6 adet derin kuyu pompası bulunmaktadır. Bunlardan 5 tanesi faal olarak çalışmaktadır[1,15]. 3.3. Enerji Üretim ve Dağıtımı Genel olarak sanayinin bütün kollarında olduğu gibi şeker fabrikalarının da iki türlü enerjiye ihtiyacı bulunur. Bunlar ısı ve elektriktir. Isı enerjisi buhar kazanlarından, elektrik enerjisi ise Turbo-Jeneratör gruplarından sağlanmaktadır. Turbo-Jeneratör grubu bir buhar türbini ve alternatif akım jeneratöründen oluşmuştur. Dizayn özelliklerinden dolayı türbin devri jeneratör devrinden yüksek olduğu için devir sayısını dengeleyen bir dişli kutusu ile donatılmışlardır[7,8]. 34
3.3.1. Buhar Kazanları Buhar kazanları imal şekline göre genel olarak; alev borulu, su borulu, özel (akışkan yatak) olmak üzere üçe ayrılır. Şeker fabrikasında genellikle su borulu kazanlar kullanılmaktadır. Şeker üretim prosesinde kullanılan ısı ve elektrik enerjisi fabrika içerisinde yer alan kazan ve türbin dairesinden olu1şan 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[1,16]. Isıtıcı Yüzeyler Isıtıcı yüzeyler olarak "ekonomayzer, dolaşım boruları, kazan domları, kızdırıcı, hava ön ısıtıcısı" sayılabilir. Ekonomayzer Besleme suyu ön ısıtıcılarında eskiden korozyona dayanıklılığı yüzünden demir döküm kanatlı boru demetlerinden faydalandırdı. Ancak bunların yüksek basınçlara dayanıklı olmaması nedeniyle çelik boru demetleri tipine dönülmüştür. Fabrikadaki kazanlarda serpantin tipli borulu ısıtıcılar kullanılmaktadır. Besleme suyu burada doyma sıcaklığının 30 °C altında olacak şekilde ısıtılır. Dolaşım boruları Bunlar suyun dolaşımını sağlayan borular olup, buhar bu borularda oluşmaya başlar. Ancak düşüş boruları ısıtıcı yüzeyler sayılmazlar. Isıtıcı yüzeyleri oluşturan borular ateş bölmesi duvarlarına veya demet halinde duman gazı yoluna yerleştirilir. Bu borular genellikle karbonlu çeliklerden yapılırlar. Kazan domları Doymuş buharın su-buhar karışımından ayrılması üst domda olur. Domlar kazanda enine ve boyuna yerleştirilen büyük çapta silindirik kaplar olarak düşünülebilir. Kazanlardan su atılması(blöf) gerektiğinde ve besi suyunun şartlandırılması domlarda yapılır. 35
Kızdırıcı Doymuş buharın aynı basınçta ısıtılarak kızgın buhar haline getirilmesi işlemi kızdırıcıda olur. Kızgın buhar iki önemli yarar sağlar. Birincisi kızgın buharın aynı basınçtaki doymuş buhardan daha yüksek entalpili oluşu, diğeri de kızgın buharın kesinlikle nemsiz oluşu türbinlerin işletilmesinde istenen bir husustur. Hava ön ısıtıcısı Yüksek basınçlı katı yakıtlı kazanlarda yanmanın kolaylaştırılması için yakma havası duman gazlarının ısısından yararlanılarak ısıtılır. Isıtılmış havanın sıcaklığı pülverize kömürlü kazanlarda 150-300 °C ızgaralı sistemlerde ise 150°C dolayında tutulur. Böylece kazan veriminde % 3-5 artma sağlanabilir. Borulu veya plakalı tipleri mevcuttur. 3.3.1.1. Buhar Kazanlarında Kullanılan Yakıtlar ve Yakma Sistemleri Buhar kazanlarında yakıtlar katı, sıvı, gaz yakıtlar olmak üzere üçe ayrılır. Katı yakıtlar taş kömürü, linyit, odun, çeşitli atıklardır. Sıvı yakıtlar olarak, inceltilmiş Fuel-Oil kullanılır. Gaz yakıtlar olarak da doğalgaz kullanılmaktadır. Katı yakıtların başında gelen kömür kazana üç yolla verilir. Kürekle ( elle), ızgaralar yardımıyla, pülverizasyonla. Elle besleme küçük kalorifer kazanlarının beslenmesinde kullanılır. Büyük sistemlerde kullanılan ızgaralar ise hareketli sonsuz, sarsak, savurmalı, geri itmeli tiplerdir. Pülverizasyonla beslemede kömür değirmenlerde öğütülerek primer hava ile karıştırılıp ocağa püskürtülür. Sıvı ve gaz yakıtlı kazanlarda ise yakıtı yakan değişik tiplerde brülörler bulunmaktadır. Ankara Şeker Fabrikasında 4 adet kazan bulunmaktadır. Bunlardan ikisi 20 ton/h kapasiteli, Fuel-Oil ve doğalgaz ile çalışabilir. Yapısında içten dışa doğru mantar tuğla, ateş tuğla, dış tuğla bulunmaktadır. 900 °C ye kadar ısıtma sağlanır. Bu kazandan çıkan buhar 28-30 atü basınç arasında türbine gider. Buhar vanaları türbin çalışırken iyice açıktır. Kızgın buhar çıkış basıncı 25-30 bar arasında, sıcaklığı 380-410 °C arasında olmaktadır. Dizayn basıncı 38 bar, kızdırıcı çıkış basıncı 30 bar, dom basıncı 34 bar, besleme suyu eko giriş sıcaklığı 110 °C dir. Kazan yüksekliği 30 m dir. Kazanlardan bir tanesi 50 ton/h kapasiteli ve doğalgaz ile çalışmaktadır. Diğer kazan yıldız kazan olarak adlandırılır. 10 ton/h kapasiteli ve fuel-oilin 36
inceltilmişi ile çalışılır. Bu kazan fabrika personel servisleri ve lojmanları ısıtma görevi görür[12,16]. 3.3.1.2. Kazana verilecek besleme suyu Kazana verilecek suyun kazan tesisatına zarar verebilecek yabancı maddelerden temizlenmiş olması gerekir. Sudan arıtılması gereken bu maddeler, erimiş tuzlar, yağ, çözünmüş gazlar ve buharla sürüklenebilecek diğer maddelerdir. Besleme suyu kazana verilmeden önce hazırlanmalıdır. Öncelikle sertliği giderilmelidir. Bunun için çökertme, iyon değiştirme, bileşik yöntemler olmak üzere değişik yöntemler kullanılabilir. Çökeltme yönteminde kaba suya kireç, soda, sudkostik, alüminyum sülfat gibi maddelerin katılmasıyla sertlik maddelerinin yada suda çözünmeyerek çöken veya su içinde çözünmüş ollmakla beraber, kazan taşı meydana getirmeyen maddeler haline getirilmesi sağlanır. Halen çok kullanılan iyon değiştirme yöntemi permutit veya neopermutit adıyla anılır. Bu yöntemde doğal veya yapay zeolitler, çeşitli reçineler kaba su içinde bulunan kalsiyum ve magnezyum sertliklerini alırlar. Üçüncü yöntemde ilk iki yöntemle elde edilen su daha da iyileştirilir. Bu yöntemde en çok trinatrium fosfat kullanılır[8,16]. Domlu kazanlarda pompa toplam basıncı, kazanın, kazan ile pompa arasındaki tüm dirençlerin ve emniyet ventillerinin ayarlı basınçlarının üstünde bir basınca sahip olması gerekir. Fabrikada kazan devreye alınırken elektrikli besleme pompası kullanılır. Daha sonra yüksek basınçlı kızgın buhar elde edilince bir çeşit ufak türbin olan pompalar devreye sokulur ve böylece elektrik enerjisinden tasarruf edilir. 3.3.1.3. Kazan işletilmesinde karşılaşılan güçlükler Kazan işletilmesinde karşılaşılan güçlükler; kazanın tükürmesi, kazanın köpürmesi, korozyon, borularda balon ve yarıklar, köpürme ve sürüklenme korozyonudur. Kazan tükürmesi: Buhar çıkışına su kaçması olayıdır. Buna yol açan nedenler çok yüksek su seviyesi, düzgün olmayan ısı dağılımı, yüksek çekiş, yük oynamaları v.b. dir. Çözüm su seviyesinin azaltılması, yükün azaltılması olarak düşünülebilir. Kazanın köpürmesi: Kazan suyunda küçük, stabil, birleşmeyen parçacıkların oluşmasıdır. Köpürme kazanın tükürmesine ve buharla birlikte bazı maddelerin sürüklenmesine
