Tài liệu Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩmngày

Đồ án tốt nghiệp -1- SVTH:Trương Thanh Nhi LỜI MỞ ĐẦU Acid amin là là 1 thành phần rất cần thiết cho cơ thể.Thiếu một số acid amin là nguyên nhân gây nên bệnh tật hay suy giảm sức khoẻ.Acid glutamic là một loại quan trọng như thế đối với cơ thể, là một loại acid amin tham gia vào việc cấu tạo nên protein của cơ thể. Trong 20 loại acid amin trong cơ thể thì acid glutamic thuộc loại acid amin thay thế nghĩa là cơ thể có thể tổng hợp được và có công thức C5H9NO4. Ở điều kiện bình thường cơ thể không cần acid glutamic cung cấp từ bên ngoài, ngày nay chúng được dùng chủ yếu trong việc sản xuất chất điều vị. Acid glutamic được tìm thấy đầu tiên nhờ Kikunae Ikeda, ông này đã phân lập được acid glutamic từ rong biển [5,tr15]. Tuy nhiên ngày nay acid glutamic được sản xuất từ nguyên liệu như tinh bột, rỉ đường….Acid glutamic có vai trò quan trọng trong y học, sinh học và thực phẩm. Đây là nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất bột ngọt và một số chất điều vị khác, mục đích của nó là tạo hương vị làm thức ăn thêm ngon hơn. Việc sản xuất acid glutamic là một việc cần thiết, là ngành công nghiệp quan trọng cho công nghiệp chế biến thực phẩm, dược phẩm nói riêng và ngành công nghiệp nói chung. Có rất nhiều phương pháp sản xuất acid glutamic như tổng hợp hoá học, thuỷ phân và lên men vi sinh vật. Trong đó phương pháp tổng hợp từ vi sinh vật có nhiều ưu điểm nhất. Nó là một trong những ứng dụng của công nghệ sinh học vào trong sản xuất. Nó không những có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn có ý nghĩa lớn lao về xử lý môi trường vì tận dụng được các phế thải của các ngành công nghiệp khác. Hiện nay ở nước ta vẫn còn ít các nhà máy sản xuất acid glutamic, mà phần lớn là nhập từ nước ngoài, đây là lợi thế để xây dựng nhà máy sản xuất acid glutamic cung cấp cho thị trường trong nước. Ở đề tài này tôi chọn thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày từ nguyên liệu là rỉ đường và tinh bột sắn. Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I -2- SVTH:Trương Thanh Nhi LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Acid glutamic là một sản phẩm mang lại nhiều lợi ích to lớn. Trong khi đó trong nước ta chưa có nhà máy sản xuất loại sản phẩm này. Đây là một lợi thế để Đà Nẵng bắt tay vào xây dựng và sản xuất. 1.1. Đặc điểm tự nhiên của thành phố Đà Nẵng Có nhiều thuận lợi, Đà Nẵng nằm ở trung tâm của khu vực Miền Trung. Diện tích tuy nhỏ nhưng có một lượng lớn diện tích chưa có mục đích sử dụng, đặc biệt có khu công nghiệp Hoà Khánh là điều kiện thuận lợi cho phát triển nhà máy. Thời tiết phân làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa ít hơn. Hướng gió ổn định chủ yếu là hướng Đông-Nam. Nhiệt độ không cao quá 370C cũng không thấp quá 150C, độ ẩm tương đối thường ở mức 77%. 