Bu bölümde bira üretiminde kullanılan hammaddelerin açıklaması yapılacak ve bira üretimi genel hatları ile anlatılacaktır. Daha sonraki bölümlerde ise tez çalışmasının ana konusunu teşkil eden soğutma ve fermantasyon bölümleri detaylı olarak incelenecektir.
2.1 Biranın Hammaddeleri
Bira, arpadan elde edilen maltın çeşitli yöntemlerle su ile mayşelenmesi ve kendisini aromatize eden şerbetçiotu ilavesi ile kaynatılması sonucu elde edilen şıranın maya ile fermantasyonundan oluşan, alkol ve karbondioksit içeren bir içecektir. Kısacası bir fermantasyon ürünüdür. “Efes Pilsen Birası”, iki sıralı arpadan elde edilen malttan yapılan açık renkte, içimi kolay bir biradır.
Biranın Bileşimi:
%4-5 Ekstrakt
%3,5-4,5 Alkol
%0,4-0,44 Karbondioksit (Fıçı birası)
%0,53-0,56 Karbondioksit (Şişe birası)
%90-92 Su
Biranın Besin Değeri :
1 litre bira ;
- 30 gr Karbondioksit
-1 gr Aminoasit
-1 gr Mineral maddeleri
-10 mg B vitamini içerir.
1 litre biranın enerji miktarı ise 450 kcal dir.
Bira mamulünün en önemli hammaddeleri arpa, şerbetçiotu, su ve mayadır.
1. Arpa : Arpa hordehum gremina familyasından senelik bir bitkidir. Ülkemizin iklim ve toprak durumu kışlık ekilen iki sıralı arpaların bira sanayi için daha uygun olduğunu göstermektedir.Bira imalinde önemli bir faktör olan iki sıralı arpanın kimyasal bileşimi şöyledir :
Protein
%11,1
Nişasta
%63,2
Selüloz
%5,83
Kül
%2,93
Yağ
%2,94
Diğer Azotsuz Maddeler
%14
Çizelge 2.1 Arpanın kimyasal bileşimi
Arpanın en önemli maddesi nişastadır. Çünkü biradaki alkol nişastanın parçalanmasından hasıl olan şekerden meydana gelir.
Malt : Arpanın özel işlem görmüş halidir. Arpa malt fabrikasında nemlendirilip, çimlendirilip daha sonra kavrulmuştur.
1. Şerbetçiotu : Biracılıkta kullanılan bir tarım bitkisidir. Şerbetçiotu çiçeklerindeki lupulin adlı hoş kokulu bir madde için yetiştirilir. Lupulin, biraya acılık ve aroma vermesi için katılır. Lupulin tozları içinde biracılıkta büyük önem taşıyan eter yağları ve eter ekstratı mevcuttur. Kimyasal bileşimi yaklaşık değerlerle aşağıdaki gibidir :
Su
%12,5
Kül
%7,5
Selüloz
%13,3
Azotlu Maddeler
%17,5
Eter Yağları
%0,1
Eter Ekstratı
%18,3
Tanin
%3,1
Azot Ekstratı
%27,5
Çizelge 2.2 Nişastanın kimyasal bileşimi
1. Su : Çimlendirilecek arpanın ıslatılmasında, mayşenin hazırlanmasında, buhar kazanları beslenmesinde, soğutucularda, kondansatörlerde ve temizleme işlemlerinde su kullanılmaktadır. Biranın %80’inden fazlası sudur. Bu sebeple kullanılan suyun niteliklerinin çok iyi olması büyük önem taşımaktadır. Mikrobiyolojik açıdan temiz, iyi bir içme suyu olmasının yanı sıra madeni tuzlar, nitrikler, demir iyonlar içermemesi gerekmektedir. Çünkü bu tuzlar mayayı deforme edici bir etkiye sahiptir. Efes Pilsen biralarında, pilsen tipi ve açık renkli tüm biralarda olduğu gibi yumuşatılmış su kullanılmaktadır.
Maya, şıranın içerisindeki şekeri alkole çevirmekte kullanılır. Efes biralarının üretiminde kullanılan maya, üreticisinin de tercih ettiği yüksek kaliteli bira mayasıdır.
2.2 Bira Fabrikasının Bölümleri ve İşlevleri
Bira fabrikasını, üretim bölümleri ve yardımcı bölümler olarak iki grupta toplayabiliriz. Üretim bölümleri malt bölümü, kaynatma bölümü, fermantasyon ve dinlendirme bölümü, filtrasyon bölümü ve doldurma bölümlerinden meydana gelmektedir. Yardımcı bölümler ise daha sonraki bölümlerde detaylı bir şekilde incelenecek olan soğutma tesisleri, su tasfiye tesisleri ve atık su arıtma tesislerinden meydana gelmektedir.
2.2.1 Üretim Bölümlerinin İncelenmesi
Bu bölümde, malt bölümü, kaynatma, fermantasyon, dinlendirme, filtrasyon ve doldurma aşamalarını kapsayan bira üretiminden bahsedilecektir.
2.2.1.1 Bira Üretiminin Genel Hatları
Bira üretiminde 5 aşama vardır :
1. Maltın öğütülmesi
2. Mayşeleme, süzme, kaynatma ve soğutma
3. Fermantasyon ve dinlendirme
4. Filtrasyon
5. Şişeleme, fıçılama ve pastörizasyon
Üretim aşamasında ilk adım arpanın malta dönüşme aşamasıdır. Başka tahıllarla ve nişastalı bitkilerle de bira yapımı mümkündür, ancak en çok kullanılan hammadde arpadır. Arpa taneleri büyük beton ya da demir kaplarda su ile ıslatılarak çimlenmeye bırakılır; çimlenme sırasında enzimler, tahılın nişastasını şekere dönüştürür ve böylece amilazlar oluşur. Su verme işlemi ile iyi bir çimlenme için gereken su miktarı sağlanır. Çimlenme malt bileşiğinin oluşması ile sonlanır. Denetimli bir atmosfer içinde yönlendirilen çimlenme 8-9 gün sonra kurutma yoluyla durdurulur. Kurutma; filizleri yok edip, enzimlerin etkisini önleyerek, renkli ve kokulu bileşiklerin oluşumunu kolaylaştırır. Bu sonuç 45 º C - 50 º C de ısıtma ile elde edilir. Açık renkli malt üretiminde ısıtma işlemi 80 º C – 85 º C ye, koyu malt üretiminde (siyah bira) 100º C – 150º C ye kadar yapılmaktadır.Bundan sonraki aşama şıralama işlemidir. Bu işlemin amacı büyük bölümü enzimlerin etkisiyle oluşan maltın çözünür bileşenlerini su ile elde etmektir.
Malttan bira elde etmek için, önce malt öğütülür sonra su ile karıştırılarak mayşelenir. Maltın öğütülmesindeki amaç malt nişastasının, köpük aktif maddelerinin (peptidler), renk maddelerinin malttan suya daha çabuk geçebilir hale getirilmesidir.
Malt öğütme, vals aralıkları belli olan silindirler ve elekler yardımıyla yapılır. Efes Bira ve Malt Sanayi A.Ş. de 3 vals çifti, toplam 6 adet valsli öğütme değirmeni kullanılır ve her vals çiftinin arasında elekler bulunur. Proses olarak nemli öğütme kullanılmaktadır. Bu da öğütme değirmeninden önce belirli miktardaki malta, belirli sıcaklıktaki suyun bir helezon üzerinde taşınırken püskürtülmesi ile gerçekleştirilir.
Malt öğütmede maltın kabukları büyük parçalar halinde kalmalıdır. Kırılmayan kabuklar, istenmeyen kokulara neden olan maddelerin geçişini engeller ve bu kabuklar mayşenin süzülmesinde gereklidir. Süzmede, süzme tankı kullanıldığından bu kabuklar filtre görevini yapar.
Bu işlem sonrasında malt mayşeleme tankları veya diğer adı ile lapa fıçısı denen silindirik formlu kapalı tanklarda sıcak su ile karıştırılır. Bu aşamada maltın içerisindeki maddelerin neredeyse tümü şekere (maltoz) dönüşür. Maltoz ile beraber bazı maddeler de suda bir miktar çözünür, elde edilen bu çözeltiye “MAYŞE” adı verilir.Yani nişastanın mayalanabilir şeker parçalarına ayrılmasına “MAYŞELEME” denir.
Mayşelemenin amacı enzimlerin malttaki ekstrakt maddelerine nüfuz etmesi ve onların düşük moleküllü parçalara bölünerek şıraya geçmelerini sağlamak, böylece yardımcı madde eklenerek veya eklenmeden malttan en iyi kalitede ekstrakt elde etmektir.
İki türlü mayşeleme metodu vardır : Dekaksiyon metodu, enfüzyon metodu. Efes Pilsen’de enfüzyon mayşeleme metodu kullanılr. Bunun ana prensibi, mayşenin sıcaklığını yavaşça ve kademeli olarak 75 º C – 78 º C ye yükseltmektir. Bu metodda kaynatma olmadığından, enzimlerin zarar görmesi söz konusu değildir. Burda olduğu gibi, açık renkli bira üretiminde, çift mayşeleme metodu kullanılır. Malt nişastası pahalıdır. Biranın maliyetini düşürmek için mısır veya pirinç, “nişastalı katkı maddeleri” olarak kullanılır. Asıl özelliği, malt mayşesinin ve pirinç mayşesinin Şekil 2.3’te görüldüğü gibi ayrı kazanlarda hazırlanıp sonra karıştırılması ve sıcaklığın yükseltilmesidir. Mayşeleme işleminin şartları olarak zaman, sıcaklık, pH değeri ve katkı maddelerinin fiziksel durumları gösterilebilir. Zaman direk olmasa bile belli nir ölçüde enzimatik reaksiyonlara etki eder. Her enzimin etkinlik sıcaklığının farklı olmasından dolayı, sıcaklık büyük önem taşır. Ayrıca aktive edici koenzimlerin enzim zehirlerinin mevcut olup olmaması enzimatik reaksiyonu etkiler.
Malt mayşe sisteminde malt mayşe kazanı ve pirinç mayşe kazanı mevcuttur. Bu kazanlar paslanmaz çelikten yapılmış olup silindirik formdadır. Malt mayşe kazanı 4950 mm çapında ve vcut 550 hl kapasitesinde iken pirinç mayşe kazanı 3500 mm çapında ve 275 hl kapasitesindedir. Her iki kazanın da alt ve yan bölümlerinde ısıtma alanları bulunmaktadır. Bu ısıtma alnları malt mayşe kazanında 62,8 m2 iken pirinç mayşe kazanında 46 m2 dir. Burada kanatların arsından geçen taze buhar içerideki karışımı ıstımaktadır. Ayrıca alt bölümünde homojenliği sağlamak için bir karıştırıcı bulunmaktadır. Malt mayşe kazanında yaklaşık 48 °C sıcaklıktaki su, malt ve pirinç mayşesi karışımı yaklaşık 150dk süre ile ısıtılmaktadır.
Mayşeleme prosesini tamamlamış olan bulamaç süzme kazanına verilir.Bu kazan mayşenin süzülmesinde kullanılır. Burada malt şırası ile küspe denilen tortu birbirinden ayrılır. Süzme işlemi dört kademelidir. Öncelikle mayşe süzülür ve ön şıra elde edilir. Ardından 3 kez 120 hl yıkama suyundan geçirilir. Bu suyun sıcaklığı 76 °C dir. Süzme kazanı mayşe kazanı gibi geniş silindirik formda olup 8500 mm çapında ve 993 hl kapasitesindedir. Alt kısımları deliklidir. Delikler ince uzun yarıklar halindedir. Delikli tabanın 1 cm altında düz bir taban bulunur. Mayşedeki kapçıklar çökerek delikli taban üzerinde filtre tabakasını oluştururlar. Süzülen şıra delikli tabandan geçerek burada toplanır. Esas şıranın akması bitince küspede kalan ekstraktı almak için üzerine sıcak su verilir. Daha sonra bu kazanın altından geçen birbirinden yaklaşık 1,2 m aralıkla konulmuş borular vasıtasıyla, süzülen şıra, kaynatma kazanına gönderilir. Süzme sonunda önemli miktarda küspe oluşur ve bu küspe hayvan yemi olarak kullanılır. Bu küspenin %80’i su, %20’si kuru küspedir. Küspe 80 º C de su ile yıkanır. Yaş küspede % 0,5 kadar fermante olabilir şeker bulunur. Küspe hava akımı ile küspe tankına gönderilir. İki adet küspe tankı olup kapasiteleri 70 m3 tür.
