“Değirmen tasarımı, akım şeması (öğütme diyagramı) ile başlamaktadır. Bir değirmenin diyagramının hazırlanması; daha önce belirtilen öğütme diyagramı ile ilgili teknik veriler göz önünde bulundurularak öğütme elemanlarının sıralanışı, çeşit, sayı ve özellikleri itibarıyla seçimi ve dizaynıdır. Bir akış şemasının uzunluğu, değirmencinin, farklı müşterilerin özel ihtiyaçlarını karşılamak için üretilen unun kalitesinde ve un randımanında değişiklik yapmadaki esnekliğini belirlemeye yardımcı olur.”

Prof. Farhan Alfin Avrasya Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölüm Başkanı

Buğday öğütmenin amacı basit olmasına rağmen bu amacı geçekleştiren modern sistemlerde işlem karmaşıktır. Buğdayın öğütülme işleminde amaç tanesini kırmak, tanenin endosperm kısmını mümkün olduğu kadar kabuk ve rüşeymden ayırmak, ayrılan endospermi ise incelterek un ya da irmik haline getirmektir. Öğütme işleminde uygulanan sistem ne olursa olsun bir kısım kabuk endosperme karışır, bir miktar endosperm de kabuk ve rüşeymle birlikte kalır. Başka bir deyişle buğday tanesinin kabuk, endosperm ve rüşeym kısımlarını birbirinden tam olarak ayırmak mümkün değildir. Modern öğütme sisteminde öğütme ve eleme işlemleri uygun bir şekilde kombine edilerek bu karışan miktarlar en aza indirilmeye çalışılır. Bu işlemler tedrici olarak yani kademeli bir şekilde yapılır. Her öğütme sonunda bir sınıflama yapılarak oluşan farklı sınıftaki materyal ayrılır ve her bir sınıfa farklı işlemler uygulanır. Böylece kabuk ve rüşeym etkin bir şekilde ayrılır.

Un değirmenlerinde öğütme sistemleri, diğer gıda işlemeleri gibi materyalin bir makineden diğerine dolaştığı sürekli bir sistemdir, ancak daha karmaşık bir sistemdir. Çünkü öğütme makinesinden çıkan materyal sonraki elekte 4-5 materyale ayrılır ve her biri ayrı bir öğütme makinesine gönderilir. Bu sebeple bir makinenin özellikleri veya çalışma ayarları ürünlerin özelliklerini değiştirir. Bu da bir diğer makineyi etkiler ve değirmen ürünlerinin özelliklerini değiştirir. Ayrıca bir aletteki bir anlık duraklama tüm sistemde önemli karışıklığa neden olur. Bunun için değirmen tasarımında uygun bir akım diyagramının yapılması ve etkin bir makine seçilmesi gerekir. İyi planlanmış ve üstün makinelere sahip bir değirmenden kaliteli bir un, ancak çalıştırılması sırasında bu makineler iyi bir şekilde ayarlandığında elde edilebilir.

Değirmen akış diyagramı veya akış şeması olarak adlandırılan bu belge değirmenin tasarım aşamalarındaki ilk aşamadır ve bir değirmeni başarıyla yönetmek için değerli bir araçtır. Akış şeması öğütme işleminin iki boyutlu bir yol haritasıdır ve herhangi bir makine için materyalin nereden geldiğini ve çıkan materyallerin nereye gittiğinin yönünü çizer.

Bir değirmenin akım şemasında en az aşağıdaki bilgiler bulunmalıdır: a. Akım şemasında, kullanılacak makinelerin yerleri gösterilir. b. Materyalin akış yönleri, dağılımı ve miktarları gösterilir c. Öğütme makineleri, irmik sasörleri (purifier), elekler ve diğer kullanılan ekipmanlar hakkında teknik bilgiler verilir.

DİYAGRAM PLANLANMASI Değirmen tasarımı ve değirmencilik, bilimden ziyade deneyime dayanan bir sanata benzer. Değirmencilikte, sürecin dinamiklerini belirleyen çeşitli faktörlerin etkisinin iyi bilindiği, verimli boyutlandırmaya ve bu ekipmanların işletilmesine olanak tanıyan formüller ve denklemlerle işlemlerin tanımlandığı sektörlerden farklı olarak, öğütme kalitesini ve aynı şekilde son ürünün miktarını etkileyen faktörlerin sayısı genellikle çok yüksektir. Örnek olarak, değirmenden elde edilen sonuçlar (örneğin: un verimi ve kalitesi) iklim ve rutubet koşullarına göre değişir ve değirmenin kapasitesine göre diyagramı değişmektedir.