37
yol açabilir. Sebebi, sudaki çözünmüş katı maddelerin fazlalığı, yüksek alkalite ve yağın varlığıdır. Uygun miktarda blöf ve uygun nitelikte su takviyesi ile önlenebilir. Korozyon: Kazanlarda korozyonun türlü nedenleri vardır. Kazan suyunun alkalitesi., oksijen ve karbondioksit gazlarının varlığı korozyonla doğrudan ilgilidir. 9-12 pH aralığında kazan suyu değerlerinde demir büyük ölçüde korunur. Gazsızlaştırılmış besi suyu ile oksijenin neden olabileceği çukurcuk (pitting) şeklindeki korozyon ve karbondioksitin neden olduğu boru alt yüzeylerindeki kanallar ve oyuk korozyonu engellenebilir. Düşük pH değerlerinde karbondioksitin oluşturduğu hidrojen korozyona neden olur ve demir ile tepkimeye girip metan gazı oluşturur. Bu gaz iç basıncı artırır ve taneler arası çatlakları oluşturarak boruların patlamasına neden olabilir. Borularda balon ve yarıklar, yeterli derecede hazırlanmamış besi suyundaki sertlik yapıcı maddeler kazan borularında taş teşekkülüne yol açarlar. Bu yüzden borunun sıcak gazlarla temasta olan dış yüzeyinin soğutulması güçleşir ve malzeme akma sınırının üzerinde yüklenir. Bu durum borularda balon ve yarıkların oluşmasına neden olur. Kazan suyunun iyi ıslahı bu durumu önleyecektir. Köpürme ve sürüklenme korozyonu: Köpürme sudaki asılı katı parçacıkların belirli bir sınır değeri aşması durumunda oluşur. Bunlardan silis köpürmeyi hızlandırır ve sürüklenme durumunda kızdırıcı borularında ve daha ileride türbin kanatlarında temizlenmesi zor birikintiler oluşturur, hatta türbin kanatlarının kırılmasına ve kızdırıcı borularının patlamasına neden olabilir. Bu durum istenen besi suyu değerlerinde çalışılması durumunda önlenir. Bazı durumlarda köpük önleyici polimerler de kullanılabilir[12,16]. 3.3.2. 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. Kazan dairesinden elde edilen yüksek basınçlı buhar türbinlerde elektrik enerjisine dönüştürülür. Şeker şirketinde kullanılan türbinler karşı basınçlı türbinler olduğundan kazandan 38
gelen buhara basınç 2,5 atmosfere düşünceye kadar türbinde iş gördürülür sonra bu buhar tephir istasyonuna alınarak sulu şerbetin koyulaştırılmasında kullanılır. Buhar yoluna göre; aksiyal veya radyal olarak ayrılabilir. Birincide buhar radyal olarak yerleştirilmiş olan kanatlardan dönme ekseni boyunca aksiyal olarak, ikincide ise aksiyal kanatlardan radyal olarak akar. Daha çok aksiyal tip kullanılır. Enerjinin dönüşüm şekline göre ise; eş basınç kademeli veya üst basınç kademeli olarak sınıflandırılabilir. Buhar enerjisinin türbin içinde dönüşümü iki şekilde olur. İlk önce potansiyel enerji sevk kanatlarında kinetik enerjiye, daha sonra bu enerji rotorda işe çevrilir. Potansiyel enerjinin sadece sevk kanatlarında veya kısmen de rotorda kinetik enerjiye çevrilmesi yapılarında birkaç değişikliği gerektirir. Birinci halde rotor kanatlarının arkasında ve önünde eşit basınç mevcuttur ki bunlara eş basınçlı veya aksiyon türbinleri denir. İkinci halde ise kanatlarda bir daralma mevcuttur. Buhar burada hızının artması ile genleşir ki bunlara da "üst basınçlı" veya "reaksiyon türbini" denir. Şeker fabrikalarında bu yapıların karması olan türbinler kullanılır. İşletme tarzına göre de türbinler karşı basınçlı, ara buhar almalı veya kondenzasyonlu olarak sınıflandırılabilir. En çok kullanılan karşı basınçlı olanlarıdır. Karşı basınç buharlaştırıcılara göre seçilir. Bu basınç genellikle 2,5-3 bar dır. Buhar türbinlerinin üniteleri: Ana buhar ventili: Türbine gelen sağlam buharı kapama açma işini yapar. Ani kapama ventili: Türbinlerde yatakları besleyen yağ basıncının ani düşmesi,
aşırı
aksiyal bir uzamanın ortaya çıkması halinde kullanılır. Devir sayısı ve güç ayar regülatör grubu: Bu ünite hidrolik olup devir sayısına bağlı olarak türbine giren buhar miktarını ayarlar. Yağ deposu, soğutucuları ve yardımcı yağ pompası: Pompa türbin ana mili üzerindeki ana yağ pompasının çalışmadığı an türbinlerin yol
alması veya durdurulması sırasında
çalıştırılır. Türbinin aniden durması halinde kendiliğinden devreye giren elektrikli yağ pompaları da mevcuttur. Türbine devir sayısının veya gücün ayarı için buhar, türbine bağlı ve ekseriya hidrolik olan bir regülatör yardımıyla ayarlanır. Regülatör grubu, devir sayısı duyargası, güç amplikatörü ve kumanda pistonundan ibarettir. Sistem devir sayısına bağlı olarak, türbinin ilk güç ayar çarkına buhar veren, buhar lülelerini artan güç ihtiyacına uygun olarak sırayla açar. 39
Devir sayısı duyargası merkezkaç veya hidroliktir. Regülatöre türbin üzerinden veya kumanda tablosundan yapılan el kumandası ile güç ayarı yapılır. Karşı basınç ayarı ise genellikle retür basıncını sabit tutmak veya retür ihtiyacını ayarlamak için yapılır. İlk kademe çarkına buhar veren lüleler bir servomotorla tahrik edilen bir hidrolik piston ile kumanda edilir. Servomotor pistonu ( ki bu devir sayısı regülatöründen geçen yağla tahrik edilir) ana kumanda pistonuna bağlı bir mekanizma ile dengelenmiştir. Pistonun hareketine ters olan etki ana kumanda pistonunun daha fazla hareketini önler. Artan güçle beraber devir sayısı düşer. Bu düşüş boşta çalışma ve tam yük durumuna göre bir ayar yapılmazsa % 4 oranındadır. Paralel çalışan iki türbinden devir sayısı düşük olan daha çok yüklenir. Karakteristikleri aynı olan iki paralel çalışan türbinlerin frekans devir sayısının ayarı için ikisine birden elle kumanda etmek gerekir. Kullanılan yağın, firma kataloğundaki değerlerde olmasına dikkat etmek, buharda sürüklenmelere engel olacaktır. Yol verme sırasında tecrübe protokollerinde verilen ısınma eğrisine göre yol vermek, aksiyal kaymanın kontrolü, yatak sıcaklıklarının istenen değerleri aşmaması, yağ basıncının kontrol edilmesi gerekir. Karşı basınç şiberi nominal değere yakın tutulmalıdır[1,12,16]. Türbin buharının, kızgın buhar olması, buhar içinde yabancı madde bulunmaması, basıncın normal olması gibi özellikleri vardır.