Süzme tankından çıkan küspede bulunan su daha sonra sıcak su tankında depo edilir. Bu tanka gelen su ekstratı %2 civarında olan düşük ekstraktlı bira suyudur. Bu su tankta depo edilip daha sonraki üretim işlemlerinde tekrar kullanılmaktadır.
Kaynatma aşamasına gelen şıra, esas kaynatmanın yapıldığı dış kaynatma bölümüne gitmeden önce şıra tampon tanklarına gönderilerek burada şeker eklemesi yapılır, ayrıca esas kaynatma bölümüne gitmaden önce ekonomiklik yönünden bir ön ısıtmaya tabi tutulur. Şerbetçiotu ile karıştırılarak kaynatma prosesine tabi tutulur, bu aşamadan sonra içilebilir özellikte olan ancak içinde alkol bulunmayan şıra elde edilir. Kaynatmanın amacı :
1. Buharlaştırma yolu ile suyu uçurarak şıra ekstraktını (özü) istenilen konsantrasyona getirmek.
2. Şırayı starilize etmek.
3. Proteinleri çökertmek.
Biranın karakteristiği olan şerbetçiotundaki tat ve koku veren maddeleri şıraya geçirmek.
Şıranın kaynatılması bira yapımında dönüm noktası olarak kabul edilir. Burada biranın renk, koku, acılık gibi karakteristik özellikleri şekillenir. Kaynama başlangıcından 10 dakika sonra acılık otu katılır. Aroma vermesi açısından şerbetçiotu da katıldıktan sonra son 5 dakikada glikoz ilavesi gerçekleşir. Şıranın kaynaması sırasında birçok karışık tepkimeler olur. Şıra ısıtılınca, kalan amilazlar, mayşelenmeyi durduran ve şıranın karbonhidrat bileşimini sabitleştiren diğer enzimler etkisiz hale getirilir, biokimyasal olaylar durdurulmuş olur. Kaynama ile istenilen miktarda suyun buharlaşması ve böylece istenilen ekstrakta ulaşılması sağlanır.Kaynama noktasında şıra mikroplardan arındırılır. Kaynama devam ederken proteinler çöker ve bazı daha basit nitrojen karışımlarla beraber, karbonhidratlar veya polifenoklorla birbirlerine etkirler. Tepkime sırasında oluşan çözülemeyen çökelti “tortu “ olur. Tortunun bir miktarı şıranın kanaması sırasında ayrılır. Buna sıcak tortu denir.Geriye kalan kısım şıra soğuması sırasında dibe çöker. Buna da soğuk tortu denir. 1 saatlik kaynama sonunda hacmin %10’ u buharlaşır. Aynı anda buharla, uçucu aromatik bileşikler uzaklaştırılır.
Şıra, çapları 6000 mm ve kapasiteleri 990 hl olaniki adet tanka alınır ancak bu tanklarda herhangi bir ısıtma ve kaynatma prosesi olmamaktadır. Kaynatma işlemi dış kaynatıcıda meydana gelmektedir. Bu, boru tipi bir eşanjördür. Ana prensip olara,tanklardan gelen ısıtılacak şırayı buhar kazanlarından gelen taze buhar ile ısıtır ve kaynatır. Burada önemli olan husus ekonomiklik yönünden kurulmuş olan kompresör sistemidir. Tankların içinde kaynatma sonunda 7.000 kg su buhara dönüşmektedir. Bu sistem ile bir noktadan sonra sistem şırayı, şıradan oluşan buhar ile ısıtmaya başlamakta ve taze buhar ihtiyacını minimize ederek büyük ölçüde ekonomiklik sağlamaktadır. Şıra, taze buhar ile kaynama noktasına kadar ısıtıldıktan ve kaynama başladıktan sonra tankın içinde bir buhar basıncı meydana gelmeye başlar. Tanktan çıkan buhar kompresör tarafından sıkıştırılır, böylece sıcaklığı ve enerjisi çıkan yoğuşmuş su daha sonra bir plakalı ısı değiştirgecine girer. Burada enerjisini soğuk bira suyuna vererek kaynatma bölümünde kullanılan sıcak bira suyunun oluşumu sağlanır. Böylece daha sonra işletme dışına atılacak olan bu şıra suyunun enerjisinden yararlanılmış ve ekonomiklik sağlanmıştır.
Kaynama işlemi bittikten sonra 5 dakika da rotopol yapılır. Şıra, soğutma işlemine tabi tutulmadan önce 20 dakika süre ile dinlendirilir. Şıra soğutma konumuna hazır hale gelir. Rotopolün amacı sıcak tortunun açığa çıkartılması ve çöktürülmesidir.
Kaynatmadan 99 °C de çıkan sıcak şıranın sıcaklığı, şıra soğutma bölümünde, 9 °C olan fermantasyon sıcaklığına düşürülerek fermantasyon bölümüne verilir. Burada uygulanan mayalandırma işlemi, şıralama esnasında çözünürlük kazanmış olan şekerin, mayaların etkisiyle alkol ve karbondioksite dönüşmesini sağlar. Mayalanma sırasında açığa çıkan karbondioksit ise kabın üst bölümünde kalın bir köpük tabakası oluşturur. Kullanılan mayanın türüne göre 15 º C – 20 º C de 7-10 gün süre ile yavaş mayalama gerçekleşir. Asıl mayalama denen bu işlemi ikinci bir mayalama izler, böylece bira karbondioksite doymuş vaziyete gelir, durulur ve istenen tadı alır.
Biranın istenen berraklığını elde etmek için, doluma gitmeden önce en az bir kez filtre edilmesi gerekmektedir. Çeşitli süzme teknikeri vardır. Efes Pilsen’de Kieselguhr Filtresi ve PVPP (Poli Vinil Poli Prolidan) kullanılır. Kieselguhr Filtresi; horizantal filtre, vertikal filtre, plaka çerçeve filtresi olmak üzere üç tiptedir. Plakalı filtre boş çerçeveler, delikli saç ve filtre kağıdından oluşmaktadır. Çerçeveler, filtre için gerekli kalınlığı sağlar. Pratikte asıl süzücü olarak kağıt filtre kullanılır. PVPP; plastik, poliner inert bir malzemedir. Biraya acılık veren ve tadını bozan maddeleri tutar. Stabilizasyonu bozan maddeleri de tutarak biranın ömrünün uzamasını sağlar. Filtreler %17’lik kostik ile yıkanarak tekrar kullanılabilir.
Dinlendirme sonunda bir miktar tortu dibe çökmüştür. Fakat bira hala bulanıktır. Bu bulanıklığı gidermek için bira süzülür. Filtrasyonda bazı noktalara dikkat etmek gerekir. Bira mümkün olduğu kadar steril olmalı, biradaki karbondioksit kaybı önlenmelidir. Ayrıca biranın hava ile temas etmesi ve okside olması engellenmelidir. Filtre işleminden iyi bir sonuç elde etmek için birayı mümkün olduğunca soğutmak gerekmektedir. İyi filtrasyon, biranın filtre içindeki sıcaklığının yükselmesine engel olarak tortuların ayrıştırılmasıdır. Süzülen bira çekme tanklarında toplanır. Bira bu tanklardan doluma yollanır.
Filtre işlemine geçmeden önce filtre yavaşça ve basınçsız olarak soğuk su ile doldurulur. Suyun bira sıcaklığına soğuyuncaya kadar akmasına izin verilir. Filtre doldurulduktan sonra, filtredeki havayı dışarı atmak için 2 atm basınçtaki su filtreden geçirilir. Gözetleme camındaki hava çıkış vanaları açık bırakılır. Ancak filtre süresince ve havanın boşaltılmasında filtre plakaları hidrolik ünite ile maksimum 30-35 atm basınca kadar sıkıştırılır. Hava plaka ve çerçeveler arasından geçer. Daha sonraki işlem olan ön kaplama sırasında filtre çıkışındaki hava çıkış vanaları açık tutulur. Filtrenin havası boşaltıldıktan sonra hava bira veya su ile birlikte filtreye tekrar girmemelidir. Filtrasyonun başında katlanan kağıtların hemen tıkanmasını önlemek için ön kaplama yapılır. Gerekli kieselguhr miktarı 1 m2’lik filtre yüzeyi için 500-1000gr’dır. Bu miktar kieselguhr dozlama ünitesinde su ile çamur haline getirilir. Kaplama anında yaklaşık 2 bar basınç uygulanır. Bira kieselguhr ile birlikte boş çerçevelerden girer. Kağıtların üzerinde oluşan kieselguhr tabakasından süzülür. Çıkışta biranın konsantrasyonu kontrol edilir. Filtre ulaşabildiği en son basınca kadar sıkıştırılır. Filtrasyon sonunda bir miktar su filtreye girer. Son bira geldiğinde, filtre çıkışındaki vanalar kapatılır ve filtre boşalana kadar çalışır.
Üretim bölümündeki son yer dolum bölümüdür. Son olarak süzme ya da santrifüjleme yöntemi ile son bir durulamadan geçen bira, karbondioksit basıncı altında fıçılara ya da şişelere aktarılır.
Şişeler dolum makinasının ventilleri vasıtasıyla şu işlemlere tabi tutulur :
1. Şişenin içindeki hava vakumla emilir.
2. Şişeye 1,5 bar basınçta CO2 verilir.
3. CO2 tahliye edilirken bira doldurulur.
4. Şişenin içine çok ince bir su verilerek bira köpürtülür.
5. Kapsüllemeye giren şişeye kapsülleme pistonları vasıtasıyla kapak basılır ve şişe doldurma makinasını terk eder.
Dolum makinasından çıkan şişeler konveyörlerle pastöre gelir. İki çeşit pastör vardır :
· Oda Pastör
· Tünel Pastör
Burada kullanılan tünel pastördür.Dolum tamamlandıktan sonra dolu şişeler tünel pastöre yollanır. Tünelde biranın sıcaklığı yükseltilir. Bir süre bu sıcaklıkta tutularak sıcaklık tekrar düşürülür. Pastör çevrimi biranın biyolojik stabilitesini sağlar. Şişelerin belli bir zaman içinde sıcak ve soğuk bölgelerden geçmeleri pastörün ana prensibidir. Sıcak ve soğuk bölgelerden geçen şişelerin üzerine su püskürtülür. Bu suyun sıcaklığı, şişelerde istenilen sıcaklık derecesine erişilinceye kadar yükseltilir. Sıcaklığın istenilen düzeye gelmesi genellikle ön ısıtma ve süper ısıtma bölgelerinde olur.
Bira, yaklaşık olarak 63 º C ye kadar ısıtılarak mikrobiyolojik stabilitesi sağlanır. Pastörizasyon sırasındaki reaksiyonlar biranın tadına etki eder. Amaç minimum pastör derecesine ulaşmaktır. Bu da biradaki bozulmuş organizmaların aktivitelerini kaybetmelerine neden olur.
Pastörizasyon birimi 1 dakika süre ile 60 º C de kalmak şeklinde tanımlanır. (1) denklemiyle pastör birimi verilmiştir.
Şişeler dolduktan ve kapatıldıktan sonra tünel pastöre girerler. Pastördeki şişeler konveyör ile pastör girişinden çıkışına kadar taşınırlar. Bu sırada şişelerin üzerine bira pastör sıcaklığına gelene kadar sıcaklığı sürekli artan sudan geçerler. Pastör sıcaklığı genellikle 63 º C dir. Bu sıcaklıkta bira 20 dakika bekletilir. Sonra üzerine soğuk su püskürtülerek pastör çıkışına kadar gider. Pastörde kullanılan su çok temiz ve pH değeri 8 civarında olmalıdır. Aksi takdirde pastör amacına ulaşmaz.
Pastör Birimi =P.E=1.393(t-60).z
z=zaman
t=sıcaklık
P.E değeri 35-50 arasında olmalıdır. Pastorizasyonun ardından şişenin pastör miktarı düşükse (30’dan az ise) çabuk tüketilebilecek yerler gönderilmesi gerekir. Bu takdirde etiketlenmeye gönderilir. Pastör miktarı istenilen değerde ise doğrudan etiketlemeye tabi tutulur. Şişelerin üzeri etiketlenmek için tutkalla işaretlenir. Etiketin üzerine imal/son kullanma tarihleri lazer ışını ile yazılır.