Bir diyagram planlanırken kuşkusuz öğütme hakkında bilgi ve deneyime sahip olmak gerekir. Bir değirmen diyagramının planlanması konusunda yeni literatürlerdeki bilgiler hem yeteli değil hem de bu bilgiler çoğu kez endüstriyel ölçekteki tecrübelere dayanmamaktadır. Değirmencilik endüstrisindeki şirketler tarafından değirmen diyagramı bir rekabet unsuru ve öğütme ekonomisi açısından önemli olarak görüldüğünden yayınlanmazlar. Üniversitelerde ve araştırma merkezlerinde bu konularda araştırmalar sınırlı düzeyde kalmıştır. Çünkü ticari ölçekli değirmenlerde birçok değişken büyük çapta denenmek zorundadır. Buna da ticari değirmenler müsaade etmezler. Kaynaklarda bilgilerin bir kısmı ya eskidir ya da uygulanabilirlikleri sınırlı düzeydedir.

Endüstriyel şirketler tarafından değirmen tasarımı yapılırken ticari kaygılar teknik verilere yön verir. Endüstriyel şirketler yatırımcıya teklif vermeden önce bu verileri toplamak için anket halinde yatırımcı tarafından doldurmasını ister. Genellikle teknik veriler; genel teknik veriler ve öğütme diyagram ile ilgili teknik veriler olarak iki ana başlık altında sınıflandırılabilir.

Genel teknik veriler değirmenin kurulacağı bölgenin iklim şartları (hava sıcaklığı, rutubet seviyesi), buğdayın bir seferde ne kadar ve hangi taşıma yoluyla alınacağı, ne kadar süreyle depolanacağı, buğday depolama tercihleri, bina yüksekliği, ürünlerin paketleme, depolama süreleri ve sevk edilecek metodu ve bir seferde yüklü sevkiyatlar, değirmen otomasyonu, bina yapısına (hangar veya çok katlı tam kapalı) yönelik tercihlerini bilgilerini içeren fizibilite çalışması sonuçlarıdır.

Öğütme diyagramı ile ilgili teknik veriler aşağıdaki gibi özetlenebilir: • Değirmenin 24 saatte kapasitesi, • Kullanılabilir buğday çeşitliliği ve özellikleri, • Ürün çeşitliliği, kalite ve randıman değerleri

Kullanılabilir buğday çeşitliliği ve özellikleri bakımından değirmenler ihtisas ve çok amaçlı değirmenler olarak iki şekilde sınıflandırılabilir. İhtisas değirmenler tek bir ürüne (örnek olarak ekmeklik un, bisküvilik un) göre tasarlanır. Çok amaçlı değirmende, farklı özellikteki buğday çeşitleri ayrı ayrı öğütülerek unlar paçal haline getirilerek çeşitli unlar elde edilir. Bu uygulamanın sağladığı katma değer yüksektir. Ancak yatırım masrafları, bilgi, personel ve teknoloji ihtiyaçları da aynı şekilde yüksektir.

Öğütme diyagramı ile ilgili teknik verilere bağlı olarak diyagramın oluşturulmasında kullanılması gereken makine sayıları (birim öğütme boyu, birim eleme alanı ve irmik sasörü kullanma ihtiyacı gibi) belirlenmektedir.

Değirmen tasarımı, akım şeması (öğütme diyagramı) ile başlamaktadır. Bir değirmenin diyagramının hazırlanması; daha önce belirtilen öğütme diyagramı ile ilgili teknik veriler göz önünde bulundurularak öğütme elemanlarının sıralanışı, çeşit, sayı ve özellikleri itibarıyla seçimi ve dizaynıdır.

Bir akış şemasının uzunluğu, değirmencinin, farklı müşterilerin özel ihtiyaçlarını karşılamak için üretilen unun kalitesinde ve un randımanında değişiklik yapmadaki esnekliğini belirlemeye yardımcı olur. Bir akış şemasını tasarlamak karmaşık bir iş olsa da bir akış şemasını analiz etmeye çalışmak da genellikle aynı derecede karmaşık hale gelir. Ancak, bir akış şemasını analiz etmek, birkaç alt sisteme ayrılarak daha kolay hale getirilir. Öğütme işleminin akış şeması başlıca beş temel alt sisteme bölünebilir:

1. Kırma (break) sistemi: Kırma işlemi taneyi kırmak, açmak ve endosperm kısmını mümkün olduğunca ayırmak, fakat bunu yaparken en az miktarda kepek tozu ve un oluşturmaktır. Bu sırada endosperm partiküllerinin de mümkün olduğunca iri kalmasına özen gösterilir. Böylece sasörlerde bunların kepekten ayrılması kolaylaşır. Kırma sistemi; yüzeyleri dişli, valsli öğütme makineleri ve bunların her birinden sonra eleme makinelerinden oluşur. Kırma sisteminde değirmen kapasitesine göre 4-5 kırma aşaması bulunur. Yüksek kapasite olan değirmenlerde son aşamaları ince ve kaba iki kırma valsli makine oluşturabilir. Her aşamadan sonra materyal elenerek sınıflanır. Eleklerde un iriliğine gelmiş olan bir kısım materyal ayrılırken, iri olan ve kabuk ile endospermin henüz ayrılmamış olduğu partiküllerden ibaret olan materyal bir sonraki kırma makinesine gönderilir. Orta irilikteki materyal ise saf endosperm partiküllerinin ayrılması için işletmenin purifikasyon sistemine gönderilir. Bu işlemler her kırma kademesinde tekrarlanır ve en son kademe sonunda artık kabuk ile endosperm ayrılmış olur.

2. Purifikasyon (purification) sistemi: Purifikasyon sistemi boyut, hava direnci ve özgül ağırlığa bağlı olarak kırma sisteminin elekten gelen orta irilikte materyalde bulunan kabuk, saf endosperm ve kompozite partiküllerini birbirinden etkin olarak ayıran irmik sasörü (purifier) olarak adlandırılan makinelerden oluşmaktadır. Burada ayrılan kabuk yem materyaline; kompozite partiküller tekrar işlem görmek üzere değirmen kapasitesine göre ya işletmenin kırma sistemine ya da kazıma sistemine; endosperm partikülleri de sınıflanarak redüksiyon valslerine gönderilir. Purifikasyon sisteminin kullanımı, maliyet etkinliği ve öğütme işleminin diğer kısımlarındaki verimlilikten dolayı modern değirmenlerde azalmaktadır.

3. Kazıma (sizing) sistemi: Kazıma sisteminin görevi purifikasyon sisteminden gelen kabuğa yapışık halde bulunan endosperm parçacıklarındaki kepeği, endospermi ve rüşeymi birbirinden ayırmak ve çok temiz olmayan kalın olan irmiği inceltmektir. Kazıma sistemine gelen partiküller sonraki kırmaya giden materyalden daha temiz ve redüksiyona giden irmikten daha iri ve onun kadar da temiz değildir.

4. Redüksiyon sistemi (Reduction): Redüksiyon sistemi de gene bir dizi vals ve bunların her birinden sonra gelen eleme makinelerinden oluşur. Ancak redüksiyon valslerinin yüzeyi kırma valsleri gibi dişli değil, düzdür. Redüksiyon sisteminin görevi de purifikasyon sisteminden ve kazıma sisteminin eleklerinden gelen saf endosperm partiküllerini istenen incelikte un haline getirmektir. Redüksiyon sisteminde materyal inceltilirken nişasta granüllerinin zedelenmesinin kontrol altında tutulması, kabuk parçacıklarının ise olabildiğince az aşındırılması esastır. Bu işlem de gene kademeli olarak yapılır, her kademe sonunda bir kısım un ayrılır ve daha iri olan materyal bir sonraki kademeye gönderilir.

DEĞİRMEN AYARI ‘Akım şeması değirmen tasarımı sırasında düzenlendikten sonra değirmenin işletimi sırasında mutlak surette sabit tutulacaktır’ diye bir düşünce yanlıştır. Aksine akım şeması kullanılan buğday özellikleri, iklim şartları ve üretilen un kalitesi gibi koşullara göre zaman zaman gözden geçirilmeli ve gerekli düzenlemeler yapılmalıdır. Ancak sık sık değiştirmemek gerekir. Tecrübeli bir kişi değirmenin baştan başa diyagramını bilmeli ve bir değişiklik yapacağı zaman önce bunun üzerinde çalışmalıdır. Akım şeması değişikliğinin gerekli olup olmadığına karar verebilmek için ürün ve ara ürünler düzenli şekilde görsel olarak analiz edildikten sonra kontrol edilir. Genellikle de akım şeması değiştirilmeden önce tavlamada, kırma ekstraksiyonlarında ve purifier materyalinin oranlarında değişim yapılmasının denenmesi gerekir.

Değirmenin akım şemasını değiştirmenin amaçları: a. Değirmenden en yüksek un verimi elde edilmesi. b. Mümkün olan en az külü içeren un üretilmesi. c. Un karakteristiklerinin pazar isteklerine göre ve amaca uygun olmasının sağlanmasıdır.