Şeker fabrikalarında buhar tüketimini etkileyen faktörler:
Pancardaki şeker varlığı,
İşlenen pancarın kalitesi (taze, donmuş, çürümüş vs.),
Fabrika kapasitesinin düzenli kullanılması ( dalgali çalışma yakıt tüketimini artırır.), Vakum brüdesinden yararlanma ortalama sıcaklığı 65 C olan pişirim brüdesi ile şerbet 15-20
ısıtılarak, kondensatöre gidecek ısıdan yararlanmak,
Koyu şerbetin Bx (55 Bx) en az standart şurup ( 70 Bx) olacak şekilde çalıştırılması,
Santrifüjlerde direk buhar kullanılmaması, Şurup depolarının direk buhar ile ısıtılmaması (Buhar kazanlarında buhar üretimi ve buhar
dağılımı) şeklinde sıralanabilir[1,16]. 3.3.2.1. Türbin buharının elde edilişi
40
Kazana su tephirlerde yoğunlaşan buhardan temin edilir. Bu su kaynama sıcaklığına yakındır. Su ekonomayzer denilen kazan kısmında ilk ısıtmaya tabi tutulur. Asıl kazan kısmı ocağı çepeçevre saran seksiyon borularından ibarettir. Su burada kaynama derecesine kadar ısıtılarak kaynatılır. Kaynayan sudan ayrılan su buharı buhar kızdırıcı borularında son bir ısıtmaya tabi tutularak kızdırılır. Fabrikanın buhar türbinlerinde buharın potansiyel enerjisi önce kinetik enerjiye döner, daha sonra seyyar kanatlar vasıtası ile rotoru döndürerek mekanik enerjiye dönüşür. Türbin buharının hareketi yükseldikçe türbin verimi artar. Isı kayıpları azalır. Türbin ebadı küçülür. Ankara Şeker Fabrikası’nda üç adet türbin bulunmaktadır. Bunlardan ikisi karşı basınçlı diğeri de konseli türbinlerdir[1,16]. 3.3.2.2. Karşı basınçlı türbinlerin özellikleri Siemens T 1907 İmal yılı: 1957 Türbin no: 1907
Türbin devri: 10000 devir/dakika Türbin gücü: 2000 kW Sağlam buhar basıncı: 24 atü
Sağlam buhar sıcaklığı: 380-400 °C Karşı basınç: 2,5 bar Yatak yağ basıncı: 1,6bar Yatak yağ ısısı: 38-40°C Kumanda yağ basıncı: 5,8 bar Sekonder yağ basıncı: 3,5 bar Primer yağ basıncı: 2,5 bar
3.3.2.3. Kondenseli türbinin özellikleri İmal yılı 1980
Türbin no 5721 Türbin devri 9500 devir/ dakika Türbin gücü 6400 kwh Sağlam buhar sıcaklığı 380-400°C Karşı basınç 2,43 bar Yatak yağ basıncı 1,7 41
Kumanda yağ basıncı 9,2 Sekonder I basınç yüksek 2 Sekonder II basınç düşük 3 Primer yağ basıncı 2,5 Not: Alçak basınç klapelerinin birinde 7 mm çapında delik vardır. Buradan sürekli kondense (ısı değiştiricisi) hattına buhar girer[1,12,16]. 3.3.3. Jeneratörler Jeneratörler, elektrik üreten kaynaklar olarak kullanılırlar. Senkron ifadesi jeneratörün kutup sayısı ile belirtilmiş bir devir sayısında zaman faktörü ile eş zamanlı olarak dönüşünü ifade eder. Kutup devir sayısı ve üretilen elektrik enerjisinin frekansı arasında şu bağıntı mevcuttur. n = ( f *60 ) / P f = Hz olarak frekans, P = çift kutup sayısıdır. Bir jeneratör alternatif akımın üretildiği ve sabit olan bir statorla doğru akımla uygulanan ve döner bir mıknatıs etkisi yaratan bir rotordan ibarettir. Jeneratör silindir sargılı ve çıkık kutuplu olarak iki gruptur. 3000 d/dak lık olanlar silindirik sargılı, diğerleri çıkık sargılıdır. Rotorun beslenmesinde kullanılan doğru akım jeneratör miline bağlı bir D.A jeneratöründen sağlanır. İkazı artırılıp azaltılarak senkron jeneratörün rotor sargılarından geçen akım değiştirilir ve böylece gerilim ayarı sağlanır. Bu ana ikaz jeneratörün serbest ikazı ise buna bağlı bir pilot ikaz jeneratöründen sağlanır. Bu bir şönt doğru akım jeneratörü olup armatürleri bir ikaz reostası ve gerilim regülatörü üzerinden ana ikaza bağlanmıştır. Jeneratörler kendi mili üzerine monte edilmiş bir vantilatör ile hava sirküle ettirilerek soğutulur. Aşırı akım koruması, kısa devre koruması, geri güç koruması gibi devrelerle donatılmışlardır. Fabrikada soğutma sistemi şu şekilde olmaktadır. Jeneratör havası kendi mili üzerine yerleştirilmiş bir vantilatör ile kapalı bir sistemde sirküle ettirilir. Bu sirkülasyon devresine 42
yerleştirilmiş olan bir su soğutuculu radyatör jeneratör sirkülasyon havasını soğutur. Bu sistem jeneratörün alt hücre boşluğuna monte edilmiştir[1,12,16]. 3.3.4. Kondensatörler Kondensatörler devredeki ani yük düşüş ve yükselişlerinde jeneratörün aniden dolup boşalmasına yani düzensiz bir şekilde çalışmasına mani olurlar. Kısaca jeneratörü dengede çalıştırmayı sağlarlar. Kondensatörler şebekeye ya merkezi yada mahalli olarak bağlanırlar. Merkezi bağlama şebekenin çıkışında her bölgeye kumanda edecek şekilde yapılır. Mahalli bağlamada kondansatörler motora en yakın bir yere hatta motorun klemensine bağlanır. Bir devrede yük sabit kalmak şartıyla akım yükseltmek için devrede bulunan kondensatörlerin birkaçını çıkartmak kafidir. Paralel çalışan türbinlerin biri yükü geç alıyorsa yük ayarı regülatörü dengesiz çalışıyordur ve ikaz dinamosu arızası (kömür) olur. Regle duyarsızdır. Klepetifleri soda tutması nedeni de olaya meydan verebilir. Fabrikada genellikle elektrik üretim ve dağıtımında 6,3 kW lik gerilim kademesi seçilmiştir. Jeneratörün şebekeye aktif ve reaktif olarak verdiği güç, alıcılar tarafından tüketilir. Bunlar çoğu kez elektrik motorlarıdır. Bunlar şebekeden hem aktif hem de reaktif güç çekerler. Nominal çalışma noktaları etiketlerinde kW olarak güç ve cosΦ olarak güç faktörleri ile belirtilmişlerdir. Güç faktörleri yüksek olan motorlar şebekeyi akım bakımından daha az yükledikleri için tercih edilir. Genel olarak fabrikalarda cosΦ = 0,65-0,70 arasındadır. Jeneratörlerin güç faktörleri cosΦ =0,8 olduğu için bunlardan tam olarak istifade edilemez ve bu sebepten bazı gruplara kondansatörler bağlanarak güç faktörünün yükseltilmesine çalışılır. Jeneratörlerden elde edilen 6,3 kW lik gerilim şalt dairesinde gruplar halinde dağıtılır. Her hücreden dağıtılan bu gerilim fabrika içerisinde belirli yerlerdeki trafolarda orta gerilim haline dönüştürülerek 380 voltluk gerilim olarak cihazlara dağıtılır[1,12,16]. 3.4. Proses Parametrelerinin Ölçüm ve Kontrolü Şeker fabrikalarında özellikle difüzyon ve ham fabrika ile rafineri otomasyonunda ölçme ve otomatik kontrol oldukça yoğun olarak kullanılmaktadır. Aletler topluluğuna genelde bakıldığında çalışma özelliklerine göre iki grup alet ortaya çıkar; Elektriksel Pnömatik sistemler 43