1.2.Vùng nguyên liệu Thành phố Đà Nẵng nằm gần 2 tỉnh Quảng Nam và Quảng Ngãi. Đây là hai địa phương có nguồn nguyên liệu dồi dào cung cấp cho sản xuất. Quảng Ngãi có nhà máy đường, cung cấp lượng rỉ đường cần thiết. Quảng Nam có nhà máy tinh bột sắn. Đây là điều kiện thuận lợi nhất để Đà Nẵng xây dựng nhà máy sản xuất acid glutamic. 1.3. Hợp tác hoá Nhà máy sẽ đặt tại khu công nghiệp Hoà Khánh nên các điều kiện về hợp tác hoá giữa các nhà máy và các nhà máy khác rất thuận lợi và sử dụng chung các công trình công cộng như điện, nước, hệ thống thoát nước, giao thông….vv Nhờ đó sẽ giảm thiểu vốn đầu tư ban đầu. 1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu Đà Nẵng là một thành phố lớn lại có khu công nghiệp nên các vấn đề về điện, hơi, nhiên liệu được thành phố đầu tư đáng kể. Nhà máy sẽ sử dụng nguồn điện, hơi có sẵn tại khu công nghiệp. Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -3- SVTH:Trương Thanh Nhi 1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước Nguồn cung cấp nước cho nhà máy như nước của công ty cung cấp nước thành phố, hoặc cũng có thể sử dụng nguồn nước ngầm như khoan giếng…Ở đây ta chọn nước máy từ nhà máy cung cấp nước thành phố. Nước từ nhà máy đưa về đều được lắng, lọc, làm mềm và xử lý ion trước khi sản xuất. 1.6. Giao thông vận tải Đà Nẵng nằm trên quốc lộ 1A là đầu mối giao thông quan trọng của hai miền Nam Bắc. Có cảng lớn có thể thông ra quốc tế. Ngoài ra còn có tuyến quốc lộ 14B nối Đà Nẵng với Tây Nguyên và Lào, Thái Lan. Do đó thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm. Kênh vận chuyển đa dạng với đường sắt, đường bộ, đường thuỷ, đường hàng không là điều kiện rất thuận lợi về giao thông. 1.7. Thoát nước Nước thải nhà máy sau khi xử lý được đưa ra hệ thống cống thoát nước và đến khu xử lý nước thải chung của khu công nghiệp. 1.8. Nhân công và thị trường tiêu thụ Nhà máy tuyển lao động ở tại Đà Nẵng và các địa phương lân cận. Mặt khác với mức độ đô thị hoá của thành phố hiện nay, lượng lao động vãn lai rất dồi dào. Từ đó có thể thuê nhân công với giá rẻ. Thị trường tiêu thụ được chọn là thị trường cho cả nước. 1.9. Nguồn tiêu thụ sản phẩm Nguồn tiêu thụ cho sản phẩm ở đây chủ yếu hướng vào các công ty chế biến Dược phẩm, các công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm và thuỷ hải sản, các công ty chế biến thực phẩm, các công ty sản xuất mỹ phẩm vì đây là các công ty cần một lượng acid glutamic để phục vụ cho việc sản xuất. Kết luận: tất cả các điều kiện trên là cở sở thuận lợi, có tính khả thi để xây dựng nhà máy sản xuất acid glutamic tại khu công nghiệp Hoà Khánh của thành phố Đà Nẵng. Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -4- SVTH:Trương Thanh Nhi CHƯƠNG II: CHỌN VÀ THIẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1. Chọn phương pháp sản xuất Acid glutamic là loại axit amin cơ thể có thể tổng hợp được, nó có nhiều trong các loại thực phẩm như trong protein thịt động vật, thực vật như đậu peas, cà rốt, rong biển… Có nhiều phương pháp để sản xuất acid glutamic, bao gồm các phương pháp sau: 2.1.1. Phương pháp hoá học Phương pháp này trước đây được sử dụng dài ở các nước châu Âu. Về nguyên tắc thì phương pháp này sử dụng các chất hoá học thông qua các phản ứng mà tổng hợp nên. Tuy nhiên, phương pháp này tạo ra cả acid amin dạng D và L đây là nhược điểm của nó. Và việc tách hai loại này ra gây tốn kém, không kinh tế. 2.1.2. Phương pháp thuỷ phân Vào thế kỉ XIX người ta dùng phương pháp này để thu nhận acid glutamic. - Nguyên tắc: Sử dụng acid hoặc enzyme để thuỷ phân các nguyên liệu có hàm lượng protein cao, thu được các acid amin trong đó có acid glutamic. Sau đó bằng phương pháp hoá lý tách riêng acid glutamic. - Ưu điểm: + Khống chế được quy trình và các điều kiện sản xuất + Có thể áp dụng ở các cơ sở thủ công bán cơ giới hoá + Ổn định được chất lượng sản phẩm của từng mẻ - Nhược điểm: + Nguyên liệu sử dụng phải có hàm lượng protein cao, giá thành cao. + Sử dụng nhiều thiết bị, hoá chất, thiết bị chống ăn mòn. 2.1.3. Phương pháp lên men (sinh tổng hợp) Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi hiện nay để sản xuất acid glutamic. - Nguyên tắc: Dùng chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra acid glutamic để sản xuất. - Ưu điểm: + Nguyên liệu hơn so với hai phương pháp trên. Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -5- SVTH:Trương Thanh Nhi + Ít sử dụng hoá chất, thiết bị chống ăn mòn. + Hiệu suất quá trìng rất cao. + Có thể sử dung các loại nguyên liệu khác nhau nhờ vào chủng vi sinh vật.. - Nhược điểm: + Quá trình đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao và nghiêm ngặt. + Đảm bảo vô trùng mới tạo sản phẩm. + Không chống chế được quá trình. 2.1.4. Phương pháp kết hợp Đây là phương pháp kết hợp giữa phương pháp hoá học và lên men. Với phương pháp này tuy mang lại hiệu suất cao nhưng nó đòi hỏi về kĩ thuật và trang thiết bị hiện đại và chính xác. Vì vậy không thích hợp trong sản xuất công nghiệp, chỉ dùng cho nghiên cứu. Với những trình bày ở trên thì phương pháp lên men có nhiều ưu thế hơn hết trong việc sản xuất acid glutamic. Nên đối với đề tài thiết kế này tôi chọn phương pháp lên men để sản xuât acid glutamic. 2.2. Phương pháp lên men Sản xuất acid glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng 2 phương pháp là lên men 2 giai đoạn (gián đoạn) và lên men trực tiếp. 2.2.1. Phương pháp lên men hai giai đoạn Nguyên tắc của phương pháp này là đầu tiên tạo ra α_Ketoglutaric bằng các kĩ thuật vi sinh như nuôi cấy vi sinh vật. Sau đó chuyển hoá α_Ketoglutaric thành acid glutamic nhờ enzyme aminotransferase và glutamatdehydrogenase. Giai đoạn chuyển từ α_Ketoglutaric thành acid glutamic có thể sử dụng nhiều chung khác nhau như Pseudomonas, Xantonomas, Ervinia,Bacillus,Micrococus. Với môi trường cho trước cho phép ta tạo ra acid glutamic mà không tích luỹ acid α_Ketoglutaric lượng lớn trong môi trường. Quá trìng chuyển hoá acid glutamic được thực hiện qua hai kiểu