Gıda ve Şeker Sanayii

Şeker fabrikasında kireç taşı yalnızca kireç kaynağı değil, aynı zamanda CO₂ kaynağıdır. Bu ikili rol tane boyutu seçimini belirler: dik şaft fırınında 40–80 mm gibi dar bir aralık kullanılır ve üst sınırın alt sınıra oranının 2'yi geçmemesi istenir. Aralık genişlerse ince taneler yatak boşluklarını kapatır, gaz akışı kanallanır ve büyük taneler içeriden pişmeden çıkar. Sonuç, aynı fırından hem aşırı yanmış hem az yanmış tanenin birlikte çıkması olur.

Kimyasal beklenti CaCO₃ ≥ %97 ve MgCO₃ ≤ %1,5'tir. Silis ve alümina kalsinasyon sıcaklığında kalsiyumla birleşerek düşük ergime noktalı fazlar oluşturur; fırın içinde topaklanma (ring formation) ve kireçte çözünmeyen kalıntı olarak görünürler. Mekanik dayanım da kimyasal kadar önemlidir: taşıma ve şarj sırasında ufalanan taş, fırına ince olarak girer ve gaz kompozisyonunu bozar. Bu yüzden ocak seçimi yapılırken analiz belgesinin yanında ufalanma (tumbler/LA) davranışı da istenmelidir.

Fırından çıkan kireç, döner tamburlu bir söndürücüde tatlı su veya kondensat ile söndürülür. Söndürme suyunun sıcaklığı ve sertliği doğrudan kristal boyutunu etkiler: soğuk suyla söndürme daha ince ve daha reaktif Ca(OH)₂ verir, sert su ise tane üzerinde erken karbonatlanma yaratır. Suda klorür bulunması hem korozyon hem de şerbette istenmeyen anyon yükü demektir; bu yüzden söndürme suyu, proses kondensatı veya arıtılmış tatlı su olarak ayrıca kontrol edilir. Tesis suyunun hazırlanması ve geri kazanımı için su ve atıksu arıtma tarafındaki yaklaşım burada da geçerlidir.

Söndürücü çıkışında kireç sütü elenerek grit (sönmeyen tanecikler, taş kırıntıları, cüruf) ayrılır. Grit oranındaki artış fırın performansının en erken habercisidir: aşırı yanma başladığında grit önce artar, aktif CaO düşüşü ancak günler sonra analizde görünür. Kireç sütü yoğunluğu 15–20 °Bé aralığında sabit tutulur ve sürekli karıştırılır; yoğunluk kayarsa dozaj vanası aynı açıklıkta farklı miktarda CaO gönderir ve ön kireçleme pH profili farkında olmadan kayar.

Ön kireçlemenin amacı pH'ı yükseltmek değil, pH'ı doğru şekilde yükseltmektir. Şerbet, pH 6,2'den 10,8–11,2'ye kadar bölmeler arasında kademe kademe taşınır; her bölmede kolloidin bir kısmı izoelektrik noktasını geçer ve zaten oluşmuş flokun üzerine tutunur. Bu birikmeli büyüme, tek adımda alkali eklenerek elde edilemeyecek kadar yoğun ve geri dönüşsüz bir çökelti verir. Kademe sayısı tipik olarak 5–8'dir ve toplam bekleme süresi 6–10 dakikadır.

Kademelendirme geri devir (recycle) ile birlikte çalışır: I. karbonatasyon çamurunun bir kısmı ön kireçlemenin başına gönderilir. Bu, hem alkaliniteyi yumuşak bir eğriyle sağlar hem de yeni flokun üzerinde büyüyeceği CaCO₃ çekirdeğini verir. Geri devir oranı sabit bir reçete değildir; pancar kalitesi bozulduğunda (donmuş, çürük, uzun süre beklemiş pancar) artırılır. Kampanya sonuna doğru filtrasyonun kötüleşmesinin sebebi çoğunlukla pancarın kendisidir ve cevabı kireç dozajını artırmak değil, geri devir ile kademe profilini yeniden ayarlamaktır.