Fıçı dolum süreci, pastörize edilmiş ve soğutulmuş biranın alüminyum veya paslanmaz çelikten yapılmış fıçılara doldurulmasıdır. Filtreden 2-3 ºC sıcaklıkta gelen bira doluma gitmeden önce pastörize edilir. Fıçılamada şok-pastör uygulanır. Burada rejenerasyon bölümü, ısıtma bölümü, tutucu tüp bölümü ve soğutma bölümü olmak üzere 4 bölüm vardır. Bira, rejenerasyon bölümüne pompalanır ve burada sıcak bira ile ters yönde akarak ısınır. Isıtma bölümünde, pastör derecesi kadar ısıtma işlemi gerçekleştirilir. Burada sıcak su ile ters yönde akması sağlanır. Bundan sonra hesaplanan süre içerisinde tüpte tutulur. Buradaki bira tekrar rejenerasyon bölümüne soğuk ve tuzlu su veya alkol ile ters yönde akarak çalışır. Erişilen maksimum sıcaklık 69 º C – 70 º C dir. Soğuk ve pastörize edilmiş bira şok- pastörden ayrılarak tampon tanka gelir. Dolum başladığında pastörize edilmiş bira tampon dolum makinalarına pompalanır.
Biranın alkol oranı % 4 – % 6 arasında değişir. Bileşimini ve niteliğini üretim tekniklerine ve hammaddenin niteliğine (özellikle şıralama suyuna ) bağlı bir çok etmen belirler. Biranın kalitesini belirleyen unsurlar; tat ve aroma, alkol içeriği, besin değeri, renk, köpük, berraklık ve karbondioksittir.
2.2.2 Yardımcı Bölümlerin İncelenmesi
Yardımcı işletmeler enerji tesisleridir.
Enerji Tesisleri :
a. Soğutma Tesisleri : Bu tesisler soğutma bölümünde detaylı bir şekilde incelenecektir.
b. Su Tasfiye Tesisleri : İşletmenin 100 t/h’lik su ihtiyacı bu tesisler vasıtasıyla sağlanmaktadır. 140 m derinliğindeki kuyulardan dalgıç pompalar yardımıyla çekilen ham su toprak altındaki 3000 m3 ’lük havuza depolanır. Buradan kireç reaktörlerine pompalanan suya, ayrı bir kapta kireç ile karıştırılmış su (kireç sütü) dozlanarak suyun sertliği alınır. Sertliği alınmış, kireçten arınmış yumuşak su kum filtre tanklarından geçirilir. Farklı tane büyüklüğüne sahip tabakalar oluşur. Filtreden geçip zemindeki havuzlara giden su burada klorlanır. Bu aşamada su işletmenin bazı kısımlarında kullanılabilir. Farklı özellikler gerektiren kısımlar içinse,(bira imalatı gibi) su aktif karbon filtresinden geçirilerek kloru alınır. Permotit- zeolit tanklarında ise suyun sertliği kaya tuzuyla sıfıra düşürülür. Bu su şişelemeye gider ve özellikle pastörizasyon işleminde kullanılır. Çünkü pastörizasyon işleminde suyun verildiği delikler küçük olduğundan deliklerin tıkanması söz konusu olabilir, sıfır sertlikteki su böyle bir olaya meydan vermez. Ayrıca bu su buhar kazanlarında besleme suyu olarak kullanılır.Böylece kazan içinde meydana gelebilecek ve kazan verimini olumsuz etkileyecek unsurlarda kazan korunmuş olur. Ham su yalnız yangın hatları ve bahçe suyu olarak kullanılır. Klorlanmış yumuşak su ise soğutma kulesinde kullanılır.
c. Atık Su Arıtma Tesisleri : Atık su arıtma tesisi, giriş pompa istasyonundan atık su akışında varyasyonları dengeleyen ve üretim olmadığı zamanlarda atık suyu birkaç defa depolayan karışım ve dengeleme havuzundan, kondisyon tankından, biyobed reaktöründen, gaz yakıcıdan, yoğunlaştırma ve su giderme bölümünden, selektör tankından, aktif çamur tankından ve son çökelti havuzundan meydana gelmektedir
3. SOĞUTMA BÖLÜMÜ PROSESLERİ VE KÜTLE ENERJİ DENKLİKLERİ
3.1 Genel Soğutma Çevrimi
Bir makinada bulunan çalışma maddesi olan akışkan, makinanın (sistemin) ardarda bağnanmış ünitelerinde, çevre ile enerji alış-verişinde bulnarak çeşitli hal değişimlerine uğratıldıktan sonra, tekrar başlangıçtaki durumuna (ilk üniteye) gelmekte ve sürekli olarak aynı durumlardan geçirilmekteyse, bu akışkan (veya makina ) bir çevrim oluşturuyor demektir. Makinadaki akışkanın hal değişim eğrileri P-V ile S-T diyagramlarında kapalı bir alan oluşturur.
Bu makinada amaç düşük sıcaklık seviyesindeki bir ortamdan (çevreden) ısı çekerek o ortamı soğutmak ise makinaya; soğutma makinası denir. Bunlar çevrim esasına göre çalışırlar. Kapalı devrelerdir. Kullanılan aracı akışkana soğutucu akışkan adı verilir.
Soğutma makinaları içindeki çalışma makinası P-V ile T-S diyagramlarında saat yelkovanının ters yönünde dönen bir çevrim oluşturduğundan bu makinada WNet negatiftir. Yani makinda sistemden elde edilenden WNet kadar daha fazla mekanik enerji dışarıdan sisteme verilmekte, bu esnada dışarıdan sisteme verilenden WNet kadar daha fazla ısı enerjisi sitemden dışarıya alınmaktadır.
Efes Pilsen bira fabrikasının soğutma üniteleri, Buhar Sıkıştırma (Kompresyon) Soğutma Çevrimi esasına göre işlemektedir.
En sık uygulanmakta olan ve rastlanan bu tip soğutma çevriminde sıvı halden buhar hale gelmekte olan soğutucu akışkanı içinde bulunduran bir Evaporatör (buharlaştırıcı), evaporatörde buharlaşan soğutucu akışkanı alçak basınç tarafından emerek yüksek basınç tarafındaki bir kondensere basan bir Kompresör, soğutucu akışkandaki ısıyı alıp onu sıvılaştıran bir Kondenser ile sıvılaşan soğutucu akışkanın toplanabileceği bir sıvı deposu ve soğutucu akışkanın evaporatöre yani alçak basınç tarafına ölçülü ve gerekli miktarda verilmesini sağlayan bir Ekspansiyon Valfi (genişleme elemanı) bulunmaktadır. Aşağıdaki şekillerde bir soğutma çevrimi ve bu çevrimin ln P-h diyagramındaki ifadesi gösterilmektedir.
3.2 Soğutucu Akışkanlar
Bir soğutma çevriminde ısının bir ortamdan alınıp başka bir ortama nakledilmesinde ara madde olarak yararlanılan soğutucu akışkanlar ısı alışverişini genellikle sıvı halden buhar haline (Soğutucu – Evaporatör Devresinde ) ve buhar halden sıvı haline (Yoğuşturucu – Kondenser Devresi) dönüşerek sağlarlar. Bu durum bilhassa buhar sıkıştırma çevrimlerinde geçerlidir.
Soğutucu akışkanların yukarıda tarif edilen görevleri ekonomik ve güvenilir bir şekilde yerine getirebilmesi için bazı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olmaları gerekmektedir. Genel kural olarak bir soğutucu akışkanda aranması gereken özellikler şöyledir :
1 ) Az bir enerji sarfı ile daha çok soğutma elde edilebilmelidir.
2 ) Soğutucu akışkanın buharlaşma gizli ısısı yüksek olmalıdır.
3 ) Evaporatörde (+) buhar basıncı olmalıdır.
4 ) Kondenser basıncı düşük olmalıdır.
5 ) Vizkositesi düşük ve yüzey gerilimi az olmalıdır.
6 ) Donma derecesi düşük olmalıdır.
7 ) Emniyetli ve güvenilir olmalıdır.
8 ) Zehirsiz olmalıdır.Sistemden kaçması halinde, bilhassa yiyecek maddeleri üzeinde zararlı etki yapmamalıdır.
9 ) Kaçaklar kolay bulunabilmelidir.
10 ) Sistemden kaçarak havaya karışması halinde civardaki insanlara ve diğer canlılara zarar vermemelidir.
11 ) Havaya karıştğında yanıcı, parlayıcı olmamalıdır.
12 ) Korozif olmamalıdır.
13 ) Kimyasal aktivitesi olmamalıdır.
14 ) Asidik özellikleri düşük olmalıdır.
15 ) Akışkan çevre dostu olmalıdır.
16 ) Ucuz olmalıdır.
17 ) Kompresörün silindir hacmi belli olduğuna göre istenen kütleyi basmak için özgül hacmi düşük olmalıdır.
18 ) Isıyı iyi iletebilmelidir.
Bir soğutma sistemini tasarlarken kulluanılabilecek birçok akışkan vardır. Bunlar arasında Freonlar ve Kloroflorokarbonlar (CFC), amonyak, propan, etan, etilen gibi hidrokarbonlar, karbondioksit, uçakların iklimledirilmesinde kullanılan hava ve donma noktasının üzerindeki bazı uygulamalarda kullanılan su sayılabilir. Soğutucu akışkanın seçimi uygulamalara göre değişebilir. Aynı fiziksel şartlarda değişik akışkanların değişik soğutma etkisi verdiği de dikkate alınmalıdır. Bu özelliklerin hepsini birden her şart altında yerine getirebilen bir refrijeran madde mevcut değildir. Fakat, uygulamadaki şartlara göre bunlardan bir kısmı aranmayabilir.
Efes Pilsen ’de Kullanılan Soğutucu Akışkan Çeşitleri
Emniyet ve güvenirlilik açısından iyi olan, ayrıca iyi bir ısıl özelliğe de sahip olan refrijeran madde için 1920’lerde yapılan araştırmalar Fluokarbon refrijeranların bulunmasını sağlamıştır. Halokarbon ailesinden olan Fluokarbonlar, Metan (CH4) veya Etan (C2H6) içerisindeki hidrojen atomlarından bir veya birkaçının yerine sentez yoluyla klor, flor veya brom atomları yerleştirmek suretiyle elde edilmektedir. Fluokarbonlardan en sık rastlananlar, metandaki 4 hidrojen atomu yerine 2 klor ile 2 flor ikame edilen Dikloro – Difloro – Metan / CCL2F2 (Freon-12 veya R12) ve yine metandaki 4 hidrojen yerine bir klor ile 2 flor atomu yerleştirilen Klorodiflorometan (Freon-22 veya R-22) soğutucu akışkanlarıdır.
R-22 (CHCIF2) : R-22 ’de emniyetle kullanılabilecek zehirsiz, yanmayan, patlamayan bir akışkandır. Derin soğutma uygulamalarına cevap vermek üzere geliştirilmiş bir soğutucu akışkan olup, pencere tipi iklimlendirme sistemlerinde, ısı pompalarında, büyük binaların ve endüstriyel kuruluşların soğutma sistemlerinde kullanılmakta ve amonyakla yarışmakta, bilhassa daha kompakt kompresör gerektirmesi, doayısıyla yer kazancı sağlaması yönünden tercih edilmektedir. Çalışma basınçları ve sıcaklıkları R-12’den daha yüksek seviyede fakat birim soğutma kapasitesi için gerekli tahrik gücü takriben aynıdır. Çıkış sıcaklıklarının oldukça yüksek olması sebebiyle bunun aşırı seviyelere ulaşmasına engel olması için emişteki kızgınlık derecesini mümkün mertebe düşük tutmalıdır. Derin soğutma uygulamalarında yağ dönüşümü sağlamak için muhakkak yağ ayırıcı kullanılmalıdır. R-12 ile yağ daha çabuk ve iyi karışmaktadır. Su ile R-22 daha çabuk ve yüksek oranda karışır. R-22 bir hidrokloroflorakarbondur. Tahribatı % 10 – 15 ’tir.R-22 ’ nin ozon tabakasına verdiği zarar R-12 ’ nin verdiği zararın % 5 ’ i kadardır.