phản ứng sau: - Chuyển amin: Acid α_Ketoglutaric + acid amin = L_glutamic + acid xetonic Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp - -6- SVTH:Trương Thanh Nhi Amin hoá khử: α_Ketoglutaric + NH4 + NADH + H+ ==== L_glutamic + H2O + NADP+ Enzyme aminotransferase được lấy từ dịch nuôi cấy các vi khuẩn thối rửa như Flavobacterium, Achromobacter, Micrococus… Nhược điểm của phương pháp này là dung quá nhiều enzyme và acid amin làm nguồn amin cho phản ứng dây chuyền nên ít được dung trong công nghiệp. 2.2.2 Phương pháp lên men một giai đoạn Nguyên tắc của phương pháp này là sản xuất L_glutamic ngay trong dịch nuôi cấy bằng một loại vi sinh vật duy nhất. Các sinh vật này đều có hệ enzyme đặc biệt có thể chuyển hoặtc tiếp đường và NH3 thành acid glutamic trong môi trường. - Ưu điểm: +Sử dụng đường làm nguyên liệu có hiệu suất cao. +Nguyên liệu sử dụng rẻ tiền,dễ kiếm. +Nguyên liệu chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng cho quá trìng lên men. Với những ưu điểm như vậy, ở đây tôi chọn phương pháp lên men một giai đoạn để sản xuất acid glutamic. 2.3. Chủng vi sinh vật Tham gia vào quá trình lên men để sản xuất acid glutamic ta chọn vi sinh vật thường dùng là: Corynebacterium glutamicum Brevibacterium lactofermentus Micrococus glutamicus Nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterrium glutamicum (loại vi khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản là Kinosita phát hiện từ năm 1965 có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo acid glutamic) Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -7- SVTH:Trương Thanh Nhi Hình 2.1 Corynebacterium glutamicum. 2.4. Qui trình sản xuất acid glutamic [5, tr167] Rỉ đường H2SO4 pH = 4 đun 125÷1300C trong 6÷8h Tinh bột Hoà nước Xử lý Na2CO3 Lọc Pha loãng 13÷14% Thuỷ phân 1380C,20 phút Trung hoà HCl Na2CO3, than hoạt tính Ép lọc Pha chế dịch lên men pH = 6,7÷6,9 Thanh trùng 110 C,10 phút K2HPO4 0,15% MgSO4 0,075% MnSO4 2% Urê 2,2% 0 Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -8- Làm nguội 28÷300C Giống gốc Nhân cấp I SVTH:Trương Thanh Nhi CấpII Lên men pH = 8,0 urê 1,8% dầu lạc 0,1% Pha loãng Bình trao đổi ion pH = 5÷5,5 Kết tinh Ly tâm Sấy Tinh thể acid glutamic Bao gói Bảo quản 2.5. Thuyết minh qui trình quản 2.5.1. Xử lí nguyên liệu 2.5.1.1. Rỉ đường Thành phần của rỉ đường: - Nước 20% [5,tr25] - Đường 62% - Các chất phi đường 10% a. Xử lí rỉ đường Mục đích: loại bỏ các tạp chất không mong muốn và các vi sinh vật tạp nhiễm, thuỷ phân dịch đường thành các đường đơn. Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -9- SVTH:Trương Thanh Nhi Tiến hành: Dùng H2SO4 1%, pH = 4, đun nóng ở 130oC trong vòng 6 giờ để thuỷ phân hoàn toàn các dextrin, loại bỏ các chất có hại như CO32-, chất keo, chất màu, acid hữu cơ và vi sinh vật tạp nhiễm. Thiết bị: Thiết bị nghịch đảo đường Hình 2.1 Thiết bị nghịch đảo đường [6, tr92] b. Lọc Mục đích của lọc là loại bỏ kết tủa và các chất cặn lắng. Thiết bị: Dùng thiết bị lọc khung bản màng mỏng. Hình 2.2 Thiết bị lọc khung bản [22] c. Pha loãng Nhằm pha loãng rỉ đường đến nồng độ cho phép mà vi sinh vật có thể sử dụng được. Pha loãng đến nồng độ 13÷14%. Thiết bị: Thùng pha loãng. Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp SVTH:Trương Thanh Nhi -10- 2.5.1.2. Tinh bột Hình 2.3 Thùng pha loãng rỉ đường Thành phần của tinh bột sắn: - Tinh bột 83÷88% [5, tr24] - Nước 10,6÷14,4% - Đạm 0,1÷0,4% - Chất khoáng 0,1÷0,6% - Chất hoà tan 0,1÷ 1,3% Sử dụng Cyclon để chứa tinh bột. a. Hoà tan Mục đích: Nhằm làm trương nở các hạt tinh bột nhằm dễ dàng cho quá trình thuỷ phân. Thiết bị: Thiết bị hoà tan có cánh khuấy. Hình 2.4 Thùng hoà tan tinh bột b. Thuỷ phân Mục đích: Là chuyển toàn bộ tinh bột thành đường làm môi trường dinh dưỡng cho vi sinh vật. Đường ở đây chủ yếu là glucoza. Tiến hành: Cho HCl vào thuỷ phân (C6H10O5)n + n H2O HCl n C6H12O11 Tỷ lệ bột rắn ÷ nước ÷ acid = 100÷350÷165 [5, tr170] Hỗn hợp được khuấy đều. Nâng nhiệt lên 138oC trong thời gian 20 phút. Thiết bị: Sử dụng thiết bị thuỷ phân. Hình 2.5 Thiết bị thuỷ phân tinh bột. [6, tr87] Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp SVTH:Trương Thanh Nhi -11- c. Trung hoà Mục đích : Nhằm trung hoà lượng acid dư và điều chỉnh pH của dịch thuỷ phân để đạt pH = 4,8. Cho than hoạt tính vào để tẩy màu và giúp cho quá trình dễ dàng hơn. Tiến hành : Dùng NaCO3 trung hoà 2HCl + NaCO3 NaCl + CO2 + H2O Thiết bị : Dùng thiết bị trung hoà. Hình 2.6 Thiết bị trung hoà [6, tr94] d. Ép lọc Mục đích : Tách các phần bã và các chất không hoà tan được trong dung dịch đường glucoza 16÷18%. Hình 2.7 Thiết bị ép lọc kiểu phòng [22] 2.5.2. Pha chế dịch lên men Mục đích : Tạo ra môi trường cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men tạo sinh khối. Tiến hành : Phối trộn giữa dịch thuỷ phân tinh bột và dịch rỉ đường đã pha loãng. Ngoài ra còn bổ sung thêm các chất sau: - K2HPO4 0,15% - MnSO4 2% Điều chỉnh pH đến 6,7÷6,9 Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -12- SVTH:Trương Thanh Nhi Thiết bị: thiết bị pha chế dịch lên men. 2.5.3. Thanh trùng và làm nguội Mục đích : Nhằm vô trùng môi trường dinh dưỡng trước khi lên men tránh xâm nhiễm của vi sinh vật gây hại và sau đó hạ nhiệt độ của môi trường dinh dưỡng xuống nhiệt độ lên men thích hợp với vi sinh vật. Tiến hành : Thanh trùng ở 1400C trong 30 phút. Sau đó hạ nhiệt độ xuống còn 28÷300C và pH = 8. Thiết bị: Dùng thiết bị thanh trùng. 2.5.4. Nhân giống [5, tr171-173] Mục đích là tạo ra đủ số lượng giống cần thiết cho quá trình lên men. Quá trình nhân giống được tiến hành qua các bước sau: Giống gốc cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 ống thạch nghiêng đời 2 thùng tôn (giống cấp 2) lên men bình lắc (giống cấp 1) cấy truyền ra nuôi trong lên men chính (giống cấp 3). 