Bu uygulamalı örnekte, bir un silosu için etkili bir temizlik teknolojisinin geliştirilmesi, optimum hijyen için farklı mevcut temizleyiciler ve temizleme metotlarının uygulanmasını içermektedir.

Şu anda dünyada yaklaşık 7 milyar insan yaşıyor ve 2050 yılında bu sayının 9 milyara yükselmesi bekleniyor. 2050 Yılında dünya nüfusunu oluşturacak insanların yaklaşık %50'si, bugün hayatta. Bu, modern üretim teknolojilerinin daha iyi ve daha sağlıklı bir yaşamı bütün insanlar için kolaylaştırması ile mümkün olmuştur. Özellikle, gıda üretim teknolojilerindeki ilerlemeler gıda kalitesi, işlevselliği ve güvenliği hususundaki iyileştirmelere önemli katkılarda bulunmaktadır. 

Dramatik teknolojik ilerlemeler çok sayıda imkan sağlamakla birlikte büyük zorlukları da beraberinde getirmektedir. Yeni işleme teknolojileri sayesinde yüksek kaliteli gıda ürünlerinin verimli ve maliyet etkin şekilde üretimi, hızla artan dünya nüfusunun ihtiyaçlarını karşılamak için gereklidir. Ancak üretim verimlilikleri ve maliyet-etkinlik, gıda üretim ve elleçlemesinde en katı temizlik ve güvenlik şartlarından ödün verilmesine mal olmamalıdır. Bütün bu ihtiyaçların karşılanmasını sağlamak hem detaylı hem de geniş bir proses know-how bilgisi gerektirir. Bugün mühendislerin kapsamlı proses uzmanlığı da o yüzden, gıda işleme endüstrisinin ürünleri yüksek verimlilik, hijyen ve güvenlikle üretilmesini sağlama ihtiyacı ile paralel olmalıdır. 

İşleme tesisindeki temizlik proseslerinin optimizasyonu, bu hedeflerin elde edilmesi için önemli bir yoldur. Örnek olarak, operasyonda kullanılan un silolarını temizlemede karşılaşılan zorluklar için etkili çözümler bulmak üzere GEA mühendisleri, iyi tanınmış bir unlu mamuller üreticisi ile yakından çalışmıştır.

Un siloları: Bir Temizleme Zorluğu

Un silosu
Temizlenecek bileşen: alüminyum bir un silosu, 3.5 m çapında ve 33 m yüksekliğinde

Unlu mamul üreticisinin ürünleri, en yüksek kalite standartlarında ve kapsamlı ekolojik ve ekonomik şartlara uygun olarak yapılmaktadır. Proses tesisi üzerine yüklenen hijyen gereksinimleri, bu türden bir üretimde kullanılan tüm sistemlerin ve makine bileşenlerinin sıfır kalıntı ile temizlenmesini gerektiriyordu. Bu döngüsel olarak tekrarlanan üretim prosesleri için müşterinin kalite güvence personeli, un depolama silolarının iç kısımlarının mükemmel şekilde temizlenmesi için ileri bir temizleme sistemi arıyorlardı. 

Mühendislere inceleme ve temizlik önerisi için gösterilen yaklaşık 3.5 m çapında ve 33 m yüksekliğindeki silindir un silolarında iç yapı bulunmamaktadır. Silo duvarları yalıtımsız alüminyumdan yapılmıştır ve her birinde konik bir çıkış ve dış merkezli bir insan erişim delikli düz bir silo üst kısmı bulunmaktadır. Üretim binası yakınında dışarıda bulunan depolama kuleleri, bir silo parkı olarak düzenlenmiştir.

Un, silodan cazibe ile bir konveyör helezonu üzerine boşaltılmakta ve çıkış yönünde hareketi sürdürmek için basınçlı hava kullanılmaktadır. Üretim tüm yıl boyunca günde 24 saat devam etmektedir, buna göre proses gereksinimlerine bağlı olarak her bir silo düzenli olarak tamamen unla doldurulmakta ve devamlı ya da aralıklı olarak boşaltılmaktadır. Sonuç olarak tankın iç kısmı düzensiz bir şekilde ürün kalıntısı birikintileri ile kirlenmektedir.