Efes Pilsen ’de karbondioksit toplama ve glikol soğutma devresinde kullanılır.
R-717 (Amonyak) : Bugün, fluokarbon ailesinin dışında geniş ölçüde kullanılmaya devam edilen tek soğutucu akışkan amonyaktır. Zehirleyici ve bir ölçüde yanıcı – patlayıcı olmasına rağmen, ucuzluğu, daha yüksek etkinlik katsayılarına olanak sağlaması ve bu nedenle işletim giderlerinin az olması, termodinamik ve ısı geçişi özelliklerinin üstünlüğü, buna bağlı olarak daha küçük ve ucuz ısı değiştirgeci gerektirmesi, sızma durumunda kolayca belirlenmesi ve ozon tabakasına zarar vermemesi sebebiyle, büyük soğuk depoculukta, buz üretiminde, buz pateni sahalarında ve donmuş paketleme uygulamalarında başarı ile kullanılmaktadır.Fakat amonyağın zehirleyici olması kullanımını kısıtlayıcı bir unsurdur. Amonyak evlerde kullanılmaz ve daha çok meyve, sebze, et, balık gibi ürünlerin saklandığı soğutma depolarında, süt, peynir, bira ve şarap depolarında, düşük sıcaklıklarda soğutmanın gerektiği ilaç ve diğer endüstriyel soğutma uygulamalarında kullanılır. Buharlaşma ısısının yüksek oluşu ve buhar özgül hacminin de oldukça düşük olması sistemde dolaştırılması gereken akışkan miktarının düşük seviyede olmasını sağlar. Amonyak yağ ile karışmaz, fakat karterdeki çalkantı ve silindirdeki yüksek hızlar yağın sisteme sürüklenmesine sebep olur. Bu nedenle gerek kompresör çıkışına yağ ayırıcı koymak suretiyle, gerekse evaporatörden kompresöre yağın dönüşünü kolaylaştıracak tarzda boru tertibi ile yağın kompresör karterine birikmesi sağlanmalıdır.
Amonyak, Efes Pilsen’deki soğutma çevriminde kullanılan yani glikolü soğutan akışkandır.
R-134a : Bir hidroflorokarbon olup yeni geliştirilen ve klor içermeyen bir soğutucu akışkandır. Diğer soğutucu akışkanlara göre 5-6 kat daha pahalıdır.Daha fala iş hacmi gerektirir. Soğutma etkisi geç gerçekleşir. Efes Pilsen’deki fıçı biraların soğuk muhafazasında kullanılır.
3.2.1 İndirekt Soğutucu Akışkanlar
Soğutma tekniğinin uygulamasıda sık sık ikinci bir ara soğutucu akışkan kullanılır. Bundan maksat, akış karakteristikleri (hız, basınç kaybı, yağ problemleri vs.) daha uygun bir akışkan vasıtasıyla ısı transferini sağlamak, kompresyon sisteminde dolaşan esas soğutucu akışkan devresini kısa ve istenen geometrik tertipte tutmak ve böylece soğutma çevriminde optimum faydayı emniyetli bir şekilde sağlayabilmektedir. Mesela klima uygulamalarında soğuksu jeneratörü diye adlandırılabilen cihazlarda suyun ara soğutucu akışkan olarak kullanıldığı sık sık görülür. Fakat suyun 0 º C civarında donması nedeniyle, su ile bazı tuzlar karıştırılmak suretiyle (salamura) veya daha başka kiyasal eriyikler kullanılarak, daha düşük sıcaklıklardaki uygulamalarda indirekt soğutucu akışkanlar kullanılmaktadır. Su ile karıştırılarak indirekt soğutucu akışkan olarak kullanılan tuzlardan en sık rastlanılanlar, Sodyumklorür (NaCl) ve kalsiyumklorür (CaCl2) olup bunların su ile karışımlarının adı dilimizde salamuradır. Efes Pilsen de salamura olarak potasyumkarbonat çözeltisi kullanılmaktadır.
Uygulamanın gerektirdiği sıcaklıklarda, eriyik (salamura) mutlak tam sıvı halde olmalı, ne buz ne de serbest tuz ayrışmamalıdır. Ayrıca salamuranın temas ettiği yüzeylerde korozyona sebep olmaması gerekir. Tuz eriyikleri aslında saf halde iken korozif olmadıkları halde, oksijen ve karbondioksit içerdiklerinde bilhassa demir üzerinde hızlı bir korozyon etkisi yaparlar. Bu nedenle, salamuralı sistem mümkün mertebe kapalı sistem şeklinde tertiplenmeli ve hava ile teması azaltılmalıdır. Kalsiyumklorür endüstriyel soğutma uygulamalarında ve buz pateni sahalarında geniş ölçüde kullanılır. Fakat su süratli bir korozif eriyiktir. Sofra tuzu diye bilinen sodyumklorür ise kalsiyumklorürün kullanılamadığı yerlerde, örneğin balık ve benzeri gıda maddelerinin pülverize salamura metodu ile dondurulmasında sık sık kullanılr. Ancak kalsiyumklorür çok daha düşük olan donma noktası sıcakığı sebebi ile pekçok uygulamada tercih edilebilmektedir.
İndirekt soğutucu akışkan olarak kullanılan diğer eriyiklerden en sık rastlananlar; glikol (HOCH2CH2OH), propilen glikol (CH3CH(OH)CH2OH), metanol-su, metilenklorür ve R-11’dir. Efes Pilsen ’de indirekt soğutucu akışkan olarak propilen glikol kulanılmaktadır.
3.3 Soğutma Tesisleri
1. Soğutma Kompresörleri
Soğutma kompresörünün sistemdeki görevi; buharlaştırıcı – soğutucudaki ısı ile yüklü soğutucu akışkanı buradan uzaklaştırmak ve böylece arkadan gelen ısı yüklenmemiş akışkana yer temin ederek akışın sürekliliğini sağlamak ve buhar haldeki soğutucu akışkanın basıncını kondenserdeki yoğuşma sıcaklığının karşıtı olan seviyeye çıkarmaktır.
Efes Pilsen ’deki soğutma tesislerinde bulunan amonyak kompresörleri, pistonlu ve vidalı olmak üzere ikiye ayrılır:
- NH3 Kompresörleri :
a ) Pistonlu Kompresörler : Bu kompresörler; birim soğutucu akışkan kapasitesine denk gelen silindir hacmi ihtiyacı az olan ancak emiş / basma basınç farkı oldukça fazla olan refrijeranlar için uygundur.NH3 , R-12 , R-22 bu refrijeranların başında gelenleridir. Efes Pilsen ’ de 8 tane 140.000 kcal/h ve 2 tane 187.000 kcal/h kapasiteli olmak üzere toplam 10 adet pistonlu kompresör bulunmaktadır. Dinlendirme tankları, filtredeki çekme tankları ve şerbetçiotu dairelerinin soğutulmasında kullanılan potasyumkarbonat çözeltisi bu çevrimde amonyak ile soğutulmaktadır.
b ) Helisel – Vida Tipli Dönel Kompresörler (Vidalı Kompresörler) : Soğutma uygulamalarında hala en çok rastlanılan helisel tip dönel kompresörleri bariz farklara sahip 2 ana grupta toplamak mümkündür :
· Tek Vidalı / Helisli Tip
· Çift Vidalı / Helisli Dönel Tip
Ancak her iki tip kompresörün de çalıima prensibi yönünden ve konstrüktif yönden bir çok müşterek yanları vardır. Örneğin; basınçla yağı püskürtülmesi suretiyle hem yağlama işleminin yapılması, hem sıkıştırma işlemi sırasında sızdırmazlığın sağlanması hem de meydana gelen ısının gövdeden alınıp uzaklaştırılması, her iki tip kompresörde de yerleşmiş uygulama şeklidir.
Efes Pilsen ’ de çift vidalı dönel kompresörler kullanılmaktadır. Bu kompresörler, biri erkek diğeri dişi olmak üzere bir helisel vida çiftinden meydana gelmektedir. Helisel dişlilerden birisi tahrik gücünü sıkıştırma işlemine iletir ve bu işlem sırasında diğer dişli serbest durumda tahrip edeni takip ederek döner. Vida tipi kompresörler daha çok yağ püskürtmeli olarak yapılırlar. Kuru tip vidalı kompresörlerde sıkıştırma oranı ve giriş çıkış basıncı sınırlıdır ve devir sayıları yüksektir. Yağ püskürtmeli tiplerde bu sınırlamalar geniş ölçüde kalkmaktadır. Püskürtülen yağ silindirin soğutulmasına, sesin ve aşınmaların azaltılmasına yardım etmektedir ve kompresör,gelen refrijerandan daha yüksek oranda refrijeran bulunmasına tahammül edebilmelidir ki bu, soğutma uygulamaları için önemli bir husustur. Yağ püskürtmeli vidalı kompresörler R – 12, R – 22, amonyak gibi bir çok ratlanan refrijeranlara rahatça uygulanabilmektedir. Efes Pilsen ’ deki vidalı kompresörlerde tam sentetik yağlar kullanılmaktadır.
Buhar sıkıştırma esasına göre çalışan soğutma sistemlerinde, hareket eden parçalrın birbirleriyle temas ettiği yüzeylerdeki sürtünmeyi minimum seviyeye indirmek üzere yağlama yapılması gereklidir. İyi bir yağlama yapılmaması halinde hem sürtünen yüzeylerde hızlı bir aşınma hem de mekanik yapıların artmasıyla aşırı ısınma ve güç israfı meydana gelecektir. Bu kompresörlerin yağ püskürtmeli tiplerinde yağın, yüksek basınca sıkıştırılan gazdan bir yağ ayırıcıyla ayrılması ve soğutulması gereklidir. Yağ ayırıcısının tipi, sistemin özelliklerine ve kullanılan refrijerana göre değişir. Aşağıdaki şekilde tipik bir yağlama sistemi şeması gösterilmektedir. Efes Pilsen ’ de de kullanılan bu sistemdir.
ağlama sisteminden beklenen özellikler şunlardır :
· Yağ sıkıştırılan soğutucu akışkanın basınç tarafından emme tarafına sızmasını önlemelidir.
· Soğutucu olarak yardımcı olmalıdır. (Yataklardaki ısıyı almalı ve karterde biriken ısının dış cidarlara ve dolayısıyla çevreye iletilmesini sağlamalıdır.)
· Kompresörün içindeki hareket eden parçaların meydana getirdiği gürültüyü kısmen de olsa yutmalıdır.
· Ne kadar önlem alıırsa alınsın, yağlama yağının bir kısmı kondenser ve evaporatöre kaçar. Önemli olan,buralarda yağın toplanıp kalmaması ve hızlı bir şekilde kompresör karterine dönmesidir. Bunu sağlamak üzere, yağlama yağı düşük sıcaklık seviyelerinde de yeterince akıcı olmalıdır.
· En önemlisi; yağlama yağının temasta bulunduğu akışkan, metal yüzeyler, motor sargılarının emaye izolesi ve sistemde bulunabilece k daha pek çok madde ile kimyasal reaksiyonlara girip bozulmaması yani kimyasal yönden stabil olması gerekmektedir
Hava Kompresörleri :
Hava kompresörleri sistemin hava ihtiyacını karşılamakta kullanılırlar. Efes Pilsen’de üç pistonlu, bir tane vidalı olmak üzere dört adet hava kompresörü vardır. Pistonlu kompresörlerden biri küspe atmakta kullanılır. Diğer ikisi yedektir.
1500 – 1700 m3/h kapasiteli vidalı kompresörler ise sistemin hava ihtiyacını karşılayabilmektedir. Burada 7 ata basınçta hava kullanılmaktadır. Ekonomik olup bunun yanısıra yağsız çalışması bir avantajdır. Yağ, biranın köpüklenme özelliğini bozduğundan bira imalatında havanın içine yağ karışması istenmeyen bir durumdur.
Vidalı Hava Kompresörünün Motor Gücü Hesabı :
1700 m3/h olan maksimum debiden hareketle güç hesaplanır.
Havanın giriş sıcaklığı : t1 = 15 ºC " T1 = 15 + 273 = 288 °K
Havanın giriş basıncı : P1 = 1 ata
Havanın çıkış sıcaklığı : t2 = ?
