Anahtar teslim gıda fabrikası projelerinin başarısı, maliyet etkinliği ve sürdürülebilirliği, büyük ölçüde proses mühendisliği disiplininin titizlikle uygulanmasına bağlıdır. Bu makale, kurulum sürecinin omurgasını oluşturan proses mühendisliği faaliyetlerini incelemektedir. Makale kapsamında, temel proses hesaplamaları (kapasite, denge, enerji), proses akış şemaları (PFD) ve borulama-enstrümantasyon diyagramlarının (P&ID) önemi detaylandırılmakta, ekipman seçim kriterleri proses, hijyen, maliyet ve esneklik parametreleri üzerinden optimize edilmektedir. Sonuç olarak, proses mühendisliğinin bir maliyet kalemi değil, verimlilik ve kârlılık için hayati bir yatırım olduğu vurgulanmaktadır.

“Anahtar teslim” kavramı, bir gıda fabrikasının fiziki yapısından, üretim hattının çalışır vaziyette teslimine kadar tüm süreçleri kapsar. Bu süreçlerin merkezinde, ham maddenin nihai ürüne dönüşümünü tanımlayan, ölçeklendiren ve optimize eden proses mühendisliği bulunur. Proses mühendisliği olmadan yapılan bir yatırım, plansız bir yolculuğa benzer; beklenmedik darboğazlar, hijyen riskleri, yüksek enerji maliyetleri ve kalitesiz üretim kaçınılmazdır. Bu makale, bu kritik sürecin temel taşlarını irdeleyecektir.

Proses Mühendisliği Hesaplamaları: Sistemin Temel Taşı

Tüm tasarım, doğru ve tutarlı hesaplamalar üzerine inşa edilir. Bu hesaplamalar üç ana başlıkta toplanabilir.

Kütle Denge Hesaplamaları
Kütle dengesi, “giren = çıkan” prensibine dayanır. Her bir proses ünitesi ve tüm sistem için yapılmalıdır.

• Amaç: Ham madde ihtiyacını, ara ürün miktarlarını, nihai ürün verimini, atık (posa, buhar, vs.) miktarlarını belirlemek.

• Hesaplama Örneği (Meyve Suyu Konsantresi):

  • Giren: 1000 kg/saat elma (%20 katı madde, %80 su)

  • İstenen çıkan: %70 katı madde içeren konsantre.

  • Buharlaştırıcıdan çıkan su buharı miktarı (W) hesaplanır.

  • Toplam Kütle Dengesi: 1000 = W + Konsantre

  • Katı Madde Dengesi: (1000 * 0.20) = (W * 0) + (Konsantre * 0.70)

  • Denklem çözülür: 200 = 0.70 * Konsantre → Konsantre = 285.7 kg/saat

  • W = 1000 – 285.7 = 714.3 kg/saat su buharlaştırılmalı.

  • Bu veri, buharlaştırıcı kapasitesinin, kondenser ve soğutma kulesi seçiminin temelidir.

Enerji Denge Hesaplamaları
Proseslerinısınma, soğutma, buharlaştırma gibi işlemler için ne kadar enerjiye ihtiyaç duyduğunu belirler.

• Amaç: Ekipman kapasitelerini (ısı değiştiriciler, kazanlar, soğutma grupları) ve enerji maliyetlerini optimize etmek.

• Hesaplama Örneği (Süt Pastörizasyonu):

  • Proses: Sütü 5°C’den 72°C’ye ısıt, 15 saniye tut, 5°C’ye soğut.

  • Kapasite: 5000 kg/saat.

  • Isıtma için gerekli enerji (Q_heat): Q = m * Cp * ΔT

    • m: kütlesel debi (5000 kg/saat)

    • Cp: sütün özgül ısısı (~3.9 kJ/kg°C)

    • ΔT: sıcaklık farkı (72-5=67°C)

    • Q_heat = 5000 * 3.9 * 67 = ~1,306,500 kJ/saat

  • Bu enerji ihtiyacı, plakalı ısı değiştiricinin boyutlandırılmasında ve sıcak su ihtiyacının belirlenmesinde kullanılır. Enerji geri kazanımı (rejenerasyon) ile bu maliyet önemli ölçüde düşürülebilir.

Ekipman ve Kapasite Hesaplamaları
Kütle ve enerji dengelerinden çıkan verilerle ekipmanlar boyutlandırılır.

• Örnek: Yukarıdaki meyve suyu örneğinde, 714.3 kg/saat suyu buharlaştırmak için gerekli buharlaştırıcı yüzey alanı, ısı transfer katsayıları ve sıcaklık farkları kullanılarak hesaplanır. Depolama tankları, işlem süreleri (holding time) dikkate alınarak (örn: 2 saatlik üretimi karşılayacak şekilde) boyutlandırılır.

Akış Diyagramları: Prosesin Görsel Yol Haritası

Hesaplamalar, diyagramlarla görselleştirilmedikçe bir anlam ifade etmez.

Proses Akış Şeması (Process Flow Diagram – PFD)

• Amaç: Prosesin ana bileşenlerini ve akış yönünü göstermek. Ekipmanlar, ana akış hatları ve temel kontrol noktaları yer alır. Detaylı borulama ve enstrümantasyon bilgisi içermez.

• İçerdikleri:

  • Ana ekipmanlar (tanklar, pompalar, ısı değiştiriciler, filler, vs.)

  • Ana akış hatları ve akış yönleri.

  • Önemli proses parametreleri (sıcaklık, basınç, debi).

  • Temel kontrol noktaları.

• Önemi: Tüm paydaşlar (yatırımcı, mühendis, üretim ekibi) arasında ortak bir dil oluşturur. Prosesin anlaşılmasının ilk adımıdır.

Borulama ve Enstrümantasyon Diyagramı (Piping & Instrumentation Diagram – P&ID)

• Amaç: Mühendislik, satın alma, montaj ve otomasyon ekipleri için nihai çalışma dokümanını oluşturmak. PFD’deki her bir bileşenin detaylandırıldığı “prosenin şifreleri” bu diyagramdadır.

• İçerdikleri:

  • Tüm borular, çapları, akışkanları, izolasyon bilgileri.

  • Tüm vanalar (manuel, otomatik, kapatma, kontrol, çekvalf) ve tipleri.

  • Tüm enstrümanlar (sıcaklık, basınç, seviye, debi transdüserleri/transmitterları).

  • Tank, pompa, ekipman nozul detayları.

  • Kontrol sistemleri (PLC/SCADA) için giriş/çıkış (I/O) noktaları ve kontrol mantıkları.

• Önemi: Hijyenik tasarım (drenaj, temizlik, ölü noktaların önlenmesi), otomasyon stratejisi, bakım planlaması ve işletme prosedürlerinin tamamı P&ID üzerinden yönetilir. Bir hatanın P&ID aşamasında tespit edilmesi, sahada tespit edilmesinden yüzlerce kat daha ucuzdur.

Ekipman Seçim Kriterlerinin Optimizasyonu

Doğru ekipman seçimi, proses verimliliği, ürün kalitesi ve toplam sahip olma maliyetini (TCO) doğrudan etkiler.