Tài liệu Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 480 tấn sản phẩmnăm (82trang)

  • Số trang: 80 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 257 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 20010 tài liệu

Mô tả:

Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 480 tấn sản phẩmnăm (82trang)
1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: HÓA LỜI NÓI ĐẦU Trong đời sống thường nhật, axit amin nói chung và axit glutamic nói riêng có một ý nghĩa to lớn. Axit glutamic là một axit amin công nghiệp quan trọng, rất cần cho sự sống, có công thức hóa học là: HOOC – CH – CH2 – CH2 – COOH NH2 Tuy là một loại amino axit không phải thuộc loại không thay thế nhưng nhiều thí nghiệm lâm sàng cho thấy nó là một loại axit amin đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của người và động vật, trong việc xây dựng prôtêin, xây dựng các cấu tử của tế bào. Axit glutamic có thể đảm nhiệm chức năng tổng hợp nên các aminoaxit khác nhau như alanin, lơsin, cystein, …. nó tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp cho cơ thể tiêu hóa nhóm amin và tách NH3 ra khỏi cơ thể . Nó chiếm phần lớn thành phần protein và phần xám của não, đóng vai trò quan trọng trong các biến đổi sinh hóa ở hệ thần kinh trung ương vì vậy trong y học còn sử dụng axit glutamic trong trường hợp suy nhược hệ thần kinh nặng, mỏi mệt, mất trí nhớ, sự đầu độc NH 3 vào cơ thể, một số bệnh về tim, bệnh teo bắp thịt, … Axit glutamic còn dùng làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp một số hóa chất quan trọng. Muối natri của axit glutamic là natri glutamat mà ta quen gọi là mì chính là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ăn hàng ngày [4, tr 7]. Hiện nay ở nước ta vẫn còn ít các nhà máy sản xuất axit glutamic, mà phần lớn là nhập từ nước ngoài, đây là lợi thế để xây dựng nhà máy sản xuất axit glutamic cung cấp cho thị trường trong nước. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu trong nước và tiến tới xuất khẩu, nên em chọn đề tài thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic với năng suất 480 tấn sản phẩm/năm. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: HÓA CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Khu vực miền Trung và các tỉnh Tây Nguyên chưa có nhà máy sản xuất axit glutamic, nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất của khu vực cũng phong phú. Đây là một điều kiện rất thuận lợi để chúng ta tiến hành sản xuất loại sản phẩm này nhằm cung cấp cho thị trường rộng lớn và tiến đến xuất khẩu. Với những ưu điểm như vậy nên việc xây dựng một nhà máy sản xuất axit glutamic ở Gia Lai là việc làm hợp lý và sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao trong quá trình hoạt động. 1.1. Đặc điểm tự nhiên của tỉnh Gia Lai Gia Lai nằm ở khu vực phía Bắc của Tây Nguyên, có diện tích tương đối lớn. Phía bắc giáp tỉnh Kon Tum, phía nam giáp tỉnh Đắk Lắk, phía tây giáp Campuchia với 90 km đường biên giới quốc gia, phía đông giáp các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định và Phú Yên. Đặc biệt có khu công nghiệp Trà Đa nằm trong thành phố Plêiku là điều kiện rất thuận lợi cho vấn đề cung cấp điện, nước, hơi và nhiên liệu. Khí hậu gió mùa cao nguyên, một năm có hai mùa: mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Lượng mưa trung bình từ 2.200 đến 2.500 mm ở vùng Tây Trường Sơn và từ 1.200 đến 1.750 mm ở vùng Đông Trường Sơn. Nhiệt độ trung bình năm là 22 – 25ºC [13]. 