2.5.4.1. Cấy truyền ra ống thạch nghiêng -Môi trường thạch nghiêng: Pepton: 1% Cao thị bò: 1% NaCl tinh chế: 0,5% Thạch: 2% Hình 2.8 Ống thạch nghiêng - Pha trộn môi trường: Dùng nước hoà tan các chất, cho thạch vào sau đó cho NaOH vào điều chỉnh pH = 7 ÷ 7,2. Cuối cùng cho môi trường vào ống nghiệm thanh trùng 20 ÷ 30 phút, áp lực 1kg/cm2. Sau đó hạ nhiệt độ xuống 50 ÷ 600C, để ống nghiệm nghiêng thạch đông lại, sấy ở 45 giờ ở t0 = 320C, đem bảo quản lạnh. - Tiến hành : Dùng que cấy cấy giống gốc từ các ống thạch nghiêng để vào tủ ấm trong 24 giờ cho khuẩn lạc phát triển, ta được giống đời 1, cấy truyền sang ống thạch nghiêng một lần nữa ta được giống đời 2. Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp SVTH:Trương Thanh Nhi -13- 2.5.4.2. Giống cấp 1 -Môi trường giống cấp 1: Đường glucoza tinh khiết 2,5% Rỉ đường 0,25% Nước chấm 0,32% MgSO4.7H2O 0,04% Fe, Mn (đã pha 2000g/l) 0,002% Urê 0,5% B1 (đã pha 150g/l) 0,00015% Hình 2.9 Bình tam giác Chuẩn bị môi trường: Dùng nước hoà tan các chất cho vào các bình tam giác 1000ml, sau đó điều chỉnh pH = 7 ÷ 7,2, sau đó đem đi thanh trùng 20 ÷30 phút, áp lực 1kg/cm2, sau đó để nguội xuống 50 ÷ 600C rồi tiến hành cấy giống. Tiến hành: Giống từ các ống thạch nghiêng được cấy vào các bình tam giác sau đó đưa vào các máy lắc trong 24 giờ, sau đó bảo quản lạnh ở 50C. 2.5.4.3. Giống cấp 2 - Môi trường cấp 2( thiết bị lên men 60 lít): Đường glucoza 2000g MgSO4 24g H3PO4 60g Nước chấm 300ml Rỉ đường 600g Urê 480g Dầu lạc 60ml B1 20mg Hình 2.10 Thùng tôn KOH để pH = 9 - Chuẩn bị môi trường: Các chất được hoà trộn cùng với nước sau đó thanh trùng ở 1200C trong thời gian 30 phút.Sau đó làm nguội xuống còn 320C và tiến hành lên men trong các thùng tôn. Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -14- SVTH:Trương Thanh Nhi -Tiến hành: Quá trình nuôi giống khống chế ở nhiệt độ 320C, áp suất 1kG/cm3 không tiếp urê và dầu như quá trình lên men chính, lượng không khí cho vào khoảng: 850 ÷ 1100 lít/giờ, kiểm tra pH 1 giờ 1 lần hoặc lượng không khí tăng dần tính từ giống nhỏ sang lên men chính theo tỉ lệ 1,0 - 0,25 - 0,5l/l.phút: (lít không khí/lít môi trường /1 phút). Đến giờ thứ 8 thì soi chọn giống: Nồi nào dùng được thì 9 giờ giống có thể cấy tiếp sang nồi lên men chính (Đo OD dịch lên men, soi nồng độ vi khuẩn và xác định hàm lượng đường sót…) nếu chưa đạt yêu cầu thì có thể kéo dài thời gian lên men thêm 1 ÷ 2h nữa. Nồng độ giống là 10g/lít. 2.5.5. Lên men Mục đích : Thông qua các hoạt động sống của vi khuẩn trong những điều kiện thích hợp để chuyển hoá đường và đạm thành acid glutamic.Nồng độ dịch lên men 10÷14%. Tiến hành : Lên men tiến hành qua 3 giai đoạn -Giai đoạn đầu : 8÷12h, giai đoạn này chủ yếu là tăng sinh khối. Các chất có trong môi trường thẩm thấu vào tế bào làm cho vi khuẩn lớn lên đạt kích thước cực đại và bắt đầu sinh sản, phân chia. Ở giai đoạn này acid glutamic tạo ra rất ít. pH có tăng từ 6,5÷6,7 lên 7,5÷8 (do bổ sung urê). -Giai đoạn giữa : từ giờ thứ 10,12 đến giờ thứ 24,26. Không tăng số lượng tế bào hoặc tăng rất ít. Đường và đạm vô cơ thể thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn và các quá trình chuyển hoá bởi men và các phản ứng để tạo acid glutamic trong tế bào. Lượng acid sinh ra nhiều làm pH giảm nên phải bổ sung thêm urê để pH = 8. Acid tạo ra đạt 30÷40g/l. -Giai đoạn cuối : Các quá trình xảy ra chậm dần cho đến khi hàm lượng đường chỉ còn dưới 1% thì lên men kết thúc. Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC. Hình 2.11 Nồi lên men [6, tr203] Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp SVTH:Trương Thanh Nhi -15- Lượng không khí : 30÷40cm3/giờ cho 1m3 môi trường. Cánh khuấy hai tầng : 180÷200vòng/phút. Khi bọt nhiều phải tiếp giống để phá bọt tạo điều kiện để CO2 thoát ra. Thiết bị : Dùng nồi lên men 2.5.6. Trao đổi ion Mục đích : Tách acid glutamic ra khỏi dịch lên men. Tiến hành : Cho dòng chảy dịch lên men qua bình chứa các hạt nhựa resin với tốc độ 150÷180lít/phút trong thời gian 180phút, resin sau khi đã cation hoá có khả năng giữ lại các anion chủ yếu là acid glutamic. Sau đó dùng NaOH 4÷6%,lưu tốc 6m/giờ lưu lượng 1000lít/phút, thời gian 30phút để tách acid glutamic: Quá trình hấp thụ: R-SO3H+ + NH3ROO- R'SO3NH3RCOOH Quá trình tách: R'SO3NH3COOH + NaOH R'SO3Na + NH2RCOOH + H2O Thiết bị: Dùng thiết bị trao đổi dạng cột. Hình 2.12 Thiết bị trao đổi ion [20] 2.5.7. Kết tinh Mục đích : Nhằm tách acid glutamic ra khỏi dung dịch acid glutamic. Tiến hành : Dung dịch sau khi đưa về điểm đẳng điện Ph=2,9÷3,2 thì cho nước vào ống xoắn trong thùng kết tinh để kết tinh dần, trong khi đó cách khuấy hoạt động làm acid glutamic kết tủa thành cục to, tơi, xốp. Tám giờ sau ngừng khuấy và hạ đến nhiệt độ không khí. Sau 48 giờ dung dịch tách 2 pha. Pha rắn là Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -16- SVTH:Trương Thanh Nhi acid glutamic kết tinh, pha lỏng là nước là một số acid glutamic tan vào đó gọi là nước các. Phần nước các đem trao đổi nhựa tiếp, phần ảm đem ly tâm thu acid glutamic ẩm. Thiết bị: Thiết bị kết tinh có cánh khuấy. Hình 2.13 Thiết bị kết tinh [6,tr150] 2.5.8. Ly tâm Mục đích : Thu acid glutamic từ hỗn hợp có nước nhằm dễ dàng cho quá trình sấy. Thiết bị: Thiết bị ly tâm lọc tháo chất rắn tự động ở đáy. Hình 2.14 Thiết bị ly tâm [21] 2.5.9. Sấy Mục đích : Acid glutamic hút ẩm rất nhanh nên sau ly tâm phải sấy ngay. Tiến hành : Acid glutamic ẩm đưa vào thiết bị sấy nhờ cơ cấu rung và chạy trên băng chuyền liên tục, không khí nóng được thổi liên tục vào làm bay hơi ẩm và làm khô acid. Thiết bị: Thiết bị sấy acid glutamic Hình 2.15 Thiết bị sấy [21] Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -17- SVTH:Trương Thanh Nhi 2.5.10. Bao gói Sau khi sấy acid glutamic cho vào các túi polyetylen 2 lần. Tuỳ theo yêu cầu mà khối lượng mỗi bao từ 100g÷0,5kg. Ở giữa túi có khi nhãn hiệu có ghi rõ khối tịnh lượng, ngày sản xuất, hạn sử dụng và cách sử dụng. Thiết bị : Máy đóng bao bì Hình 2.16 Máy đóng gói [23] 2.5.11. Bảo