LỜI mở đầu thiết kế nhà máy sản xuất axit glutamic

LỜI MỞ ĐẦU Đồ án tốt nghiệp 1 SVTH Trương Thanh Nhi Đề tài Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản phẩmngày 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 ngh.

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 ngonhơn 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

CHƯƠNG I 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

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

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

+ 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

- 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)

Hình 2.1

Corynebacterium glutamicum

2.4 Qui trình sản xuất acid glutamic

Ly tâm Sấy

Na2CO3

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

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

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 2.1 Thiết bị nghịch đảo đường [6, tr92]

Tinh thể acid glutamic Bao gói

Bảo quản quản

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

dàng cho quá trình thuỷ phân

Thiết bị: Thiết bị hoà tan có cánh khuấy

Hình 2.3 Thùng pha loãng rỉ đường

Hình 2.2 Thiết bị lọc khung bản [22]

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

Hỗn hợp được khuấy đều Nâng nhiệt lên 138oC trong thời

gian 20 phút Thiết bị: Sử dụng thiết bị thuỷ phân

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

Mục đích : Tách các phần bã và các chất không hoà tan được trong dung dịch đường glucoza 16÷18%

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:

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 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)

2.5.4.1 Cấy truyền ra ống thạch nghiêng

Hình 2.7 Thiết bị ép lọc kiểu phòng [22]

-Môi trường thạch nghiêng:

- 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

2.5.4.2 Giống cấp 1

-Môi trường giống cấp 1:

Đường glucoza tinh khiết 2,5%

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

- 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

-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

Hình 2.10 Thùng tôn

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

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 2.11 Nồi lên men

[6, tr203]

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 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

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

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

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 2.15 Thiết bị sấy

[21]

Ngày làm việc 3 ca

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)

800

4,00 (kg/ngày) Lượng acid glutamic khô thành phẩm

800 - 4 = 796,00 (kg/ngày) Lượng acid glutamic khô chưa tiêu hao

796,00×

)2100(

100

− = 812,24(kg/ngày) Lượng acid glutamic ẩm đi qua máy sấy

(812,24+4,00)×

6 100

5 0 100

−

−

= 864,00(kg/ngày) 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%

Lượng acid glutamic khô chưa tiêu hao

812,24×

)1100(

100

− = 820,45 (kg/ngày) Lượng acid glutamic ướt vào máy ly tâm

864,00×

30 100

6 100

−

−

= 1160,23 (kg/ngày) Lượng dịch tách ra khi ly tâm

Độ hoà tan của acid glutamic ở 120C là 352 g/l

Lượng acid glutamic khô chưa tiêu hao

820,45×

)1100(

100

− = 828,74(kg/ngày) Lượng acid glutamic khô khi chưa kết tinh

100 75

74 , 828

 = 1104,98(kg/ngày) Lượng acid hoà tan trong dung dịch

1104,98 - 824,74 = 276,25(kg/ngày) Thể tích của dung dịch hoà tan

3

10 352

25 , 276

1208,57 + 1106,23= 2368,81(kg/ngày)

3.3.4 Trao đổi ion

Tỉ lệ hao hụt là 2%

Hiệu suất thu hồi là 75%

Nồng độ acid glutamic trước khi pha loãng là 40g/l

Nồng độ acid glutamic sau pha loãng là 20g/l

Lượng acid glutamic khô thu được sau khi trao đổi

828,74 + 276,25 = 1104,98 (kg/ngày) Lượng acid glutamic khô chưa tiêu hao

2 100

3

10 20

38 , 1503

67,58464

Lượng giống cho vào lên men là 1% [5,tr127] thể tích dịch môi trường Vậy

lượng giống cho vào là Vgiống II = 1% × 55,68 = 0,56 (m3/ngày)

Giả sử giống có khối lượng riêng là 1070 (kg/m3) Khi đó khối lượng giống cho vào là: mgiống II = 1070 × 1,04 = 595,73 (kg/ngày)

Lượng giống cấp I bằng 10% lượng giống cấp II

Vgiống cấp I = 10% × 0,56 = 5,5.10-3 (m3/ngày)

3.3.7 Khối lượng các chất dinh dưỡng bổ sung vào môi trường lên men

Khối lượng các chất được cho ở bảng sau:

3.3.8 Khối lượng các chất dùng trong nhân giống

3.3.8.1 Môi trường thạch nghiêng

Khối lượng tính tổng cho công đoạn nuôi trên ống thạch

3.3.8.2 Môi trường giống cấp I

Khối lượng tính cho tổng công đoạn nuôi giống cấp 1 trong bình tam giác 1000ml

3.3.8.3 Môi trường giống cấp II

Khối lượng tính cho thùng tôn có thể tích 120 lít

3.3.9 Công đoạn xử lý nguyên liệu

Ta phối trộn nguyên liệu theo tỉ lệ giữa tinh bột:rỉ đường là 60:40

Lượng dịch tinh bột đem phối trộn

100

60

= 32547,94 (kg/ngày) Lượng dịch rỉ đường đem phối trộn

100 40

= 21698,63 (kg/ngày)

3.3.9.1 Ép lọc dịch thuỷ phân tinh bột

Giả sử quá trình ép lọc có hiệu suất là 85(%):

m dịch thủy phân trước ép lọc = 32547,94×

Sử dụng Na2CO3 Quá trình trung hòa tổn hao là 1% nên ta có:

m Dịch trước khi trung hòa = 39073,16×

x = 39866,51 (kg/ngày) suy ra x = 8844,09 (kg/ngày)

Vậy lượng tinh bột cần dùng là 8844,09 (kg/ngày)

Lượng acid dùng là 68,10 (kg/ngày)

Ta có dung dịch axít HCl nồng độ 35%.Suy ra lượng axít cần là

35

3.3.9.4 Pha loãng rỉ đường

Giả sử dịch đem lên men có nồng độ đường là 13% và rỉ đường ban đầu có nồng độ đường là 62% nên ta có lượng rỉ đường trước khi pha loãng là:

m rỉ đường trước khi pha loãng = 20787,64×

Giả sử quá trình ép lọc có hiệu suất là 85(%):

m rỉ đường trước khi ép lọc = 4402,73×

Lượng H2SO4 dùng để xử lý rỉ đường là 0,5%

mH2SO4 = 5517,01×

100

5 , 0

= 27,59 (Kg/ngày)

Lượng rỉ đường đem đi xử lý là:

mrỉ đường xử lý = (5285,39 - 27,59)×

99 100

= 5544,87 (kg/ngày)

3.4 Tổng kết

Tính cho 1 ngày

Tính cho 1

ca

Tính cho 1 giờ

1 Lượng rỉ đem phối trộn 21698.63 7232.8764 904.109544

4 Trước pha loãng rỉ đường 4595.67 1531.89 191.49

7 Lượng dịch tinh bột lúc thuỷ phân 39866.51 13288.84 1661.10

8 Trung hoà tinh bột 39467.84 13155.95 1644.49

9 Lượng dịch tinh bột phối trộn 32547.94 10849.31 1356.16

10 Ép loc dịch tinh bột 39073.16 13024.39 1628.05

11 Dịch đem lên men 56758.12 18919.37 2364.92

12 Dịch sau lên men 57880.03 19293.34 2411.67

13 Trao đổi ion (lít) 75168.87 25056.29 3132.04

Hình 4.1 : Cyclon chứa

4.1 Công đoạn xử lý nguyên liệu

4.1.1.Cyclon chứa tinh bột

Chọn số thùng chứa tinh bột là n = 1 để chứa lượng tinh

bột cho một ca sản xuất Thùng chứa tinh bột là Cyclon chứa

được treo trên cao

Năng suất tinh bột là 2948,03 (kg/ca)

Giả sử khối lượng riêng của tinh bột d = 1500 (kg/m3)

Thể tích của nguyên liệu tinh bột là

97,1 = 2,46 (m3)

Chọn đường kính thiết bị là D = 1,4m Đường kính ống tháo là d = 0,6m Chọn α = 60o, h0 = 0,1m ta có:

86,14

H

h

h o

Thùng hoà tan tinh bột có đáy hình nón, có cánh khuấy, thân hình trụ Thiết bị làm việc liên tục Lượng acid HCl có trong dịch lúc thuỷ phân là 194,57 (kg/ngày)

