HUM Bitkisel Yağ Teknolojileri, sürekli geliştirdiği mühendislik çözümleriyle, sadece proses verimini artırmakla kalmıyor; aynı zamanda işletme sürekliliğini koruyor, bakım maliyetlerini düşürüyor ve operasyonel güvenliği en üst düzeyde tutuyor.
Tutku BODRUMLU VURGUN / HUM Oil&Fat Technologies Satış & Pazarlama Şefi
Zeytinyağı üretim süreci yalnızca değerli sıvı yağın elde edilmesiyle sınırlı değildir; bu işlem sonucunda farklı yan ürünler de ortaya çıkmaktadır. Bu yan ürünlerden en önemlisi, katı yapıda olan ve sektörde “pirina” olarak adlandırılan kısımdır. Zeytinden yağ elde etmek için başlıca üç yöntem kullanılmaktadır:
- Presleme
- Santrifüj dekantasyon
- İki fazlı sistem
- Üç fazlı sistem
- Sinolea (kombine sistem, perkolasyon sistemi)
Seçilen yönteme göre, pirinanın içerdiği yağ ve su oranları farklılık göstermektedir. Örneğin, pres pirinası ortalama % 25 su içerirken; iki fazlı sistemden elde edilen pirinanın su oranı % 70-80, üç fazlı sistemde ise % 50-60 civarındadır. Sinolea sistemiyle elde edilen pirina da yapısal olarak üç fazlı pirinaya benzemektedir. Hem Türkiye’de hem de dünyada pirina işleme tesislerine en çok iki ve üç fazlı pirinalar ulaşmaktadır. Bununla birlikte, pres pirinası da üç fazlı pirina gibi doğrudan kurutularak işlenmelidir. Son yıllarda işletmelerin büyük çoğunluğu iki fazlı sistemlere geçtiğinden, pirina fabrikalarında işlenen hammaddenin çoğu bu tür pirinalardan oluşmaktadır.
İki ve üç fazlı pirinalardan yağ ekstraksiyonu farklı tekniklerle gerçekleştirilmektedir. Şekil 1’de gösterildiği üzere, iki fazlı pirina önce malaksörde yoğrulmakta, ardından üç fazlı dekantöre gönderilerek içerdiği yağın bir kısmı alınmaktadır. Kullanılan dekantörün kapasitesine bağlı olarak pirinanın içerdiği yağın % 30-50’si bu aşamada ayrıştırılabilmektedir. Bu işlem sonucunda elde edilen pirina, üç fazlı dekantör pirinası haline gelir ve su oranı da % 50-60 seviyelerine düşer.
Şekil 1. İki faz pirinasının dekantasyonuyla ham pirina yağı üretimi
Şekil 1’de gösterilen ekstraksiyondan elde edilen üç faz pirinası ile işletmelerden gelen üç faz ve pres pirinası Şekil 2’de gösterildiği gibi ekstraksiyon işlemlerine tabi tutulur.
Şekil 2. Üç faz pirinasından çözgen ekstraksiyonuyla ham pirina yağı üretimi
Üç fazlı pirinalar, geleneksel olarak dönerli kurutucularda (trommel) sıcak hava ile kurutulmaktadır. Trommel içindeki paletler, pirinanın homojen şekilde karışmasını ve sıcak havayla temasını artırırken, kurutma sırasında pirinanın ileri doğru taşınmasını da sağlar. Kurutma sıcaklığı genellikle 230-270°C arasında olup, yüzeydeki buharlaşma sıcaklığı yaklaşık 100°C’dir. İşlem sonunda, ideal olarak pirinanın nem oranı % 5-8 seviyesine düşürülmelidir; bu nem düzeyi, hekzan difüzyonunu hızlandırarak ekstraksiyon verimini artırır.
Ancak, bu tip kurutucularda en büyük zorluk, işlem parametrelerinin tam olarak kontrol edilememesidir. Çoğunlukla hava emiş veya çıkış hızı ile sıcaklık ölçümleri kullanılarak işlem yürütülür; oysa standart kurutmanın sağlanabilmesi için pirina nemi, besleme oranı, havanın giriş ve çıkış özellikleri (hız, sıcaklık, bağıl nem, entalpi vb.) ile kurutma süresi ve hızının dikkatle optimize edilmesi gerekir. Ayrıca yüksek kurutma sıcaklıkları, pirinanın erken aşamalarda kısmen yanmasına ve sonuçta elde edilen ham pirina yağının kalitesinin düşmesine yol açabilir.