Bu sistemlerde kullanılan aletlerin elektriksel veya pnömatik oluşu sistemin işleyişinin genel yapısını değiştirmez. Ancak sistemde süreklilik, ekonomiklik ve bakım kolaylığı gibi konularda ayrılıklar gösterir. Ölçmede esas, ölçülecek fiziksel büyüklükle orantılı olarak değeri değişen pnömatik ya da elektriksel bir işaret elde etmektedir. O halde öncelikle bir duyargaya gerek vardır. Bundan sonraki aletler, algılayıcı çıkışı ve gösterge veya kaydedici olarak sıralanabilir. Genel olarak algılayıcı çıkışı ile gösterge girişi aynı büyüklükse algılayıcı ile gösterge doğrudan bağlanır. Büyüklükleri farklı ise kuvvetlendirici kullanılır[1,17]. 3.4.1. Ölçme aletleri İşletme akışının kontrol ve düzenleme esası ölçmedir. Kontrol için kısmen bağımsız ölçümlerin yapılması yeterlidir ve bunun yanında bazı ünitelerde sürekli ölçümlerin yapılması gerekir. Sıcaklık ölçülmesi: Bunun için mekanik veya elektriksel termometreler kullanılır. Mekanik termometreler alkollü veya cıvalı cam termometrelerdir. Elektriksel termometreler ise -220 °C den 850 °C ye kadar kullanılan termoelementlerdir. Dirençli olanlarda prensip metallerin sıcaklığa bağlı olan elektriksel direncine dayanır. Direnç değişimi sıcaklık için bir ölçektir. Farklı malzemeden iki elektriksel iletken bir noktada bağlanırsa, uçlar arasında bir gerilim meydana gelir. Termoelementlerle ölçüm aslında bir fark ölçmedir. Bu elementler, Cukonstantan, Fe-kons, NiCr-Ni, Pt şeklinde olabilir. Basınç ölçülmesi: Fabrikalarda basınç ölçümü için değişik tipte manometreler ve U boruları kullanılır. Manometreler yaylı, membranlı, körüklü, boru yaylı gibi tiplerde mmHg, bar, psi, kg/cm", mmSS, mbar birimlerinde çeşitli çap ve bağlantılarda kullanılmaktadır. Miktar ve debi ölçümü: Miktar ölçümü tartma yoluyla veya hacim ölçülmesiyle yapılır. Pancar miktarı fabrikaya girişte araba kantarlarında tespit edilir. Kıyımlar ise sürekli bant kantarlarında tespit edilir. Aynı şekilde kazana giren kömür de bant kantarları yoluyla tartılır. Çıkan şeker otomatik kantarlarda 50 kg üzerinden torbalanır. Debi ölçümlerinde Bernouilli eşitliğine dayanan venturi boruları, diyaframlar kullanılır. Kısaca debimetre diye adlandırılan bu sistemde bir boru hattı içinden akan bir maddenin debisi borunun her yerinde aynıdır. Borunun herhangi bir yerindeki kesit azaltılacak olursa akış hızı yükselmek zorunda kalır. Akış halindeki maddenin statik ve kinetik enerjileri toplamı sabittir. Kinetik enerjinin artışı, statik enerjinin 44
azalmasına neden olur. Etkin basınç diye adlandırılan bu basınç düşümü P2-P1 veya AP debi için bir ölçüdür. İletkenlik ölçümü: Sıvılarda iletkenlik onların tuz ve tuz konsantrasyonunun tayinin yapılmasıdır. İlkesi, elektrolitik sıvı içindeki yük taşıyan iyonların kullanılması ile direnç ölçümüdür. Seviye ölçümü: İki tür seviye ölçümü vardır. Birincisi yüzeyin durumuna göre direkt, ikincisi basınç farkı yöntemine göre. Direkt metotlar; Şamandıra, elektrot probları, ışık yansımasıyla. Elektriksel olarak ölçüm yapılan metotlarda, sıvıların özellikleri önemli bir rol oynar. Endüktif metotla bir selonoidin içindeki yumuşak demir çubuğun hareketi ile veya hava aralığının azalıp çoğalmasıyla empedans değişir. Oluşan magnetik akı bir yükselticiye kumanda eder. Yükselticinin çıkış akımı magnetin dönme açısı ile ters orantılıdır. Bu da gösterge veya kayıt elemanlarını yönlendirir. Kapasitif metotta kondansatör kullanılır. İki levha arasındaki mesafenin değişmesi ile empedansın değişmesi esasına dayanır. Kireç bunkerlerinde bu yöntem kullanılır. Farklı basınç ile seviye ölçümünde, farklı iki basınç bir membran yardımıyla doğrusal harekete dönüştürülür. Bu hareket ile terazi kolu sisteminde bulunan bir bobin gerilim üretir. Direnç ile seviye ölçümü: Strain gage denilen direnç tel ile uzama ölçülür. Bu uzama ile fiziksel bağıntı kurularak gerilme, kuvvet, seviye de ölçülebilir. Bir kaptaki sıvı basınç oluşturur. Basıncı ölçebildiğimize göre buna bağlı olarak seviyeyi de ölçebiliriz. Bu sistemde wheatstone köprü dirençleri kullanılır. pH ölçümü: pH bir sıvıdaki H iyonları konsantrasyonunun ölçüsüdür. Sıvılardaki elektrik yüklü iyonlar bir elektrik akımı oluşturur. Temel prensip pH ı ölçülecek sıvıya batırılan iki elektrot ile pH a bağlı değişen gerilim farkını ölçmektir. Elektrotlardan biri ölçme elektrodu diğeri ise referans elektrotudur[1,17]. 3.4.2. Proses kontrol
45
Proses kontrol veya süreç denetimi denilen olay katı veya akışkan maddeleri maksada daha uygun bir hale getirinceye kadar, bu maddeler üzerine uygulanan işlem ve işlemler topluluğudur. Herhangi bir otomatik kontrol sisteminin iki elemanı vardır. Süreç Denetleç Süreç denetiminde yapılan iş kısaca şöyledir. Kontrol ettiğimiz değişkenin o andaki değeri ölçülür. Olması istenen değer ile ölçülen değer arasındaki fark bulunur. Bu farka bağlı olarak kontrol aygıtında üretilen büyüklük son denetleme aygıtını uyarır. Bu aygıtta işlemlenen büyüklüğü değiştirerek süreç(proses) çıkışının istenen değere yaklaşmasını sağlar. Uygulamada bu işlem elle bir düğmenin çevrilmesiyle olur. Düğmenin konumu ayar noktası olarak belirlenir. Bu konum giriş aygıtları tarafından elektriksel yada pnömatik büyüklüğe dönüştürülür. Böylece ölçülen büyüklükle karşılaştırma olanağı sağlar. Mesela; sirkülasyon ısıtıcısının sıcaklık ayarını 80 °C yaptığımızı varsayalım. Bu bizim gerek değer ayarımızdır. Kontrol aygıtı bunu hep aynı değerde tutmaya çalışır. Sıcaklık 80°C yi geçtiğinde hata sinyali oluşacak, bu sinyali kontrol aygıtı değerlendirerek girişteki buhar ventilini ya tam yada sinyal ile orantılı olarak kapatacaktır. Tersi olursa da açacaktır. Burada sıcaklık duyargası olarak pt-100 kullanılabilir[1,17]. Kontrol yöntemleri: İki konumlu kontrol, oransal, entegral, türevsel kontrol çeşitleri vardır. İki konum kontrol de kontrol değişkeni herhangi bir şekilde ayar noktasından bir miktar ayrıldığında düzengeç, kontrol aygıtı yardımıyla son kontrol elemanını( örneğin ventili) iki uç noktadan birine çeker. Bu yönteme "on-off kontrol" denir. Oransal kontrol (P): Bu yöntemde son kontrol aygıtının konumu ile kontrol değişkeni arasında sürekli ve sabit doğrusal bir bağlantı vardır. Kontrol aygıtı, kontrol değişkeninin her bir değeri için son kontrol aygıtını ona karşılık olan belirli bir konuma getirmektir. Yani son kontrol aygıtı sapmanın her bir ünitesi için aynı miktarda hareket eder. Mesela su seviyesinin p ile kontrol edildiğini düşünelim. Burada kontrol değişkeni su seviyesidir. Kontrol aygıtı ile denetlenen ise depoya giren suyun debisidir. Su seviyesinde bir değişiklik olduğunda şamandıra bu değişiklikle orantılı olarak yukarı aşağı hareket ederek son kontrol aygıtı olan ventilin seviye ile orantılı bir konuma gelmesini sağlar.