Bu kirleticiler çeşitli noktalarda ve çeşitli seviyelerde birikmektedir; özellikle silo duvarının her yüksekliğinde un topakları oluşmakta ve bunlar, seviye belirli bir noktaya yükseldiğinde kontrolsüz bir şekilde düşerek tekrar eden tıkanmalara ve müteakip un aktarım ve üretim tesisleri çıkışında duruşlara neden olmaktadır. Bu da hasarın düzeltilmesi için maliyeti yüksek üretim dışı kalma sürelerine neden olmaktadır. Kirlenmenin türü ve kalınlığı ile yapışma davranışı, büyük oranda unun kalitesi; boşaltma hızına bağlı olarak unun akış ve boşalma özellikleri; tedarikçinin nakliye silolarında ve depolama silosunun kendisinin içindeki havanın nemi; ve sıcaklık ve diğer parametrelerdeki mevsimsel dalgalanmalar tarafından belirlenmektedir.

Önceki temizlik prosesi, manuel kaldırma donanımına sahip temizlik işçilerinin/endüstriyel tırmanıcıların kiralanması ve güvenlik amiri denetiminde silolara girerek temizlenmesini içeriyordu. Hafif toz ile ağır kabuklanmış veya yapışkan kalıntılar arasında değişen un kalıntıları daha sonra hafif kirlenmelerde fırça veya süpürge kullanarak, ağır kirlenmelerde ise madenciler gibi spatula ve kazıyıcı kullanılarak temizlenmekteydi. Bu çözümün esas zorluğu sadece solunum havası verilmesi gereken işçiler üzerindeki ruhsal ve fiziksel gerilimin yüksek olması değil, aynı zamanda temizliğin saatlerce veya hatta bütün gün sürebilmesiydi.

Ayrıca temizliğin etkinliği ve sonuçları, temizlikçiden temizlikçiye değişmekte, sonuçlar tekrar edilememekteydi. Dış merkezli insan erişim deliği (menhol) nedeniyle temizlikçiler için kişisel güvenlik ve kaldırma ekipmanının konumlandırılması hem karmaşık hem zaman alıcıydı. Yukarıda anlatılan süre ve çabalarını mümkün olduğunca minimuma indirmek ve mevcut problemleri düzeltmek için şirket, su ile güvenilir şekilde tekrar edilebilir sonuçlar sağlayan ileri bir temizlik prosesi arayışına girdi. Önemli bir ön şart, gıda hijyen yönetmelikleri bakımından bütün müşteri gereksinimlerine kayıtsız şartsız uyumdu.

Maliyet verimliliği, temizlik sürelerinin, temizlik medyasının, yardımcı hizmetlerin ve malzemelerin minimuma indirilmesi ve sistem sürdürülebilirliği, unlu mamul üreticisinin öncelikleriydi. Şartların listesi, teknik detaylar ve tesis koşulları, tesise yapılan ziyaret esnasında kaydedildi. Bu ilk mühendislik değerlendirmeleri daha sonra bir temizlik konseptine çevrildi ve uygulama testine tabi tutuldu (yani, temel mühendislik).

Hazırlık aşamasındaki anahtar ilk adım, temel yaklaşımı netleştirmekti; yani düşük, orta veya yüksek basınçlı temizlik metoduna karar vermekti. 