Ana kireçlemede kireç dozajının büyük kısmı verilir ve serbest kireç konsantrasyonu yüksek tutulur. Burada hedeflenen çöktürme değil parçalamadır: amidler hidroliz olur, invert şeker alkali ortamda kontrollü şekilde bozunur, pektinler sabunlaşır. Bu tepkimelerin tamamlanması için gereken şey konsantrasyondan çok süredir; bu yüzden soğuk kademe (25–35 °C) 20–30 dakika tutulur.

Soğuk kademeden sonra şerbet 82–88 °C'ye ısıtılır ve 8–12 dakika daha bekletilir. Sıcak kademe tepkimeyi tamamlar ama aynı zamanda renk oluşumunun da hızlandığı yerdir; süreyi uzatmak saflık artışı getirmez, yalnızca renk ve invert bozunma ürünü ekler. İki kademeyi tek sıcak kademeye indirmek yatırım ve ısı açısından cazip görünür, ancak ince şerbet renginde tipik olarak belirgin bir artışla sonuçlanır ve bu artış sonraki adımlarda daha pahalıya temizlenir.

Fırın gazı, %32–40 CO₂ içerecek şekilde yıkanıp soğutulduktan sonra karbonatasyon kazanına verilir. Alkalinite düştükçe CaCO₃ kristalleri oluşur ve şerbetteki boya maddeleri, saponinler ve yüksek molekül ağırlıklı kolloidler bu kristallerin yüzeyine adsorbe olur. Sıcaklık 80–85 °C'de tutulur; daha düşük sıcaklık kristali inceltir ve filtrasyonu bozar, daha yüksek sıcaklık kazanda köpürme sorunu yaratır. Fırın gazının yıkanması bir yan detay değildir: gazdaki kükürt ve toz, hem şerbete geçer hem de kazanda birikir; gaz temizleme mantığı baca gazı arıtma tarafındakiyle aynıdır.

Optimum alkalinite, filtrasyon katsayısının (FK) en iyi olduğu alkalinite değeridir ve tipik olarak 0,08–0,12 g CaO/100 mL aralığındadır. Bu değer sabit değildir: pancar kalitesi, ön kireçleme profili ve geri devir oranı değiştikçe kayar. Vardiya laboratuvarında yapılması gereken şey, alkaliniteyi bir hedefte tutmak değil, birkaç alkalinite noktasında FK ölçüp eğrinin tepesini bulmaktır. Alkaliniteyi optimumun altına düşürmek kalsiyumun yeniden çözünmesine ve çökmüş kolloidlerin şerbete geri geçmesine yol açar — bu, filtre çıkışında bulanıklık olarak fark edilir.

Karbonatasyondan sonra şerbet çöktürücüde ayrılır ve çamur filtrelerde susuzlaştırılır. Çöktürücü taşkın hızı ile çamur yoğunluğu birlikte izlenir; çamur çok seyreltikse filtre kapasitesi yetmez, çok yoğunsa çöktürücüde çamur yatağı yükselir ve berrak faza karışır.

İkinci karbonatasyonun amacı arıtmak değil, kalanı temizlemektir: şerbette çözünmüş halde kalan kalsiyumu mümkün olan en düşük seviyeye indirmek. Kalsiyum çözünürlüğü pH ile monoton değişmez; 90 °C'de pH 9,0–9,3 civarında bir minimum yapar. Bu noktanın altına inildiğinde bikarbonat oluşumu kalsiyumu yeniden çözer, üstünde kalındığında ise hidroksit formunda kalsiyum taşınır. Bu yüzden II. karbonatasyon pH'ı bir hedef değil, günlük olarak yeniden doğrulanan bir minimum noktasıdır.