46
Entegral kontrol (I): Oransal kontrol de kayma bir sorun yaratır. Bunu önlemek için kontrol aygıtı çıkışını kontrol değişkeni sapması ile orantılı bir hızda değiştirmek gerekir. Genelde PI oransal + entegral kontrol olarak kullanılır.. Türevsel kontrol (D): Burada kontrol aygıt çıkışı, sapmanın değişme hızı ile orantılı olarak değişir. Hiçbir zaman tek başına kullanılmaz. Oransal – Entegral - Türevsel kontrol (PID): Orantılı kontrol yönteminin kaymaya sebep olduğu, orantılı-entegral kontrolün kaymayı önlediği fakat transfer gecikmesi veya ölü zamanı olan süreçleri kontrol edemediği görüldü. Büyük yük değişmesi olan ve ölü zamanla transfer gecikmesi olan sistemlerde PID kontrol kullanılır[1,12,17]. 3.5. ISO 9000 Çalışmaları: İşletmenin koşullarına uygun bir kalite güvence sistemi geliştirilmesinde ve / veya bir başka organizasyonun kalite güvencesinin değerlendirilmesinde esas olarak kullanılabilecek bir modeldir. Bu modele uygunluk ise bir işletme için bir çok endüstrileşmiş ülkede kabul edilmiş olan uluslararası bir standarda uygun bir kalite güvence sistemine sahip olmaktır. ISO 9000 Standartlar serisi Kalite Güvence Sistemi'nin kurulması için asgari şartları belirleyen bir kılavuzdur. ISO 9000 Çalışmalarının tercih edilme nedenleri şunlardır ; • Kararlılığı ve verimliliği artırır. • Maliyetleri düşürür. • Kaliteyi artırır. • Etkin bir yönetim sağlar. • Tüm faaliyetlerde geniş izleme ve kontrol sağlar. • Müşteri ihtiyacıdır. • Uluslararası düzeyde uygulanabilen bir modeldir. • Kalite sisteminin belgelendirilmesi için modeldir
47
Ankara Şeker Fabrikası'nda ISO 9000 çalışmaları uygulanmamaktadır. Daha önceki dönemlerde bu çalışmalar yapılmakta iken sonraları durdurulmuştur[1,3]. 3.6. Proses İçin Su Hazırlama Şeker fabrikasında kullanılacak su mikropsuz, çürüyen organik maddelerden arınmış ve mümkün olduğu kadar az tuz içeren bir sudur. Bilhassa nitrat, sülfat ve alkali karbonatsız almalıdır. Bunlar şekerin kristalleşmesine engel olurlar. Çok tuzlu ve sert sular şekerin difüzyonuna engel olurlar. Bu özellikleri içeren yer altı veya nehir suları kazan dairesi hariç şeker fabrikalarında doğrudan doğruya kullanılır. Yüksek basınçlı yeni kazanlarda kazan besleme suyunun hazırlanması için çeşitli zarar ve zorluklar veren organik ve anorganik maddelerin uzaklaştırılması gereklidir. Bu maddelerin cins ve miktarına göre su arıtım tesisinin çalışma prensipleri ve kapasiteleri de farklı olur. Su arıtım tesisleri 3 bölümden ibarettir: Silis, karbondioksit ayırma ve geçici sertlik giderme bölümü Filtrasyon bölümü İyon değiştiricilerle tüm sertliği giderme tesisi Silis, karbondioksit ayırma ve geçici sertlik giderme bölümünde yanmış ve söndürülmüş dolomitten ( %60 Ca(OH)2 ve %35 MgO) oluşan agnohidrat kullanılır. MgO; silisi, Ca(OH)2 ise karbondioksiti bağlar ve bikarbonatları çöktürür. Filtrasyon bölümünde, reaksiyon kabından çıkan suyun içerisindeki tanecikleri tutmak için bu su filtrelenir. Filtre maddesi olarak yarı yanmış dolomit veya ince kırılmış mermer kullanılır. İyon değiştirici bölümünde, filtreden çıkan su iyon değiştiriciden geçirilerek sertlik yapıcı katyonların tümü tutulur. İyon değiştiricinin rejenerasyonu adi tuz ile yapılır. Bugün için iyon değiştirici olarak kullanılan reçine Bewatit S 100 dür. Kazan suyunun kalevi olması ve kalan çok az miktardaki sertlik yapıcı katyonları çökeltilerek blöf suyu ile dışarı atılması için kazan besleme suyuna fosfat verilir. Verilen fosfat Na3PO4 1 OH2O olup miktarı; 1 m su için 10 gramdır.
48
Blöf : Kazan suyundaki çok az da olsa yabancı maddeler suyun buharlaşması ile birikim yaparlar. Kazan suyundaki bu tuzların konsantrasyonu belli bir miktara eriştiğinde kazan suyu blöf yapılarak bu tuzlar dışarı atılır. Oksijen giderilmesi : Kazan besleme suyunda bulunan oksijen diğer gazlar ile birlikte gaz ayırıcıda giderilirse de kalan az miktardaki oksijenin tutulması gayesi ile bazı kimyasal maddeler kullanılır. Bu maksatla hidrazin kullanılır. Hidrazin oksijen ile reaksiyona girerek su ve azot verir. Hidrazin fazla verilmiş dahi olsa yüksek sıcaklıkta amonyak ve azota ayrılır. Böylece elde edilen amonyak, kazan suyunun pH’ını yükselttiğinden yani suda bir alkalite temin ettiğinden zararlı değil bilakis faydalıdır. Ancak hidrazin pahalı olduğundan ufak faydalar temin edilecek diye fazlasını kullanmaktan sakınılmalıdır. Filtre torbalarının yıkanmasında kullanılan sular şeker ve şeker dışı organik maddeler kapsar. Bu nedenle tekrar kullanılamaz. İyon değiştiricilerde kullanılan tuzsuzlaştırma suları da kirli sular kapsamındadır ve geri alınmaz. Çamur filtrelerinden ayrılan çamur sulandırılarak atılır. Bu sularda geri alınamaz. Temizlik ve taşkanların kirli suları, kazan blöf suları, tuvalet suları, meydan ve yağmur suları da geri alınamayan sular kapsamında düşünülür[1,6,17]. 3.7. Ham Madde ve Ürünlerin Depolanma ve Transferleri Fabrikanın hammaddesi olan pancarın ekimi, hasatı ve fabrikaya nakli şirketin ziraat teşkilatı tarafından planlanır ve yürütülür. Çiftçi söktüğü pancarını teşkilatın bölge kantarlarına teslim eder. Pancar bu kantarlardan kara ve demir yoluyla fabrikaya getirilir. Vagonlarla gelen pancar, suyla boşaltma sistemi olan elfayla direk işletmeye alınır. Kara yolundan kamyon ve traktörle gelen pancar ise ya elfayla direk işletmeye alınır veya elle beton silolara boşaltılır. Silolardaki pancar suyla yüzdürülerek fabrikaya alınır. Silolama, geniş ve esas anlamda, şeker pancarının sökümünden fabrikaya girdiği ana kadar, uygulanması gereken tüm işlemlerin genel bir ifadesidir. Esas amaç bu süre zarfındaki şeker kayıplarını en aza indirebilmektir. Bu nedenle hemen hemen kampanya başlarında büyük miktarlardaki pancarların silolanması, yani teknolojik özelliklerinin bozulmadan saklanması gerekir. Aksi taktirde yetersiz silolama fazladan şeker kayıplarına neden olacak ve bu ülke ekonomisi için üzerinde durulacak boyutlara ulaşacaktır. Şekerin depolanması, fabrikadaki kurutucudan çıkan şeker elavatör ile bir bunkere alınmaktadır. Bunkerin altından kantarlar ve onun altından da çuval ağzı dikme makineleri ve şeker transportu vardır. Özel ihtiyaçlar dışında kristal şeker 75 kg lık pamuk torbalarda satışa 49
arz edilir. Ambalajlanan şeker, şeker ambarına sevk edilerek burada depolanır. Şeker ambarında dikkat edilecek hususlar şunlardır: • Ambara rutubetli şeker alınmamalıdır, • Ambar yapısı itibariyle şeker depolanmaya uygun olmalı, •
Emniyet tedbirleri alınmış olmalı,
•
Çalışan personel işin uzmanı olmalıdır.