1.2. Vùng nguyên liệu Ở Gia Lai có nhà máy đường An Khê cách khu công nghiệp Trà Đa 80km về phía Đông, là một trong những nhà máy đường lớn của khu vực nên việc cung cấp nguyên liệu cho nhà máy rất thuận lợi. Nhà máy tinh bột sắn ở Kon Tum cũng cách khu công nghiệp 50km về phía Bắc sẽ là nguồn cung cấp tinh bột cho sản xuất. Ngoài ra, Gia Lai còn là vùng nguyên liệu sắn lớn của khu vực Nam Trung Bộ và phía Bắc Tây Nguyên nên sẽ là nguồn nguyên liệu dồi dào cho nhà máy hoạt động. 1.3. Hợp tác hóa Khu công nghiệp Trà Đa là khu công nghiệp lớn của tỉnh Gia Lai và khu vực Bắc Tây Nguyên nói chung nên quá trình hợp tác hóa với các nhà máy khác về sử GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 Khoa: HÓA dụng các công trình công cộng như điện, nước, hệ thống giao thông, hệ thống cấp thoát nước… sẽ thuận lợi, giảm chi phí đầu tư. 1.4. Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu Gia Lai có các nhà máy thủy điện lớn như Ialy, Sêsan, An Khê… nên việc cung cấp điện cho khu công nghiệp nói chung và nhà máy nói riêng sẽ luôn được đảm bảo. Bên cạnh đó, việc tạo điều kiện thuận lợi và sự quan tâm đầu tư của tỉnh nên nguồn cung cấp hơi và các nhiên liệu cũng thuận lợi [15]. 1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước Nước cung cấp cho nhà máy phải đảm bảo tiêu chuẩn về nước sạch cho các nhà máy thực phẩm nên nguồn nước cung cấp cho nhà máy được lấy từ nguồn nước của công ty cấp nước thành phố. Nước trước khi đưa vào sản xuất được lắng, lọc, làm mềm và xử lý iôn. Nước thải của nhà máy cũng được đưa về hệ thống xử lý nước thải chung của khu công nghiệp rồi xử lý trước khi được thải ra ngoài. 1.6. Giao thông vận tải Có Quốc lộ 14 nối Gia Lai với Kon Tum, Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng về phía Bắc và Đắk Lắk, Đắk Nông, các tỉnh vùng Đông Nam Bộ về phía Nam. Quốc lộ 19 nối với cảng Quy Nhơn dài 180km về phía Đông và các tỉnh Đông Bắc Campuchia về hướng Tây. Quốc lộ 25 nối với Phú Yên. Ngoài ra, đường Hồ Chí Minh cũng đi qua địa bàn tỉnh Gia Lai. Các quốc lộ 14, 25 nối Gia Lai với các tỉnh Tây Nguyên và duyên hải miền Trung rất thuận tiện cho vận chuyển hàng hóa đến cảng để xuất khẩu và các trung tâm kinh tế lớn của cả nước. Sân bay Plêiku có đường bay từ Pleiku đi thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Huế, Hà Nội và ngược lại [14]. Ngoài ra, cửa khẩu Lệ Thanh ở Gia Lai và cửa khẩu Bờ Y ở Kon Tum sẽ là con đường để vận chuyển sản phẩm sang Campuchia và Lào phục vụ cho xuất khẩu [16]. 1.7. Nhân công và thị trường tiêu thụ Nguồn nhân công sẽ được tuyển từ nguồn lao động của địa phương và các vùng lân cận, lượng lao động vãn lai cũng dồi dào từ đó có thể thuê nhân công với giá rẻ. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 Khoa: HÓA Thị trường tiêu thụ được chọn là thị trường của cả nước và hướng đến xuất khẩu sang các nước trong khu vực, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á. 1.8. Nguồn tiêu thụ sản phẩm Nguồn tiêu thụ sản phẩm chủ yếu của công ty là hướng vào công ty Dược Bình Định Bidiphar, các công ty chế biến thức ăn gia súc, gia cầm trong khu vực vì đây là các công ty cần một lượng lớn axit glutamic để phục vụ cho sản xuất hàng năm. Ngoài ra, các sản phẩm trong quá trình sản xuất cũng làm nguyên liệu cho nhà máy phân bón phục vụ cho trồng trọt. Bên cạnh đó xuất khẩu sản phẩm sang các nước Lào và Campuchia cũng là thị trường cần được hướng tới trong quá trình hoạt động của nhà máy. Kết luận: Với những điều kiện thuận lợi trên là hoàn toàn có thể xây dựng và đảm bảo cho sự hoạt động của một nhà máy sản xuất axit glutamic tại khu công nghiệp Trà Đa của tỉnh Gia Lai. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: HÓA CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN Vào năm 1860 nhà khoa học Ritthaussen ở Hamburg (Đức) xác định thành phần các protein động vật, đặc biệt là thành phần các axit amin, trong đó có một axit amin với tên gọi là axit glutamic: HOOC – CH – CH2 – CH2 – COOH NH2 và muối natri của nó gọi là glutamat natri. Tên axit glutamic xuất phát từ thuật ngữ gluten của bột mì. Tách gluten, thủy phân nó bằng axit và cuối cùng thu được một lượng lớn axit amin, trong đó axit glutamic chiếm 80% lượng các axit amin [4, tr 15]. Axit 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… Là một trong 20 axit amin cấu tạo nên phân tử protein được sử dụng nhiều trong thực tế cuộc sống vì công dụng của nó [17]. * Nguyên liệu: Để lên men sản xuất axit glutamic, người ta dùng nguyên liệu chủ yếu là dịch có đường, hoặc rỉ đường, hoặc các nguồn nguyên liệu tinh bột đã qua giai đoạn đường hóa. Khoai mì là nguyên liệu tinh bột được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Ngoài ra còn có các nguồn dinh dưỡng bổ sung như muối amôn, photphat, sulfat, biotin, vitamin B... Trong thực tế sản xuất, người ta dùng rỉ đường làm môi trường lên men thay cho cao bắp. Rỉ đường thường pha loãng đến 13 – 14% và thanh trùng trước khi lên men. Nếu là nguyên liệu chứa tinh bột, thì tinh bột phải được thủy phân (quá trình dịch hóa và đuờng hóa) nhờ enzym α , β, amylaza rồi sau đó mới bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường lên men. * Chủng vi sinh: Quá trình lên men sản xuất axit glutamic bằng các chủng vi sinh thường sử dụng là: Corynebacterium Glutamicum, Brevibacterium Lactofermentus, Micrococcus GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 Khoa: HÓA Glutamicus; nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium Glutamicum có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra axit glutamic. Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều axit glutamic, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ axit cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất [17]. * Cơ chế tổng hợp thừa axit glutamic: Tính thấm của màng tế bào bị thay đổi vì thiếu biotin, do tác dụng của penicillin hay dẫn xuất của chất béo. Nếu tính thấm không bị thay đổi thì chỉ diễn ra sự tổng hợp axit gutamic trong tế bào và không có sự tiết axit này ra môi trường. Như vậy, axit glutamic nồng độ cao sẽ ức chế phản ứng của glutamate-dehydrogenaza tạo thành axit glutamic. Do biến đổi về tính thẩm thấu, tế bào chỉ cho axit glutamic ra ngoài và trong nội bào nồng độ axit amin này thấp nên không có sự ức chế ngược bởi sản phẩm cuối cùng. Sự hư hại tính thấm xuất hiện khi nồng độ biotin tối ưu là 2 – 5 µ g/l. Còn nồng độ bioin tối thích cho sự sinh trưởng của chủng sản ở khoảng 14 µ g/l. Cũng có thể tạo ra sự hư hại này bằng cách bổ sung các chất hoạt động bề mặt như Tween 60polyoxyetylen- socbitanmonostearat, Tween-40poyoxyetylen-sobitan-monopalmitat