Bir süt fabrikasında süt tozu üretimi proses ihtiyacı için ısı eşanjörü tasarımı ve HAD analizi

Yıl 2023, , 2119 - 2132, 12.04.2023

Ulaş Köse , Elif Öğüt

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1038048

Öz

Bir endüstriyel süt tesisinde iki farklı yarı mamulden, altı farklı ana mamul elde edilmektedir. İstenilen protein ve yağ oranlarına göre farklı kalitelerde ve farklı alt ürünlerde elde edilmektedir. Peynir altı suyu tozu, Peynir altı suyu kreması, Süt, Süt tozu, Süt kreması, Tereyağı gibi üretimi yapılan ürünler farklı karbonhidrat, yağ, protein oranlılarında paketlenerek merkez fabrikaya sevk edilmektedir.
Süt tozu üretimi, işlenmemiş sütün fabrikaya gelmesi ile başlar. Üç farklı basamakta meydana gelir. Bunlar: Ön işlem, Standardizasyon ve Yoğunlaştırılmış sütün kurutulmasıdır. Yoğunlaştırılmış sütün kurutulması süt kulelerinde yapılmaktadır. Süt kulesinde “Atomizer” tip püskürtücüler mevcuttur. Pompa vasıtasıyla 35 metre yükseklikteki püskürtücüye 300 bar basınçta gönderilen yoğunlaştırılmış süt, buhar ile ısıtılmış, şartlandırılmış ve girdap şeklinde yönlendirilmiş olan sıcak havaya püskürtülerek kurutma işlemi gerçekleştirilir. Peynir altı suyu kulelerinde ise nozel tip püskürtücüler kullanılmaktadır. Bu tip nozul püskürtücülerde ürün pompa ile basınçlandırılarak kuleye transfer edilir. Süt tozu prosesinde olduğu gibi peynir suyu prosesinde de girdap şekline gelen sıcak havanın üzerine konsantre ürün püskürtülerek kuruma işlemi gerçekleştirilir.
Her iki proseste de kurutma işlemi için buhar kullanılmaktadır. Peynir altı suyu tozu için 12,3 bar 192,7 °C buhar, süt tozu için ise 13,5 bar 196,6 °C buhar kullanılmaktadır. Bu sistemde amaç, ürünü ısıtılmış olan hava ile kurutmaktır.
Süt tozu fabrikalarında süt tozunu kurutmak için buhar kullanılır. Kullanılan buhar, kondense dönüştüğünde üzerindeki basınçtan dolayı enerji bulunmaktadır. Bu enerji genel anlamda atık ısı olarak adlandırılmaktadır. Atık ısıyı geri kazanmanın birçok yolu bulunmaktadır. Yapılan bu çalışma kapsamında ön ısıtma bataryasının hesapları yapılarak kondens suyunun üzerindeki gizli ısıyı havaya aktararak atık ısı geri kazanımı sağlanmış olacaktır. Günümüz şartlarında enerji verimliliğini sağlayabilmek adına atık ısı geri kazanım prosesleri önem arz etmektedir. Sektörün birçok tasarruf tedbirleri kapsamında projeler geliştirdiği ve en hızlı geri dönüşüm olarak enerji verimliliği projelerinin oluştuğu piyasada görülmektedir. Rekabet edilebilen enerjiyi daha verimli kullanmak adına yola çıkılan bu çalışmada, havanın debisini pitot tüpü yardımıyla doğrulayarak kondensin üzerinde bulunan ısı yükünün ne kadarının havaya aktarabileceği hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar doğrultusunda elde edilen veriler ile tasarımı yapılmış olan batarya sisteme entegre edilerek devreye alınmıştır. Entegre edilen bataryanın sıcaklık ve basınç farkları ölçülmüştür. Deneysel sonuçlardan elde edilen ısı transferi ve basınç kayıpları HAD paket programıyla elde edilen değerlerle karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Enerji Tüketimi, Enerji Verimliliği, Eşanjör Analizi, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Isı Eşanjörü.