Şeker depolanması konusunda, 10-20 bin ton şeker alan silindirik beton yahut saç silolar da bulunmasına rağmen henüz memleketimizde kullanılmamaktadır[1,16,17]. 3.8. Güvenlik ve Yangına Karşı Tedbirler Fabrikanın fiziksel güvenliği, çevre duvarı tel örgü ve aydınlatma ile sağlanmaktadır. Fabrikada toplam 20 güvenlik görevlisi mevcuttur. Bu görevliler 24 saat esasına göre vardiyalı olarak nöbet tutarlar. Fabrikaya giriş ve çıkışlarda yaya ve taşıtlar güvenlik görevlileri tarafından kontrol edilmektedir. Gelen ziyaretçilere, ziyaretçi kartı verilerek fabrikaya alınmaktadır. Fabrikaya ait araçların ve taşıdıkları maddelerin çıkışı için amirlerin imzalarının bulunduğu belge istenmekte ve madde çıkışında bu imzalar kontrol edilerek maddelerin kaçak olarak dışarı çıkması önlenmektedir. Fabrikada çıkabilecek her türlü yangına karşı 4 itfaiye eri görev yapmaktadır. Ayrıca fabrikaya ait itfaiye aracı mevcuttur. Yılda 1 - 2 defa yangın söndürme tatbikatı yapılmaktadır. Yangına karşı itfaiyeye bağlı sinyal tertibatı mevcut olup şeker fabrikasının ilgili yakın kuruluşlarla yangın protokolü bulunmaktadır. İş yerlerinde yanıcı ve parlayıcı maddelere karşı önlem alınmış olup bununla ilgili bir benzin istasyonu mevcuttur[1].
3.9. Çevreye Zarar Verebilecek Atıklar Şeker pancarına dayalı olan şeker sanayinde; şeker fabrikasının kampanya zamanında, ham madde olarak girdileri; şeker pancarı, işletme yardımcı maddeleri, su ve enerji sağlamak için yakıttır. Fabrikasyonda şeker pancarından ana ürün olarak şeker ve yan ürünlerden melas ile küspe elde edilir. Bu işlem esnasında çevreye, gerekli önlemler alınmadığı takdirde katı, sıvı ve gaz atıklar verilebilir. 50
Katı atıklar, pancar toprağı, döner filtre çamuru, yakıt olarak kömür kullanılıyor ise onun cürufu ve külüdür. Ayrıca pancar toprağından klasierlerde ayrılan kumda bu atıklara dahil edilebilir. Sıvı atıklar, Brükner çamuru sevk suyu, döner filtre çamuru sevk suyu, pancar yüzdürme ve yıkama suyu taşkanları, fabrika yer yıkama suları ile filtre bez ve torba yıkama sularıdır. Fabrikadan çıkan gaz atıklar ise fabrikada kullanılan yakıta ve onun yakılma şartlarına bağlı olarak bacadan çıkan baca gazlarıdır. Tüm katı, sıvı ve gaz atıklar önlem alınmadan ve arıtılmadan çevreye verildiğinde doğayı kirletmekte ve doğaya zarar vermektedir. Bu zararlar direkt veya dolaylı olarak çevreyi etkilemek suretiyle olur. Bu zararları minimuma indirmek için ilk önce bu atıkların minimum düzeyde fabrikaya alınması, optimal düzeyde fabrikada kullanılması ayrıca minimum düzeyde fabrikadan atılmasına özen göstermek gerekir.Başka bir deyişle her şeyde tasarrufa özen göstererek optimal işletme koşullarının sağlanması ve uygulanması gereklidir. Bu şekilde minimum düzeye indirilen atıkların taşınması, depolanması, bertarafı ve arıtımı da kolay ve ekonomik olur[1]. 3.9.1. Çevreye Zarar Verebilecek Atıklar İçin Alınması Gereken Önlemler Katı Atıklar için
Fabrikaya intikal eden pancar toprağının, fabrika sahasında az yer ve hacim kaplayarak, fabrikaya, işletmeye ve çevreye zarar vermeden bertarafı için fabrika içi sahada otomatik boşaltmalar kullanılarak ayrılması ve silolar oluşturularak kompastlanıp yararlı hale getirilmesi gerekmektedir. Pancar kuyruk ve kırıntılarından ayrılan toprak gübreli ve verimli bir topraktır. Pancar toprağında bulunan kumun, klasierlerde, klasierleri optimal koşullarda çalıştırarak, bakım ve onarımlarını gerektiği gibi yaparak, mümkün olan maksimum düzeyde ayrılması gerekir. İçinde inert maddeler içeren cürufun, şayet cüruf kuyu suyu ile söndürülürse, inşaatta briket yapımında kullanılma olasılığı vardır. Böylece atık bir madde olarak görülen cüruf rejenere edilerek kullanılır bir ürüne dönüştürülmüş olur. 51
Sıvı Atıklar için :
Brükner çamuru sevk suyu miktarı, fabrikaya alınan pancar toprağı miktarı ile fabrikada Brükner den atılan çamurun kuru madde miktarına bağlıdır. Fabrikada kullanılan suyun geri kazanımı: Pancarların silolardan fabrikaya taşınması ve yıkanması için 100 kg pancar için yaklaşık 1000 kg su gereklidir. Bu suyun rejenere edilmesi (geri kazanılması) su sarfiyatını önemli ölçüde düşürecektir, aksi taktirde hem maliyet yükselir hem de oluşan atık su miktarı artacağından çevre temizliği açısından sorun teşkil eder. Kullanılan suyu dışarı atmak yerine havuzlarda toplayıp arıtıldıktan sonra berrak suyu tekrar fabrikada kullanmak suretiyle 100 kg pancarı sevk etmek ve yıkamak için taze su ihtiyacı 10-20 kg 'a kadar indirilmiş olur. Bu da havuzların sızdırma, buharlaşma ve çamuru pompalanabilecek kıvamda tutmak için gerekli olan ve çamurla beraber atılan sudur. Pancarla beraber fabrikaya gelen toprak, yüzdürme ve yıkama esnasında suya geçer. Su içerisinde bulunan toprak ve kum brükner havuzu içerisinde dağılır ve yoğunluk farkından dolayı sedimantasyonla sudan ayrılarak havuzun dibine çöker. Sıyırıcı küreklerle bir araya toplanan çamur, çamur pompasıyla çamur çöktürme havuzlarına pompalanır. Biyolojik arıtım sisteminde, tüm biyolojik parçalanabilir organik kirlilikler, sistemdeki aktif çamur ve hava, CO2 yardımıyla parçalanarak H2O, CO2, S04-2, PO4-2 ‘ye dönüşürler. Ayrıca bu proseste oluşan yeni aktif çamur ve çökebilen diğer katı maddeler dekantasyonla sistemden ayrılarak, elde edilen berrak arıtılmış su, ya fabrikaya geri alınır veya çevredeki akarsulara verilir[1].
Gaz Atıklar için :
Fabrikadan çıkan gaz atıklar, fabrikada kazan dairesinde enerji üretimi için kullanılan yakıt türüne (linyit kömürü ,fuel-oil ,özel yakıt ve doğal gaz) göre değişik özellikler gösterir. Ayrıca bu yakıtların yanma koşullarına bağlı olarak bu kirlilik artar veya azalabilir.