như penicillin. Các tác nhân bề mặt này được bổ sung vào giữa hay cuối pha sinh trưởng. Việc penicillin gây hư hại cho tính thấm có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt vì nhờ đó có thể sử dụng các nguyên liệu phức tạp như rỉ đường [3, tr 19]. * Kỹ thuật sản xuất: Sản xuất axit glutamic bằng phương pháp lên men người ta sử dụng hai phương pháp là lên men liên tục và lên men gián đoạn: Phương pháp lên men liên tục Cơ chất và các thành phần môi trường được bổ sung liên tục vào thiết bị lên men và dịch lên men được lấy ra dần. Phương pháp lên men gián đoạn Có 2 phương pháp lên men gián đoạn: Phương pháp lên men gián đoạn không bổ sung cơ chất GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 Khoa: HÓA Cho toàn bộ cơ chất và hóa chất cần dùng một lần ngay từ ban đầu vào thiết bị lên men. Chỉ có dầu phá bọt và dịch đường… được bổ sung theo nhu cầu trong quá trình lên men. Lượng môi trường ban đầu thường 60 – 65% thể tích của thùng. Khoảng trống của thùng dành cho bọt hoạt động 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 trực tiếp đường và NH 3 thành axit glutamic trong môi trường. Ưu điểm của phương pháp này là: + 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 trình lên men [4, tr 124]. Phương pháp lên men gián đoạn có bổ sung cơ chất Không cho toàn bộ cơ chất vào thiết bị lên men ngay từ đầu mà chia làm hai khối nhỏ, 15 – 20% cơ chất cùng các hóa chất được đưa vào môi trường ban đầu, khối còn lại (80 – 85%) được bổ sung dần trong quá trình lên men. Quá trình lên men gián đoạn gồm các giai đoạn sau: a. 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 axit glutamic tạo ra rất ít. pH có tăng từ 6,5 ÷ 6,7 lên 7,5 ÷ 8. b. Giai đoạn giữa: Từ giờ thứ 10, 12 đến giờ thứ 24, 26. Số lượng tế bào không tăng hoặc tăng rất ít. Quá trình chủ yếu của giai đoạn này là đường và đạm vô cơ thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn và các quá trình chuyển hoá bởi men và các phản ứng để tạo axit glutamic trong tế bào. Lượng axit sinh ra nhiều làm pH giảm nên phải bổ sung thêm urê để pH = 8, CO2 bay ra nhiều, bọt tăng ào ạt. Trong giai đoạn này nhiệt độ tăng nhanh. Axit tạo ra đạt 30 ÷ 40g/l. c. 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 [4, tr 174]. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 Khoa: HÓA * Tinh sạch: Kết thúc quá trình lên men, axit glutamic được tạo thành cùng với một số tạp chất khác, do đó cần phải tinh chế các tạp chất này ra khỏi dung dịch chứa axit. Người ta có thể sử dụng than hoạt tính để khử màu. Axit glutamic được thu bằng cách điều chỉnh pH = 3,2 rồi cô đặc dung dịch và giảm nhiệt độ xuống từ 40 – 15 oC sẽ thu được tinh thể axit glutamic với lượng 77 – 88% hoặc cao hơn. Sau đó đem ly tâm, lọc, và sấy ở nhiệt độ thấp sẽ thu được tinh thể axit glutamic màu trắng [17]. CHƯƠNG 3 GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 Khoa: HÓA CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1. Chọn phương pháp sản xuất Axit 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 sản xuất axit glutamic khác nhau, từ các nguồn nguyên liệu khác nhau. Hiện nay, trên thế giới có bốn phương pháp cơ bản: 3.1.1. Phương pháp tổng hợp hóa học Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên axit glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của công nghiệpdầu hỏa hay