Gıda Mühendisliği, Temel İşlemler I

1. Temel İşlemler I
Santrifüjleme
Mühendislik Mimarlık Fakültesi
Gıda Mühendisliği Bölümü
Prof. Dr. Farhan ALFİN

2. Santrifüjleme
Santrifüjleme, yoğunlukları farklı sıvı-sıvı veya katı-sıvı madde
karışımlarında maddelerin merkezkaç kuvvetinin etkisiyle birbirlerinden
ayrılmasıdır.
Bu işlemi yapan aletlere seperatör denir.
- Etkili güç merkezkaç kuvvetidir.
- Yerçekiminin 5000-15000 katı kadar kuvvet uygulanır.
- Santrifüjün dönüşü 1500- 5000 devir/dak olabilir.

3. Santrifüjleme
- Santrifüjlemeye en iyi örnek yağsız süt tozu elde edilirken, sütün
öncelikle yağının ayrılmasının gerekliliğidir.
- Bu işlem santrifüjlemeyle yapılır ve sonradan kurutularak elde edilir.
- Santrifüjlemede sıvıların birbiri içinde çözünmemesi gerekir. Birbiri içinde
çözünen maddeleri santrifüjlemeyle ayırım yapılamaz.

4. Santrifüjlemenin Amacı
1. Birbiri içinde çözünmeyen özgül ağırlıkları farklı sıvıları birbirinden
ayırmak
2. Santrifüjlemeyle hızlandırılmış bir filtrasyon sağlanır.
3. Berraklaştırmak: içinde % 1-2 oranında katı madde içeren madde
bulunuyorsa ve bunun santrifüjlemeyle sıvıdan ayrılması işlemidir.
4. Dekantosyon: içinde %5-6 katı madde bulunuyorsa ve bunun
santrifüjlemeyle sıvıdan ayrılması işlemidir.

5. Gıda Sanayinde Santrifüj Kullanımı
1. Hayvansal yağlar, bitkisel yağlar ve balık yağlarının eldesinde kullanılır.
2. Meyve sularının ve şuruplarının berraklaştırılmasında kullanılır.
3. Sütten kremanın ayrılmasında kullanılır.
4. Bitkisel ve hayvansal yağların rafinasyonu sırasında bu yağların
kurutulmasında amacıyla kullanılır.
5. Turunçgil kabuk yağlarının rafinasyonu sırasında bu yağların
kurutulması amacıyla kullanılır.

6. Gıda Sanayinde Santrifüj Kullanımı
6. Biranın berraklaştırılmasında biranın filtrasyonunun hızlandırılmasında
kullanılır.
7. Nişasta endüstrisinde mısır, buğday ve pirincin kurutulmasında elde
edilir.
8. Hayvansal ve bitkisel proteinlerin elde edilmesinde kullanılır.
9. Şekerin kristallerinin ayrılması, yıkanması ve kurutulması işlemi
santrifüjleme ile yapılır.

7. Gıda Sanayinde Santrifüj Kullanımı
10. Dondurarak konsantre etme işleminde kullanılır.
11. Petekteki baldan petek ve balın ayrılmasında kullanılır.
12. Sütteki yabancı maddelerin ayrılmasında kullanılır.
13. Kakao, kahve ve çayın ekstraktlarının elde etmede kullanılır.
14. Balık ununun kurutulmasında kullanılır.
15. Meyve ve sebze sularının santrifijlemesiyle filtrasyonundan yararlanılır.

8. Gıda Sanayinde Santrifüj Kullanımı

12. Geliştirilmiş Filtrasyon Düzenleri
Akışkan-katı veya akışkan-yarı katı karışımındaki fazlar içerisinde,
basit filtrasyon elemanlarının tutamadığı ya da ayıramadığı
öğelerin ayrılması, santrifüj (merkezkaç) kuvveti ilkesine göre
çalışan geliştirilmiş düzenlerle yapılır.
Santrifüj kuvveti etkisinden yararlanılarak faklı fazdaki ögeleri
birbirinden ayırmak, yaklaşık yüz yıllık bir buluştur.

13. Geliştirilmiş Filtrasyon Düzenleri
Santrifüj kuvveti ile ayırma yapan geliştirilmiş aparatların çalışma
ilkelerini öğrenmek ve ayırma işlemini daha iyi anlayabilmek için
önce yerçekimi kuvveti etkisi ile ayırma olayının ilkelerini
incelemekte yarar vardır.

14. Yerçekimi Kuvveti ile Ayırma (Doğal Sedimentasyon)
Doğada, çökelme yöntemi ile ayırım olayı her an vardır.
Örneğin yağmur sularına karışan ve sudan ağır olan taş-toprak parçaları
veya dalgaların kaldırdığı kum tanecikleri sonunda dibe çökelir, sudan hafif
olan yağlı öğeler ve çöpler ise tabakalar halinde yüzeyde toplanırlar.
Doğal sedimentasyonun esası, ana faz akışkan içerisinde dağılmış bulunan
sedimentlerin yerçekimi kuvveti etkisi altında ve farklı süreler sonunda ana
fazdan ayrılmasıdır.
Sedimentasyonda, fazların fiziksel özelliklerinden biri olan “ağırlık” önemli
bir faktördür.