Havanın çıkış basıncı : P2 = 7 ata
Hava için n = 1.34
Hava için r = 1.397 kg/m3
T2 sıcaklığı (9) ifadesiyle hesaplanmıştır.
(9)
T2 @ 472 °K
t2 = 472-273 = 199 ºC
t1 = 15 ºC ve P1 = 1 ata Molier Diagramı ’ ndan = 18 kcal /kg
t2 = 199 ºC ve P2 = 7 ata Molier Diagramı ’ ndan= 165 kcal / kg
Tüm bu verilere göre motor gücü (10) ifadesi ile hesaplanır.
Yağlama sisteminden beklenen özellikler şunlardır :
· Yağ sıkıştırılan soğutucu akışkanın basınç tarafından emme tarafına sızmasını önlemelidir.
· Soğutucu olarak yardımcı olmalıdır. (Yataklardaki ısıyı almalı ve karterde biriken ısının dış cidarlara ve dolayısıyla çevreye iletilmesini sağlamalıdır.)
· Kompresörün içindeki hareket eden parçaların meydana getirdiği gürültüyü kısmen de olsa yutmalıdır.
· Ne kadar önlem alıırsa alınsın, yağlama yağının bir kısmı kondenser ve evaporatöre kaçar. Önemli olan,buralarda yağın toplanıp kalmaması ve hızlı bir şekilde kompresör karterine dönmesidir. Bunu sağlamak üzere, yağlama yağı düşük sıcaklık seviyelerinde de yeterince akıcı olmalıdır.
· En önemlisi; yağlama yağının temasta bulunduğu akışkan, metal yüzeyler, motor sargılarının emaye izolesi ve sistemde bulunabilece k daha pek çok madde ile kimyasal reaksiyonlara girip bozulmaması yani kimyasal yönden stabil olması gerekmektedir
Hava Kompresörleri :
Hava kompresörleri sistemin hava ihtiyacını karşılamakta kullanılırlar. Efes Pilsen’de üç pistonlu, bir tane vidalı olmak üzere dört adet hava kompresörü vardır. Pistonlu kompresörlerden biri küspe atmakta kullanılır. Diğer ikisi yedektir.
1500 – 1700 m3/h kapasiteli vidalı kompresörler ise sistemin hava ihtiyacını karşılayabilmektedir. Burada 7 ata basınçta hava kullanılmaktadır. Ekonomik olup bunun yanısıra yağsız çalışması bir avantajdır. Yağ, biranın köpüklenme özelliğini bozduğundan bira imalatında havanın içine yağ karışması istenmeyen bir durumdur.
Vidalı Hava Kompresörünün Motor Gücü Hesabı :
1700 m3/h olan maksimum debiden hareketle güç hesaplanır.
Havanın giriş sıcaklığı : t1 = 15 ºC " T1 = 15 + 273 = 288 °K
Havanın giriş basıncı : P1 = 1 ata
Havanın çıkış sıcaklığı : t2 = ?
Havanın çıkış basıncı : P2 = 7 ata
Hava için n = 1.34
Hava için r = 1.397 kg/m3
T2 sıcaklığı (9) ifadesiyle hesaplanmıştır.
(9)
T2 @ 472 °K
t2 = 472-273 = 199 ºC
t1 = 15 ºC ve P1 = 1 ata Molier Diagramı ’ ndan = 18 kcal /kg
t2 = 199 ºC ve P2 = 7 ata Molier Diagramı ’ ndan= 165 kcal / kg
Tüm bu verilere göre motor gücü (10) ifadesi ile hesaplanır.
W Net, Motor @ 130 kw / h
Hava kompresörünün çıkış sıcaklığının 24 ºC ’ yi geçmemesi için su ile soğutulmaktadır. Bu işlem için gerekli soğutma suyu miktarı Alınan ısı = Verilen ısı denkliğinden (11) ifadesiyle hesaplanmıştır.
Suyun giriş sıcaklığı : = 25 ºC
Suyun çıkış sıcaklığı : = 40 ºC
QHava = Qsu (11)
ms Dts = mh Dth
ms @ 6650 kg / h
2. Kondenser :
Efes Pilsen ’ de kullanılan iki tip kondenser vardır :
- Su soğutmalı kondenser : Bu kondenserler özellikle temiz suyun bol miktarda, ucuz ve düşük sıcaklıklarda bulunabildiği yerlerde, gerek kuruluş, gerekse işletme masrafları yönünden en ekonomik kondenser tipi olarak kabul edilebilir. Büyük kapasitedeki soğutma sistemlerinde genellikle tek seçim olarak düşünülebilir. 3 tane kule uyuyla soğuyan su soğutmalı kondenser vardır. Bu kondenserlerde su kondensere 20 – 26 ºC arasında girmekte ve 30 – 34 ºC arasında çıkmaktadır. R – 22 ise kondensere 50 – 60 ºC civarında girip, 20 – 30 ºC civarında da kondenseri terk eder.
- Paket evaporatif kondenser : Bu kondenser tipleri soğutma kulelerine göre daha avantajlıdır. Paket ünite olduğu için kuleye göre çok daha az yer kaplar çatı üstlerine uygulanarak yer kazanımı yapılabilir. Ayrıca kulelerin üstü açık olduğundan oldukça fazla miktarda su buharı kaybı olmaktadır, evaporatif kondenserlerde ise bu kayıp minimuma indirgenmiştir. Çevrimde amonyak kondensere 70 – 80 ºC civarında girmekte ve 20 – 30 ºC civarında ise kondenseri terk etmektedir. Su ise 20 – 26 ºC arasında girer ve 30 – 32 ºC arasında kondenseri terk eder.
3 . Evaporatör :
Bir soğutma sisteminde evaporatör sıvı refrijeranın buharlaştıran ve bu sırada bulunduğu ortamdan ısıyı çeken cihazlardır. Kondenserden direkt olarak veya refrijeran deposundan geçerek, kılcal boru veya benzer basınç düşürücü bir elemanda adyabatik olarak genişledikten sonra evaporatöre sıvı-buhar karışımı şeklinde giren refrijeranın büyük bir kısmı sıvı haldedir. Refeijeran basıncı, kondenser tarafındaki basınca oranla çok daha düşüktür. Bu nedenle evaporatör tarafına sistemin alçak basınç tarafı adı verilir.
Evaporatör tipleri uygulamanın özelliklerine göre 3 grupta toplanabilir :
a ) Gaz halindeki maddeleri soğutmak için kullanılan evaporatörler (genellikle hava )
b ) Sıvı haldeki maddeleri soğutmak için kullanılan evaporatörler (su, salamura, metilen glikol, propilen glikol)
c ) Katı maddeleri soğutmak için kullanılan evaporatörler (buz, buz pateni sahası, metaller vs.)
Efes Pilsen’de sıvı soğutucu evaporatörler kullanılaktadır. Bu tip evaporatörler, refrijeranın daha iyi kontrolü ve daha emniyetli bir çalışma sağlaması açısından çok daha iyi sonuçlar verebilmektedir. Sıvı soğutucu evaporatörlerde refrijeran bir boru demeti dışında bulunur. Soğutulacak sıvı ise boru demetinin içinden geçer. Refrijeran sıvı, bu sıvı içine daldırılmış olan boru demeti ile beraber bir dış zarf ile çevrilmiştir. Refrijeran, soğutulan sıvının ısısını alarak buharlaşırken, eksilen refrijeran yerine sıvı refrijeran beslenerek belirli bir seviye muhafaza edilir. Buharlaşan refrijeran, kompresör tarafından emilerek tekrar kondensere basılır. Refrijeran buharının sıvı damlacıklarını tutmak üzere evaporatörün sıvı seviyesinin biraz üstüne damla tutucu bir perde konularak, alt tarafının evaporatörle irtibatlandırılmasıyla toplanan sıvı evaporatöre döndürülüp, bundan soğutma için tekrar yararlanılabilir. Böylece sıvı refrijeranın daha kolay buhar haline getirilip kompresörden emilmesi sağlanır.
4. Genişleme Aparatı :
Refrijeranın evaporatörde buharlaşarak ısı alabilmesi için basıncının evaporatör sıcaklıklarında buharlaşmasına imkan verecek seviyeye düşürülmesi gerekir. Bunu sağlayan kontrol elemanları ekspansiyon valfleridir. Bu elmandan beklenen husus evaporatörde buharlaşan refrijeran kadar sıvı refrijeranı evaporatöre aynen beslemektir.
3.3.1 Glikol Soğutma Ünitesi
Soğutma çevrimi ile elde edilen soğutma gücünün biranın soğutulmasında kullanılması indirekt (önce başka bir akışkanın soğutulmasıyla) olmaktadır. Buhar kompresyon sistemlerinde buna soğutulmuş akışkanlı sistemler (Chiller) adı verilir. Glikol soğutma, biranın soğutulması aşamalarından ilkidir. Hatta, soğutma işlemi gerekli bir ön hazırlık evresidir. Bu bölümde propilen glikolün soğutulması incelenecektir.
Çok sayıdaki müstakil ünitelerin bulunduğu ve büyük soğutma gücüne ihtiyaç duyulan uygulamalarda, sıcaklıkların da daha yakın ve oransal kumandalı olarak kontrol edilebilmesi için soğutulmuş akışkanlı sistemlere gidilmesi gerekmektedir. Bu tip soğutucuda sulu kondenser kullanılır.
Genel olarak soğutma sistemi, mevcut gazın basınç altında sıkıştırılarak sıvılaştırılması, daha sonra geniş hacimde sıkıştırılan gazın buharlaştırılarak ortamdan ısı transfer etmesi prensibine dayanır.
Soğutma sistemini kapalı bir devre olarak düşünürsek, kompresör buharlaştırıcıdan emdiği gazı basınçlandırarak kondensere basar, burada yüksek basınç altındaki soğutucu akışkan üzerindeki ısıyı transfer ederek sıvı durumuna geçer. Sıvı haldeki gaz buharlaştırıcıya gelerek buradaki kontrol valfi aracılığı ile geçişine izin verilir. Geniş hacme geçen akışkan buharlaşmak ister, bu arada gereken ısıyı ortamdan alarak soğutma sağlar.
Chiller sistemlerinin çalışma prensipleri de aynıdır. Bu sistemlerde kondenserin soğutulması soğutma kulesi ile sağlanır. Buharlaştırıcıdan da soğutulmuş glikol elde edilerek sistemde dolaştırılır. Yani işletmeye gönderilir.
Glikol soğutma ünitesinde soğutucu akışkan olarak NH3 ve R – 22 kullanılır. Soğutma sistemi kapalı bir çevrimdir.Bu sistemle bira üretim aşamalarından soğutma kademesinde kullanılan propilen glikol soğutulmuş olur. Glikol de dolaylı olarak birayı soğutur.
Glikolün soğutma prosesi Şekil 3.5 soğutma planında görülmektedir. Planda görülen vidalı kompresörde kullanılan yağ kapalı devre (NH3) ile soğutulur. Sıvı tankından gelen likit NH3 yağ soğutucu eşanjöre girer. Burada yağın ısısını aldıktan sonra kondensere doğru akışına devam ederken soğuyan yağ filtreden geçerek vidalı kompresöre girer. Kompresöre ayrıca evaporatörden (Chiller) NH3 emilir. Ekonomayzerden gelen (-3 / -4 e kadar soğumuş NH3 gaz halinde) NH3 de giriş yapar. Burada NH3 basınçlandırılarak yağ ayırıcıya pompalanır. Kompresörde basınçlandırma sırasında, emme ve basma sürekliliğinden dolayı istenmeyen bir sıcaklık artışı meydana gelir. Kompresör kafasında sıcaklık 90 ºC ’ yi bulur. Bunun önüne geçmek için kompresöre soğuk yağ basılır.
Kompresörde basınçlandırılıp kompresörü terk eden NH3 içinde bir miktar yağ vardır. NH3’ün yağdan ayrılması gerektiğinden sistemde separatör bulunur. Kompresörden çıkan gaz içinde yağ da sürüklenirse ve bu yağ soğutucu akışkanla birleşmezse yoğuşturucu boruları üzerinde bir film tabakası oluşturarak ısı transferini kötüleştirir. Ayrıca tüm yağın kompresör karterine geri dönmemesi halinde yağ eksilmesi kompresörü tehlikeye sokabilir. Bu sebeple özellikle yağda erimeyen akışkanlar için kompresörden çıkışa bir yağ ayırıcısı konur. Ayrılan yağ, yağ pompasıyla tekrar yağ soğutucu eşanjöre basılır. NH3 ise yoluna devam eder ve gaz halinde kondensere girer.