quản Các túi acid glutamic nhỏ 0,5kg được bọc trong 1 túi lớn khoảng 10kg được bọc bằng giấy chống ẩm và đóng hộp các tông đưa qua nhập kho. Hình 2.17 Acid glutamic Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp SVTH:Trương Thanh Nhi -18- CHƯƠNG III TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1. Giả thuyết Ta giả sử tổn hao của từng công đoạn so với công đoạn trước đó như sau: - Xử lý nguyên liệu 1% - Ép lọc dịch tinh bột 2% - Lọc dịch rỉ đường 2% - Pha dịch lên men 1% - Lên men 1% - Trao đổi ion 2% - Kết tinh 1% - Ly tâm 1% - Sấy 2% Nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể với năng suất 800 kg thành phẩm/ngày. 3.2. Biểu đồ sản xuất - Các ngày nghỉ trong năm: + Tết dương lịch nghỉ 1 ngày + Tết âm lịch nghỉ 4 ngày + Chiến thắng 30-4 nghỉ 1 ngày + Quốc tế lao động nghỉ 1 ngày + Giỗ tổ hung vương nghỉ 1 ngày + Quốc khánh 2-9 nghỉ 1 ngày + Chủ nhật nghỉ 1 ngày Tháng 11 mưa nhiều nghỉ 10 ngày để tu sửa và vệ sinh thiết bị. Ngày làm việc 3 ca. Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp SVTH:Trương Thanh Nhi -19- Bảng 3.1 Tháng 1 Số ngày 27 làm Số ca 81 làm 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 20 27 24 27 26 27 27 25 27 16 27 Cả năm 300 60 81 72 81 78 81 81 75 81 48 81 900 3.3. Cân bằng vật liệu Trong một năm nhà máy hoạt động 300 ngày. Năng suất cả năm là: macid glutamic = 800 300 = 240 (tấn/năm). 3.3.1. Sấy Tỉ lệ hao hụt là 2% Độ ẩm trước khi sấy là 6% Độ ẩm thành phẩm là 0,5% Lượng ẩm trong acid glutamic thành phẩm 0.5× 800  4,00 (kg/ngày) 100 Lượng acid glutamic khô thành phẩm 800 - 4 = 796,00 (kg/ngày) Lượng acid glutamic khô chưa tiêu hao 796,00× 100 = 812,24(kg/ngày) (100  2) Lượng acid glutamic ẩm đi qua máy sấy (812,24+4,00)× 100  0.5 = 864,00(kg/ngày) 100  6 Lượng ẩm tách ra 864,00 - (812,24 + 4,00) = 47,76(kg/ngày) 3.3.2. Ly tâm Tỉ lệ hao hụt là 1% Trước khi ly tâm độ ẩm là 30% Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày. Đồ án tốt nghiệp -20- SVTH:Trương Thanh Nhi Lượng acid glutamic khô chưa tiêu hao 812,24× 100 = 820,45 (kg/ngày) (100  1) Lượng acid glutamic ướt vào máy ly tâm 864,00× 100  6 = 1160,23 (kg/ngày) 100  30 Lượng dịch tách ra khi ly tâm 1160,23 - 864,00 = 296,23 (kg/ngày) 3.3.3. Kết tinh Tỉ lệ hao hụt là 1% Hiệu suất kết tinh là 75% Theo bảng 20 [5,tr51] Độ hoà tan của acid glutamic ở 120C là 352 g/l Lượng acid glutamic khô chưa tiêu hao 820,45× 100 = 828,74(kg/ngày) (100  1) Lượng acid glutamic khô khi chưa kết tinh 828,74  100 = 1104,98(kg/ngày) 75 Lượng acid hoà tan trong dung dịch 1104,98 - 824,74 = 276,25(kg/ngày) Thể tích của dung dịch hoà tan 276,25 = 784,79 (lít/ngày) 352  10 3 Ta có Dacid glutamic = 1,54 g/cm3 (theo http//:physchem.ox.ac.uk/MSDS/GL/l-glutamic_acid.htm) Khối lượng dung dịch hoà tan 784,79 × 1,54 = 1208,57 (kg/ngày) Tổng khối lượng dịch trong quá trình kết tinh 1208,57 + 1106,23= 2368,81(kg/ngày) Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩm/ngày.