các nghành khác. Phương pháp này có những ưu - nhược điểm cụ thể như sau: Ưu điểm: Phương pháp này có thể sử dụng nguồn nguyên liệu không phải thực phẩm để sản xuất ra và tận dụng được các phế liệu của công nghiệp dầu hỏa. Nhược điểm: Chỉ thực hiện được ở những nước có công nghiệp dầu hỏa phát triển và yêu cầu kỹ thuật cao. Mặt khác sản xuất bằng con đường này tạo ra một hỗn hợp không quay cực D, L-axit glutamic, việc tách L-axit glutamic ra lại khó khăn nên làm tăng giá thành sản phẩm. Do nhược điểm như vậy nên phương pháp này ít được ứng dụng ở các nước. 3.1.2. Phương pháp thủy phân prôtêin Phương pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các hóa chất hoặc fecmen để thủy phân một nguồn nguyên liệu prôtêin nào đó (khô đậu, khô lạc,…) ra một hỗn hợp các aminoaxit từ đấy tách các axit glutamic ra. Quá trình này có thể tóm tắt như sau: gluten của bột mì được thủy phân bằng axit HCl để giải phóng ra các axit amin ở 150 oC. Sau đó các chất cặn bã sẽ được lọc, dịch lọc được cô đặc và giữ ở nhiệt độ thấp để làm giảm độ hòa tan của chất tan, từ đó các hạt tinh thể kết tinh của hydroclorat glutamic quá bão hòa sẽ dần dần được tạo thành. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 Khoa: HÓA Những hạt tinh thể này sẽ được lọc để tách riêng và sau đó được hòa tan trong nước. Dung dịch này sẽ được trung hòa bằng Na2CO3 cho tới pH = 3,2 (pH đẳng điện), ở pH này tinh thể axit glutamic sẽ kết tinh ra khỏi dung dịch và được tách riêng bằng phương pháp ly tâm. Sau đó pha loãng và kết tinh lần hai với dung dịch Na 2CO3 ở pH = 5,7 ÷ 7,0. Than hoạt tính và Na2CO3 được thêm vào để khử màu và kết tủa các tạp chất. Tạp chất sẽ được lọc, dịch lọc được cô đặc bằng phương pháp bay hơi chân không thu được dịch cô đặc axit glutamic, dịch cô đặc được tách nước bằng phương pháp ly tâm, sản phẩm thu được được sấy khô tạo nên tinh thể cuối cùng là axit gutamic tinh khiết. Phương pháp này có những ưu - nhược điểm cụ thể như sau: Ưu điểm: Dễ khống chế quy trình sản xuất và áp dụng được vào các cơ sở thủ công bán cơ giới, cơ giới dễ dàng. Nhược điểm: Cần sử dụng nguyên liệu giàu protit hiếm và đắt. Cần nhiều hóa chất và các thiết bị chống ăn mòn Hiệu suất thấp đưa đến giá thành cao. 3.1.3. Phương pháp lên men (sinh tổng hợp) Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tông hợp ra các axit amin từ các nguồn gluxit và đạm vô cơ. Phương pháp này đang có nhiều triển vọng phát triển ở khắp các nước, nó tạo ra được nhiều loại aminoaxit như: axit glutamic, lizin, vali, alanin, phenylalanin, tryptophan, methionin,… Phương pháp lên men có nguồn gốc từ Nhật Bản, năm 1956 khi mà Shukuo và Kinoshita sử dụng chủng Micrococcus glutamicus sản xuất từ môi trường có chứa glucoza và amoniac. Sau đó một số loài vi sinh vật khác cũng được sử dụng như Brevi bacterium và Microbacterium,… Nhiệt độ lên men giữ ở 28 oC và duy trì pH = 8,0 bằng cách thường xuyên bổ sung urê [4, tr 21]. Điều kiện hiếu khí là rất quan trọng bởi vì nếu không được sục khí thì sản phẩm tạo thành không phải là axit glutamic mà là lactat. Khi sử dụng nguyên liệu là rỉ đường thì cần bổ sung các chất kháng biotin để kiểm soát sự sinh trưởng của vi sinh vật. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: HÓA Phương pháp này có nhiều ưu điểm nên đang được nghiên cứu và ứng dụng ở nước ta và các nước trên thế giới. Ưu điểm chính: + Không sử dụng nguyên liệu giàu protit. + Không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn. + Hiệu suất cao, giá thành hạ. + Tạo ra axit glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao. 3.1.4. Phương pháp kết hợp Đây là phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hóa học và vi sinh vật học. Phương pháp vi sinh vật tổng hợp nên axit amin từ các nguồn đạm vô cơ và gluxit mất nhiều thời gian, do đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo ra những chất có cấu tạo gần giống axit amin, từ đấy lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo ra axit amin. Tổng hợp R – C – COOH O R – C – COOH O R – CH – COOH VSV + h/c N NH 2 Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng nghiên cứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất. Với những trình bày ở trên thì phương pháp lên men có nhiều ưu thế hơn hết trong việc sản xuất axit glutamic. Nên đối với đề tài thiết kế này tôi chọn phương pháp lên men để sản xuất axit glutamic. 3.2. Chủng vi sinh vật Tham gia vào quá trình lên men để sản xuất axit 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 có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo axit glutamic. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: HÓA 3.3. Qui trình sản xuất axit glutamic Sau khi tham khảo qui trình sản xuất của nhà máy Ajnomoto cùng với các tài liệu tham khảo tôi đã chọn được qui trình sản xuất cụ thể như sau: Rỉ đường H2SO4 pH =2,23,5 toC = 5060 trong 40÷60h Tinh bột Xử lý Pha loãng, lọc Li tâm Dịch hóa (pH=5,57; toC=90110) _amylaza Đường hóa (pH=4,24,5; toC=6062) K2HPO4 0,15% MgSO4 0,075% MnSO4 0,0025% FeSO4 0,05 Pha chế dịch lên men pH = 6,7÷6,9 Thanh trùng (1150C, 20 phút) và Làm nguội 2830oC Giống gốc Nhân cấp I _amylaza CấpII Lên men pH = 8,0 Dịch đường 38÷45% dầu lạc 0,1% Urê 1,8% Lọc tách sinh khối Cô đặc chân không Tẩy màu Than hoạt tính GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13 Axit hóa và kết tinh Khoa: HÓA (pH = 3,2; to = 5oC) Ly tâm Lọc băng tải Sấy Làm nguội Bao gói Bảo quản 3.4. Thuyết minh qui trình 3.4.1. Xử lí nguyên liệu 3.4.1.1. Nguyên liệu rỉ đường Rỉ đường mía là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường kính kết tinh. Hàm lượng đường trong mật mía là: + Đường tổng số : 45 – 60% (theo mùa) + Ca2+ : 0,3 – 1,2% + K+ : 2,0 – 4,0% + Độ màu (đo ở bước sóng 400 nm, pha loãng 250 lần): 0,3 – 1,3 + Hàm lượng chất khô tổng số: 60 – 80% [8] a. Xử lý rỉ đường GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: HÓA Mục đích chính của xử lý là loại bỏ các tạp chất không mong muốn và các vi sinh vật tạp nhiễm, thuỷ phân dịch đường thành các đường đơn. Quá trình xử lý này còn nhằm loại canxi (Decancium): Iôn canxi làm ảnh hưởng đến quá trình kết tinh glutamic. Trong rỉ mật có chứa nhiều canxi- đây là kim loại có ảnh hưởng đến quá trình lên men và kết tinh axit glutamic, mục đích của giai đoạn này là loại canxi khỏi rỉ mật. Ngoài ra H2SO4 được sử dụng để loại canxi còn có vai trò thủy phân đường sacaroza trong rỉ mật thành glucozanguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật sử dụng. Sơ đồ phản ứng: C12H22O11 + H2O H2SO4 C6H12O6 + Glucoza Ca2+ + SO42- C6H12O6 Fructoza CaSO4 Điều kiện của thủy phân là: + Nhiệt độ: 50 – 60oC + Thời gian: 40 – 60h + pH = 2,2 – 3,5; điều chỉnh bằng H2SO4 [8]. Hình 3.1. Thiết bị thủy