Vậy lượng dịch tinh bột là: 39866,51 - 194,57 = 39671,94 (kg/ngày)

Năng suất theo ca là

3

94 , 39671

= 13223,98 (kg/ca)

Năng suất theo giờ là

8

98 , 13223

= 1653,00 (kg/giờ) Giả sử khối lượng riêng dịch tinh bột là 1059 (kg/m3)

Vậy thể tích dịch tinh bột là

1059

1653

= 1,56 (m3/h) Chọn hệ số chứa đầy là 0,8

Vthiết bị =

8,0

56,1 = 1,95 (m3)

Chọn dường kính thiết bị là D = 1,4 m Đường kính ống tháo là d = 0,2m Chọn α = 60o, h0 = 0,1m

Tính tương tự cho cyclon chứa tinh bột ta có:

33,14

Chọn 1 thùng hoà tan tinh bột

4.1.3 Thiết bị thuỷ phân tinh bột

Hình 4.2 Thiết bị thuỷ phân

Thiết bị thuỷ phân tinh bột bên trong được tráng men chịu axit làm việc gián

đoạn, có dạng hình trụ, nắp hình elip và đáy hình chóp cụt

Năng suất của dịch thủy phân là 1661,10 (kg/h)

Thể tích của dịch thủy phân là:

Vdịch thủy phân =

1059

10 , 1661

= 1,57 (m3/h) Thời gian thuỷ phân là 20 phút

Năng suất cần của một mẻ là:

60

20 57

52,0

= 0,65 (m3)

Thể tích thiết bị được tính như sau:

Vthiết bị = Vthân trụ + Vnắp + Vđáy

Chọn đường kính của thiết bị là D = 0,8m, đường kính của cửa tháo dịch sau

43,04

Hình 4.3 Thiết bị trung hoà

Chiều cao thiết bị là

hthiết bị = H + h1 + h2 + h0 = 0,86 + 0,20 + 0,61 + 0,10 = 1,77 (m)

Chọn 1 thiết bị với các thông số sau:

hthiết bị = 1,77 (m); Dthiết bị = 0,8 (m); Vthiết bị = 0,65 (m3)

4.1.4 Thiết bị trung hoà tinh bột

Thiết bị trung hoà là hình trụ có đáy là hình nón cụt, có nắp phẳng làm bằng thép chịu axít

Bề mặt trong được chống gỉ bằng lớp chịu axít, bề mặt bên ngoài được phủ lớp cách nhiệt

Năng suất của dịch là 1644,49 (kg/h), lấy khối lượng

riêng của dịch đưa vào thiết bị trung hòa là d = 1059 (kg/m3)

= 1,55 (m3) Với hệ số chứa đầy  = 0,8

Thể tích của thiết bị:

Vthiết bị trung hòa =

8,0

55,1

= 1,94 (m3)

Vthiết bị trung hòa = Vthân + Vđáy

Chọn đường kính của phần trụ D = 1,2 m, đường kính của cửa thoát dịch trung hòa là d = 0,1 m, gốc ở đáy có  = 450

Tính tương tự như cyclon chứa tinh bột ta có:

hđáy =

2

1 , 0 2 ,

1,04

2,13

55,014,

Hình 4.4 Cấu tạo thiết bị ép lọc

hthân = 2

2,1

72,14

= 1,53 (m3/h) Chọn thiết bị buồng lọc ép của Trung Quốc sản xuất

B A

6053,

= 54 (phút)

4.1.6 Thùng chứa dịch tinh bột sau khi lọc

Đặc tính kỹ thuật Năng suất, m3/h

Diện tích bề mặt lọc, m2

Áp suất làm việc, MPa

Số lượng bản, cái

Bề dày của tấm, mm Kích thước mặt ngoài của bản, mm Kích thước thiết bị, mm

Đề tài:Thiết kế nhà máy sản xuất acid glutamic tinh thể năng suất 800kg sản

Tinh bột sau khi ép lọc có năng suất là 10849,31(kg/ca).Thiết bị hình trụ tròn

có đáy là hình nón cụt, nắp bằng có cánh khuấy

Giả sử dịch tinh bột có khối lượng riêng là 1059 (kg/m3)

Thể tích của rỉ đường lúc này là: Vrỉ =

1059

31 , 10849

= 10,25 (m3)