Tek kademeli kurutucularda ortaya çıkabilecek kalite kayıplarını önlemek için, pirinaya iki kademeli kurutma uygulanabilir. Bu yöntem, daha düşük sıcaklıklarda çalıştığı için ham pirina yağının kalitesini korur ve artırır. Ayrıca, kurutulmuş pirinanın ekstraksiyona verilmeden önce boyutunun küçültülmesi, çözgenin difüzyon yolunu kısaltır ve difüzyon hızını yükseltir. Bu nedenle, kuru pirina uygun boyutlarda pelletlenerek ekstraksiyon için ideal hale getirilir.
Solvent ekstraksiyon
Çözgen (solvent) ekstraksiyonu üç aşamada gerçekleştirilir:
- Pirinanın hazırlanması
Kurutma işleminden sonra pirinanın ekstraksiyona hazırlanması, verim ve işlem kolaylığı açısından kritik bir adımdır. Kurutulmuş pirina doğrudan ekstraksiyona uygun olmadığından, çeşitli hazırlık işlemleri uygulanır; bu işlemler hem yağ ekstraksiyon verimini artırır hem de desolventizasyon ve ekstraktörlerin boşaltılmasını kolaylaştırır.
İlk aşamada, kuru pirina granüle edilerek (pelletleme) uygun boyuta getirilir. Yüksek yağ içeriği nedeniyle pirina kolay granüle olamaz; bu nedenle, az miktarda buhar kullanılarak pirina bir arada tutulur ve 6 x 60 mm boyutundaki eleklerden geçirilir.
Özellikle kesikli ekstraktörlerde, pirina içerisine çekirdek eklenerek perkolasyon artırılabilir; bu durumda granülasyon işlemi daha az kritik hale gelir ve desolventizasyon ile boşaltma verimi yükselir. Sürekli sistemlerde ise, çekirdeksiz granülasyon tercih edilir; böylece ekstraksiyona giren malzemenin yağ içeriği yüksek olur. Bu yaklaşım, hem çözücü ve enerji tasarrufu sağlar hem de damıtma ve ekstraksiyon kapasitesini artırır. Ayrıca, granüle edilmiş pirina, çekirdekli pirinaya göre en az % 15 daha az inert madde içerir.
2. Hekzan ekstraksiyonu
Çözücü ile ekstraksiyon, üç farklı tip ekstraktörde gerçekleştirilebilir:
- Kesikli (discontinuous) ekstraktörler:
Bu tip ekstraktörler, basit yapıları sayesinde hem ekstraksiyon hem de elde edilen misellanın damıtılması işlemlerini kesikli olarak yürütür. Ancak günümüzde ekonomik, teknik ve güvenlik açısından dezavantajları nedeniyle kullanılmamaktadır.
- Yarı kesikli (semi-continuous) ekstraktörler:
Bu tip ekstraktörler, pirina yağı sektöründe yaygın olarak kullanılmaktadır. Ekstraksiyon, sabit katmanlar ve çoklu temas sistemi ile misellanın kademeli olarak zenginleştirilmesi prensibine dayanır. Bu sırada damıtma işlemi sürekli olarak yürütülür.
Yarı kesikli ekstraktörler, hem ekstraksiyon hem de desolventizasyon işlemlerini tek bir ünite içinde gerçekleştirir. Üstteki hazneden pelet formundaki yağlı pirina beslenir; desolventizasyon sonrası yağsız pirina basınç altında boşaltılır. Sistemde birden fazla ekstraktör bulunması nedeniyle, bir ekstraktör dolarken diğerleri hekzan veya zenginleştirilmiş misella ile yıkanır; bir başkası ise desolventizasyon ve boşaltma işlemlerini yürütür. Bu yapı, üniteyi prensip olarak sürekli ekstraktörlere benzer hale getirir ve işlem verimliliğini artırır.