Sistemde kondenserdeki soğutma, soğutma kulesiyle sağlanır. Böylece NH3 yoğuşur ve likit tankına verilir. Likit tankının kapasitesi 5 – 6 tondur. Soğutma kulesi su ihtiyacını altında bulunan havuzdan sağlar. Kuleden çıkan soğuk su kondenserde dolaştırılır. Bu sırada yine kondenser borularına girmiş olan gaz NH3 de ısısını suya vererek yoğuşur. Kondenserde yoğuşan akışkan alt taraftaki yüzeyleri kaplar ve ısı transferini kötüleştirir. Bunun için kondenserin kot olarak altına bir sıvı deposu konulur. Bu depo onarım vs. için tüm akışkanın toplanabileceği kap görevini de görür. NH3 de bu likit tankına dolar. Isınmış su da tekrar soğumak üzere kuleye geri döner. Sıvı tankında bir kısım NH3 yağ soğutucu eşanjöre gider. Geri kalanı likit tankında toplanır.
Bu soğutma sisteminde soğutma efektinin, asıl sağlandığı ünite ekonomayzerdir. Ara soğutma ünitesi olarak da düşünülebilir. Likit tankından gelen NH3 ani genleşme ile bu üniteye dolar. NH3’ün gelişinin devamı veya durdurulması selenoid valfle kumanda edilir. Ekonomayzerde şamandra sistemi mevcuttur. NH3 dolumu, belli seviyeye gelince durdurulur. Bu, seviye kontrol cihazının selenoid valfe ‘kapat’ komutunu vermesiyle sağlanır. NH3 likit tankından sonra dar hacimden geniş hacme çıktığı için kısmen buharlaşma olur. Ekonomayzerin üst kısmında - 3 / - 4 ºC de soğuk gaz halinde NH3 toplanır. Bu NH3 kompresör emişine verilerek çıkış sıcaklığı düşürülür. Kalan likit NH3 ise burdan daha soğumuş olarak çıkar ve Chillere gönderilir. Ekonomayzer olmasaydı buradan elde edilecek soğutma efekti de Chillerden sağlanmak durumunda olacaktı. Bu da daha fazla enerji sarfiyatına sebep olacaktı.
Chiller borulu eşanjör gibidir. Chillere işletmeden gelen ( - 1 ºC de) ısınmış glikol pompalarla basılır. Burada NH3’ün glikolü soğutması buharlaştırıcı vasıtasıyla olur. Evaporatörle ortamdan ısı çekilir böylece NH3’ün de buharlaşması için gerekli ısı glikolden sağlanmış olur. Fazla ısısını NH3’e bırakan glikol (- 4 ºC de) işletmeye geri döner ve böylece çevrim tamamlanmış olur. Bu çevrimde elde edilen glikolün gittiği yerler şunlardır :
1. Buzlu su plakalı soğutucu
2. Maya tankları
3. Floatasyon tankları
1. Çekme tankları
2. Filtre plakalı soğutucu
3. Büro hacimlerini soğutma eşanjörü
Soğutma planında detaylı bir şekilde görülen proses, Şekil 3.6 soğutma ünitesi akım şemasıyla özetlenmiştir.
İşletmede yapılan ölçümlere göre vidalı NH3 kompresörünün Chillerden NH3’ü emiş basıncı 2.8 bardır. NH3’ün kondensere basma basıncı ise 1.2 bar okunmuştur. Evaporasyon sıcaklığı - 12 ºC ve kondenzasyon sıcaklığı 30 ºC dir. Kompresör çıkış sıcaklığı ise 90 ºC dir.
Soğutma kulesinde kondenseri soğutan suyun giriş çıkış sıcaklık farkı DT = 4 ºC dir. Verilen değerlerin lnP-h diyagramında yerine konularak entalpi değerleri okunur. Çevrimin lnP-h diyagramı arka sayfada görülmektedir.
h1 = 397 kcal/kg
h2 = 447 kcal/kg
h3 = 407 kcal/kg
h4 = h5 = 134kcal/kg
3.3.2 Karbondioksit Soğutma Tesisi
Fermantasyon tankından 100mmss basınçta çıkan CO2 beraberinde getirdiği sudan ayrılmak suretiyle gazojen tankına gelir. Gazojen tankında şamandra sisteminde suyunu bırakır. Buradan gelen CO2 balonda toplanır. Balondan da paletli rotator pompa ile basıncı yükseltilerek ( 0,13 atm ) gaz yıkayıcı tanka getirilir. Su, tankın üst kısmından gaz üzerine püskürtülür. Buradan gelen gaz CO2 kompresörü ile 15 atm basınca çıkarılır. Bu, çift kademeli V tipi (pistonlu) bir kompresördür.
İki tane aktif karbon tankı ve iki tane de silikajel tankı vardır. Bunlardan birer tanesi çalışmaktadır. Kompresörde basınçlandırılan CO2 içindeki kokunun alınması amacıyla önce aktif kömür yıkayıcısından, nemin tutulması içinde silikajel maddesi dolu tanktan geçirilir.
Gaz halindeki CO2 ’nin sıvı hale getirilip depolanması için soğutucudan geçirilerek likit hale getirilir. Buradaki soğutma sistemi, glikol soğutma ünitesinin işleyişiyle aynı prensiplere sahiptir. Soğutucu akışkan olarak NH3 veya R – 22 kullanılır.
Gaz CO2 likit tankının üstündeki evaporatörden geçerek kompresör tarafından emilir. Evaporatör bu sırada sistemden ısı çekerek likit tankındaki soğumayı sağlar. Kompresörden basılan CO2 gazı kondenserde yoğuşturulup tankta depo edilmiş olur. 16 atü basınçta – 76 °C de depolanır. Bu depolar 50 tonluktur. İki adet CO2 tankı vardır. Fıçılama veya şişelemeye gitmesi için tekrar ısıtma işlemine tabi tutulur.
Tanktan likit halde alınan CO2 buharlaştırıcı eşanjörden geçer ve basıncı düşürülerek işletmelere yollanır.
Yangın tüplerini doldurmak için ise dolum pompası aracılığıyla 70 atü basınca çıkarılır. 2,5 kg veya 10 kg lık tüplere doldurulur.
3.3.3 Soğutma Kulesi
Soğutma kuleleri, termik tesislerin kondenserlerinde ve diğer ısı değiştirgeçlerinde akışkanın yoğuşturulması sonucunda serbest kalan buharlaşma ısısının tesiri ile ısınarak sıcaklığı yükseltilmiş olan sirkülasyon sularının atmosferik hava ile temas ettirilerek tekrar yoğuşması işlemlerinde kullanılan tertibatlardır.
Su ile soğutmalı kondenser kullanılan soğutma sistemlerinde suyun devamlı ve ucuz şekilde temin edilmesi istenen durumlarda soğutma kulesi kullanılarak suyun soğutularak tekrar kullanılması yoluna gidilir. Özellikle büyük kapasiteli soğutma sisteminde genellikle soğutma kulesi kullanma zorunluluğu çıkar.
Soğutma kulesi suyu soğutmak üzere, kütle ve enerji transferi yapan ve bu amaçla suyun atmosferle geniş bir alanda temasını sağlayan, hava ve su akışları sürekli bir cihazdır.
Su ile atmosferin temas alanını arttırmak, suyu yayan ızgara şeklindeki ahşap kafesler (dolgu) vasıtasıyla yapılabileceği gibi suyu fıskiyelerle atomize halde, hava akımının içine püskürterek de sağlanabilir.
İşletmeden gelen su, hava akımıyla soğutularak işletmeye gönderilir. Efes’deki soğutma kulesi bir havuzun üstünde dizayn edilmiştir. Gerekli su bu havuzdan sağlanır. Kondenserden çıkan su, soğutma kulesinin üst kısmından aşağıya tahta ızgaralar arasından dökülmüştür.
Kule üç bölümdür. Her bölümde bir fan mevcuttur. Kulede hava akışı mekanik vantilatörle sağlanır. Fanlar yardımıyla hava yukarı çekilerek soğutma sağlanmaktadır. Efes Pilsen’de ters akım prensibine göre çalışan soğutma kulesi kullanılmaktadır. Bu tip kulelerde su aşağı doğru akarken hava fanlarla yukarı doğru çekilir. Böylece suyun ısısı atmosfere verilir. Efes Pilsen’deki soğutma kulesinin kapasitesi 10.000.000 kcal/h’tir.
Soğutma kulesinde operasyon sırasında havanın nemi artar ve suyun sıcaklığı yaklaşık olarak havanın yaş termometre sıcaklığına kadar düşer. Bu yöntem yalnız, havanın yaş termometre sıcaklığının suyun istenilen çıkış altında olması durumunda uygulama alanı bulabilir.
Soğutma kulelerini yalnız soğutma suyu maliyetini minimize eden tesisler olarak görmemek gerekir. Günümüzde termik tesislerin kapasitelerinin artması ile çevreye atılması gereken ısı miktarları da artmaktadır. Isınan soğutma suyunun doğrudan çevreye atılması söz konusu olduğunda, bunun çevreye olacak etkileri düşünülmelidir. Kentucky’de Green River üzerinde kurulan Paradise termik santralinin planlama aşamasında kondens suyunun doğrudan nehre verilmesiyle nehirde yaşayan balıkların, nehirde akışın azaldığı yaz aylarında ve santralin tam yükle çalıştığı dönemlerde sıcak suyun etkisinden kaçınmak için santral civarını terk edecekleri, aynı zamanda balık yemi organizmalarının ölümü ile balık üremesinin azalmasına neden olacağı su sıcaklığı yükselmasinin sualtı bitkilerinin üremesini hızlandıracağı, bunun da suyun başka amaçlarda kullanılmasına zarar veren birtakım tat ve koku bozulma sorularını da beraberinde getireceği anlaşılmış ve çevrede bol miktarda soğutma suyu bulunmasına rağmen soğutma kuleleri de planlanmıştır. Nitekim termik santral 1961’de üretime geçmiş, 1968’de soğutma kuleleri devreye alınıncaya kadar geçen sürede yaz balıkçılığının gerilediği buna karşın kış balıkçılığının büyük gelişme gösterdiği gözlenmiştir.
Hava ile su arasındaki ısı alışverişi sırasında havaya nem geçişi olur ve ilave su gerekir. Bu ilave suyun olabildiğince azaltılabilmesi ve soğutma kulesinin verimli olabilmesi için hava ile suyun birbiri ile uzun süre temasta olması gerekir. Bunu sağlarken kule boyutlarının da küçültülmesi istenirse kule içine düşey yönde çeşitli engeller konur. Bu engeller suyun düşme hızını azaltır ve hava ile suyun uzun süre temasta bulunması sağlar. Böylece verim artar ve daha iyi soğutma sağlanır. Bu tip kuleler dolgu tipi kuleler olarak adlandırılır. Şekil 3.9’da bu ters akımlı soğutma kulesi görülmektedir. Ters akımlı bu kulede havanın aşağıdan yukarıya doğru hareketi de suyun düşüş hızını azaltır. Hava yükselirken sıcaklığı artar, ısınan havanın yükselmesi de kolaylaşır.
Ters akımlı soğutma kulesindeki koşullar daha önce de denildiği gibi, su sıcaklığının havanın kuru termometre sıcaklığının yüksek olmasına veya havanın yaş termometre sıcaklığının, suyun istenen çıkış sıcaklığının altında olmasına bağlıdır. Böyle bir kulenin üst ve alt kısımlarındaki değişim şematik olarak Şekil 3.10 ve Şekil 3.11’de gösterilmeye çalışılmıştır. Şekil 3.10’da soğutma kulesinin üst kısmındaki durum görülmektedir. Su hem buharlaşma hem de duyulur ısı transferi nedeni ile soğur. Hava sıcaklığına ait sıcaklık ve nem farkları fazlar arası yüzeyden hava kütlesine doğru azalmaktadır.