Chọn hệ số chứa đầy là  = 0,8 ta có thể tích của thiết bị chứa rỉ đường ban

đầu là: Vthiết bị =

8,0

25,10 = 12,81 (m3)

Chọn D = 2,5m,d = 0,1m, h0 = 0,1m, α = 45o

Tính tương tự như cyclon chứa tinh bột ta có:

Chiều cao phần đáy:

77,104

4.1.7 Bể chứa rỉ đường chưa xử lý

Rỉ đường trước khi xử lý có năng suất là 1848,29 (kg/ca)

Theo bảng I.86 [8, tr 58]

Khối lượng riêng của rỉ đường 62% là: d = 1300,59 (kg/m3)

Thể tích của rỉ đường lúc này là: Vrỉ ban đầu =

59,1300

29,1848

= 1,42 (m3) Chọn hệ số chứa đầy là  = 0,8 ta có thể tích của thiết bị chứa rỉ đường ban

đầu là: Vthiết bị =

8,0

42,1 = 1,78 (m3) Chọn D = 1,4 m α = 25O

Chiều cao phần nắp

H h

Hình 4.5 Thiết bị chứa rỉ đường

61,14

04,231

17,1 = 1,46 (m3)

Chọn đường kính thiết bị D = 1,4(m) Đường kính ống

tháo là d = 0,1 (m) Chọn góc đáy α = 45o, h0 =

0,1m, tính tương tự như cyclon chứa tinh bột ta có:

Chiều cao phần đáy là:

hđáy = 0,6(m)

Thể tích phần đáy là:

Vđáy = 0,33 (m3)

Vtrụ = 1,46 - 0,33 = 1,13 (m3)

htrụ = 2

4,1

13,14

Năng suất của dịch lọc là 229,88 (kg/h)

Khối lượng riêng của dịch đường 1300,59 (kg/m3)

Thể tích của dịch lọc là

Vdịch lọc =

59,1300

88,229

= 0,18 ( m3) Chọn thiết bi ép lọc khung bản màng mỏng của Trung Quốc sản xuất

B A

Thời gian một mẻ lọc là:

3,0

6018,

= 36 (phút)

4.1.10 Thùng pha loãng rỉ đường

Rỉ đường sau khi xử lý và pha loãng có năng suất là 7232,87(kg/ca) Thiết bị hình trụ tròn có đáy là hình nón cụt, nắp bằng có cánh khuấy

Theo bảng I.86 Sổ tay QT và TB công nghệ hoá chất tr58

Khối lượng riêng của rỉ đường 13% là: drỉ sau pha loãng = 1052,52(kg/m3)

Thể tích của rỉ đường lúc này là: Vrỉ =

52,1052

87,7232

= 6,87 (m3)

Chọn hệ số chứa đầy là  = 0,8 ta có thể tích của thiết bị chứa rỉ đường ban

đầu là: Vthiết bị rỉ đường pha loãng =

8,0

87,6 = 8,60 (m3)

Chọn D = 2m,d = 0,1m, h0 = 0,1m, α = 45o

Tính tương tự như cyclon chứa tinh bột ta có:

Chiều cao phần đáy:

4.2 Thùng pha chế dịch lên men

Thiết bị hình trụ tròn có đáy hình nón và nắp bằng, có cánh khuấy

Năng suất của môi trường dinh dưỡng bằng lượng dịch đem lên men là 18919,37 (kg/ca)

Chọn khối lượng riêng dịch lúc này là: d = 1059 (kg/m3)

Thể tích của dịch lúc này là: Vdịch =

1059

37 , 18919

= 17,87 (m3)

Chọn hệ số chứa đầy là  = 0,8 ta có thể tích của thùng chứa là:

Vthùng chứa =

8,0

87,17 = 22,34 (m3)

Chọn D = 3 m, d = 0,1m, h0 = 0,1m, α = 45o

Tính tương tự như cyclon chứa tinh bột ta có:

Chiều cao phần đáy:

+ Kích thước bản, mm: 800×255×1,2 + Kích thước thiết bị, mm: 1870×700×1400

Thời gian thanh trùng

5

60 23 ,

= 26,76 (phút)