Aşağıdaki metotlar değerlendirildi:

  • Düşük basınçlı temizlik, temizlik maddesinin kimyasal kompozisyonunun etkisine, temizlik medyasının sıcaklığına ve debi hacmine, ve ortaya çıkan temizleme hızına dayanmaktadır. Sprey topları ve döner jet temizleyiciler için ideal bir uygulamadır.
  • Orta basınçlı temizlik, temizlik maddesinin kimyasal kompozisyonunun etkisine, temizlik medyasının sıcaklığına ve arttırılmış temizleme basıncında azaltılmış debi hacmine, ve ortaya çıkan temizleme hızına dayanmaktadır. Döner nozüller ve döner jet temizleyiciler için ideal bir uygulamadır.
  • Yüksek basınçlı temizlik ise yoğun, doğrudan temizleme jeti ile elde edilen mekanik temizleme etkisine dayanmaktadır. Orbital temizleyiciler için tipik bir saha uygulamasıdır.

Bir sonraki adımda, seçilen basınçlı temizleme metoduna uygun bir nozül ve temizleme örüntüsünün aşağıdaki nozül sistemleri arasından kontaminasyon tipine göre seçilmesidir:

Statik temizleyiciler, depolama tankı ve yerinde temizlik (CIP) tankları gibi kazanların, tankların ve konteynerlerin temizliği içindir ve düşük basınçta çalışmak için tasarlanmıştır. Sabit bir sprey başlığı, temizlik medyasını temizlenecek yüzey üzerine spreyler. Temizlik, tank duvarlarına durulama veya darbe yaparak sağlanır. Uygun temizlik maddeleri eklenerek temizleme etkisi arttırılabilir ve temizleme süreleri azaltılır. Debi, 1 bar'lık basınç farkında 2.4-42 m3/sa aralığında değişir. Temizleme çapı 0.8-8.0 m'dir.

Döner temizleyiciler, ağır ürün kabuklanması olan tankların, kazanların ve konteynerlerin temizlenmesinde kullanılır (örn. geniş depolama tankları, fermantasyon tankları, dahili karıştırıcılı tanklar). Bu temizleyiciler, düşük basınçta çalışmak üzere tasarlanmıştır; bir akış dişli ünitesi, tek düzlemde yavaşça dönen fan-şekilli bir jet üretir, böylece bütün yüzey ıslatılır. Debi, 2.3-4.3 bar besleme basıncında 7.1 ile 28 m3/sa arasında değişir. Temizleme çapı 2 ila 10 m arasındadır. Malzemeye bağlı olarak, 80°C ve 100°C aralığında işletim sıcaklıkları mümkündür.

Orbital temizleyiciler, iç yüzeylere konsantre jetlerle özel bir mekanik uygulama yapılmasını gerektiren tankların, kazanların ve konteynerlerin temizliği için olup (örn. yol tankerleri, ürün tankları ve fıçıları), düşük, orta veya yüksek basınçta çalışmak için tasarlanmıştır. Bir akış dişli ünitesi, iki düzlemde dönen oldukça konsantre temizlik jeti üretir. İdeal jet geometrisi, özel olarak şekillendirilmiş dairesel-jet nozüller ve temizlenecek yüzeyin tamamını kapsayan yoğun bir orbital temizlik örüntüsü üreten konik dişlilerle sağlanır. Debi, 4.5-80 bar besleme basıncında 1.8 ile 27 m3/sa arasında değişir. Temizleme çapı 2 ila 14 m'dir.

Tempest Orbital Yıkama Başlığı
Tempest Orbital Yıkama Başlığı

Seçilecek metot için mühendislik değerlendirmeleri nihayet müşterinin gereksinimleriyle örtüştüğünde, nispeten düşük fiyatlı olan sprey topları, bazen oldukça yüksek olabilen kontaminasyon derecesinden dolayı en baştan elenmiştir. Döner jet temizleyici, silonun üst kısmında işe yarardı ancak 33-m yüksekliğindeki silonun tabanına yakın hatta optimum temizlik sağlanması mümkün olmazdı. Müşteriye gereken pompalar için ek bir yatırım ihtiyacı doğurmamak bakımından orta ve yüksek basınçlı temizlik değerlendirmeleri gözetilmedi.