15. Yerçekimi Kuvveti ile Ayırma (Doğal Sedimentasyon)
Suyun içine atılan bir taş parçasının batmaması hayret verici bir
olay olur.
Bir mantar parçasının ise yüzmesini bekleriz.
Bu ve benzeri olayları deneyimlerimizle biliriz.
Ancak bu iki ögeyi, oda sıcaklığındaki civa ile dolu bir attığımızda
ne olur? Bu konuda bir deneyimimiz yoksa bunu bilemeyiz.

16. Ayırmayı Sağlayan Önemli Koşullar
Ana fazdan ayrılmak istenen bir veya birden fazla öğe, ana fazın
içinde dispers fazda bulunmalıdır.
Örneğin, çiğ sütte ahırdan geçen pislikler, hayvandan geçen meme
hücreleri, kan pıhtıları ve kıl gibi öğeler dispers fazda, yağ tanecikleri
(globülleri) (0.5-10µ büyüklükte) ise emülsiyon halinde bulunurlar.
Birbirinden ayrılmak istenen fazlardan hiçbiri diğerinde çözünür
olmamalıdır.

17. Ayırmayı Sağlayan Önemli Koşullar
Akışkanda çözünür haldeki fazlar doğal sedimentasyon ile
ayrılamazlar.
Örneğin, çözünür fazda yer alan laktoz, santrifüj ile de
ayrılamadığından ancak özel yöntemlerle kristalize edildikten sonra
süt ve peynir suyundan ayrılabilmektedir.
Ayırımı yapılacak olan fazlar birbirlerinden farklı yoğunlukta olmalıdır.
Örneğin, süte göre yağ globülünün yoğunluğu (980 kg/m3) azdır.

18. Santrifüj Seperasyon İlkeleri
Şekil 4.18’de, yoğunlukları kaptaki sıvının yoğunluğundan daha
fazla olan tek düze çapta katı parçacıkların tümünün dibe
çökeldikleri görülmektedir.
Çökelme için belli bir süre geçer.

19. Santrifüj Seperasyon İlkeleri
Bu durumda çökelme yüksekliği (h1)’dir.
Çökelme süresini kısaltabiliriz.
Bunun için çökelme yüksekliğini azaltırken, sıvının miktarını
değiştirmeyecek şekilde kap alanını büyütebiliriz.
Bu durumda çökelme yüksekliği (h2) olur.

20. Santrifüj Seperasyon İlkeleri
Şekil 4.19’da içinde farklı çapta
katı parçacıklar bulunan sıvı,
kabın bir tarafından sürekli olarak
girmekte, belli bir hızla ilerleyerek
diğer taraftan kabı terk
etmektedir.

21. Santrifüj Seperasyon İlkeleri
Sıvının kaba giriş ve çıkışı arasındaki süre boyunca katı parçacıklar
dibe çökmektedir.
Büyük parçacıkların diğerlerine kıyasla hızla çökeldiği ve kabın giriş
bölümünde dipte toplandıkları, küçük olanların ise çökelme hızları
daha ağır olduğundan giderek sıvının kaptan çıkış bölümüne doğru
dipte toplandıkları görülür.
Ancak bazı küçük parçacıklar çökelmeye zaman bulamayıp sıvı ile
birlikte kabı terk etmektedir.

22. Santrifüj Seperasyon İlkeleri
Kabın alanını büyüterek kapasitesini
arttırabiliriz.
Bu taktirde kap, çok geniş ve hantal
olacaktır.
Kabın alanını büyütmek yerine Şekil
4.20’de görüldüğü gibi kabın içerisine
yatay plakalar yerleştirilebilir.
Bu durumda yukarıda açıkladığımız

23. Santrifüj Seperasyon İlkeleri
sedimentasyon olayının her plakada ayrı ayrı oluştuğu “ayırma
kanalları” elde edilir.
Böylece kabın toplam kapasitesi ayırma plakaları sayısına göre
belirlenmektedir.
İçinde ayırma plakaları bulunan kapta ayırma işlemi sürekli
olarak yapılırsa, plakalar arasındaki ayırma kanalları bir süre
sonra dolup tıkanacak ve ayırma işlemi duracaktır.

24. Santrifüj Seperasyon İlkeleri
Tıkanmayı önlemek için plaklar belirli bir
eğim ile kab içine yerleştirilebilir.
Bu şekilde ayırma kanallarında biriken
parçacıklar yerçekimi etkisiyle kayarak dipte
toplanırlar.
Böylece kanalların tıkanması önlenmiş olur.