phân [5, tr90] Thiết bị: Dùng thiết bị thủy phân tác động tuần hoàn có lớp lót chịu axit. b. Ly tâm Sau thời gian lưu khoảng 60h để tinh thể CaSO4 có kích thước lớn, đem ly tâm hỗn hợp sau xử lý để phân tách hai thành phần: Phần lỏng được đưa vào tank để thực hiện tiếp quá trình xử lý trước khi tiến hành lên men, phần rắn gồm CaSO 4, K2SO4, CaK2(SO4)2 tiếp tục ly tâm lần hai để thu dịch lỏng còn phần rắn được cung cấp cho nhà máy phân bón. Mục đích của ly tâm là loại bỏ kết tủa và các chất cặn lắng. Thiết bị: Máy ly tâm nằm ngang. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: HÓA Hình 3.2. Máy ly tâm nằm ngang [5, tr228]. 3.4.1.2. Nguyên liệu tinh bột Hàm lượng tinh bột trong tinh bột khoai mì là 80 – 84% [8]. Sử dụng các cyclon để chứa tinh bột. a. Pha loãng, lọc: Pha loãng nhằm làm trương nở các hạt tinh bột và sau đó tiến hành lọc nhằm loại bỏ những chất Hình 3.3. Thiết bị hòa tan tinh bột [18] cặn bã trong dịch tinh bột trước khi thủy phân. Thiết bị: Dùng thiết bị hòa tan có cánh khoấy và thiết bị lọc là thùng chứa có gắn lưới lọc phía trên để lọc các chất cặn bã trước khi dịch tinh bột được bơm đi dịch hóa. b. Dịch hóa: Mục đích của dịch hóa là chuyển tinh bột thành dịch dextrose để sau đó thực hiện quá trình đường hóa. Dùng enzym α _amylaza để thực hiện quá trình này Qui trình bao gồm: Tinh bột khô (hoặc ướt) Dịch sữa bột Hòa tan Xử lý bằng enzym α _amylaza Lọc cặn bã Dịch dextrose Thông số kỹ thuật: pH = 5,5 – 7,0; nhiệt độ 90 – 110oC [8]. Thiết bị: Thực hiện quá trình dịch hóa trong các nồi phản ứng [5, tr 87]. c. Đường hóa: Dịch tinh bột sau khi dịch hóa được chuyển qua nồi phản ứng để hạ nhiệt độ xuống 60 – 62oC trước khi bổ sung enzym vào thiết bị. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 16 Khoa: HÓA Mục đích của đường hóa là nhằm chuyển dịch dextrose thành đường glucoza – nguồn dinh dưỡng mà vi sinh vật lên men có thể sử dụng được. Qui trình đường hóa: Dịch dextrose xử lý bằng γ _amylaza dịch glucoze. Dùng emzym γ _amylaza để thực hiện quá trình này Các thông số kỹ thuật của quá trình đường hóa này là: pH = 4,2 – 4,5; nhiệt độ 60 – 62oC [8] Thiết bị: Quá trình đường hóa được tiến hành trong các nồi phản ứng có bổ sung enzym γ _amylaza. [5, tr 87] Hình 3.4. Thiết bị dịch hóa và đưònghóa dịch tinh bột [5, tr 87] 3.4.2. Pha chế dịch lên men Mục đích: Tạo ra hỗn hợp 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: [4, tr 84] Nồng độ đường : 10% K2HPO4 : 0,15% MgSO47H2O : 0,075% MnSO4 : 0,0025% FeSO4 : 0,05% Điều chỉnh pH đến :6,7 ÷ 6,9 Dùng các cyclon chứa để tiến hành pha chế dịch lên men. 3.4.3. Thanh trùng và làm nguội GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: HÓA Mục đích: Thanh trùng nhằm tiêu diệt các vi sinh vật gây hại trong môi trường dinh dưỡng trước khi lên men và làm nguội để hạ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt độ thích hợp với vi sinh vật để lên men. Thanh trùng: Dịch được bơm ngược chiều với hơi nước, để tạo ra quá trình trao đổi nhiệt. Thanh trùng ở 1150C trong thời gian 20 phút rồi được làm nguội nhiệt độ của dịch lên men xuống 30 ÷ 320C [8]. Chọn thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng Hình 3.5. Thiết bị thanh trùng bản mỏng [20] 3.4.4. Nhân giống 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: [4, tr 171] Giống gốc cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 