Soğutma kulesinin alt kısmında suyun sıcaklığı, havanın yaş termometre sıcaklığından yüksektir; ancak, havanın kuru termometre sıcaklığından daha az olması da olasıdır. Bu durumda fazların temas yüzeyinin su kütlesinden daha soğuk olması nedeni ile su soğutulur. Su içerisindeki sıcaklık farkı, su kütlesinden fazların temas yüzeyine doğrudur. Diğer taraftan hava adyabatik olarak nemledirildiği için, hava kütlesinden fazların temas yüzeyine doğru bir duyulur ısı akımının olması gerekir. Su kütlesinden fazların temas yüzeyine doğru akan ısıların toplamı, yüzeyde bir buharlaşmanın oluşumuna neden olur ve oluşan su buharı hava kütlesi içerisine difüze olur. Bu buharlaşma, fazlar arası yüzeye her iki yönde duyulur şekilde transfer olan ısıyı, gizli ısı şeklinde yüzeyden uzaklaştırır. Elde edilen sıcaklık değişikliği Şekil 3.11’de gösterilmiştir.
3.4 Şıra Soğutma Bölümlerinin İncelenmesi
Daha önce bira yapımının genel hatları bölümünde de anlatıldığı üzere; kaynatma prosesi ile içilebilir özellikte ancak içinde alkol bulunmayan sıcak şıra elde edilmiştir. Kaynamadan çıkan bu şıranın sıcaklığı fermantasyon sıcaklığına düşürülerek, fermantasyon bölümüne verilmesi gerekmektedir.
Kaynatma kazanını 99 °C de terk eden şıranın sıcaklığı 9 °C olan fermantasyon sıcaklığına düşürülmelidir. Bu sıcaklık düşümü şıra soğutma ünitelerinde sağlanır.
Bira sektöründe şıra soğutulmasında kullanılan 2 tip soğutucu bulunmaktadır :
a ) Açık Soğutucular : Soğutma işlemi sırasında şıra hava ile temas halindedir.
b ) Kapalı Soğutucular : Kapalı soğutucularda ise şıranın atmosfer ile teması yoktur. Efes Pilsen ’de de kapalı tip soğutucular kullanılmaktadır.
Kapalı soğutucuların en yaygın olarak kullanılan çeşitleri ise şunlardır :
· Çift borulu soğutucular
· Plakalı soğutucular
· Kabuk ve tüp soğutucular
· Şırayı havalandırıcılı soğutucular
Plakalı soğutucular, işletmede kullanılan soğutucu eşanjörlerdir. Birbirine kenetlenmiş paslanmaz çelik plaka çerçevesinden oluşur. Bağlantı ve geçitler öyle yapılmışlardır ki şıra ve soğutma aracı (glikol veya su) dönen bir yapı içinde bağlantılı plakaların arasındaki sığ tabakalardan geçebilir.
Şıra iki aşamada soğutulur.
3.4.1 Soğuk (Buzlu) Su Üretme
Şıranın soğutulmasındaki ilk aşama buzlu su üretmedir. Burada soğutucu olarak plakalı eşanjör (buzlu su üretme eşanjörü) kullanılır. Bu eşanjör soğutma prosesinin birinci eşanjörüdür. Şıra soğutmasında kullanılan 3 °C deki su hazırlanır.
Buzlu su üretme eşanjörüne, soğutma ünitesinde gerçekleştirilen çevrim sonucunda soğumuş olan glikol ve işletmeden gelen su girmektedir. Bu kısımda öncelikle glikol, şırayı soğutacak olan suyun ısısını çekip, sıcaklığını düşrecektir. Bu amaçla işletmeden (su tasfiye tesislerinden) gelen su yaklaşık 25 °C sıcaklı ile girdiği plakalı soğutucuyu 3 °C de terkederken, burada soğutucu akışkan olan glikol de – 4 °C de girdiği plakalı soğutucuyu – 1 °C de terkeder. Buzlu su üretmede akışkanların giriş ve çıkış değerleri şematik olarak şöyle gösterilebilir :
3.4.2 Şıra Soğutma
Şıra soğutulmasında ikinci aşama şıra soğutma eşanjörüdür. Bu ünitede şıra, buzlu su üretmede soğutulmuş suyun kaynatma prosesinden gelen sıcak şıranın ısısını çekmesiyle soğutulmaktadır. Bu işlemin fonksiyon planı Şekil 3.13 de görülmektedir. Su, buzlu su tankından 3 ºC de geldiği plakalı soğutucuyu 88 ºC de terkederken şıra ise 99 ºC de girdiği plakalı soğutucuyu 9 ºC de terkeder.
4. FERMANTASYON
Fermantasyon, büyük moleküllü maddelerin, özellikle karbonhidratların mikro-organizmalar vasıtasıyla daha küçük moleküllü maddelere parçalanması demektir. Fermantasyon reaksiyona oksijen girip girmemesine göre 2’ye ayrılır :
a) Oksidatif Fermantasyon : Bu fermantasyonda oksijen kullanılır. Asetik asit, sitrik asit ve formik asit fermantasyonu örnek olarak verilebilir.
C6 H12 O6 + 6O2 6CO2 + 6H2 O + 72 kcal
b) Anoksidatif Fermantasyon : Fermantasyonun bu çeşidinde oksijen kullanılmaz. Bira yapımında kullanılan Etil Alkol Fermantasyonu bu tür fermantasyona örnek gösterilebilir.
C6 H12 O6 2C2 H5 OH + 2CO2 + 28 kcal
Uygulanış biçimine göre fermantasyon; üst ve alt fermantasyon olmak üzere ikiye ayrılır.
4.1 Alt Fermantayon
Efes Pilsen biralarının yapımında alt fermantasyon tekniği kullanılmaktadır. Alt fermantasyonda 3 safha vardır :
a) Floatasyon
b) Esas Fermantasyon
c) Dinlendirme veya İkinci Fermantasyon
4.1.1 Floatasyon
Floatasyon bir çöktürme işlemi olup amacı ölü maya ve soğuk tortunun dibe çökmesini, şerbetçiotundan gelen bazı istenmeyen maddelerin ise yüzeye çıkmasını sağlamaktır. Soğutmadan gelen şıra, floatasyon havuzlarına gitmeden önce fermantasyon için mayalanır.
Floatasyon evresinde, istenilen derecede soğumuş olarak soğutmadan gelen şıra, çöktürme tanklarına alınarak burada 3-5 saat bekletilir. Oluşan tortu dışarıya alınır. Buradan silindirik konik tanka aktarılır ve maya tankından şıraya maya dozlanır.
Tanktaki şıraya maya dozlanmadan önce alttan hava verilerek homojen hale getirilir. Maya dozlama süresi maya kıvamına göre ayarlanır. 1 hl şıraya 1 lt maya oranını sağlayacak şekilde dozaj pompası ile maya dozlanır. Maya verilirken eş zamanlı olarak tanka hava da pompalanır. Çünkü kullanılan maya oksijenli ortamda üremektedir. Floatasyon havuzuna mayalanmış olarak giden şıra, burada 6 saat dinlendirilir. Bu aşamada mayalanmış şıranın sıcaklığı 12 °C ye kadar yükselir. Bunun sebebi fermantasyonun ekzotermik bir reaksiyon olmasıdır. Böylece maya çoğalır.
Alt fermantasyon biralarında Saccharomyces Carlsbergensis kültür mayası kullanılır. Kullanılan maya çeşidinin bşra kalitesi üzerinde büyük etkisi vardır. Biracılıkta şıra; mayşeleme ve kaynatma suretiyle elde edildiğinden içinde mikroorganizma bulunmaz. Fermantasyon tamamen kullanılan maya tarafından yapılır. Onun için iyi, denenmiş mayalar kullanılır. Biracılıkta kullanılan saf mayalara “kültür mayalar” , diğer bütün mayalara da “yabani mayalar” denir. Kullanılan maya %5’ten fazla ölü maya ihtiva etmemeli, yabancı mikro-organizma, bilhassa bakteri bulunmamalıdır.
Biracılıkta alt fermantasyon kültür maya ırkları, topak maya ve toz maya olarak 2’ye ayrılır. Efes Pilsen’de alt fermantasyonu gerçekleştirmek için topak maya kullanılır. Topak mayalar fermantasyon sonuna doğru topaklanarak dibe çabuk ve iyi otururlar.
Floatasyon havuzlarının kapasitesi, en uygun olarak mayşelemede bir seferde elde edilen şıra hacminin %20 fazlası olmalıdır. Çünkü köpüğün taşmaması için %20 fazla hacim gerekir. Havuzların derinliği 1-2 m’dir. Paslanmaz çelikten yapılmışlardır ve içlerinde soğutucu borular bulunmaktadır. Ancak soğutma işlemi burada yapılmamaktadır. 6 tane 750 hl’lik havuz olup, bunlardan 3 tanesi kullanılmaktadır.
Floatasyon tamamlandıktan sonra, mayalanmış şıra fermantasyon tanklarına pompalanılır. Floatasyon işleminin amacı; ölü mayanın dibe çökmesi, şerbetçiotundan gelen bazı istenmeyen maddelerin yüzeye çıkması ve soğuk tortunun dibe çökmesidir.
Bundan sonra 2. evre esas fermantasyon evresidir.
4.1.2 Esas Fermantasyon
Bu evrede, 12 °C de mayalanmış şıra fermantasyon tanklarına gönderilir. Fermantasyon sonucunda genç bira 5,5 °C ye soğutulur. Buradaki işlemi glikol soğutma ünitesinden gelen – 4 °C deki glikol ile gerçekleştirilir. Propilenglikol fermantasyon tanklarının üzerinde bir sargı şeklinde dolaşan serpantinlerden geçerek genç biranın ısısını alır. Kendisi de – 1 °C de tekrar soğumak üzere glikol soğutma ünitesine geri döner. Fermantasyon süresi 7 gündür. Hergün her tank için balling ve sıcaklık kontrolü yapılarak fermantasyon grafikleri çizilir. Fermantasyon tankları üç bölüme ayrılmıştır. Her bölümde sıcaklık hissedici sensörler bulunur. Her üniteye de ayrı ayrı glikol gidiş geliş hattı sarılıdır. Sıcaklık istenilen değerin altına düştüğünde veya yükseldiğinde glikol hattı vanaları otomatik olarak kapanır veya açılır.
Esas fermantasyon sonunda maya dibe çöker. Böylece genç bira berraklaşır. Genç bira yüzeyinde kalan koyu renkli, acı, ince tabaka alınır. Bundan sonra fermantasyon kabının musluğu açılarak genç bira dinlendirme kaplanıra pompalanır. Esas fermantasyondaki ana olay ekzotermik bir reaksiyon olan etil alkol fermantasyonudur.
Etil alkol fermantasyonunda 1 mol glikozdan 2 mol etil alkol ve 2 mol karbondioksit meydana gelmektedir. Bunların yanı sıra pek çok yan ürün de meydana gelir. Reaksiyonda çok fazla enzim etkilidir.
C2H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Glikoz Etanol
Fermantasyon mahseninin duvarları ve yerler izole edilmiştir. Dökülen mayanın, biranın, şıra veya suyun havuzlarda toplanmasını önlemek için akıtma sistemleri vardır. Mahsen, fermantasyonun şekline göre soğutulur. Burada alt fermantasyon gerçekleştirilmektedir. Bu nedenle mahsenin sıcaklığı 7 °C civarındadır. Fermantasyon mahsenin dışarıdan ısı alışverişini önlemek için zemin strafor ile izole edilmiştir.
Fermantasyonda iki sistem vardır. Eski sisteme Vakano, yeni kurulan sisteme de Silindirik Konik Tank Sistemi denir. İşletmede 26 tane 3720 hl’lik silindirik konik tank ve 6 tane de 3000 hl’lik Vakano olmak üzere 32 tane fermantasyon tankı mevcuttur. Tanklar paslanmaz çelikten yapılmış olup silindirk koni formudadırlar. Yeni tankların eskilere göre avantajı hem fermantasyon hem de dinlendirme işlemlerinin aynı tankta yapılabilmesidir. Eski tanklarda ise ikinci fermantasyon dinlendirme tanklarında yapılır.
4.1.3 Dinlendirme veya İkinci Fermantasyon
Esas fermantasyon bittikten sonra, genç birada bir miktar fermante olabilir ekstrakt kalır. Bu miktar %1-1,2 kadardır. Kalan şekerin fermante olabilmesi için genç bira dinlendirme tanklarına yollanır. Alt fermantasyon biraları 0-2 °C de üç hafta kadar dinlendirilir. Ancak bu süre mevsime ve satışa göre değişebilir.