4.4 Thiết bị lên men

Quá trình lên men gián đoạn, tổng thời gian lên men là 38÷40h Ta chọn tổng thời gian lên men là 40h

Tổng thể tích dịch lên men trong một ngày là 55,68m3 Trong một ca thể tích dịch đem lên men là

3

68 , 55

= 18,56 (m3)

Chọn thiết bị lên men dạng đứng [5, tr203]

Đặc tính kỹ thuật của thiết bị lên men dạng đứng:

cho cơ cấu khuấy trộn: 125

cho cơ cấu khử bọt: 40

+ Số vòng quay của trục, vòng/phút:

cho cơ cấu khuấy trộn: 350 và 200

cho cơ cấu khử bọt: 1500

Vậy ta chọn 5 thiết bị lên men

4.5 Thiết bị nhân giống

4.5.1 Thiết bị nhân giống thạch nghiêng

Năng suất của giống thạch nghiêng là 0,055(l/ngày)

Lấy hệ số chứa đầy  = 0,4

Thể tích thực của thiết bị: Vthiết bị = =

4,0

055,0

0,14 (l)

4.5.2 Thiết bị nhân giống cấp 1

Lượng giống cấp 1 cần cung cấp trong một ngày là 5,57 (l/ngày)

Chọn hệ số chứa đầy  = 0,6

Thể tích của thiết bị nhân giống là:

Vthiết bị =

6,0

57,5 = 9,28 (l) Chọn các bình tam giác thể tích 1lít để nhân giống cấp 1

Số bình tam giác cần cho một ngày việc là: n = 10 bình

56,0 = 0,70 (m3) = 700 (l) Chọn các thùng tôn thể tích 120lít để nhân giống cấp 1

Số thùng tôn cần cho một ngày việc là: n =

120

700

= 5,8 (thùng)

Chọn 6 thùng tôn 120 lít để nhân giống cấp 2

Chọn thùng nhân giống dạng hình trụ tròn có đáy là hình nón cụt, có D = 0,5

m, d = 0,1, h0 = 0,1, tg = 450

Tính tương tự như thùng pha loãng ta có:

Chiều cao phần đáy:

hthân = 2

5,0

104,0.4



 = 0,53 (m)

hthiết bị = 0,53 + 0,2 + 0,1 = 0,83 (m)

Thùng chứa có: V= 0,12 (m3); D = 0,5 (m); H = 0,83 (m)

4.6 Thùng chứa dịch sau lên men

Thể tích dịch sau lên men nồng độ 40g/l là 37584,43 (lít/ngày).Sau khi pha loãng đến nồng độ 20g/l thể tích dịch là 75168,87(lít/ngày)

Như vậy một ca thể tích dịch là

1000 3

87 , 75168

25 = 31,25 (m3) Thiết bị là hình trụ tròn dạng đứng có đáy hình nón và nắp bằng có cánh khuấy trộn

Chiều cao của thùng chứa, chọn đường kính D = 4 m,α=450, d = 0,1m, h = 0,1m

4.7 Thiết bị trao đổi ion

Lượng dịch cần trao đổi cho 1 mẻ lên men là 25 (m3/ca)

Lưu lượng dịch là 160lít/phút, thời gian qua cột là 160phút

Như vậy một mẻ trao đổi ion ta chỉ trao đổi được lượng dịch là

Vdịch trao đổi ion = 160×160= 25600 (lít) hay 25,6(m3)

Như vậy để trao đổi hết lượng dịch cho một mẻ lên men ta chỉ tiến hành 1 mẻ trao đổi ion

Giả sử ta chọn tổng thời gian của công đoạn trao đổi ion là 380 phút gồm: xử

lý hạt nhựa 170 phút, trao đổi ion 160 phút, rửa trao đổi, giữ nhiệt và tách acid 50 phút.Cứ 8h ta lại có 1 nồi lên men xong như vậy thời gian là 480 phút Như vậy ta chỉ cần chọn 1 thiết bị để trao đổi với năng suất 25 m3/ca là đủ

Chọn thiết bị trao đổi ion của hãng Watersurplus

Liên hệ theo email: sales@watersurplus.com

Model máy: ION1170034 với số model 30×96 Dual Bed

Chọn resin làm cation trao đổi

Kiểu cation: ID#1110298 của hãng