2 lên men bình lắc (giống cấp 1) nuôi trong thùng tôn (giống cấp 2) lên men chính (giống cấp 3). Quá trình nhân giống được tiến hành trong Hình 3.6. Thùng gây men [21] các thùng gây men. 3.4.5. Lên men Mục đích của khâu này là thông qua các hoạt động sống của vi khuẩn trong những điều kiện thích hợp để chuyển hoá đường glucoze và đạm vô cơ thành axit glutamic. Nồng độ đường ban đầu trong dịch lên men là 10% [8]. Để đảm bảo cho quá trình lên men đạt hiệu quả cao phải chú ý khống chế các điều kiện kỹ thuật như: Nhiệt độ luôn giữ ở 32oC. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 18 Khoa: HÓA Lượng không khí : 30 ÷ 40cm3/giờ cho 1m3 môi trường. Cánh khuấy hai tầng: 180 ÷ 200vòng/phút. pH giảm đến 7 thì phải bổ sung urê ngay cho pH lên 8, thường bổ sung một nồi len men gián đoạn 2 – 3 lần Thiết bị: Dùng thiết bị lên men với bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt. 3.4.6. Lọc tách sinh khối Lọc nhằm tách riêng dung dịch có chứa axit glutamic ra khỏi xác tế bào vi sinh vật lên men trước khi tiến hành công đoạn tiếp theo cô đặc chân không. Dùng thiết bị lọc màng dạng khung phẳng Hình 3.7. Thiết bị lên men [5, tr 197] Hình 3.8. Sơ đồ thiết bị dùng màng lọc dạng khung phẳng [5, tr 251] 3.4.7. Cô đặc chân không Nhằm làm tăng nồng độ của dịch axit glutamic trước khi kết tinh. Thiết bị: Sử dụng thiết bị cô đặc chân không. GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --Hình 3.9. Thiết bị cô đặc chân không [22] 19 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: HÓA 3.4.8. Tẩy màu Mục đích: Dùng than hoạt tính để hấp thụ những chất màu, tạp chất được sinh ra trong quá trình lên men. Dùng thiết bị tẩy màu có cột than hoạt tính cố định và cho dung dịch cần tẩy di qua cột. Hình 3.10. Sơ đồ thiết bị tẩy màu [23] 3.4.9. Axit hóa và kết tinh Quá trình này được thực hiện trong cùng một thiết bị nhằm đưa pH của dung dịch axit glutamic giảm đến điểm đẳng điện rồi hạ nhiệt độ để axit gulamic kết tinh lại sau đó tiến hành ly tâm Thiết bị: Dùng thiết bị kết tinh có lớp vỏ chịu được axit và có bộ phận làm lạnh bên ngoài. Hình 3.11. Thiết bị kết tinh 3.4.10. Ly tâm Mục đích: Tách riêng axit glutamic từ hỗn hợp dung dịch sau khi đã kết tinh. Thiết bị: Dùng thiết bị ly tâm tách nước để tách nước ra khỏi tinh thể axit glutamic GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG Hình 3.12. Đề tài: Thiết kế nhà máy Thiết sản xuất bị lyaxit tâmglutamic năng suất 480 tấn sản phẩm/năm ---   --[24] 20 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: HÓA 3.4.11. Lọc băng tải Nhằm thu tinh thể axit glutamic sau khi đã ly tâm tách nước và cũng làm giảm độ ẩm của tinh thể axit trước khi tiến hành sấy. Sử dụng thiết bị lọc băng tải Hình 3.13. Sơ đồ thiết bị lọc băng tải [25] 3.4.12. Sấy Mục đích của công đoạn này là nhằm tách hoàn toàn nước ra khỏi axit glutamic trước khi đưa tinh thể axit glutamic vào gói rồi bảo quản. Dùng thiết bị máy sấy băng tải để thực hiện quá trình sấy này. Hình 3.14. Sơ đồ thiết bị sấy băng tải [26] 3.4.13. Làm nguội Tinh thể axit glutamic được làm nguội trên băng tải làm nguội trước khi bao gói. 3.4.14. Bao gói GVHD: TS.TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH SVTH: TRẦN ĐÌNH TỔNG 3.15. Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic năng suất 480 tấnHình sản phẩm/năm Máy bao gói ---   --[12]
- Xem thêm -