Tesis koşullarından, kirlenme türünden ve silo geometrisinden dolayı, tipik olarak 8-9 bar pompa kapasitesi ve soğuk su ile çalışan optimize edilmiş su-bazlı temizlik için düşük basınçlı metot seçilmiştir. Silo kubbesinde harici bir yardımcı hizmet hattı olmadığından, türbinle-çalışan bir temizleyici test için seçilmiştir. Maliyet nedeniyle, temizlik prosesinde temizlik kimyasalları ve termal destek kullanılmayacaktı.

33 m üzerindeki montaj yüksekliği göz önünde bulundurulduğunda, her biri 7 mm olan ve temizleyicide yaklaşık 5 bar işletme basıncında yaklaşık 12 m3/sa temizleme suyu boşaltan dört nozüllü bir orbital temizleyici seçildi. Mühendisler, temizlik sonucu ilk kez değerlendirildiğinde temizlik için kısa döngü süreleri beklediler, o nedenle temizlik suyunun tesisteki atık su sistemine boşaltılmasına karar verildi.

Seçilen orbital temizleyiciyi mevcut koşullar altında test etmek için temizleyici, bir basınç hortumu ile silonun tabanına yerleştirilen santrifüjlü bir pompaya bağlandı, daha sonra silo içine dış merkezli olarak alınarak 2500 mm daldırma derinliğine ve duvardan 500 mm yanal mesafede yerleştirildi.

Temizleyici yerleştirildikten sonra, temizlik prosesi başlatıldı ve izlendi. Üç dakika sonra proses durdurulduğunda yapışkan, hatta kritik kontaminasyonun büyük bir kısmı, güçlü temizleme jetleri kapsamındaki silo yüzeylerinden çıkartılmıştı. Sadece bir kaç dakika sonra elde edilen bu temizleme sonucu, seçilen yolun doğru olduğunu onaylamış oldu. 15 dakikalık tam bir temizlik süresi sonrasında bütün kontaminasyon, özellikle inatçı un kabuklanmaları giderilmişti. Temizleyicinin dış merkezli konumuna rağmen, silo içinde herhangi bir salınım hareketi olmaksızın çalışırken, aynı zamanda en derin bölgelerde bile silonun bütün yüzeyini kapsayan bir jet örüntüsü sağladı.

Silonun su-bazlı temizliği tamamlandıktan sonra değerlendirilecek bir diğer husus ise kurutmaydı ve bu adım, proses mühendisliği bakış açısından vazgeçilmez bir adımdı.

Mevsimsel olarak temizlik prosesi için ideal koşullar tanımlandığından ve silolar açık havada olduğundan, kalan nemin konveksiyon ile giderilmesine karar verildi. Silo yüzeyi üzerindeki doğrudan güneş ışığı, teknik ve ekonomik açıdan yeterli kurutma sağladı. Herhangi bir su kalıntısının kolayca buharlaşmasını sağlamak için üst menhol ve silo çıkışının taban bölümündeki bağlantı, optimum havalandırma ve nem tahliyesi için açıldı.

Siloların güneş ışını ile kurutulmasının mümkün olmadığı benzer uygulamalarda, temizlik medyası olarak sıcak su kullanımı tamamlayıcı bir çözüm olmaktadır. Sıcak su, temizlik esnasında silo duvarlarını ısıtmakta ve daha sonra silonun iç yüzeyi konveksiyon ile kurutulmaktadır.

Temizlik için sıcak su yoksa, silo temas yüzeylerinin güvenilir şekilde kurutulmasında bir diğer uygulanabilir çözüm ise, tank içine üstteki ve alttaki açıklıklardan filtrelenmiş sıcak hava üflenmesidir. Ancak yeterli hava debisi seçilmesine özen gösterilmelidir.

Temizlik sonucunu elde etmek için yaklaşık 3.000 litre soğuk su tüketilmiştir ve fabrikanın atık su sitemine temizlenen un ile birlikte boşaltılmıştır.

Geri