Yarı sürekli ekstraktörler, boyut ve kurulu ekstraktör sayısı dışında prensip olarak sürekli sistemler gibi çalışsa da, sürekli (kontinü) ekstraktörlere kıyasla bazı dezavantajlar taşır. İşletim sırasında daha fazla sorun yaşanması, işçilik maliyetlerinin yüksek olması, ekstraksiyon optimizasyonunun tam yapılamaması sonucu verimin düşmesi ve çözgen sarfiyatının artması gibi nedenlerle, yarı sürekli sistemler günümüzde yerlerini büyük ölçüde sürekli ekstraktörlere bırakmaktadır.
- Sürekli (Continuous) ekstraktörler:
Bitkisel yağ ekstraksiyonunda en yaygın kullanılan sistemler, katı fazın sürekli hareket ettiği perkolasyon ekstraktörleridir (Şekil 3). Bu üniteler üç ana bölümden oluşur:
- Yağın ekstraksiyonu
- Pulpun desolventizasyonu ve soğutulması
- Çözücünün damıtılması ve geri kazanımı
Bu yapı, yüksek verim, düşük işçilik ihtiyacı ve optimize edilmiş çözgen kullanımı ile yatırımcıya operasyonel avantaj sağlar.
1) Yağın ekstraksiyonu
Sürekli ekstraksiyon sistemlerinde katı-sıvı ayrımı, zıt akış ve çoklu temas yöntemi ile gerçekleştirilir. Kuru pirina ve çözücü, sistemin zıt uçlarından beslenir; pirina ilk aşamadan son aşamaya doğru kademeli olarak yağdan arındırılırken, misella son aşamadan ilk aşamaya doğru zenginleşir. Bu yöntem, ekstraksiyon verimliliğini diğer temas tekniklerine kıyasla önemli ölçüde artırır.
Ayrıca, sürekli ekstraksiyon sistemleri yüksek otomasyon seviyesi sayesinde işletim kolaylığı sağlar, asgari personel gerektirir, bakım maliyetini düşürür ve çözgen sarfiyatını minimize eder. Bu özellikler, yatırımcılar için hem verim hem de ekonomik avantaj sağlar.
Şekil 3. Perkolasyon prensibine göre çalışan sürekli bir ekstraktör
2) Pirinanın desolventizasyonu ve soğutulması
Yağı alınmış pirina, % 20-30 oranında çözücü içerebilir. Bu çözücünün uzaklaştırılması için desolventizer veya toster cihazları kullanılır. Şekil 4’te gösterildiği üzere, bu cihaz dikey bir silindir ve tepsilerden oluşur; her tepsi, buharla ısıtılan çift tabanlı bir yapıya sahiptir.
Üst tepsilerde çözücü, sıcaklık etkisiyle atmosferik basınçta buharlaşır. Alt tepsilerde, doğrudan buhar püskürtülerek pirinada kalan çözücü uzaklaştırılır. En alt tepsiler ise pirinanın kurutulması ve soğutulması amacıyla kullanılır, böylece pirina depolama ve sonraki ekstraksiyon işlemleri için hazır hale getirilir.
İlk tepside pirina ısıtılarak sıcaklığı yaklaşık 67°C’ye yükseltilir; bu aşamada pirinadan bir miktar hekzan buharlaşır. Asıl buharlaşma ikinci tepside gerçekleşir ve hekzanın büyük kısmı bu aşamada uzaklaştırılır. Takip eden üç tepside, kızgın buhar yardımıyla kalan hekzan da alınarak pirinanın hekzan içeriği % 0,05’in altına düşürülür; bu aşamalarda sıcaklık yaklaşık 110°C civarındadır.
Bir sonraki tepsi, nemin uzaklaştırılması amacıyla kullanılır ve pirinanın nemi depolama için uygun seviyeye (<%11) getirilir. Son iki tepsi ise soğutma amacıyla işlev görür; böylece pirinanın sıcaklığı depolama öncesinde 35-38°C aralığına düşürülür.
Şekil 4. Desolventizer (Toster)
3. Çözücünün damıtılması ve geri kazanımı
Distilasyon (damıtma), farklı kaynama noktalarına sahip sıvıların belirli sıcaklık ve vakum koşullarında birbirinden ayrılmasını sağlayan ve gıda sanayisinde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu işlemde, en düşük kaynama noktasına sahip bileşenin buharlaştırılması için yeterli miktarda ısı uygulanır. Isıtma süreci, vakum ünitesi ile desteklenerek atmosferik basınca göre daha düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilebilir. Bu durum hem enerji verimliliğini artırır hem de işlemin genel etkinliğini yükseltir.