52
Ayrıca; atık su arıtım tesislerine, melas, fuel-oil ve petrol türü yağlar (Motor, Dişli) hem atık suyun kirliliğini arttırır hem de biyolojik arıtımı önler. Bu tür kaçakların mutlaka özel çukur veya kaplarda berterafı gerekmektedir (Özel sobalarda direkt yakılarak veya talaşa emdirilip yakılarak bu işlem gerçekleştirilir). 3.10. İdare ve Muhasebe İdare, fabrikanın sosyal tesislerinin ve sosyal etkinliklerinin tamamından sorumludur. Lokanta, misafirhane, oto garajı, servisler, ofisler, telefon, lojmanlar, spor tesisleri, çay bahçesi, lokal, işçi pansiyonu, işçi mutfağı, dini ve resmi bayram törenleri, misafir ağırlama vb. idarenin sorumluluğu altındadır. Muhasebe organizasyonu, mali işler müdürlüğü bünyesinde, genel muhasebe ve işletme muhasebesi bütçe kontrol servisi olarak ayrı ayrı takip edilmektedir. Genel muhasebe işletmenin finansal durumunu etkileyen olay ve işlemlerin para birimiyle ölçülen sonuçlarının işletme dışındaki kişi ve kurumlara bildirmektedir. Bu kişi ve kurumlar esas itibariyle devlet organları, kredi kuruluşları ve yönetici durumunda olan işletme sahipleri şeklinde ayrılabilir. Söz konusu gruplardan her birine, dönemsel olarak yapılacak birimlerse, bilanço ve gelir tablosu adlı iki ana rapor kullanılır. Genel muhasebe uygulamalarında muhasebenin genel ilkeleri uygulanmaktadır. Muhasebeye bağlı; levazım, ticaret, pancar muhasebe, vezne, şeker ambarı, malzeme ambarı birimleri bulunmaktadır. İşlevleri şunlardır: Levazım : Stokların tahsilatlarının yapıldığı birimdir. Ticaret : Üretilen şekerin piyasaya satılması, pazarlanması işleri yapılır. Fabrikaya gerekli olanların alınması, hurdaların satılması, ihalelerin yapılmasına bakar. ( 70 milyara kadar olan ihalelerin yapılması, daha üstü genel müdürlüğünün kontrol altına girer.) Pancar Muhasebe : Çiftçilerin teslim ettikleri pancarların hesaplarının tutulduğu yerdir. Vezne : Ödemelerin ve tahsilatlarının yapıldığı birimdir. Şeker ambarı : Şekerlerin depolandıktan sonra satış anında yüklenip alıcıya verildiği yerdir. 53
Malzeme ambarı: Fabrikaya alınan malzemelerin depolanıp ihtiyaç duyulduğunda dağıtıldığı yerdir[1,3,16].
4. FABRİKADA GERÇEKLEŞTİRİLEN PRATİK ÇALIŞMA 4.1. Madde ve Enerji Denklikleri Ankara Şeker Fabrikası’nda, şerbetteki suyun uzaklaştırılması amacıyla 5 kademeli tephir sistemi kullanılmaktadır. Kullanılan bu sistemde, şerbetin derişimi 15.4 Bx’ten 65 Bx’e kadar yükseltilmektedir. Madde ve enerji denklikleri; şerbet derişiminin 15.4 Bx’ten 22.8 Bx’e yükseltildiği 1. Tephir’de kurulmuştu: 54
Tablo 7. Fabrikadan 1. Tephir için alınan veriler
Tref=0 oC
m (ton/h)
T (oC)
P(bar)
h(kj/kg)
Cp(kj/kg*K)
-
-
3,934
Giriş Şerbeti
150
120
Giren Buhar
45.832
135
2
2738
-
I.Brüde
48.68
129
1,4
2732
-
Kondensat
45.832
90
-
376,32
-
98
-
Çıkış Şerbeti
101.32
55
-
3,80
1.Brüde m5,T5,P5
Kondensat m4 ,T4 , h4
Buhar
Tephir (evaporatör)
Çıkış Şerbeti m3 ,T3 , Cp3
Giriş Şerbeti m1 ,T1 , Cp1
Şekil 19. Birinci Tephir Etrafında Kütle Denkliği
4.1.1. Kütle Denkliği (Yatışkın Koşulda) Kabuller Giren buharın tamamı kondensata ( çıkan doygun sıvı) dönüşmektedir.
Şerbet içerisindeki şekerde herhangi bir buharlaşma olmamaktadır.
56
m2 ,T2 , P2
m2=m4=45.832 ton/s = 45.832*103 kg/s………………………………………………….. (1) Toplam Kütle Denkliği: mı+ m2= m3+m4+m5.................................................................................................................(2) 1 ve 2 denklemleri kullanılarak; mı = m3+ m5 elde edilmiş olur. mı=150*103kg/s ve m5 = 48.68 * 103kg/s m3= (150*10^3) –( 48.68*10^3) =101.32 *103 kg/s olarak bulunur.
4.1.2. Enerji Denkliği Birinci Tephirde toplam enerji denkliği kurulmuştur. Genel enerji denkliği: mg*(z*g + x2/2 + h)g ] + Q + Wv + Wş - mç*(z*g + x2/2 +h)ç = (d/dt) [m*( z*g + x2/2 + u)] Yatışkın halde birikim sıfır olacağından; (d/dt) [m*( z*g + x2/2 + u )] = 0 olur. Kinetik ve Potansiyel enerji değişimleri çok küçük olduğundan ihmal edilir (sıfır kabul
edilir). mç*( x2/2 )ç - mg*( x2/2 )g = 0 mç*( z*g )ç - mg*( z*g )g = 0 Sistemden dışarıya iş yapılmamaktadır. (Wş =0)
Hacim sabit olduğundan sistemde hacim işi yoktur. (Wv=0) Buna göre enerjinin korunumu denklemi düzenlenirse; mg*hg+Q=mç*hç 57
Q = mç*hç-mg* hg Q= (m3 * h3+ m4* h4+ m5 * h5) - mı*hı+m2*h2 Tephire Giren şerbetin entalpisi: h1 = Cp1 * (T1-Tref) Tephirden Çıkan şerbetin entalpisi: h3 = Cp3 * (T3-Tref) Giren ve çıkan şerbetin entalpileri denklemde yerine yazılırsa: Q = [ m3* Cp3 * (T3- Tref) + m4 * h4 + m5 * h5 ] – [ m2 * h2 + mı * Cpı * (Tr Tref) ] Referans sıcaklığı: Tref = 0 oC Q = [ 101.32*103 * 3,8 * (98 – 0) + 45.832*103 * 376,32 + 48.68*103 * 2732 ] - [150*103 * 3,934 * (120 – 0) + 45.832*103 * 2738 ] Q = - 242648842 W
SONUÇ : Bir numaralı tephirde kurulan enerji denkliğinde aktarılan ısı değeri 242648842 W olarak bulunmuştur. Değerin negatif (-) olması tephirin dışarıya ısı verdiğini gösterir. Tephir istasyonu, şekerdeki nemin buharlaştırılarak giderilmesi için kullanıldığından sonuç uygundur.
58
NOT: Fabrikada gerçekleştirilen pratik çalışma (staj) esnasında tephir sisteminde kurulan kütleenerji denkliklerinden başka, ‘’difüzyon sisteminde’’ de madde denklikleri kurulmuştur.
Difüzyon Sisteminde Madde Dengesi Tüm prese suyunun geri alındığı ve sakkaroz kaybı olmadığı kabul edilerek difüzyon sisteminde yapılan madde dengesi : Asu P=0 S=0
PANCAR
Difüzyon Sistemi
Ham Şerbet A hş P hş S hş Q hş Burada, P-polarizasyon,% S- kuru madde,% 59
Sıkılmış Küspe
A- miktar, kg p-pancar k-küspe hş-ham şerbet Difüzyon Kaybı: Sistemde Şeker Dengesi: Pp = A hş *P hş + A hş *Pk……………………………………………………(1) Kuru Madde Dengesi: Sp= A hş * S hş + A hş *S k…………………………………………………….(2) (1). Eşitlik S hş / P hş ile çarpılıp, (2). Eşitlikten çıkarılırsa; Sp- Pp*( S hş / P hş )= Ak*S k-Ak*Pk* (S hş / P hş )……………………………………(3)
Qhş= P hş / S hş *100 ve S hş / P hş = 100/ Qhş (3). Formülde yerine konursa; Sp-Pp*(100/Qhş)= Ak*Sk-Ak*Pk*(100/Q hş )………………………………………...(4) Ak*P k = L (kayıp)……………………………………………………………………...(5) (4). Eşitliğin her iki tarafı L= Ak*P k ile bölünürse; L= [Sp – Pp*(100/ Qhş) ] / [ (Sk/Pk)-(100/Qhş)] ………………………………..……(6) olarak bulunur.
60
Örnek olarak, işletme mühendisinden alınan verilere göre hesaplama yapılacak olursa; Veriler: Pancar
Pp: 16.46
Sp: 23.3
Sıkılmış Küspe Pk: 0.78
Sk: 19.2
Sulu Küspe
Psk: 0.70
Ssk: 8.19
Ham Şerbet
Phş: 13.876
Qhş: 89.53
L= [ 23.2-16.46*(100 / 89.53) ] / [ ( 19.2 / 0.78)-(100/89.53) ] L= 0.205 pg % olarak hesaplanır.