Akım şeması kolayca, değirmenci ve değirmen mühendisinin, hatta üretim ve kalite ekibinin birbirleriyle yakın iletişim kurmak için kullandığı en önemli araç olarak kabul edilebilir. Yeni değirmeni kurduktan sonra ve çalıştırma sırasında veya eski değirmenin akım şemasının uygun kullanılması durumunda değirmen performansında anahtar rol oynar. Başka bir deyişle doğru seçilen bir diyagram öğütmede başarının anahtarıdır. Bir değirmenin tasarımının ve diyagramın başarısında seçilen ekipmanlarının ne kadar amaca uygun olduğu yanında bunların optimal ayarla kullanılmaları da büyük önem taşır. Değirmen diyagramı işletmenin kârına etki eden faktörlerden biridir. Çünkü üretim masrafları işletme kârında rol oynar ve üretim masraflarına değirmen performansı etkilidir. Değirmen performansı farklı ölçülerle değerlendirilmektedir. Fakat genel olarak değirmen performansının belirlemesinde kullanılan ölçüler şu şekilde sıralanabilir. a. Öğütülen buğdaydan belirli bir kül oranı için alınan toplam un verimi veya randımanı. Randıman, ürünlerin üretim maliyetini tanımlayan ilk parametredir. b. Değirmenden düşük kaliteli una (ikinci un) karşılık alınan yüksek kaliteli un (birinci un) oranı. c. Çok çeşitli buğday öğütebilme esnekliği. Bazı durumlarda sert, yumuşak hatta durum buğdayının bile öğütülmesi gerekebilir. Bu duruma akım şeması uygun olmalı ve bir buğdaydan diğerine geçişte fazla problem yaşanmamalıdır. d. Değişik ürünler üretebilme esnekliği. Değirmenden istenen un çeşidi, pazar isteklerine göre değişebilir. Akım şemasının esnek olmasını gerektirir. Her ne kadar akım şemasının mümkün olduğunca basit olması istenirse de esnekliği sağlamak için daha karmaşık hale gelir. e. Enerji etkinliği. Birim un üretimi için gerekli olan enerji miktarıdır. Bu da akım şemasıyla doğrudan ilişkisi vardır. f. Üretim kararlılığı. Yüksek kapasiteli işletmeleri için istikrar özelliklere sahip un çok önemlidir. Akım şeması, kararlı un elde edilmesi için büyük öneme sahiptir.

DEĞİRMENDE DENGE Değirmenin tasarımındaki materyaller hesaplanan akış miktarlarına göre çalıştığı sürece değirmen dengededir denir. Değirmen iyi tasarlanmış ve uygun makineler seçilmiş olsa bile şayet deneyimli bir kişi tarafından hassas bir şekilde ayarlanmamışsa değirmenin performansı düşer ve iyi sonuç alınamaz. Kurulan dengenin devam etmesi ya da iyi bir denge sağlanabilmesi için tüm öğütme makinelerinin ayarlanması gerekmektedir. Tüm makinelerin çalışmalarında optimum etkinliği erişmek için tüm makineler optimum ayarda çalışmalı ve değirmenin tüm aletlerine doğru kalitede, irilikte ve uygun miktarda materyal verilmelidir. Bir makinedeki sapma, sonraki aletlerin performansını etkiler. Çünkü oraya gelen materyalin dengesi bozulur. Makinelerin iyi ayarlanması için de materyalin özelliklerinin iyi analiz edilmesi ve buna göre nerede ve nasıl bir ayarlama yapılacağının bilinmesi gerekir.

Değirmenin dengeye ulaşması için ürünler periyodik olarak veya hammadde değiştikçe test edilerek makinelerin gerekli ayarlamaları yapılır. Bunun için kül eğrisi, granülasyon eğrisi ve dağılım tablosu çıkarılır. Bunlar değirmenciye işletmenin toplam performansı, hammadde kalitesi ve değirmenin etkinliği hakkında faydalı bilgiler verir.

Prof. Dr. Farhan Alfin, Trabzon’daki Avrasya Üniversitesi’nde 2015 yılından bu yana Gıda Mühendisliği Bölüm Başkanı olarak görev yapmaktadır. Doktorasını 2000 yılında Ege Üniversitesi Gıda Mühendisliği alanında tamamlayan Alfin, daha sonra bu tarihten 2015 yılına kadar Suriye’nin Humus kentinde bulunan Albaath Üniversitesi’nde Gıda Mühendisliği Bölümü’nde çalışmalarını yürütmüş, 2006-2010 arasında da burada bölüm başkanlığı yapmıştır. Bu süre içinde Suriye’de çok sayıda değirmen için danışmanlık hizmeti vermiştir. 2009-2015 yılları arasında da Humus kırsalında yer alan Alakhras Değirmeni’nde yetkili müdür olarak görev yapmıştır. Prof. Alfin aynı zamanda Arapça yazılan “Tahıl Öğütme Teknolojisi” adlı kitabın yazarıdır.