Misellanın damıtılmasındaki temel amaç, çözücüyü buharlaştırarak yağdan ayırmak ve kullanılan hekzanın minimum kayıpla geri kazanılmasını sağlamaktır. Bu yaklaşım, hem işletme ekonomisi hem de olası güvenlik risklerinin azaltılması açısından kritik öneme sahiptir.
Distilasyon aşamasına ulaşan misella, yaklaşık % 20 yağ ve % 80 çözücü içermektedir. Bu süreçte amaç, çözücünün tamamen uzaklaştırılmasıdır; ancak aynı zamanda enerji tüketiminin minimum seviyede tutulması hedeflenir.
İlk distilasyon ünitesi bir yükselen film evaporatörüdür. Bu aşamada çözücünün büyük kısmı evaporasyon yoluyla yağdan ayrılır ve elde edilen üründe % 65-75 yağ, % 25-35 çözücü bulunur. İkinci aşamada, yine yükselen film evaporatörü kullanılır ve işlem 110-120°C sıcaklıkta yürütülür. Bu aşama sonunda ürün, % 92-98 oranında yağ ve % 2-8 oranında çözücü içerir.
Son aşama ise stripper ünitesidir. Yağ, 110-120°C’de bu üniteye girer ve kızgın buharla muamele edilir. Buharın sürükleme etkisi, uygulanan sıcaklık ve vakumla birlikte yağda kalan çözücünün etkin bir şekilde uzaklaştırılmasını sağlar. Çıkan ham yağın çözücü içeriği % 0,001-0,005; nem miktarı ise % 0,1-0,3 aralığında olmalıdır. Ardından, kalan nemi gidermek için yağ kurutucuya alınır ve nem % 0,05’in altına düşürülür. İşlem sonunda, vakum kaldırılmadan önce yağın sıcaklığı 50°C’ye düşürülür, filtre edilir ve depolamaya hazır hale getirilir.
İşletmelerde mutlaka çözücü geri kazanım sistemleri bulunmalıdır. Hem küspe hem de miselladan elde edilen çözücüler, yoğunlaştırma işlemlerinden geçirilerek minimum kayıpla çözücü/su ayırma tankına gönderilir. Tosterdan çıkan çözücü, ilk evaporatörden gelen misellayı ısıtmak için bir ısı değiştirici aracılığıyla kondense edilebilirken; evaporatörlerden gelen çözücü, vakum kondenserlerde yoğunlaştırılır.
Modern tesislerde geri kazanım oranı % 99,8-99,9 seviyesine ulaşabilmektedir. Çözücü/su tankına gelen hekzan, polaritesi nedeniyle suyla karışmaz; düşük yoğunluğu sayesinde üst fazda toplanarak ekstraksiyon sürecinde yeniden kullanılabilir. Bu sayede hem çözgen kaybı minimuma indirilir hem de işletme ekonomisi güçlenir.
HUM Bitkisel Yağ Teknolojileri olarak, soya, ayçiçeği, kanola ve pamuk gibi yağlı tohumlarda 1960’tan bu yana edindiğimiz ekstraksiyon tecrübelerimizi, pirina uygulamalarına da aktarıyoruz. Bu kapsamda, enerji verimliliği yüksek tasarımlar ve gelişmiş çözücü geri kazanım sistemleri ile işletmelerin güvenli, verimli ve kârlı bir şekilde çalışmasına katkı sağlıyoruz.
Sürekli geliştirdiğimiz mühendislik çözümlerimizle, sadece proses verimini artırmakla kalmıyor; aynı zamanda işletme sürekliliğini koruyor, bakım maliyetlerini düşürüyor ve operasyonel güvenliği en üst düzeyde tutuyoruz.
- Esnek tasarımlarımız, farklı kapasite ve hammadde koşullarına uyum sağlar.
- Enerji optimizasyonuna dayalı proseslerimiz, işletme giderlerini azaltır.
- Çözücü geri kazanım sistemlerimiz, yüksek verimlilik ve güvenilirlik sunar.