Kaynakça

• 1. Genceli O. F., Isı Değiştiricileri, Birsen Yayınevi, İstanbul, Türkiye, 2010. 2. Sezgin E., Atamer M., Koçak C., Yetişemiyen A., Gürsel A. Ve Gürsoy A., Süt Teknolojisi, Ankara Üniv. Basımevi,Ankara, Türkiye, 2007.
• 3. Tongur A., Ayran Üretiminde Sütçülük Yan Ürünlerinin Değerlendirilme İmkanlarının Araştırılması,T.C. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, Türkiye, 2019
• 4. Bylund G., Dairy processing handbook,Tetra Pak Processing Systems AB, İsveç, 1995.
• 5. Özdemir E., Aydın Yöresinde Faaliyet Gösteren Süt İşleme Tesislerinin Teknolojik Özelliklerinin Belirlenmesi Üzerine Bir Araştırma, T.C. Adnan Menderes Üniversitesi, Aydın, Türkiye, 2002.
• 6. Anonim, Gıda Teknolojisi Süt Tozu,T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, Ankara, Türkiye, 2012.
• 7. Varol Y., Kompakt Isı Eşanjörlerinde Kanatçık Düzenlemelerinin Basınç Kaybına Etkisi,Mühendislik Bilimler Dergisi, 2002, 8(1), 27-31.
• 8. Akkoca A., Şahin B. ve Tutar M., Kanat-Borulu Isı Eşanjörlerinin Akım ve Isı Transfer Özelliklerinin Belirlenmesinde Farklı Duvar Fonksiyonlarının Etkisi, Selçuk Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2005, 20(4), 77-87. 9. Alt N., Özbaş E. ve Çay Y., Farklı Tipteki Isı Borularının Performanslarının Karşılaştırılması,e-Journal of New Word Sciences Academy, 2010, 5(4), 344-352.
• 10. M. F. Köseoğlu, Ş. Başkaya ve T. Çalışır, Farklı Isı Eşanjörlerine Sahip Kombi Cihazlarının Performanslarının Deneysel Olarak Karşılaştırılması, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dergisi, 2015, 30(1), 29-37.
• 11. A. Yılmaz ve T. Yılmaz, Çapraz Akışlı Düz Borulu Saptırmalı Boru Demetinde Isı Transferi ve Basınç Kaybının Deneysel Olarak İncelenmesi, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2015, 30(1), 33-39.
• 12. E. Öğüt ve S. Dilki, Dalgalı trapez plakalı ısı eşanjörü içindeki nanoakışkanların akış ve ısı transfer karakteristiklerin incelenmesi, DÜMF Mühendislik Dergisi, 2018, 10(3), 933-943. 13. A. Guardo; M. Coussirat; M.A. Larrayoz; F. Recasens; E. Egusquiza, Influence of the turbulence model in CFD modeling of wall-to-fluid heat, Chemical Engineering Science, 2005, 60, 1733-1742.
• 14. Çetin. F. Daştan, Isı Eşanjörlerinde Isı Transferi İyileştirme Yöntemlerinin Sayısal Ve Deneysel Olarak İncelenmesi, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2012. 15. Özaydın. H. C., Buharlaştırıcı Hava Giriş Koşullarının ve Buharlaştırıcı Sıcaklığının Nem Alma Performansı Üzerine Etkisinin İncelenmesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2014.
• 16. Pulat E., Yüzeyle Aynı Hizada Monte Edilmiş Ayrık Isı Kaynakları Üzerinden Olan Akışta Eşlenik Isı Transferinin Hesaplamalı Olarak Araştırılması, DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 2000, 2(1), 175-182.
• 17. Kocaman Y. ve Tosun H., Kanatlı Borulu Isı Değiştiricileri, Mühendis ve Makina, 2013, 54(646), 27-36.
• 18. Çeteci Ö. M., Bilgisayar Yardımıyla Isı Değiştiricisi Tasarımı, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 1999.
• 19. Bozkula G., Kendinden Kanatlı (Finli) Ve Türbülatörlü Turbo Fin Boru Sisteminin Geliştirilmesi, T.C Namık Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekirdağ, Türkiye, 2016.
• 20. Yakut G., Gövde Borulu Isı Değiştiricisinin Teorik ve Deneysel İncelenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Eğitim A.B.D, Isparta, Türkiye, 2007. 21. Çengel Y. A. ve Boles M. A., Termodinamik Mühendislik Yaklaşımıyla, Güven Yayınevi, İzmir, Türkiye, 2011.
• 22. Ünlü C., Buhar Sistemleri, MaxVal Buhar Teknolojileri ve Vana San. Tic. A.Ş., İstanbul, Türkiye, 2019. 23. Anonim, Verimli Bir Buhar Sistemi İçin Kondenstopların Kontrolü, Termodinamik Dergisi, no. 165, 2006. 24. https://www.gea.com/tr/binaries
• 25. Mercan E., Yüksek Basınç Uygulanmış Yağlı ve Yağsız Sütten Üretilen Süt Tozlarının Farklı Sıcaklıklarda Depolanması Süresince Bazı Fizikokimyasal Özelliklerinin Belirlenmesi, T.C. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, Türkiye, 2019.
• 26. Yüncü H., Kakaç S., Temel Isı Transferi, Türkiye Bilim Yayıncılık, Türkiye, 1999.
• 27. https://www.eca.com.tr/yapi/su-tesisati-ve-dogalgaz-vanalari/isitma-sistem-valfleri/otomatik-havalandirici-ve-purjorler/otomatik-havalandirici, 2020.
• 28. http://www.tlv.com/global_pdf/tuk/u-ckf3m-hp.pdf, 2020.
• 29. Aytekin T., Bir Şeker Fabrikasında Şeker Üretimi Proses İhtiyacı İçin Soğutma Kapasitesinin Belirlenmesi ve Soğutucu Tasarımı, T.C. Beykent Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye 2019.
• 30. Yetişemiyen A., Koyulaştırılmış ve Kurutulmuş Süt Ürünleri Teknolojisi, https://acikders.ankara.edu.tr/pluginfile.php/122426/mod_resource/content. 31. Çengel Y., Ghajar A.J., Isı ve Kütle Transferi Esaslar ve Uygulamaları, 4.Basım, Palme Yayıncılık, ISBN: 9789339223199, Ankara, Türkiye, 2015.
• 32. Yüncü H., Kakaç S., Temel Isı Transferi, Türkiye Bilim Yayıncılık, Türkiye, 1999
• 33. Thulukkanam K., Heat Exchanger Design Handbook, 2nd ed, CRC, New York, USA, 2013.
• 34. Köse U., Bir Süt Fabrikasında Süt Tozu Üretimi Proses İhtiyacı için Isı Eşanjörü Tasarımı ve Analizi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli, Türkiye, 2021
• 35. Köse U., Öğüt E., Bir Süt Fabrikasında Süt Tozu Üretimi Proses İhtiyacı İçin Isı Eşanjörü Tasarımı Ve Analizi, International Marmara Sciences Congress(Spring 2020), Kocaeli, Türkiye, 19 - 20 Haziran 2020, ss.174-179 .