Kalan kalsiyum «kireç tuzu» olarak raporlanır ve ince şerbette 0,030 g CaO/100 mL'nin altı hedeflenir. Bu değerin önemi evaporasyonda ortaya çıkar: kalsiyum tuzları ısıtma yüzeylerinde kabuklaşarak ısı transfer katsayısını düşürür ve yıkama duruşlarını sıklaştırır. Kireç tuzunu düşürmek için bazı tesislerde soda (Na₂CO₃) ilave edilir; bu, kalsiyumu karbonat olarak bağlar ama sodyum yükünü artırdığı için melas kaybını da bir miktar yükseltir. Karar, kabuklanma maliyeti ile melas kaybı arasında kurulur.

İkinci karbonatasyon sonrası şerbet emniyet filtrelerinden geçirilir ve ince şerbet olarak evaporasyona gönderilir. Bu noktada üç değer birlikte raporlanır: saflık (Pol/Bx), renk (ICUMSA IU 420) ve kireç tuzu. Üçü birlikte okunmadığında yanlış sonuç çıkarılır — örneğin kireç dozajını artırmak saflığı bir miktar yükseltirken rengi ve kireç tuzunu birlikte artırabilir, net kazanç negatif olabilir.

Filtrelerden çıkan karbonatasyon çamuru preslenerek %35–45 kuru maddeye getirilir. Bu kek yüksek nötralizasyon değerli, çok ince taneli bir kireç malzemesidir ve asit topraklarda kireçleme materyali olarak kullanılabilir; ihtiyaç hesabı öğütülmüş kireç taşındaki gibi nötralizasyon değeri ve tane inceliği üzerinden yapılır. Keki tarımsal ürün olarak vermek için kuru madde, pH, nötralizasyon değeri ve ağır metal profilinin parti bazında kayıt altına alınması gerekir; bu kayıt aynı zamanda bertaraf maliyetini gelire çeviren belgedir.

Şeker fabrikasına giren kireç ve kireç taşı, gıda ile temas eden bir proses girdisidir. Yapı kireci standardı olan EN 459-1 burada tek başına yeterli değildir: o standart mekanik ve kimyasal performansı tanımlar, ağır metal ve safsızlık sınırlarını gıda amaçlı tanımlamaz. Gıda katkı saflığı için referans, kalsiyum hidroksit (E 526), kalsiyum oksit (E 529) ve kalsiyum karbonat (E 170) için spesifikasyon veren (AB) 231/2012 sayılı Tüzük ile Codex/JECFA ve Food Chemicals Codex monograflarıdır. Tipik sınırlar kurşun için ≤ 2 mg/kg, arsenik için ≤ 3 mg/kg mertebesindedir; her parti için analiz sertifikası ve izlenebilirlik zinciri istenir.

Depolama tarafında kirecin en büyük düşmanı havadaki nem ve CO₂'dir. Silo ve big-bag stoklarında yüzeysel karbonatlanma aktif CaO'yu düşürür ve dozajın sessizce yetersiz kalmasına yol açar; ayrıca topaklanma besleme vidalarında akış sorunu çıkarır. Kampanya öncesi uzun süre bekleyecek stoklarda nem kontrolü ayrı bir başlıktır ve kapalı depolama, kuru hava sirkülasyonu veya nem ve gaz giderici gibi çözümlerle ele alınır; hangi yöntemin nerede işe yaradığı endüstriyel nem ve rutubet kontrolü sayfasında karşılaştırılıyor.

Kampanya planlaması yaparken tedarik tarafında istenmesi gereken şey yalnızca fiyat değil, parti tutarlılığıdır: aynı ocak damarından, aynı tane aralığında ve aynı kalsinasyon rejiminde üretilmiş kireç, ayar sayısını belirgin biçimde azaltır. Kampanyanız için tane aralığı, aktif CaO ve gıda saflığı belgelendirmesini birlikte planlamak isterseniz iletişim sayfasından ulaşabilirsiniz.