Çekiş( Ham Şerbet Miktarı) Çekiş= (Pp-L) / Phş *100 Çekiş= (16.46-0.205) / 13.86 *100 = 117 pg% Veya L= Ak*Pk eşitliğinden yararlanılarak, Çekiş = (Pp-Ak*Pk)/ Phş *100 olarak bulunmuştur.
61
5. SONUÇ 21.06.2010-23.07.2010 tarihleri arasında Ankara Şeker Fabrikası’nda yapmış olduğum staj süresince elde ettiğim veriler ile fabrikanın yaptığı çalışmaları, raporumda yansıtmaya çalıştım. Staj yapacağım yeri seçerken, araştırmalarım sonucunda şeker fabrikasını seçmiş olmamın nedeni; şeker sektörünün kimya mühendisliği açısından büyük önem taşımasıdır. Özellikle kendini sürekli yenileyen, özverili bir işyeri arayışımın sonucunda ise Ankara Şeker Fabrikası’nı bulmuş olmam, düşüncelerim doğrultusunda benim için büyük bir fırsattır. Bu çalışma ile şeker üretiminin dünya ülkelerindeki gelişimi ve üretim teknikleri öğrenilmiştir. Şeker üretimindeki prosesler kimya mühendisliğini doğrudan ilgilendirmekte, hemen hemen kimya mühendisliğindeki çalışmaların hepsi uygulanmaktadır. Gerekli ekipmanların yeni teknoloji ile geliştirilmesi, doğru seçilmesi ve yeterli teorik bilgi ile sanayi verilerinin birlikte işlenerek enerji harcanması ve kütle hesaplamaları gibi mühendislik hesaplamalarının doğru yapılması ile şeker üretiminin veriminin daha da artacağı görülmektedir. Ankara Şeker Fabrikası’nda staj yaptığım süreçte, okulda görmüş olduğum teorik bilgileri daha da somutlaştırıp, bunları uygulama şansını yakaladım. Ayrıca şirket, bu süreçte iş ortamındaki insan ilişkilerini daha yakından görmemi sağlayıp, bu anlamda büyük deneyim kazanmamı sağlamıştır. Staj süresince bana yardımcı olan bütün Ankara Şeker Fabrikası çalışanlarına, bana her zaman destek olan aileme ve bana bu fırsatı tanıyan Ankara Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü’ne çok teşekkür ederim.
62
KAYNAKLAR [1] Ankara Şeker Fabrikası İşletme Dökümanları [2] DPT, VIII. Beş Yıllık Kalkınma Planı, Gıda Sanayi Ö.İ.K. Raporu, Şeker Sanayi Alt Komisyon Rapor [3] İşletme mühendisi Alparslan CANBOLAT ile yapılan kişisel görüşmeler [4] Tuncel V., Pancar Şekeri Fabrikasyon Teknolojisi [5] Gözener C.,Şeker Sanayinde Meydan İşleri ve Pancarın Yıkanarak Fabrikaya Alınması, Eskişehir [6] www.turkseker.gov.tr [7] İşletme Mühendisleri Seminer Notları, T.Ş.F.A.Ş. Şeker Enstitüsü, 1976 [8] Türk Şeker Sanayi, Ekim 2003, Ankara [9] www.kutahyaseker.com.tr/kupseker/kuspe.asp [10] Mutluay M., Şeker Endüstrisi’nde Teknoloji El Kitabı, 1963, Ankara [11] Yılmaz H., Şerbet Arıtım Ünitesinin Tanıtımı ve Şerbetin Arıtılması [12] Wohryzek O., Şeker Fabrikasyonunda İşletme Kontrolü, 1956 [13] Kayımoğlu E., Şekerin Kristallendirilmesi, Mart 2005 [14] Yılmaz H., Lapaların Santrifüjlenmesi, Şeker Kurutma , Eleme ve ambalajlama [15] Yener Ü., Fabrika Sistemini ve Su Akış Şemaları, Eskişehir Kazım Taşkent Şeker Fabrikası [16] Eken M., Şeker Fabrikaları’nda İşletme Kontrolü El Kitabı [17] Leblebici, M.L., Kavas, M.F., Kalite ve İşletme Kontrol Laboratuvarları El Kitabı
63
SİMGELER Q : Arılık, % P
: Polar şeker, %, °Z
S
: Refraktometrik kuru madde, %, °Bx
Tref : Referans sıcaklık, oC T1
: Tephire giren şerbet sıcaklığı, oC
T2
: Tephire giren buharın sıcaklığı, oC
T3
: Tephirden çıkan şerbet sıcaklığı, oC
T4
: Tephirden çıkan kondensat sıcaklığı, oC
T5
: I. Brüde sıcaklığı, oC
mı : Tephire Giren şerbetin kütlesel debisi, kg/s m2 : Tephire giren buharın kütlesel debisi, kg/s m3 : Tephirden çıkan şerbetin kütlesel debisi, kg/s m4 : Tephirden çıkan kondensatın kütlesel debisi, kg/s m5 : I.Brüdenin kütlesel debisi, kg/s P2 : Tephire giren buharın basıncı, bar P5 : I. Brüdenin basıncı, bar Cpı : Tephire giren şerbetin ısınma ısısı, kj/kg.K Cp3 : Tephirden çıkan şerbeti ısınma ısısı, kj/kg.K h2
: Tephire giren buharın entalpisi, kj/kg 64
h5
: I. Brüdenin entalpisi, kj/kg
h4
: Tephirden çıkan kondensatın entalpisi, kj/kg
z
: Referans düzlemine göre yükseklik, m
g
: Yerçekimi ivmesi, m/s2
x
: Hız, m/s
Q
: Isı aktarım hızı, kj/kg
Wv : Hacim işi, kj/kg Wş : Şaft işi, kj/kg U
: İç enerji, kj/kg
Fk
: Filtrasyon katsayısı, san/cm2
65
EKLER
66
EK-1 ŞEKER FABRİKASI ORGANİZASYON ŞEMASI
FABRİKA MÜDÜRÜ
SİVİL SAVUNMA UZMANI
MÜDÜR YARDIMCISI ( KALİTE KONTROL )
KORUMA GÜVENLİK AMİRİ
İÇ HİZMETLER UZMANI
BAŞ TABİB
MUHABERAT ŞEFİ
FABRİKA MÜDÜR YRD. ( TARIM )
FABRİKA MÜDÜR YRD. ( TEKNİK )
FABRİKA MÜDÜR YRD. ( İDARİ )
67
FABRİKA MÜDÜR YRD.
FABRİKA MÜDÜR YRD.
( PERSON EL )
( İNŞAAT )
EK-2 İŞLETME BİRİMİ ORGANİZASYON ŞEMASI FABRİKA MÜDÜRÜ
FABRİKA MÜDÜR YRD.(TEKNİK)
MÜDÜR YRD. ( İŞLETME )
İŞLETME ŞEFİ
MAKİNA.ELEKTRİK. ŞEFİ
MAKİNA ELEKTRİK MÜH. İŞLETME MÜHENDİSİ BAŞ MAKİNİST
MEYDAN AMİRİ
BAŞ ELEKTRİKÇİ KAZAN DAİRESİ.USTABAŞISI
HAM FABRİKA MANİPLANTI
TÜR. Ve YR.SANT. BAŞMAKİNİSTİ MEKANİK ATÖLYE USTABAŞISI
RAFİNERİ MANİPLANTI
ÖLÇÜ KONT. USTABAŞISI
68
EK-3 MEYDAN TESİSLERİ AKIM ŞEMASI
EK-4 HAM FABRİKA AKIM ŞEMASI
69
EK-5 KİREÇLEME ve SATURASYON AKIM ŞEMASI
EK-6 ÖN KİREÇLEME AKIM ŞEMASI
70
EK-7 DİFÜZYON SİSTEMİ AKIM ŞEMASI
71
EK-8 RAFİNERİ AKIM ŞEMASI
72
EK-9 EVAPORATÖR AKIM ŞEMASI
EK-10 VAKUM APARATI AKIM ŞEMASI
73
EK-11 TEPHİR İSTASYONU AKIM ŞEMASI (BUHARLAŞTIRICILAR)
EK-12 HAM FABRİKA-RAFİNERİ KISMİ AKIM ŞEMASI AYRI OLARAK EKLENMİŞTİR.
74