Dinlendirme sonunda istenen gaz, renk, ekstrakt değerlerini elde etmek için tanklar birbiriyle karıştırılarak fitre bölümüne gönderilir. Filtreye gitmeden önce bira – 1 °C ye kadar – 2 °C deki glikol ile soğutulur.
Dinlendirme mahseni, içinden glikol akan borular vasıtasıyla soğutulur. 88 tane 550 hl’lik dinlendirme tankı vardır. Bunlar silindir şeklinde olup paslanmaz çelikten yapılmışlardır. Bu tanklarda kapak, doldurmak ve boşaltmak için bir vana ayrıca basınç gösteren bir manometre vardır. Tanktaki fazla basınç emniyet ventili üzerinden dışarı gider.
Şimdi fermantasyon ünitesindeki proseslerin ısı transferi miktarlarını inceleyip soğutma yüklerini bulacağız.
4.2 Fermantasyon Ünitesindeki Proseslerin Isı Transferi Miktarlarının İncelenmesi ve Soğutma Yükü Hesabı
Öncelikle eski sistemin soğutma yükü bulunmalıdır. Bu sistemde 6 tane 3000 hl’lik tank vardır. Her tank, kaynatmanın günlük kapasitesini karşılayabilmektedir. Fermantasyon işlemi 7 gün boyunca sürer ve soğutma programı Çizelge 4.2 de gösterildiği gibidir.
GÜN
İŞLEM
1
Doldurma (Soğutma yoktur.)
2
Şıranın sıcaklığı 9 °C den 12 °C ye yükselir. (Soğutma yoktur.)
3
2 kg/hl şeker fermantasyonu (12 °C)
4
2 kg/hl şeker fermantasyonu (12 °C)
5
2 kg/hl şeker fermantasyonu (12 °C)
6
2 kg/hl şeker fermantasyonu (12 °C)
7
0,5 kg/hl şeker fermantasyonu (12 °C) ve aynı gün genç biranın sıcaklığı 12 °C den 5,5 °C ye 24 saatte soğutulur.
Çizelge 4.2 Fermantasyon İşlemi
Her 1 kg şekerden 135 kcal’lik ısı elde edilmektedir.
1.GÜN
Soğutma yoktur.
2.GÜN
Soğutma yoktur.
3.GÜN
4.GÜN
5.GÜN
6.GÜN
7.GÜN
Çizelge 4.3 Fermantasyon Boyunca Oluşan Isıtma Yükü
7.günde genç bira 12 ºC den 5,5 ºC ye soğutulmaktadır. Bunun için gereken soğutma yükü aşağıda (20) numaralı denklikle hesaplanmıştır.
QGB =Dt
QGB = 300.0001 (12 – 5,5)
QGB = 1.950.000 kcal
Bu hesaplar 1 tank başına yapılmıştır. Toplam 6 tank olduğuna göre buradan 7 gün boyunca ihtiyacımız olan toplam soğutma yükünü bulabiliriz.
=32.355.000
7 günlük işlemin sadece 5 gününde soğutma işlemi olduğu göz önüne alınarak (21) ifadesi ile soğutma yükü hesaplanır.
QGÜN =
QGÜN =
QGÜN =6.471.000 kcal/gün
Soğutma ünitesinin 1 günde 20 saat çalıştığı kabul edilirse, saatteki soğutma yükü (22) ifadesi ile bulunabilir.
Qs =
Qs =
Qs =323.550 kcal/h
Şimdi yeni sistemin soğutma yükünü bulalım. Bu sistemde 26 adet 3720 hl’lik silindirik konik tank bulunmaktadır. Soğutma programı Çizelge 4.4 te gösterildiği gibidir.
Biranın üretiminde en önemli ham maddenin malt olduğundan bahsedilmişti. Bilindiği gibi, arpanın iyi çimlenme kabiliyetine sahip olmaması, iyi kavrulmamış ve yeni kavrulmuş maltın kullanılması, biranın kalitesini etkiler. Çünkü biranın en önemli özelliği olan alkol, şekerin parçalanmasından elde edilir. Nişasta da arpanın en önemli maddesidir. Dolayısıyla arpasan alkole kadar bütün maddeler birbirlerine bağımlıdırlar. Bu nedenle maltın kavrulmasında, arpanın çimlendirilmesinde çok dikkatli olmak gerekmektedir. Aksi takdirde üretilen biranın tadı bozuk olur.
İzolasyon üretimde önemli olan diğer bir faktördür. Fabrikanın enerji taşıyan tüm borularında ve tanklarda izolasyon olmasına rağmen vanalarda yoktur. Ayrıca çekme tanklarında da izolasyon yoktur. Ancak vanalardaki izolasyon eksikliğinin fazla enerji kaybına neden olmadığı incelemelerde görülmüştür. Yapılan izolasyonlarla hem elektrikten hem de yakıttan tasarruf sağlanmaktadır. Sıcak hatlarda cam yünü, soğuk hatlarda ise poliüretan kullanılmıştır. Ancak sürekli gelişmekte olan teknoloji ile yeni ve daha verimli malzemeler bulunmuştur. Günümüzde poliüretan yerine kauçuk köpük boru kullanılmaktadır.
Üretim aşamasında en önemli noktalardan biri de enerji geri kazanımıdır. Günümüzde enerji geri kazanımı, teknolojinin büyük ve vazgeçilmez bir parçasıdır. Çevre, enerji ve maliyet açısından enerji kazanımı ve tasrrufu son dönemlerde çok önem kazanmıştır. Üretim yapılandırılması, hem kütlesel hem de enerji olarak geri kazanım veya başka bir ünitede değerlendirme prensibine oturtulmuştur. Örneğin süzme işlemi sonucunda önemli miktarda küspe oluşur. Ve oluşan bu küspe üretimle bir ilişiği olmayan hayvan yemi olarak kullanılmak üzere yıllık ihale yolu ile sayılır. Bu da işletmeye bir yan kazanç olarak geri döner.
Şıra esas kaynatmanın yapıldığı dış kaynatma bölümüne gitmeden önce ekonomiklik yönünden bir ön ısıtmaya tabi tutulur. Kaynatmada şıra, buhar kazanlarından gelen taze buharla ısıtılır. Burada önemli olan nokta, kullanılan kompresör sistemidir. Bu kompresör sistemleri kurulma amacı ekonomiklik sağlamaktır. Tankların içinde bir miktar su buhara dönüşür. Dış kaynatıcıda bir noktadan sonra sistem şırayı, şıradan oluşan buhar ile ısıtmaya başlamakta ve taze buhar miktarını minimize ederek ekonomiklik sağlamaktadır. Şıranın kendi buharının enerjisinden yararlanmak ve sonra buhar yoğuşunca bunu işletmeden atılmadan önce bir plakalı ısı değiştirgecinden geçirmek suretiyle de daha sonra kullanılacak sıcak bira suyu hazırlamış olur.
Soğutma ünitesinde plakalı ısı değiştirgecinden 88 °C sıcaklıkta çıkan sıcak su da bira suyu tankında muhafaza edilir. Böylece fermantasyon sıcaklığına düşürelecek şıranın enerjisinden yararlanarak daha sonra kullanılacak olan sıcak su hazırlanmış olur. Ayrıca soğutma kulesi altındaki havuzun içine serpantin döşenmiş ve bu serpantinde likit karbondioksit dolaşmaktadır. Havuz suyunun soğutulması gerekmektedir. Bu soğutma işlemi serpantin içerisindeki karbondioksitin ısısını çekerek gerçekleşmektedir. Böylece hem havuz suyu ısınmış olur hem de karbondioksit ısısnı vererek buharlaşır. Yapılan bu uygulama ile de ek bir enerji harcamaktan ve masraftan kullanılarak ekonomiklik sağlanmış olur.
Floatasyon havuzlarının kapasitesi de mayşelemede bir seferde elde edilen şıra hacminin %20’si kadar fazla yapılmıştır. Böylece köpüğün taşması engellenmiştir.
Efes Pilsen’de alt fermantasyonu gerçekleştirmek için kullanılan mayalar, fermantasyon sonuna doğru topaklanarak dibe çabuk ve iyi otururlar. Böylece dibe çöken mayalar zaman kaybedilmeden bir sonraki üretimde kullanılmak üzere çekilir. Ayrıca fazla mayanın bir kısmı gıda sanayine de gönderilmektedir.
Bütün bunlar sayesinde işletme giderleri minimize edilmektedir.
Üretimde rol oynayan işçilerin sağlık sorunları da önemli bir faktördür. Örnek olarak fermantasyon mahseninin havalandırma koşullarının çok iyi olması gerekir. Çünkü açığa çıkan karbondioksit nedeniyle personel zehirlenebilir. Şişelemede de meydana gelen sağlık tehdit edici unsurlar mevcuttur. Pastör çıkışında konveyörlerde sıkışan şişeler sık sık patlamaktadır. Kırık şişe parçalarından sakınmak için işletme tarafından plastik gözlük dağıtılmıştır. Ayrıca bu bölümde ses insanı rahatsız edici düzeydedir. Bunu önlemek için de kulaklıklar vardır. Bütün bunlara ilaveten her bölümde işçilerin kullanması gereken eldivenler bulunur. Ancak bunları kullananların sayısı çok azdır.
Ekonomik faktörler ise yapılan harcamalar ve kazançlar olarak değerlendirilebilir.
Bira üretiminde kullanılan malt ve şerbetçiotu Efes Pilsen Biracılık Grubu’na ait fabrikalarda üretilmektedir. Erciyas, her ne kadar bu bu fabrikalar holdingine dahil olsa da bunları alırken belli bir miktar harcama yapar. İkinci harcama şişelerin alımında olur. Şişeler Paşabahçe ve Şişecam Sanayi’nden alınmaktadır. Depozitolu şişelerin geri toplanılması ile de büyük bir mali kazanç sağlanır.
Efes Pilsen ihtiyacı olan suyu şehir şebekesinden kullanmaz. Gerekli olan suyu sahip olduğu artezyen kuyularından sağlar. Bu kuyular fabrika çevresinde olup 8 adettir. Ancak bu kuyulardaki suların zamanla tükenme ihtimaliyle karşı karşıya kalınabilir.
Çeşitli şirketlere kasa üretip satarak mali açıdan bir kazanç sağlamaktadır. Orta Doğu ülkelerine de plastik kap yapıp satmaktadır. Birleşik Amerika ve İngiltere’ye de bira ihracatına başlamıştır. Bu da şirket için büyük bir kazançtır.
Tez çalışması sırasında bir mühendisin görevinin, prosesi en iyi şekilde ve sıfır hatayla yapmanın yanı sıra en az enerji ve maliyet ile bu prosesi gerçekleştirmek olduğu öğrenilmiştir.
İşletmede ikinci dikkat edilmesi gereken nokta üretim birimleri arasında ve bu bölümler arasında çalışan elemanlar arasındaki işbirliğidir. Fabrikada çeşitli çalışma grupları vardır. Bu gruplarda çalışan her kesimden insan bulunmaktadır. Şefinden işçisine kadar herkes bu grupta yer alır. Konular üzerinde grup halinde çalışma yapılır, sonuç yine grup halinde konferans şeklinde üst kademedeki yöneticilere sunulmaktadır. Bu şekilde işçi-yönetici bütünlüğü sağlanmaya çalışılmaktadır. Seçilen konuya çeşitli çözüm yolları aranmış, konuda bütünlük sağlanmış olunur. Bu işbirliği açısından çok büyük önem taşımaktadır. Üretilen mamül çok tüketilen bir ürün olup, işletmede durmaksızın süren bir üretim vardır. Üretim esnasında herhangi bir bölümde meydana gelecek bir aksaklık prosesin daha sonraki bölümlerini etkileyecektir. Dolayısıyla da bölümler arası koordinasyonun çok iyi ayarlanmış olması gerekmektedir.
Sonuç olarak, Efes Pilsen sektördeki lider konumunu; titizlikle yürütülen çalışmalar sonucu hayata geçen ürünleri, çalışma ortamı, tesislerinde kullandığı son teknoloji ile hakettiğini ve bu liderliği çok daha uzun yıllar devam ettireceği görülmüştür.
